4003铁素体不锈钢A-TIG焊接性能研究 张鹏1，石青1，苏永祥2（1.太原理工大学物理与光电工程学院，山西太原；2.山西嘉联自动化系统有限公司, 山西太原) 摘要: 采用单一活化剂和多元活化剂进行4003超纯铁素体不锈钢的A-TIG焊接。研究了单一活化剂对焊缝形貌的影响；在此基础上，进行了多组分活化剂的配比，探讨了多组分活化剂焊接时焊接电流和焊接速度对焊缝形貌的影响；对比分析了TIG和A-TIG焊接接头的显微组织、力学性能和腐蚀性能。结果表明，在一定的焊接电流和焊接速度下，采用单一氧化物活化剂的焊缝深宽比优于单一氟化物；单组分活性剂和多组分活性剂A-TIG焊效果最好。焊缝深宽比较传统TIG焊分别提高2倍和3倍。自主研发的多组分活化剂用于焊接5mm厚的4003铁素体不锈钢。热输入比传统TIG焊减少1/2。焊接接头显微组织细化，力学性能和腐蚀性能得到改善。关键词：铁素体不锈钢；活性剂焊接；焊缝深宽比；机械性能；腐蚀性能 CLC 编号：TG406 文件识别代码：A 货号：1001-3814 (2014) 09-0168--,, (1.,,,China;2..,Ltd.,,China)：dinA-.ied .,..,-.:,-到-.-到-.ces50%,,,.：el;;深度到;;铁素体不锈钢因其价格低廉、耐腐蚀性能好而广泛应用于交通运输、石油化工、医疗器械等相关领域。
然而，铁素体不锈钢最致命的问题是焊接时晶粒长大导致焊接接头性能下降。目前抑制晶粒长大的主要方法有加快冷却速度、添加合金元素和减少热输入。与传统的TIG焊相比，活化剂焊（A-TIG）可以很大程度上减少热输入，提高焊接接头的性能。等人。文献[1]对比研究了316L(N)奥氏体不锈钢焊接接头在A-TIG焊和多层TIG焊时的高温蠕变。接收日期：2013-10-23 基金项目：山西省教育厅高等学校科技发展项目（）；太原市科技计划项目()改变行为，结果表明A-TIG焊接接头的蠕变强度高于多层TIG焊接接头的蠕变强度。 [2]研究了铁素体/马氏体钢A-TIG焊接接头的力学性能。结果表明，通过焊后热处理，A-TIG焊接接头的性能与母材接近。 -Hung[3]研究了316L奥氏体不锈钢活化剂的制备以及焊接工艺参数对焊缝组织转变、焊缝深宽比和焊缝角变形的影响。结果表明，随着焊接电流的增大，焊缝深宽比增大，A-TIG焊接接头的角变形较TIG接头减小。富士秀俊等人。文献[4]研究了双保护气体He-O2和He-CO2在不同焊接电流和不同焊接速度下的焊缝形貌。他们认为氧是不锈钢的表面活化元素。氧气的加入产生马兰戈尼对流，改变熔池的流动状态，增加焊缝的熔化。关于作者 张鹏女，山西运城人，讲师，主要从事铁素体不锈钢研究。
刘凤尧等. [5-8]研究奥氏体不锈钢TIG焊接活化剂：(1977-),,,,,,,钢与异种不锈钢焊接性研究；邮箱：@163及焊接参数对焊缝深宽比的影响结果表明，活化剂的添加并没有改变焊缝的显微组织，但力学性能却存在差异。电弧收缩和熔池表面张力梯度的变化是活化剂增加熔深深度的主要原因。大多数学者对不锈钢A-TIG活化剂的作用机理、结构和性能的比较分析主要集中在奥氏体不锈钢。与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢有其独特的焊接特性，不同的活化剂适合不同的材料。因此，由于4003铁素体不锈钢在研究过程中晶粒长大，产生大量板条状马氏体，降低了机械性能，因此本文主要旨在制备一种适用于4003铁素体不锈钢的多组分活化剂。接头的性能和腐蚀性能。目的是通过添加活性剂来细化晶粒并降低马氏体含量来减少热输入，从而改善接头性能。 1 试验材料及方法 试验所用材料为5 mm 4003铁素体不锈钢热轧板，其化学成分如表1所示。试件尺寸为160 mm×50 mm×5 mm。
表 1 4003 铁素体不锈钢化学成分（质量分数，%） 表 1 4003 钢（重量%） C Si Mn PS Cr Ni Ti N 0.019 0.34 1.78 0.020 0.00094 11.56 0.79 0.25 0.014 试验中使用的单一活性剂是 NaF、CaF、分别为 ZnF、TiO2、Cr2O3、MgO 和 SiO2。在单一活性剂的基础上，经过多次试验得到了效果最好的多组分活性剂。其主要成分为氧化物，并含有少量氟化物。测试前，将试件表面抛光去污，均匀涂覆活性剂，涂覆量约为0.6 mg/mm2。涂层活化剂样品和未涂层样品的焊接采用相同的规格：焊接电流150 A，焊接电压16 V，焊接速度0. 33 cm/s，保护气体99. 99%纯氩气，钨极精确3.2 mm。焊接后，用 5g FeCl3 和 15ml 盐酸和 30 = 1 Hz 切割样品。试验选用的腐蚀溶液为3.5 wt%氯化钠溶液，试验温度为25℃。
2 试验结果与分析 2.1 活化剂焊接作用机理 目前对于活化剂提高熔深的机理尚无统一认识。研究认为提高熔深的主要机制包括表面张力温度梯度理论和电弧收缩理论[5-8]。表面张力温度梯度理论认为，添加活性元素使熔池的表面张力温度梯度由负温度梯度变为正温度梯度，从而改变熔池的流动方向，使熔池从两个方向流动两侧到中心，而不是从中心到中心。两侧流动，从而增加焊缝熔深；电弧收缩理论认为，活化剂分解产生的负离子压缩电弧阳极区，导致阳极区电流密度增大，洛伦兹力增大，从而提高焊缝熔深；另外，高熔点活化剂物质的存在减少了电弧的导电面积，导致电弧收缩。由于单组分活性剂物理化学性质的差异，增加渗透深度的机理原理也不同。 SiO2的熔深增加同时受到表面张力温度梯度变化和电弧收缩的影响，而TiO2的熔深增加仅受表面张力温度梯度变化的影响[7]。根据“表面张力温度梯度”理论，氧化物是表面活性元素，赋予熔池正的表面张力温度梯度；基于“电弧收缩”理论，选择电负性或电子亲和力较大的元素。此外，还必须考虑补偿焊接合金元素烧损、焊缝力学性能、无毒副作用等因素[9-10]。
综合考虑上述因素，制备了4003铁素体不锈钢用多组分活性剂，其主要成分为氧化物，含有少量氟化物。并研究了焊接电流和焊接速度变化条件下焊缝深宽比的变化规律。 2.2单一活性剂对焊缝形貌的影响。图1是使用单一活性剂焊接时焊缝横截面的宏观视图。与TIG相比，A-TIG焊的焊缝熔深有所增加。其中，用ml蒸馏水配制的蚀刻剂在光学显微镜下对SiO2和MgO的效果最好，焊缝断面成形良好。观察下面焊接接头的结构。拉伸试验在DNS-100万能试验机上进行，试验尺寸为190 mm×37。图2为采用单一活性剂焊接时焊缝的深宽比。尺寸顺序为 SiO2 > MgO > Cr2O > CaF > ZnF > NaF。 >二氧化钛。