GB/T983―2012中的E312―型不锈钢电焊条

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摘要： 探讨了影响E312-XX型不锈钢焊条工艺质量的多种因素。研究表明，E312-15和E312-25焊条具有短路过渡形态，E312-16焊条具有短路+渣壁混合过渡形态，E312-17和E312-26焊条具有渣壁过渡形态。焊条熔敷金属δ相含量多达40%，在σ相敏感温度长期受热，σ化倾向严重；异种钢焊缝中较高的C含量对σ相的转变有一定的抑制作用，焊缝金属脆化倾向小。E312-25和E312-26焊条分别克服了E312-15和E312-16焊条的工艺质量问题，但前者不能完全取代后者；E312-17焊条的工艺性最好，但对气孔敏感；E312-15、E312-25焊条焊缝的综合力学性能比E312-16、E312-17和E312-26的好。

关键词： 不锈钢电焊条； E312-XX型； γ+δ双相组织； σ相

中图分类号： TG4221

Abstract： The several factors that influence the usability quality of E312XXtype stainless steel electrode were discussed. The research shows that the electrodes with 15 and 25 coating type show short circuiting transfer mode，the electrode with 16 coating type shows the mixed transfer mode of short circuiting transfer and fluxwall guided transfer， the electrodes with 17 and 26 coating type show fluxwall guided transfer mode.The δphase contents are up to 40% in electrode deposited metal ， when σphase is longterm heated in sensitive temperature area， the tendency for sigma phase transformation is serious.The embrittlement tendency in dissimilar steel weld metal is relatively little because higher carbon content in weld metal can play a certain part to restrain the σ phase.The usability quality problems of electrodes with 15 and 16 coating type are overcome respectively by the electrodes with 25 and 26 coating type， but the former can not completely replace the latter.The usability of electrodes with 17 coating type is the best， but the sensitivity of the electrode porosity is existential. The comprehensive properties of electrodes with 15 and 25 coating type are better than those of electrodes with 16，17 and 26 coating type.

Key words： stainless steel electrode；E312XX type；γ + δ duplex phase structure；σ phase

0前言

E312-XX型不锈钢焊条是所谓多功能的高合金不锈钢焊条，熔敷金属为铁素体-奥氏体双相组织，δ铁素体含量高达50%左右；它的热膨胀系数处于碳钢和奥氏体钢热膨涨系数之间；作为异种钢焊缝时对Fe和C都有很高的吸收能力，不会形成纯奥氏体或马氏体焊缝组织。因此该焊条具有良好的抗裂性能，特别适合于淬火钢一类极难焊钢材及异种钢的焊接。然而，在工程应用中不乏该类焊缝中σ相引起接头脆变，以及出现焊接裂纹的报道[1]。这表明，对这类不锈钢焊条功能和配套工艺的掌握尚不够；新国标gb/t983―2012所列规定或规范，对生产应用指导意义是毋庸置疑的，可是对于多变的工程焊接，需要更多深层次理论指导。为此，本文特意将该焊条与药皮类型、焊条熔滴过渡形态、焊缝组织及演变过程等相联系，探讨其对焊条工艺质量的影响。该项研究对正确选用焊条、制定合理的焊接工艺，促进焊材企业不断提升焊条水平，具有一定的参考意义和实用价值。1药皮类型

按照国标GB/T 983―2012规定[2]，E312-XX型焊条药皮类型有5种，如表1所示。E312-15是碱性焊条，熔渣主渣系为CaO-CaF2-SiO2，仅适用于直流反接性焊接。采用交流焊接时操作性较差。E312-25也是碱性焊条，其主渣系和操作性与E312-15非常类似，只是E312-25药皮厚度较厚，焊条外径较粗。这是一种靠药皮过渡合金元素的所谓异质焊芯（如H0Cr21Ni10焊芯）不锈钢焊条。该焊条允许使用较大的电流焊接，但只适用于平焊和平角焊。

E312-16的焊条适用交直流焊接，药皮可以是碱性的，也可是钛型或钛钙型，药皮熔渣渣系为TiO2-SiO2-CaO，药皮中含有K一类易电离元素，有利电弧的稳定性。E312-17是E312-16的变化型，熔渣渣系为TiO2-SiO2-CaO-Al2O3，用SiO2代替E312-16中的部分TiO2。e312-16和E312-17两种焊条都适用于交流焊接，以前两种药皮没有分开，都属于E312-16，国标GB/T 983―2012规定将其分开。

E312-26的药皮成分和操作特征与E312-16非常类似，只是E312-26的药皮较厚，外径较粗。实际上是一种靠药皮过渡合金元素的所谓异质焊芯（如H0Cr21Ni10焊芯）不锈钢焊条。该焊条允许使用较大的电流焊接，但只推荐用于平焊和平角焊。

2熔滴过渡形态

表2是E312-XX型焊条的熔滴过渡形态。

从表2可以看出，E312-15和E312-25焊条的熔滴过渡形态是典型的粗熔滴短路过渡。后者的药皮中含量较多，药皮较粗，套筒深度较前者改善，熔滴尺寸未见减小，过渡频率变化不太大，过渡形态未见改变。E312-16焊条具有短路+渣壁混合过渡形态。如果说该焊条焊接时前段套筒还有深度的话，那么到了后段时套筒就变得很浅了。熔滴尺寸大小不一，大一点的大于焊芯直径。从套筒深浅变化推断，焊条后半段时熔滴尺寸较大。E312-26焊条药皮直径较粗，套筒很深，熔滴被细化，过渡频率较高，熔滴过渡形态为渣壁过渡。E312-17焊条具有典型的渣壁过渡形态。熔滴细小，过渡频率高，套筒深且直，筒端平直利落。焊条前后段工艺性变化很小，熔池平静，手感极佳。

通常认为，E312-25焊条外径较粗，焊接时有利套筒变深，可能促进熔滴细化。然而实际情况是，一方面由于碱性焊条熔渣的氧化性较弱，对熔滴的增氧作用几乎为零。另一方面尽管弧气中的氧化性较强，但毕竟不如包覆熔滴熔渣的作用强烈，弧气对熔滴的增氧作用效果不佳。最终，熔滴不能被细化，熔滴过渡形态亦不能被改变。

E312-26焊条的情况则大不一样。酸性焊条熔渣的氧化性很强，对熔滴的增氧作用明显，深套筒更有利于熔滴的增氧，熔滴被细化，呈现典型的渣壁过渡形态。

3焊缝组织及其演变过程

3.1熔敷金属组织

E312-XX型不锈钢焊条熔敷金属组织为δ铁素体晶内和晶界分布着块条状和魏氏形态的奥氏体，δ相含量39.9%（图1）。这是由于焊接过程的冷却速度快，扩散过程不完全，低温下二次奥氏体γ′，沿δ铁素

3.2焊缝金属的凝固和固态相变过程

可以利用图3所示的Fe-Cr-Ni相平衡图，分析该焊条熔敷金属及其异种钢焊缝组织演变过程[4]。焊条熔敷金属的主要化学成分（质量分数，%）：C，0.13，Cr，29.05，Ni，8.87，Fe，60，该合金（以下称合金Ⅰ）的平衡相变顺序示于图3a纵线Ⅰ。在平衡状态下，明显的是以初生δ铁素体结晶，随着合金冷却到溶解度曲线之下，发生δ铁素体向奥氏体的转变，室温下形成δ+γ双相组织。在实际焊接过程中，焊缝金属的快速冷却将阻止铁素体向奥氏体转变，室温残留的δ铁素体较多。

在该焊条的异种钢焊缝中（以下称合金Ⅱ），由于受到母材金属的稀释作用，特别是母材中C、Mn等元素的影响，焊缝的成分变为（质量分数，%）：C，0.21，Cr，24.84，Ni，5.59，Fe，70。在70%Fe的截面图中，γ区明显扩大，δ+γ双相区范围缩小，溶解度曲线的位置明显改变（可能比图3b曲线右移幅度更大一些[5]）。合金Ⅱ的平衡相变顺序示于图3b纵线Ⅱ。可以看出，其凝固和固态相变过程基本上与合金Ⅰ相同或相近。

3.3焊缝金属中δ铁素体的稳定性

采用特殊试剂化学染色后，发现熔敷金属试件经650 ℃保温3 h后，在铁素体和奥氏体晶界附近的δ相图3Fe-Cr-Ni三元系断面图[4]

晶内析出了大量由黑色微粒组成的块状组织。借助于显微硬度的测试，F区的黑色块状组织的硬度多数在700 HM以上，可以判定这些组织为σ相。它们是在试件热处理期间，在富Cr的δ铁素体晶内发生δ σ+γ′，转变所致。

熔敷金属试件经650 ℃保温2 h未发现σ相，在同样温度下保温3 h后发现了大量的σ相，而在它的异种钢焊缝中却未发现σ相。这与σ相的生成条件有关。已经知道，σ相的生成条件基本有两条：一是成分因素，它是σ相生成的必要条件；二是温度因素，它是σ相转变的充分条件。二者缺一不可[6]。

异种钢焊缝中的含碳量比同种钢焊缝的高，而Cr、Ni含量却比后者低。由于C能阻止δ铁素体形成，同时较多的C与合金元素形成大量的M23C6，降低了合金元素在δ铁素体中的含量，即改善了δ铁素体的品质特性，从而使σ相难以形成或减慢形核速度[7-8]。不难看出，异种钢焊缝中较高的含碳量是抑制σ相转变的重要原因。同时，在实际的焊接热循环过程中，焊缝在600～800 ℃温度范围停留时间很短，完成δσ+γ′，的转变条件尚不充分，所以认为焊后状态异种钢焊缝中不会产生σ相。

4工艺质量及力学性能

4.1E312-XX型不锈钢焊条的工艺质量

E312-15和E312-25焊条的工艺质量比较接近，比较而言，E312-25焊条的更好一点（表3）。其一，是飞溅更小。因为E312-25焊条的药皮较厚，套筒较深，电弧定向性好；同时在熔滴过渡发生短路时，出现了所谓渣桥并存现象。渣桥对流过金属桥的短路电流产生了一定的分流作用，减小了短路桥中的短路电流，从而减小短路爆炸次数和强度。其二，药皮的温升开裂倾向减小了。因为焊芯的物理特性如电阻率、膨胀系数等改善，焊芯的温升被减弱，还有厚药皮铁合金多的“吃电流”作用，焊条后半段的熔化速度被控制，工艺稳定性得以改善。其三，熔敷效率高，一般可达130%～150%。

虽然说，E312-25焊条，已经克服了同质焊芯不锈钢焊条通常出现的工艺稳定性差、药皮温升开裂严重等弊端，然而，E312-25焊条并不能完全取代E312-15焊条。因为E312-25焊条药皮较厚，不适宜全位置焊接，故此类焊条规定允许使用较大的电流焊接，但仅推荐用于平焊和平角焊。

E312-16、E312-17和E312-26焊条属同类渣系，但焊条的工艺质量相去甚远（表3）。E312-16焊条是典型的钛钙型渣系，电弧不稳、飞溅较大、后半段熔化速度加快、药皮温升开裂严重、气孔倾向不小。一句话，该焊条工艺稳定性较差。E312-17是E312-16的变型，在原来渣系基础上用SiO2代替E312-16中的部分TiO2，增大了熔渣的氧化性，熔滴被强烈细化，实现了深套筒渣壁过渡形态。电弧很稳、飞溅极小、脱渣容易、成形美观、工艺稳定、熔化速度较快、手感极佳。

不足之处是对气孔还比较敏感。原因是熔滴颗粒细，比表面积大，在电弧中熔滴吸收的氢多，进入熔池中的氢总量多，当氢的逸出条件差时，极易生气孔[9]。采用提高焊条烘烤温度和烘烤时间，可以有效控制并改善该类焊条的抗气孔性。国外同类名牌焊条采用先进的技术，改善熔池中气体逸出条件，焊条的抗气孔性明显改善。

E312-26焊条的熔敷效率高且工艺性亦很佳。虽然渣系与E312-16焊条的相同，但焊芯变为异质，药皮加厚，套筒变深，熔滴被细化，形成了渣壁过渡形态。不难看出，增大药皮厚度是改变熔滴过渡形态的关键因素。采用提高焊条烘烤温度和加长烘烤时间，可以有效控制并改善该类焊条的抗气孔性。该焊条克服了E312-16焊条的工艺不稳定等工艺质量问题，然而，E312-26焊条并不能完全取代E312-16焊条。因为与E312-25焊条同样的理由，不适宜全位置焊接，故此类焊条允许使用较大的电流焊接，但仅推荐用于平焊和平角焊。

4.2熔敷金属的力学性能

E312-XX型不锈钢焊条熔敷金属的化学成分和力学性能应当符合表4所列数据。总体上看，E312-15、E312-25焊条的抗裂性和综合性能要比E312-16、E312-17和E312-26的好。原因是，前者为碱性药皮，而且采用了Si、Mn、Ti联合脱氧，焊缝金属中含氧量及夹杂物少，焊缝中含氢量也少，焊缝纯净度较高。相比之下，药皮类型E312-16、E312-17、E312-26焊条熔渣的氧化性较强，焊缝金属中含氧量及夹杂物较多，焊缝中含氢量也较高，焊缝纯净度较低，焊缝的抗裂性和综合性能略逊一筹。

5结论

（1）按照国标GB/T 983―2012规定，E312-XX型焊条药皮类型5种，E312-15和E312-25是碱性焊条，E312-16、E312-17和E312-26（主要）是酸性焊条，它们的渣系各不相同，所用电源类型、极性以及适用的焊接位置各异。

（2）E312-XX型焊条的5种药皮类型焊条呈现3种熔滴过渡形态，即药皮类型15和25焊条具有短路过渡形态，E312-16焊条具有短路+渣壁混合过渡形态，E312-17和E312-26焊条具有渣壁过渡形态。

（3）平衡状态下，E312-XX型焊条的熔敷金属和异种钢焊缝，其凝固和固态相变均经历了大致相同的过程，但组织形态及δ相含量各异。前者δ相含量多达40，在σ相敏感温度长期受热，σ化倾向严重；后者焊缝中较高的C含量对σ相的转变有一定的抑制作用，焊缝金属脆化倾向小。

（4）E312-25和E312-26焊条分别克服了E312-15和E312-16焊条的工艺质量问题，但前者不能完全取代后者；E312-17焊条的工艺性最好，但对气孔敏感；药皮类型15、25焊条焊缝的综合力学性能比E312-16、E312-17和E312-26的好。

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