藥芯焊絲電弧焊是雙相不銹鋼焊接的最新工業(yè)化進(jìn)展之一。它的成功應(yīng)用恰好表明了雙相不銹鋼技術(shù)的發(fā)展是多么地深遠(yuǎn)和迅速。FCW法使用與GMAW相同的設(shè)備，通過焊炬自動供給填充助焊劑的焊絲。焊絲中的粉末提供了部分焊縫金屬的合金元素和焊渣，保護(hù)焊縫免受空氣氧化和污染，通過焊炬提供補充保護(hù)氣體對熱影響區(qū)起到了保護(hù)作用。FCW是一種經(jīng)濟的焊接方法，因為其熔敷率高。它適用于不規(guī)則的位置和各種厚度材料的焊接。

設(shè)備

實施藥芯焊絲電弧焊使用的設(shè)備與GMAW相同。

填充金屬

由于采用助焊劑保護(hù)的焊接方法焊接的焊縫韌性略低，這可能是由焊縫金屬中氧含量增加引起的，所以FCW的填充金屬鎳含量高以使焊縫金屬中的奧氏體含量高于接近平衡的母材組織。因為助焊劑成分和FCW焊絲的生產(chǎn)屬于各自的專利，故不同供應(yīng)商生產(chǎn)的FCW填充材料可能存在很大差別。采用FCW進(jìn)行生產(chǎn)性焊接時，應(yīng)采用焊接工藝評定時所使用的同一來源的焊絲以避免生產(chǎn)的不穩(wěn)定。

保護(hù)

用FCW法進(jìn)行平焊和立焊時最常用的保護(hù)氣體分別為80％氬氣－ 20％二氧化碳和100％二氧化碳。每種保護(hù)氣體或焊接方法的氣流速率均為20-25l/min (0.7-0.9cfm)。控制焊絲伸出長度很重要，可抑制增碳，特別是采用100%CO2時。

技術(shù)和參數(shù)

 對于直徑為1.2mm (0.045英寸) 的焊絲，平焊和立焊時典型的電流電壓設(shè)定分別為150-200A、22-38V 和 60-110A、20-24V。此外，對于FCW焊 接技術(shù)的建議與GMAW相同。

手工電弧焊，有時稱為焊條或涂藥焊條電弧焊，是在位置或保護(hù)相對困難的情況下焊接復(fù)雜形狀構(gòu)件的一種很通用的方法。雖然整體結(jié)構(gòu)可以依靠SMAW工藝，特別是較小和較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接,但是最常見的情形是SMAW與成本更具競爭力的焊接方法相互配合應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)的焊接。

2507雙相不銹鋼強化采油設(shè)備 © Aquatech

設(shè)備

SMAW所需設(shè)備為恒電流電源。SMAW采用直流反極性 (DCRP)，焊條為正極。

填充金屬 

SMAW焊條由帶藥皮的熔化電極組成。藥皮可含有或不含有額外的帶入焊縫中的合金元素。藥皮是一種復(fù)雜的混合專有產(chǎn)品，它能夠穩(wěn)定電弧，在電弧過渡期間保護(hù)金屬，保護(hù)焊縫在凝固過程中和凝固后不與空氣接觸。由于藥皮的專有特性，名稱相似但來自不同供貨商的產(chǎn)品可能差別很大。藥皮的突出作用是改善焊縫韌性或物理外觀，可為特定位置焊接如平焊、非正常位置、立焊專門設(shè)計藥皮以獲得最優(yōu)性能。

SMAW焊條的藥皮易吸水，水的存在將大大降低它們的性能。焊條使用前應(yīng)保存在出廠密封箱內(nèi)。一旦打開包裝，就應(yīng)當(dāng)將焊條保存在加熱到95℃ (200°F) 或更高溫度的爐子中，防止水分聚集導(dǎo)致焊縫氣孔或開裂。由于藥皮增加了焊縫的氧含量，從而降低了韌性，因此一般SMAW焊條中的奧氏體含量應(yīng)接近于最大值，而此時焊縫金屬仍具有雙相組織的良好效果。焊縫韌性遠(yuǎn)低于母材，但通常遠(yuǎn)高于碳素鋼和合金鋼所要求的韌性值。2205雙相鋼的SMAW焊接工藝評定有時會出現(xiàn)的一個錯誤，就是采用ASTM A 923方法B試驗但沒有適當(dāng)?shù)卣{(diào)整驗收標(biāo)準(zhǔn)。SMAW焊縫較低的韌性值并不表示存在金屬間相， 而是由于保護(hù)藥皮中的氧。若按照對母材的要求來要求焊縫金屬達(dá)到- 40℃/℉時最低 54J/40ft lb的沖擊值，則將導(dǎo)致已使用多年并取得很好效果的這一通用焊接方法被不恰 當(dāng)?shù)嘏袨椴缓细?。按照ASTM A 923方法B，焊縫金屬沖擊功的最小合格值為34J/25ft lb，熱影響區(qū)沖擊功的最小合格值為54J/40ft lb。

保護(hù)

對于SMAW來說，保護(hù)通常不是問題，因為這種焊接方法依賴于焊劑和焊條藥皮產(chǎn)生的氣體保護(hù)。

技術(shù)和參數(shù)

如表18所示，SMAW的焊接工藝參數(shù)基本上是焊條直徑的函數(shù)。

表18 用不同尺寸焊條焊接雙相不銹鋼時的典型焊條電弧焊 (SMAW) 參數(shù)

(來源：Outokumpu)

為了最大程度地發(fā)揮焊劑的保護(hù)作用，焊工應(yīng)保持盡可能短的電弧。間隙太寬，稱為“長弧”，可能會導(dǎo)致焊縫氣孔，過度氧化，熱輸入過多并降低力學(xué)性能。

    焊縫根部焊道應(yīng)使用小尺寸的焊條，填充焊道使用較大尺寸焊條。應(yīng)始終在焊縫區(qū)內(nèi)起弧。任何其他起弧點或飛濺物都應(yīng)當(dāng)通過精細(xì)打磨來去除。

     厚度小于2毫米的雙相不銹鋼不應(yīng)當(dāng)使用SMAW焊接。工件應(yīng)盡可能平放，但SMAW焊條幾乎能夠用于任何位置的焊接。焊條應(yīng)與工件呈20°角 (牽引角)。焊條夾具應(yīng)前傾于焊接移動方向。應(yīng)采用橫擺量最小的直窄焊道熔敷焊縫金屬。電流設(shè)定足以使電弧穩(wěn)定，焊縫和母材熔化良好即可。

埋弧焊可用于熔敷較大焊縫，與多道次而每道次熔敷量少的焊接方法相比，它在熱影響區(qū)溫度范圍的總停留時間較少。由于焊縫金屬中鐵素體相的凝固和雙相組織的轉(zhuǎn)變，雙相不銹鋼可用SAW焊接而熱裂危險最小。然而為了使焊縫完全焊透，相對奧氏體不銹鋼而言，有必要對接頭設(shè)計和焊接參數(shù)作一些調(diào)整。SAW操作若移動速度非?？欤移驴谠O(shè)計不當(dāng)，會導(dǎo)致焊縫中心線裂紋, 而降低焊接速度一般可解決裂紋問題。對于大型構(gòu)件和大型直焊道的焊接，SAW是一種具有成本效益且效果較好的焊接雙相不銹鋼的方法。SAW常用于制造厚壁雙相不銹鋼管并用于帶極堆焊工藝。

埋弧焊©Outokumpu

填充金屬和保護(hù) 

    通常的雙相不銹鋼匹配填充金屬適用于SAW。然而正確選擇焊劑以獲得所期望的性能很重要。據(jù)報道，采用高堿度焊劑，雙相不銹鋼的沖擊韌性最好。

技術(shù)和參數(shù)

表19歸納了雙相不銹鋼SAW的典型參數(shù)。

表19 用不同尺寸焊絲進(jìn)行雙相不銹鋼埋弧焊 (SAW) 的典型參數(shù)

(來源：Outokumpu)

注：移動速度一般為30-60厘米/分鐘

對于要求必須有較厚厚度和高強度結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，獲得既耐腐蝕又經(jīng)濟的材料的一個方法是，采用埋弧焊或電渣焊在低合金鋼表面堆焊帶狀焊條。

帶極電渣堆焊©Sandvik

      與其它堆焊工藝相比，帶極埋弧堆焊和帶極電渣堆焊的總熱輸入較高。帶極電渣堆焊和帶極埋弧堆焊利用同樣的設(shè)備，但前者采用導(dǎo)電熔融焊劑和電阻熱而不是電弧。ESW不用電弧(除了在焊接開始時要熔化焊劑)，熔融的焊劑是導(dǎo)電的，利用電阻加熱來提供足夠的熱量熔化帶極和母材。稀釋率大約為10-15%，對于同樣尺寸的帶極，熔敷率比SAW提高了50-60%。與埋弧焊相比，因為電渣焊靠電阻熱熔化帶極熔渣，其優(yōu)勢在于焊接速度更快，焊道更加干凈光滑。

     雙相不銹鋼特別適合表面堆焊， 因為其熱膨脹系數(shù)與碳鋼和低合金鋼母材類似，而奧氏體不銹鋼熱膨脹系數(shù)較高。因此，采用雙相不銹鋼堆焊，焊接部件的應(yīng)力較低，發(fā)生問題 (與焊接相關(guān)) 的概率較低。

填充金屬及保護(hù)

電渣焊的電極是連續(xù)的帶極，用自動送進(jìn)系統(tǒng)送入焊機頭。加入焊劑覆蓋帶極和焊接熔池并熔化形成熔渣，電流通過熔渣在工件和電極之間產(chǎn)生的電阻熱熔化帶極，熔融帶極進(jìn)入熔渣，熔渣在焊道頂部凝固，對熔池起到了有效的保護(hù)作用。雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼電渣焊所用填充金屬的成分與母材是“匹配”的，鎳含量要高些以便焊接狀態(tài)下獲得理想的相平衡和性能。

技術(shù)和參數(shù) 

帶極沉積為焊縫，單層焊縫一般 4- 5毫米厚。雙相鋼和超級雙相鋼焊接參數(shù)見表20。

表20 雙相及超級雙相不銹鋼電渣焊典型的焊接參數(shù) (來源：Sandvik)

注：移動速度一般為13-22厘米/分鐘

采用這些焊接方法焊接雙相不銹鋼上的經(jīng)驗已經(jīng)得到肯定。采用這些焊接工藝，可獲得非常窄的熱影響區(qū)和快速冷卻，可避免金屬間相形成。但是，這種方法的高冷卻速度會導(dǎo)致焊縫中形成過量的鐵素體，因此，當(dāng)采用這些焊接方法時，焊接工藝評定很關(guān)鍵。焊后的固溶退火可降低鐵素體含量，改善焊縫中奧氏體/鐵素體相的比例。

采用單脈沖電阻焊進(jìn)行點焊時，熱影響區(qū)冷卻很快。雙相不銹鋼的這種急冷甚至比奧氏體不銹鋼快很多， 因為雙相不銹鋼具有較高的熱傳導(dǎo)率。在這種情況下，緊鄰熔合線處有一薄層材料的溫度會達(dá)到雙相組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的溫度范圍。冷卻如此之快甚至氮含量較高的雙相不銹鋼在該溫度范圍內(nèi)也不可能形成奧氏體，這樣可能的結(jié)果就是，母材韌性較好，而焊縫因中間有一層連續(xù)的鐵素體層而韌性不佳。

      程控電阻焊機可提供雙脈沖焊接循環(huán)，這足以降低冷卻速度，防止產(chǎn)生連續(xù)的鐵素體層。同樣，有必要對不同厚度的材料進(jìn)行焊接工藝評定。

      電阻縫焊機產(chǎn)生類似問題的可能性較小，并且停留時間不可能長到足以形成金屬間相，但在焊接工藝評定中應(yīng)特別關(guān)注過量鐵素體形成的可能性。