碱性渣系混合气体保护药芯焊丝焊接工艺性能的研究

论文摘要

药芯焊丝是近几年来发展最快、最有吸引力的新型焊接材料。为改善和提高碱性渣系药芯焊丝的焊接工艺性能,本文对己有的普通碱性渣系进行了改进,研制了一种碱性MgO-氟化物-SiO2-TiO2渣系的混合气体保护药芯焊丝。围绕渣系组分对药芯焊丝熔滴过渡行为、焊接电弧稳定性、熔渣覆盖及脱渣性等方面的影响进行了系统的研究和探讨。通过高速摄影观察熔滴过渡过程、水中收集熔滴和焊接飞溅测试等方法,研究了渣系组分对焊丝熔滴过渡行为以及焊接飞溅的影响。结果表明:当MgO含量小于25%时,熔滴颗粒相对细小,沿着焊丝轴向平稳过渡,焊接飞溅较小。用一部分氟硅酸钠代替萤石时,可以细化熔滴,降低飞溅。但是氟硅酸钠的含量超过12%以上时,又会使得焊接飞溅增大。通过与焊机相匹配的Lookout Weldoffice2000软件同步测试焊接过程的电弧电压和焊接电流数据,生成电弧电压、焊接电流波形图;同时结合高速摄影观察电弧的形态,研究了渣系组分对焊接电弧稳定性的影响。结果表明:当MgO为22%左右,CaF2为6%、Na2SiF6为9%时,焊接电弧稳定性较好。通过熔渣覆盖性评定及落球脱渣性试验研究了渣系组分对渣覆盖及脱渣性的影响,并建立了脱渣率的数学模型。结果表明:当MgO含量22%25%左右,SiO2含量5%7%左右,氟化物含量15%左右,TiO2含量13%15%左右时,焊缝熔渣覆盖良好,脱渣性好。此外,分析了熔渣微观组织结构、内表面形貌和断口特征对焊缝脱渣性的影响。结果表明:当熔渣的组织粗大,第二相为方向性较强的条带状,熔渣结构密实时,脱渣性较好;反之,脱渣性较差。最后,本文得出了具有较好焊接工艺性能的药芯焊丝渣系主要成分配比为:MgO（22%25%）-CaF2+Na2SiF6（15%）-SiO2（5%7%）-TiO2（15%）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 药芯焊丝的特点、国内外发展概况
• 1.2.1 药芯焊丝的特点
• 1.2.2 国外药芯焊丝的使用及研究概况
• 1.2.3 我国药芯焊丝的发展过程
• 1.2.4 我国药芯焊丝发展现存的问题
• 1.3 药芯焊丝的焊接工艺性能
• 1.3.1 熔滴过渡及其机理
• 1.3.2 焊接飞溅
• 1.3.3 焊接电弧稳定性
• 1.3.4 熔渣的覆盖性
• 1.3.5 焊缝脱渣性
• 1.4 药芯焊丝渣系与焊接性能
• 1.4.1 药芯焊丝渣系的类型与性能特点
• 1.4.2 国内碱性渣系药芯焊丝的研究状况
• 1.5 本课题研究的内容及意义
• 第二章 试验材料的制备及试验方法
• 2.1 渣系组分的选择
• 2.2 药芯焊丝的制备
• 2.2.1 试验原材料
• 2.2.2 药粉的处理
• 2.2.3 焊丝直径和填充率
• 2.2.4 焊丝的生产
• 2.3 试验设备及方法
• 2.3.1 焊接设备及焊接工艺参数
• 2.3.2 熔滴过渡及焊接飞溅测试
• 2.3.2.1 熔滴过渡动态行为测试试验
• 2.3.2.2 熔滴收集试验
• 2.3.2.3 飞溅收集试验
• 2.3.3 焊接电弧稳定性测试试验
• 2.3.4 熔渣覆盖及脱渣性测试试验
• 2.3.5 熔渣显微组织结构分析
• 第三章 药芯焊丝熔滴过渡试验结果与分析
• 3.1 熔滴过渡的研究重要性
• 3.2 试验结果及分析
• 3.2.1 氧化镁对熔滴过渡形态的影响
• 3.2.2 氧化镁对焊接飞溅的影响
• 3.2.3 氟化物对熔滴过渡和飞溅的影响
• 3.2.4 金红石对熔滴过渡和飞溅的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 药芯焊丝电弧稳定性试验结果与分析
• 4.1 电弧稳定性的研究重要性
• 4.2 试验结果及分析
• 4.2.1 氧化镁对电弧稳定性的影响
• 4.2.2 氟化物对电弧稳定性的影响
• 4.2.3 金红石的加入对电弧稳定性的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 药芯焊丝熔渣覆盖及脱渣性试验结果与分析
• 5.1 熔渣覆盖及脱渣性的研究重要性
• 5.2 实验结果及分析
• 5.2.1 渣系组分对渣覆盖性的影响
• 5.2.2 渣系组分对脱渣性的影响
• 5.2.2.1 熔渣的宏观形貌与脱渣性
• 5.2.2.2 渣系组分因子对脱渣性影响
• 5.2.3 熔渣的微观组织与脱渣性的关系
• 5.2.4 保护气体对渣覆盖及脱渣性的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文