S含量对SUS316L不锈钢焊缝熔深的影响研究.pdf

总第2 11期2023年第8 期试（实）验研究S含量对SUS316L不锈钢焊缝熔深的影响研究（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原0 3 0 0 0 3）摘要：研究了不同S含量对SUS316L不锈钢TIG自熔焊缝尺寸的影响。结果表明，高S含量SUS316L的焊缝熔深、深宽比和深宽积均优于低S含量的SUS316L不锈钢，此现象可用“Heiple-Roper熔池对流理论解释，即高S含量熔池液体金属表面张力系数为正，熔池中心温度最高，表面张力也最大，使熔池表面液体金属从四周向中心流动，带动表面中心的液体金属向下流动，从而得到熔深较大的焊缝。关键词：焊缝熔深；S含量；表面张力系数中图分类号：TG441.70引言硫在奥氏体不锈钢中被视为有害元素,其有害作用主要表现为可降低奥氏体不锈钢的热塑性11,影响材料的热加工性2-a。这与在高温下Mns 或(Fe,Mn)s沿晶界析出有关。此外,硫还会降低奥氏体不锈钢的耐蚀性能,MnS易溶于酸性氯化物溶液，常成为腐蚀源，导致奥氏体不锈钢耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能显著降低。因此，在冶炼奥氏体不锈钢时，钢厂常常将w(s)控制得极低,通常在0.0 0 1%以下,该指标的高低可作为钢铁纯净度高低的具体体现。对于焊管制造用材而言，已有很多文献证明硫含量并不是越低越好5。何德孚等人 分析了同一种牌号因产地或炉号不同，焊缝熔深有显著差异的现象。编号w(c)/%G0.0191D0.0163表2 样品编号不同焊接电流的样品编号编号120AGG-1DD-12试验结果与讨论2.1火焊缝尺寸在每个焊接试板上取3 个位置进行金相观察，并测量焊缝的熔深和熔宽，如图1所示，焊缝数据列于表3,其中深宽比为熔深与熔宽的比值,用以表征焊缝熔透率；深宽积为熔深与熔宽的乘积，代表熔池体积，即熔化量。2.2焊缝熔深对比图2 为不同S含量3 16 L自熔焊缝的熔深平均值收稿日期：2 0 2 3-0 3-16基金项目：山西省重点研发计划（2 0 19 0 3 D121092）作者简介：常天印（19 7 6 一），男，山西平遥人，毕业于鞍山钢铁学院，学士学位，工程师.主要从事不锈钢产品开发与质量管理工作。山西冶金ShanxiMetallurgy常天印文献标识码A目前较为流行的解释是焊接熔池中的热表面张力对流对焊缝熔深产生影响7-8 。熔池表面张力差决定了表面液体金属的流动方向，从而决定了焊缝熔深9。而熔池表面张力取决于表面活化元素的含量，如w(s)或w(o)10。本文拟对不同s含量的SUS316L进行TIG自熔焊接试验，考察焊缝熔深和熔透性。1试验材料与方法取2 炉不同S含量的SUS316L不锈钢作为试验材料，化学成分如表1所示,厚度均为1.5mm。采用不焊透的TIG自熔来观察焊缝的熔深和熔宽，对比S含量对熔深的影响。焊接参数中只改变焊接电流，焊接速度和弧长不变，电弧依次经过低S含量和高S含量的试板，试验样品编号情况如表2 所示。表1试验材料成分w(sSi)/%w(Mn)/%0.4801.1220.4891.16090AG-2D-2Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.004文章编号：16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 0 0 7-0 2W(P)/%w(s)/%0.032.80.0050.02840.00180AG-3D-3w(Cr)/%16.57216.800对比图，可见在3 个不同焊接电流下，高S含量材料的自熔焊缝熔深均高于低s含量材料。图3 为不同s含量SUS316L自熔焊缝的深宽比平均值，可见高S材料自熔焊缝的深宽比均高于低S材料。图4为不同S含量SUS316L自熔焊缝的深宽积，可见高S材料自熔焊缝的熔化体积均高于低s材料。以上结果可以由“Heiple-Roper熔池对流理论来解释。熔池表面金属的流动可分为三种形状特征：熔w(Ni)/%10.03610.098图1焊缝数据测量示意图w(Mo)/%2.0302.032w(A1)/%0.00330.004 3W(N)/%0.04230.0500200Mm山西冶金E-mail:第46 卷表3 为焊缝尺寸数据编号熔深/m熔宽/m深宽比深宽积/（10 m）G1-11189G1-21143G1-31002G2-1584G2-2972G2-3633G3-1391G3-2399G3-3322D1-11045D1-21082D1-3866D2-1519D2-2558D2-3507D3-1279D3-2353D3-3324池表面液体金属由中心向外侧流动；熔池表面液体金属由外侧向中心流动；以上两种的组合。具体地讲，熔池中S、O 这类表面活化元素可改变熔池表面张力系数。当表面活化元素含量较低时，熔池表面张力系数为负，即温度越高，表面张力越小。熔池中心处于电弧的正下方,温度最高（TA，T r c），导致熔池表面液体金属由中心向四周流动，从而形成宽而浅的焊缝形貌，如图5-1所示。相反，当表面活化元素含量较高时，熔池表面张力系数为正，即温度越高，表面张力越大。熔池中心处于电弧正下方，温度最高（Ta,TT。）,在表面张力系数为正的条件下，此处的表面张力最大（rA，rsrc),周围表面张力逐渐降低,造成熔池表面液体金属由四周向中心流动，然后从中心向下流动，从而增加焊缝熔深1。基于以上讨论，对用于自熔焊管的SUS316L板材,其ws)应控制在0.0 0 5%0.0 10%范围内，以增加焊管工序的熔透性。14001200F1 000/80060040020000.360.320.280.2615140800.29142237610.30390940930.24480826430.22096130670.3169222.6620.237 7912.0530.190 45319540.2041971.8170.177 21538090.27435038750.279 22637610.2302582 5740.20163228290.197 2432.7750.1827031 6450.16960518200.1939561.7050.1900291.11998D-1图2焊缝熔深平均值对比0.279374.8511200.244.2988230.204.101.1860.161.5435120.122.9811240.081.6850460.040.8027230.000.779.6460.5850743.980.4054.1927503.2570261.3359061.5785821.4069250.4589550.642.4600.552420730528G-1D-2G-2编号0.261 470.19369D-1G-1图3焊缝深宽比平均值对比4.420883.80610D-1G-1图4焊缝深宽积平均值对比TTTA,TsTcTA,T.IcIA,IBIcAC5-1由中心向5-2由外侧向5-3两种组合外侧流动中心流动图5焊接熔池中表面液体流动形态及其与热表面张力的关系163结论1)高S含量SUS316L的自熔焊缝熔深、深宽比和熔化体积均优于低S含量SUS316L。2)不同s含量对表面张力系数的作用影响了熔池表面液体金属的流动方向。3)高S含量的熔池表面，液体金属从四周向中心流动，并从表面中心向下流动，增加了焊缝熔深。参考文献1柳学胜，杨凡，朱瑞金，等.0 0 Cr14Ni14Si4奥氏体不锈钢中微量铝硫与锻造裂纹J.理化检验（物理分册）,19 9 7(11)：3-5.2周勇，申鹏，杨志春，等.奥氏体不锈钢中硫含量的研究J.钢铁研究,2 0 17,45(4):3 5-3 7.3703李阳，张威,李娟，等.奥氏体不锈钢塑性变形行为及冲压成型性研究J.山西冶金，2 0 2 2，45（4)：1-3.4宋满堂，王会忠，于华财，等.X70超低硫管线钢中有害元素的控D-3G-30.184.91,0.190.93D-2G-2编号2.036261.43933D-2G-2编号BCB制J.炼钢,2 0 0 4(1):2 6-2 9,5王广辰，柴双全，王成林，等.UNSNO8367（下转第2 3 页）D-30.719590.549.17D-3G-3TDTTDG-32023年第8 期丘坚聪：HVP、D PS、H P添加剂组合对电解铜箔性能的影响分析23参数进行调整，另外两种添加剂的参数保持不变,通过分析Tafel极化曲线图的方式进行测试，测试结果如图4所示。-2-8-0.4图4不同HP浓度下的Tafel极化曲线图如图4所示，当HP质量浓度从0 增加至8 mg/L时,腐蚀电流迅速降低,减小至不足1A/cm,耐蚀性增强,其主要原因是，一定浓度的HP促进了铜箔内部结晶的生长，使得内部晶体结构的致密化更为突出。但在HP浓度进一步增大后,其耐蚀性反而降低，Analysis of the Effect of HVP,DPS,and HP Additive Combination on the Performance of(Jiangxi Xinbeirui Technology Co.,Ltd.,Yingtan Jiangxi 335003,China)Abstract:In order to further optimize the performance of electrolytic copper foil,the preparation process of 6 m electrolytic copper foil bydirect current electrode position method is taken as the research background.Firstly,the optimal parameters for the composition of theelectrolyte are determined.Then,based on existing experiments,the optimal addition amounts of HVP,DPS,and HP additives aredetermined to be 80 mg/L,10 mg/L,and 8 mg/L,respectively.The results of this study can provide certain reference for the optimization andadjustment of copper foil processing parameters in the future.Key words:additives;electrolytic copper foil;performance analysis(上接第8 页）超级奥氏体不锈钢焊接性研究 J.山西冶金，2 0 2 2，45（5：62-63.6何德孚，曹志梁,蔡新强，等.不锈钢GTAW 焊管生产中焊缝熔透易变性及其控制对策 J.焊管,2 0 0 2（3)：9-17.7GRANT D M,WOOD J V.Surface Tension of ElectromagneticallyLevitated 316L Stainless Steel with Sulphur and Silicon JJ.PowderMetallurgy,2013,35(1):43-46.8MUKAI K,MATSUSHITA T,MILLS K C,et al.Surface Tension ofLiquid AlloysA Thermodynamic Approach JJ.Metallurgical andMaterials Transactions B,2008,39(4):561-569.Abstract:The effect of different S content on the size of sUs316L stainless steel TIG self-fusion joint was