焊接电流对304不锈钢焊条电弧焊焊接接头构成的影响分析

焊接电流对304不锈钢焊条电弧焊焊接接头构成的影响分析

卢宗荣,王继荣,任海洋

中车兰州机车有限公司 730050

摘要：目前，不锈钢在各类工程结构中得到了较为广泛的应用，而若要使不锈钢发挥其应有的作用，就要通过焊接的方式，使其与工程结构中的其它部分进行连接，起到稳定整体结构的作用。所以，采取较为先进的焊接技术，对不锈钢进行焊接，是相关工作人员应重点研究的问题。为此，本文对304不锈钢，以厚度为8mm的焊条电弧焊为例，通过调节电流，对不同焊接电流下焊接接头组织的组成进行了分析，并明确了其硬度分布情况，以此为依据，总结出了焊接电流对焊接接头组织与硬度所产生的影响。

关键词：不锈钢；焊接工作；焊条电弧焊；影响；焊接接头

引言

304不锈钢不仅具在耐蚀性方面极为优越，并且，其塑性与韧性也极为突出，能够较好地满足工程建设的需求，因此，304不锈钢在工程建设在占据着重要的地位。在焊接工作中，304不锈钢晶间腐蚀、点蚀等现象较为普遍，因此，工作人员需要明确焊接参数如何影响不锈钢焊接质量，即对不同焊接电流影响焊接接头组织与硬度的现象进行研究，以促进焊接质量的提升。

1.分析工作的材料、设备及参数

1.1材料

在本次研究工作中，工作人员所采用的研究材料为304不锈钢，应用该规格的不锈钢，开展焊条电弧焊焊接工作。在实际焊接工作中，焊条的牌号为A101，同时，该焊条的直径设定为2.5mm。如图1所示，对于304不锈钢进行分析，得出其化学成分。而在表2中，对焊条A101的化学成分进行了说明，另外，工作人员针对304不锈钢，开展焊条电弧焊工作，得到出焊接试样[1]。

表1304不锈钢的化学成分

表2A101型焊条化学成分

1.2设备

本次研究工作因采取焊条电弧焊这一方式，所以，工作人员采用的焊接设备为ZX7-400直流电焊机，对于焊接过程，则采用金相显微镜，对焊接接头的相关组织进行观察。在硬度分析工作上，选择显微维氏硬度计，该设备的型号为HVST-1000。通过上述设备，完成整个焊接工作，并对焊接现现象进行观察，对焊接效果进行分析，从而明确焊接电流如何影响焊接接头的组织与硬度[2]。

1.3参数

工作人员选择的8mm厚度的304不锈钢作为母材，并进行了开坡口处理，这一操作使焊接工作的质量得以保证。同时，在焊接工作中，为了全面满足焊接工作的便利性需求，利用相关的工具，将母材的坡口设置成了V形，并且，将坡口的角度设定为60°，钝边的长度设定为1.5mm。通过上述处理，使母材较好地适应本次研究工作的需求，使研究结果更加具有说服力。选择20V电压作为焊条电弧焊的电压，并且，采用3组焊接电流，而在每一组的焊接电流，又根据打底、填充及盖面层这三个层面，采用不同的电流进行焊接[3]。

2.焊接电流对304不锈钢焊条电弧焊焊接接头构成影响的分析过程

2.1焊接电流对宏观与显微组织的影响

工作人员对不同电流下焊接接头的宏观与显微组织进行观察，发现将焊接电流设定为70Ａ时，产生的焊缝宽度是最小的；当将焊接电流设定为90Ａ时，产生的焊缝宽度是最大的。对于焊接接头的显微组织，工作人员将焊接电流为70A、85A及90Ａ，观察各种焊接电流下显微组织的情况，发现不同电流下的母材均是由白色奥氏体组织与黑色铁素体组成，并且，黑色铁素体的成分较少。当焊接电流为85Ａ与90Ａ时，在母材的中心位置，出现了带状组织。对于焊接接头的心部组织，当焊接电流设定为70Ａ时，心部组织发生了变化，出现了等轴晶；而将焊接电流为85Ａ时，焊缝处出现了细枝晶状铁素体，该物质呈现均匀、密集型分布；将焊接电流为90Ａ时，心部组织则持续变大，并且，该区域出现了向异性的粗大晶粒，这种晶粒的均匀度是较差的[4]。

同时，在304不锈钢焊条电弧焊工作中，对于3组打底层，工作人员通过使用专业仪器，将焊缝处进行放大，进一步明确焊接后的焊缝金相组织。发现相比于打底层焊缝，填充层焊缝中的奥氏体较多，而δ铁素体则较少。对这一现象进行分析，工作人员明确了产生该现象的原因，即由于打底层具有预热功能，而盖面层具有后热功能，因此，填充层中组织的分布会变得更加均匀。同时，工作人员对3组盖面层焊缝金相组织进行了分析，发现该层面中析出了碳化物，并且，该层面的枝晶较大，但组织分布的均匀性则较差。综合各层面焊接效果而言，第3组焊接电流所产生的焊接效果较好，形成了较为均匀的焊缝组织，其晶粒也会更加细小[5]。

2.2焊接电流对硬度的影响

为研究焊接电流对304不锈钢焊条电弧焊焊接接头硬度产生的影响，工作人员采取维氏硬度计分析方法。首先，将载荷为设定为3kg,时间设定为10s；其次，在具体的焊接工作中，调节焊接电流，以硬度检测点位置图为依据，对各焊接电流下形成的焊接硬度进行测试，测试项目包括三个方面，一是母材的硬度；二是热影响区的硬度；三是焊缝的硬度；最后，工作人员根据测试结果，结合各方面影响因素，以不同焊接电流为变量，形成焊接电流影响焊接接头硬度的报告。

本次研究工作中，焊接电流对焊接接头的硬度产生的影响如下：一方面，无论工作人员采取何种焊接电流进行焊接，其焊接接头不同位置的硬度均能够达到相关标准。另一方面，相比于热影响区与母材区，焊缝中心的硬度是较高的。同时，工作人员将焊接电流设定为85Ａ，这时焊缝与热影响区的硬度值是最高的，对这两区域进行拉伸测试工，发现其具有较强的抗拉强度。

此外，鉴于焊接硬度影响304不锈钢接头的表面性能，工作人员还研究了不同电流下三个区域维氏硬度的差异，一是接头的熔合区；二是接头的焊缝；三是接头的热影响区，并且，无论是哪一组焊接电流，盖面层焊接接头维氏硬度值均与焊缝距离有关，在焊缝距离增加的情况下，维氏硬度先呈现出增加趋势，然后逐渐减小，当维氏硬度与母材硬度相同时，这种变化趋势就会终止。盖面层焊接接头的维氏硬度变化情况如图1所示。

图1盖面层焊接接头的维氏硬度

3.结论

综上所述，在本次研究工作中，针对304不锈钢焊条电弧焊焊接工作，工作人员通过调节焊接电流，总结出了不同电流对焊接接头组织及硬度的影响，得出了两个方面的结论，一方面，对于304不锈钢的焊缝，主要成分为奥氏体与δ铁素体，该类焊缝包括三个方面：一是打底焊的焊缝；二是填充焊的焊缝；三是盖面焊的焊缝。另一方面，工作人员设置了3组焊接电流，并对每个电流下所形成的焊缝组织及硬度进行了分析，最终得出：对于304不锈钢的焊接工作而言，当焊接电流设置为70A，填充层电流设置为90A，盖面层电流设置为85A时，晶粒会更加细小，并且，其组织会更加均匀，另外，焊接硬度也较大。

参考文献：

[1]王文杰.超低温奥氏体不锈钢焊条电弧焊工艺评定研究[J].一重技术,2021(6):4.

[2]付成龙秦怀彬留国炜李斌门正兴.304不锈钢织物焊接工艺影响因素研究[J].山东纺织科技,2022,63(2):12-14.

[3]蒋军,陈崇刚,繆平,等.一种提高不锈钢单层堆焊耐蚀层性能的焊接方法:,CN114226924A[P].2022.

[4]刘洪冰,卢仁峰,陈超凡,等.风电机组用QT400-18AL焊条电弧焊堆焊修复研究[J].电焊机,2022(008):052.

[5]马琦,赵伟,苏国强,等.双熔敷极奥氏体不锈钢焊条电弧焊接头组织与性能研究[J].齐鲁工业大学学报,2022,36(6):4.