多絲埋弧焊燒結(jié)焊劑研究綜述

1、多絲埋弧焊燒結(jié)焊劑研究綜述 目錄摘要 1第一章 緒論 選題背景及意義 1 第二章 對(duì)絲埋弧焊 2 2.1 前言2 2.2 埋弧焊現(xiàn)狀 2 2.3 對(duì)絲埋弧焊的點(diǎn) 3 第三章 燒結(jié)焊劑 33.1 前言 3 3.2 埋弧焊劑國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有系 33.3 燒結(jié)焊劑優(yōu)點(diǎn) 4 第四章燒結(jié)焊劑不同化學(xué)成分對(duì)其焊縫的影響 54.1 前言 5 4.2 Mg0 對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響 5 4.3 CaF2 對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響 54.4 A12O3 對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響54.5 SiO2 對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響 5 4.6 CaCO3 對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響6 4.7 Ca

2、SiO3對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響 6第五章 化學(xué)元素對(duì)焊縫組織的影響6 5.1 Mn對(duì)焊縫組織的影響 6 5.2 Si對(duì)焊縫組織的影響 6 5.3 B對(duì)焊縫組織的影響7 5.4 Ti對(duì)焊縫組織的影響 7 5.5 O對(duì)焊縫組織的影響7 5.6 S、P對(duì)焊縫組織的影響 7第六章 堿度對(duì)焊縫的影響7第七章 稀土元素的影響9第八章 焊劑顆粒大小對(duì)焊縫的影響9結(jié)論與展望 9參考資料 10多絲埋弧焊燒結(jié)焊劑研究綜述摘要：在中國(guó)燒結(jié)焊劑日趨成熟，多絲焊劑在當(dāng)下還并不成熟仍處于研究中，通過(guò)一些文獻(xiàn)本文綜合了各化學(xué)成分及合金元素不同成分對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響。主要是化學(xué)成分Mg0 、CaF2、A1

3、2O3、SiO2、CaCO3、CaSiO3;化學(xué)元素n、S、B、Ti、O、S、P等對(duì)焊縫的工藝性能及冶金性能的應(yīng)能的影響。由于社會(huì)的高速化發(fā)展，提高質(zhì)量和效率是人們亙古不變的話題，焊劑也必然朝著高強(qiáng)化、高韌化、高效化發(fā)展。關(guān)鍵字：燒結(jié)焊劑 多絲埋弧焊 工藝性能 冶金性能第一章 緒論：選題背景及意義 在這個(gè)科技信息的時(shí)代，新技術(shù)，新信息不斷引領(lǐng)者我們的社會(huì)發(fā)展，新材料更是人們一直關(guān)注的對(duì)象，作為一名金屬焊接專(zhuān)業(yè)的學(xué)生我希望在綜合與自己專(zhuān)業(yè)知識(shí)相關(guān)的內(nèi)容上再說(shuō)一下我對(duì)新焊接材料的展望，埋弧焊廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)、鍋爐、壓力容器、工程機(jī)械、管線、造船等方面。隨著鋼材級(jí)別的提高，高效焊劑的需求也越來(lái)也大，

4、燒結(jié)焊劑越來(lái)越朝著多品種高效率的趨勢(shì)發(fā)展，尤其是高強(qiáng)度、高韌性的焊劑，而這些大多數(shù)都依靠進(jìn)口，我國(guó)基本沒(méi)建立這一系列的焊劑，在高速焊方面以美國(guó)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率居高，技術(shù)水平也較高，美國(guó)林肯用于直縫焊管的焊劑可用于五絲焊接，焊接速度可達(dá)到5m/min。雙絲埋弧焊用焊材以美國(guó)林肯電氣公司的產(chǎn)品為主，LINCOLN系列占據(jù)著東南亞市場(chǎng)的80%左右，在高強(qiáng)鋼焊接材料的開(kāi)發(fā)方面，日本在核電、加氫反應(yīng)器用材料方面具有領(lǐng)先地位，在國(guó)內(nèi)也占據(jù)有較大份額。在中國(guó)剛剛召開(kāi)過(guò)的2011焊接產(chǎn)業(yè)論壇中也對(duì)焊接的發(fā)展問(wèn)題進(jìn)行了討論1，ISO/TC主席，美國(guó)EWI哈瑞斯博士在訪中接加大了內(nèi)外焊接技術(shù)的交流。多絲埋弧焊燒結(jié)焊

5、劑在我國(guó)作為目前還不太成熟的焊劑需要在對(duì)國(guó)外技術(shù)消化吸收的基礎(chǔ)上發(fā)展屬于自己的東西。本文主要是我對(duì)多絲燒結(jié)焊劑的理解的基礎(chǔ)上綜合其現(xiàn)狀及發(fā)展方向做的論述并敘述了自己對(duì)燒結(jié)焊劑的想法，多絲燒結(jié)焊劑不是多“新”的材料但是這是我通過(guò)大量相關(guān)研究文獻(xiàn)總結(jié)出來(lái)并加入自己對(duì)其新發(fā)展新方向及自己設(shè)想的一篇文章。 第2章 多絲埋弧焊 2.1 前言埋弧焊是1963年由前蘇聯(lián)巴頓焊接研究所發(fā)明的，當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)的技術(shù)人員在生產(chǎn)實(shí)踐中首先發(fā)現(xiàn)了熔化焊絲在熔化過(guò)程之中的自調(diào)節(jié)特性，從而建立了埋弧焊工藝及設(shè)備的理論基礎(chǔ)，成功的開(kāi)發(fā)了埋弧自動(dòng)焊2,3。2.2 埋弧焊現(xiàn)狀埋弧焊（Submerged Arc Welding，簡(jiǎn)稱(chēng)S

6、AW）是電弧在顆粒狀喊基層下燃燒的一種自動(dòng)化焊接方法。圖2-1,2-2為其圖片，埋弧焊作為現(xiàn)代工業(yè)的一個(gè)重要加工環(huán)節(jié)，焊接過(guò)程的自動(dòng)化和智能化是保證焊接質(zhì)量、提高生圖2-2 六絲埋弧焊圖 2-1 三絲埋弧焊產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件的重要手段，也是未來(lái)焊接技術(shù)的發(fā)展方向。20世紀(jì)50年代開(kāi)始出現(xiàn)4,5之后有雙絲發(fā)展為多絲，焊接速度也越來(lái)越快。90年代J.Tusek 博士等提出了金屬粉末雙絲埋弧焊進(jìn)一步提高了埋弧焊的熔敷效率和生產(chǎn)效率，并降低了焊機(jī)的消耗,埋弧焊作為現(xiàn)代工業(yè)的一個(gè)重要加工環(huán)節(jié)，焊接過(guò)程的自動(dòng)化和智能化是保證焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件的重要手段，也是未來(lái)焊接技術(shù)的發(fā)展方向。2.

7、3 多絲埋弧焊的優(yōu)點(diǎn)6,7（1） 焊接參數(shù)可調(diào)范圍大，易獲得合適的焊接形狀。（2） 熱輸入集中，熱影響區(qū)小。（3） 焊接速度快，焊接效率高。（4） 焊接性能穩(wěn)定，質(zhì)量好。多絲埋弧焊特別適用于大面積中厚板的焊接，目前這種工藝在國(guó)外的造船廠，高壓容器廠和大口徑管道制造中已被廣泛采用第三章燒結(jié)焊劑3.1 前言燒結(jié)焊劑是1946年開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)8的,并分有不同的渣系，由于其優(yōu)點(diǎn)很快被推廣，其圖片如圖3-1，圖3-2，目前在美國(guó)、西歐等國(guó)燒結(jié)焊劑的用量已占到焊劑量的90%，日本占到70%以上9。但也有缺點(diǎn)，而且目前我國(guó)與國(guó)外差距比大。圖3-2 硅鈣型的燒結(jié)焊劑圖3-1 不同類(lèi)型的燒結(jié)焊劑3.2 埋弧焊劑

8、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有渣系10 中國(guó)燒結(jié)焊劑的分類(lèi) 渣系代號(hào)（X4）主要組分渣系1CaO+MgO+MnO+CaF2>50%,SiO220%,CaF215%氟堿型2Al2O3+CaO+MgO>45%,Al2O320%高鋁型3CaO+MgO+SiO2>60%硅鈣型4MnO+SiO2>50%硅錳型5Al2O3+TiO2>45%鋁鈦型 歐洲燒結(jié)焊劑的分類(lèi)法、德焊劑渣系分類(lèi)方法與我國(guó)相似，但沒(méi)有高鋁型渣系，多的是一種鋁堿型渣系，其主要分為錳硅型、硅鈣型、鈦硅型、鋁鈦型、鋁堿型、鋁氟型等等，但其渣系組分范圍也與我國(guó)有所不同。 美國(guó)燒結(jié)焊劑渣系分類(lèi)美國(guó)尚未有統(tǒng)一的焊劑渣系分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)林肯

9、公司將其分為三類(lèi)：惰性焊劑、活性焊劑、合金焊劑。惰性焊劑是當(dāng)電弧電壓發(fā)生較大變化時(shí)，熔敷金屬成分變化不大，主要用于厚板，活性焊劑是含少量Si、Mn合金，有助于改善抗氣孔和抗裂紋性能。合金焊劑是含合金元素較高的一類(lèi)焊劑。由此可見(jiàn)，燒結(jié)焊劑在大多國(guó)家的都有著一定經(jīng)驗(yàn)積累，且被按照不同的用途，性能，成分分成了不同的渣系，人們也在根據(jù)社會(huì)的發(fā)展研究著新的類(lèi)型。3.3 燒結(jié)焊劑的優(yōu)缺點(diǎn)10主要優(yōu)點(diǎn)是可以靈活調(diào)整焊劑的合金成分，從而大大拓展了焊機(jī)的應(yīng)用范圍;；此外還具有生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保節(jié)能、焊接易輸送和便于回收等優(yōu)點(diǎn)。因此它比熔煉型焊劑具有更廣范的使用性能，且在很大程度上取代了熔煉焊劑;燒結(jié)焊劑對(duì)焊接參數(shù)的波

10、動(dòng)比較敏感，影響焊縫化學(xué)成分的均勻性；吸濕性強(qiáng)、易受潮，使用還是必須嚴(yán)格烘干等，也正是因?yàn)檫@些它還不能完全取代熔煉焊劑。熔煉焊劑圖片如圖2-3。第四章 燒結(jié)焊劑不同化學(xué)成分對(duì)其焊縫的影響4.1 前言 焊接過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其特點(diǎn)是反應(yīng)溫度高、時(shí)間短，參加反應(yīng)的各種物相難以達(dá)到平衡。眾所周知，對(duì)于焊縫金屬?zèng)_擊韌度要求不高的燒結(jié)焊劑，通常采用堿度較小的高硅型渣系，可以獲得良好的焊接工藝性能，具有適用于交流焊接、電弧穩(wěn)定、脫渣容易、焊縫成形美觀、對(duì)鐵銹敏感性小等特點(diǎn)。當(dāng)對(duì)焊縫金屬?zèng)_擊韌度要求較高時(shí)，一般選擇堿度較高的氟堿型渣系，有利于提高焊縫金屬的沖擊韌度，但其工藝性能不如高硅型渣系

11、。還有一種中性偏堿性的燒結(jié)焊劑，其綜合了二者的特點(diǎn)，具有良好的工藝性能和冶金性能，且有更廣泛的適用范圍。4.2 Mg0對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響隨著Mg0的增加，焊縫顏色變白，焊縫余高增大，在焊縫頂部出現(xiàn)凹凸不平，這是由于熔渣堿度提高，高溫粘度增大，流動(dòng)性變差所致；當(dāng)焊劑中Mg0含量增加時(shí)，熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量明顯增加；4.3 CaF2對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響隨著CaF2 的增加，渣上氣孔數(shù)量和體積逐漸減小，焊縫表面麻點(diǎn)逐漸消失，焊道變得較平滑，但CaF2 的作用在Mg0的含量也較高時(shí)才能表現(xiàn)出來(lái)；隨著CaF2 含量的增加，擴(kuò)散氫含量降低。CaF2 分解產(chǎn)生的氟氣降低電弧氣氛中氫的分

12、壓，因此，CaF2還具有明顯的脫氫效果。4.4 A12O3對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響隨著A12O3的增加，最明顯的特征是脫渣越來(lái)越好，但焊縫表面呈藍(lán)色，渣上氣孔也越來(lái)越多，焊縫表面易出現(xiàn)麻點(diǎn)。對(duì)該渣系而言，A12O3含量27 可能已是上限，當(dāng)A12O3含量增加時(shí)，擴(kuò)散氫含量稍有增加；4.5 SiO2對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響隨著SiO2 含量的增加，它的脫渣性變化不大，成形變好。SiO2是表面活性物質(zhì)，降低熔渣的表面張力，減小熔渣與液態(tài)金屬之間的黏著力，使渣均勻流動(dòng)，因此成形性變好。同時(shí)SiO2能使熔滴變細(xì)，也于改善焊縫成形。焊縫中的含氫量隨著熔渣中SiO2含量的增加而減少。SiO2

13、會(huì)強(qiáng)烈地與氧組成聚合體，所以能顯著降低熔渣中O 一活性，因此就會(huì)降低H 2O在渣中的溶解度。4.6 CaCO3對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響隨著CaCO3含量的增加，它的脫渣性和成形性均變差。因?yàn)镃aCO3 含量增加，高溫分解放出大量氣體， 使焊劑發(fā)氣量顯著增加，產(chǎn)生鼓渣現(xiàn)象。CaCO3在燒結(jié)時(shí)可以分解出Ca0，在堿性渣中增加高熔點(diǎn)的Ca0有可能出現(xiàn)未熔化的固體顆粒，增大渣的流動(dòng)性，使黏度升高，焊縫成形變差。由于焊縫成形變差也使熔渣從焊縫表面脫除變得困難。隨著CaCO3 含量的增加，擴(kuò)散氫含量降低。因?yàn)楹竸┲袣埩舻腃aCO3相對(duì)增多，在焊接時(shí)放出的CO 氣體也增多，CO 能降低電弧中自由態(tài)的氫

14、。4.7 CaSiO3 對(duì)焊縫工藝性能及冶金性能的影響CaSiO3 對(duì)脫渣性的影響不大，隨著含量的增加焊縫成形逐漸變差，咬邊逐漸嚴(yán)重。還有，擴(kuò)散氫作為評(píng)價(jià)焊縫質(zhì)量的三大指標(biāo)之一，當(dāng)Mn0含量增加時(shí)，擴(kuò)散氫含量變化不大。CaCO3、SiO2：、CaF2：對(duì)擴(kuò)散氫含量影響由大到小的順序?yàn)椋篊aCO3>SiO2>CaF2。隨著CaCO3、SiO2、CaF2含量的增加，擴(kuò)散氫含量均下降。第五章 化學(xué)元素對(duì)焊縫組織的影響5.1 Mn對(duì)焊縫組織的影響在低合金高強(qiáng)鋼的焊縫金屬中，增加Mn低的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铊F素體，從而提高焊縫金屬的低溫韌性。5.2 Si對(duì)焊縫組織的影響增加Si的含量，焊縫組織中

15、先共析鐵素體量增加，針狀鐵素體減少，使焊縫韌性降低。但焊縫Si含量控制在050 以下。C是保證強(qiáng)度的重要因素，但為了提高焊縫的低溫韌性及抗腐蝕的能力。但MnSi,隨高強(qiáng)鋼埋弧焊熔敷金屬中MnSi值的降低，其組織相向針狀鐵素體轉(zhuǎn)變，過(guò)低的Mn值則組織以上貝氏體為主。高強(qiáng)鋼埋弧焊熔敷金屬中適當(dāng)?shù)腗nSi值，有助于減少和粗化氧化夾雜物，對(duì)提高低溫韌性有利11。5.3 B對(duì)焊縫組織的影響少量B元素存在可促使生成針狀鐵素體。5.4Ti對(duì)焊縫組織的影響Ti在焊縫中可保護(hù)B不被氧化和氮化，并促進(jìn)針狀鐵素體的形成，提高焊縫金屬的韌性。Ti含量控制在0002 0015范圍內(nèi)。當(dāng)焊縫含氧量低于002 時(shí)，針狀鐵素

16、體的轉(zhuǎn)變受到限制。5.5 O對(duì)焊縫組織的影響當(dāng)氧含量大于005 時(shí)，將促進(jìn)晶界反應(yīng)，故焊縫中的氧含量控制在0025 0045 。5.6 S、P對(duì)焊縫組織的影響 S、P作為雜質(zhì)元素，使焊縫金屬顯著脆化而降低韌性，因此焊縫中要嚴(yán)格限制其含量，S001 、PO015 12。第六章 堿度對(duì)焊縫的影響國(guó)際焊接協(xié)會(huì)（IIW）推薦的堿度公式Bw=堿度對(duì)焊縫也有影響：堿度過(guò)低，焊縫組織中易出現(xiàn)共析鐵素體、側(cè)板條鐵素體組織，導(dǎo)致焊縫韌性差；焊縫中的氧化物是降低沖擊韌性的主要夾雜物，降低焊縫含氧量可以明顯提高其韌性，而焊縫金屬的含氧量與焊劑的堿度有關(guān)，其關(guān)系如圖6-1。堿度越大，焊縫中的含氧量越低，焊縫金屬的沖擊

17、韌性越高，其關(guān)系如圖6-2,6-3,6-4。但是堿度也不能過(guò)高，因?yàn)閴A度過(guò)高又可能使焊接工藝性能變差，難于施焊。堿度過(guò)高時(shí)，焊縫組織中易形成針狀鐵素體組織，焊縫韌性良好13，其關(guān)系如圖6-5。但同時(shí)焊縫工藝性能變差，焊縫缺陷率高，特別是在高鋼級(jí)、大壁厚條件下，難于實(shí)現(xiàn)高速焊接。 圖 6-2 沖擊韌性與堿度的關(guān)系圖 6-1 含氧量與堿度的關(guān)系圖 6-4 沖擊韌性與堿度的關(guān)系圖 6-3 沖擊韌性與堿度的關(guān)系圖 6-3 沖擊韌性與堿度的關(guān)系圖 6-5 FeO活度與堿度的關(guān)系圖 6-5 FeO活度與堿度的關(guān)系第七章 稀土元素的影響稀土元素可以改善焊劑的焊接工藝性能，提高焊劑穩(wěn)弧性，改善焊接脫渣性及焊縫

18、成型，從而減少焊縫缺陷。試驗(yàn)表明，當(dāng)稀土氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在38 時(shí)，可使焊接工藝性能得以改善14。第八章 焊劑顆粒大小對(duì)焊縫的影響焊劑顆粒的大小對(duì)焊縫也有一定的影響，大量實(shí)驗(yàn)表明適用于高速埋弧焊的燒結(jié)焊劑，其顆粒度最好是粗細(xì)搭配且中間粒度的焊劑所占比例盡可能高，這樣既增加了焊劑的透氣性又能保證焊劑有較強(qiáng)的載流能力，尤其是對(duì)于大電流而言顆粒度過(guò)大會(huì)造成焊劑載流能力下降，造成焊縫保護(hù)不良10。美國(guó)焊接手冊(cè)指出2，隨著焊接電流的增加，焊劑的平均粒度減小且其中細(xì)顆粒的比例應(yīng)增加，否則易導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定并造成電弧暴露和焊縫邊緣成型不均勻。結(jié)論與展望結(jié)論：不同的化學(xué)成分和化學(xué)元素的焊劑搭配不同焊絲對(duì)應(yīng)與其母材

19、具有不同的強(qiáng)度，人們通過(guò)調(diào)節(jié)其不同配比已達(dá)到所需目的，（SiO2+TiO2）含量在20 %左右,CaF2含量在20%左右，（CaO+MgO）含量在2530wt.%，（Al2O3+MnO）含量在2530%，再加入適量的鋯英石、大理石和石英，以及少量的錳鐵、稀土硅鐵和貼鈦合金等時(shí)，焊劑就可以獲得良好的焊接性能。而我國(guó)目前最主要的問(wèn)題是對(duì)焊劑的重視程度還不夠，不夠產(chǎn)業(yè)化，規(guī)?；?，信息化。我們的燒結(jié)焊劑品種太單一，有些專(zhuān)用的焊劑不是我們做不出來(lái)而是沒(méi)有系列化，規(guī)?；?，規(guī)范化，我們需要引進(jìn)的不只是技術(shù)還有他們的企業(yè)系統(tǒng)，我們國(guó)家大多屬于幾個(gè)大公司單干并沒(méi)有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的大企業(yè)引領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)做成一條龍企業(yè)。雖然

20、我國(guó)焊接方面起步不早，但它卻是牽涉到一個(gè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)的方方面面。展望:如果在這些配比中加入微量納米材料，一方面納米材料的比表面積大，活性高可以降低焊接的溫度，可以降低熱影響區(qū)的范圍及晶粒粗大，降低焊縫及熱影響區(qū)寬度，另外可以發(fā)明游離納米定向技術(shù)使納米材料對(duì)焊縫的缺陷進(jìn)行一定修復(fù)，還可以在材料承受拉應(yīng)力時(shí)填補(bǔ)微裂紋，或緩解夾雜處的應(yīng)力集中，即增強(qiáng)其塑性。參考資料：1 焊接2011第六期2 American Welding society. Welding handbook,Welding Processse-Arc and Gas Welding and Cutting,Brazing,and soldering.(Seventh Edition),1978,Vol.2:189-2223 Unio