多丝埋弧焊烧结焊剂研究综述

1、多丝埋弧焊烧结焊剂研究综述 目录 摘要1 第一章绪论选题背景及意义 1 第二章对丝埋弧焊 2 2. 1前言2 2. 2埋弧焊现状 2 2.3对丝埋弧焊的点 3 第三章烧结焊剂3 3.1 前言 3 3.2埋弧焊剂国内外现有系 3 3.3烧结焊剂优点 4 第四章烧结焊剂不同化学成分对其焊缝的影响 5 4. 1前言5 4.2 MgO对焊缝工艺性能及冶金性能的影响5 4.3 CaF2对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 5 4.4 A1203对焊缝工艺性能及冶金性能的影响5 4.5 SiO2对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 5 4. 6 CaCOs对焊缝工艺性能及冶金性能的影响6 4.7 CaSi03对焊缝工

2、艺性能及冶金性能的影响6 第五章化学元素对焊缝组织的影响6 5. 1 Mn对焊缝组织的影响 6 5.2 Si对焊缝组织的影响6 5.3 B对焊缝组织的影响7 5.4 Ti对焊缝组织的影响7 5.5 0对焊缝组织的影响7 5.6S、P对焊缝组织的影响 7 第六章碱度对焊缝的影响7 第七章稀土元素的影响9 第八章焊剂颗粒大小对焊缝的影响9 结论与展望 10 参考资料 多丝埋弧焊烧结焊剂研究综述 摘要：在中国烧结焊剂日趋成熟，多丝焊剂在当下还并不成熟仍处于研究中，通过一些文献本文 综合了各化学成分及合金元素不同成分对焊缝工艺性能及冶金性能的影响。主要是化学成分 MgO、CaF2, A1203 SO、

3、CaC03 CaSiO3;化学元素Mn、S、B、Ti、0、S、P 等对焊缝的工艺性能 及冶金性能的应能的影响。由于社会的高速化发展，提高质量和效率是人们亘古不变的话题，焊 剂也必然朝着高强化、高韧化、高效化发展。 关键字：烧结焊剂 多丝埋弧焊 工艺性能 冶金性能 第一章 绪论：选题背景及意义 在这个科技信息的时代，新技术，新信息不断引领者我们的社会发展，新材料更是人们一直 关注的对象，作为一名金属焊接专业的学生我希望在综合与自己专业知识相关的内容上再说一下 我对新焊接材料的展望，埋弧焊广泛应用于钢结构、锅炉、压力容器、工程机械、管线、造船等 方面。随着钢材级别的提高，高效焊剂的需求也越来也大，

4、烧结焊剂越来越朝着多品种高效率的 趋势发展，尤其是高强度、高韧性的焊剂，而这些大多数都依靠进口，我国基本没建立这一系列 的焊剂，在高速焊方面以美国产品市场占有率居高，技术水平也较高，美国林肯用于直缝焊管的 焊剂可用于五丝焊接，焊接速度可达到5m/mino双丝埋弧焊用焊材以美国林肯电气公司的产品 为主，LINC0LN系列占据着东南亚市场的80%左右，在高强钢焊接材料的开发方面，日本在核电、 加氢反应器用材料方面具有领先地位，在国内也占据有较大份额。在中国刚刚召开过的20门焊 接产业论坛中也对焊接的发展问题进行了讨论111, IS0/TC主席，美国EWI哈瑞斯博士在访中接加 大了内外焊接技术的交流

5、。多丝埋弧焊烧结焊剂在我国作为目前还不太成熟的焊剂需要在对国外 技术消化吸收的基础上发展属于自己的东西。本文主要是我对多丝烧结焊剂的理解的基础上综合 其现状及发展方向做的论述并叙述了自己对烧结焊剂的想法，多丝烧结焊剂不是多“新”的材料 但是这是我通过大量相关研究文献总结出来并加入自己对其新发展新方向及自己设想的一篇文 章。 第二章 多丝埋弧焊 2. 1前言 埋弧焊是1963年由前苏联巴顿焊接研究所发明的，当时苏联的技术人员在生产实践中首先发现了 熔化焊丝在熔化过程之中的自调节特性，从而建立了埋弧焊工艺及设备的理论基础，成功的开发 了埋弧自动焊刃。 2. 2埋弧焊现状 埋弧焊(Submerged

6、 Arc Welding,简称SAW)是电弧在颗粒状喊基层下燃烧的一种自动化焊接方 法。图2-1,2-2为其图片，埋弧焊作为现代工业的一个重要加工环节，焊接过程的自动化和智能 化是保证焊接质量、提高生 产效率、改善劳动条件的重要手段，也是未来焊接技术的发展方向。20世纪50年代开始出现4, 5 之后有双丝发展为多丝，焊接速度也越来越快。90年代J. Tusek博士等提出了金属粉末双丝埋弧 焊进一步提高了埋弧焊的熔敷效率和生产效率，并降低了焊机的消耗，埋弧焊作为现代工业的一 个重要加工环节，焊接过程的自动化和智能化是保证焊接质量、提高生产效率、改善劳动条件的 重要手段，也是未来焊接技术的发展方向

7、。 图2-1三丝埋弧焊 图2-2 六丝埋弧焊 2.3多丝埋弧焊的优点m (1) 焊接参数可调范围大，易获得合适的焊接形状。 (2) 热输入集中，热影响区小。 (3) 焊接速度快，焊接效率高。 (4) 焊接性能稳定，质量好。 多丝埋弧焊特别适用于大面积中厚板的焊接，目前这种工艺在国外的造船厂，高压容器厂和大口 径管道制造中已被广泛采用 第三章烧结焊剂 3. 1前言 烧结焊剂是1946年开始商业化生产的，并分有不同的渣系，由于其优点很快被推广，其图片如 图3-1,图3-2,目前在美国、西欧等国烧结焊剂的用量已占到焊剂量的90%,日本占到70%以上叫 图3-2硅钙型的烧结焊剂 但也有缺点，而且目前我

8、国与国外差距比大。 图3T不同类型的烧结焊剂 3.2 士 3. 2.1中国烧结焊剂的分类 渣系代号(X4) 主要组分 渣系 1 Ca0+Mg0+Mn0+CaF250%, S i O2 W 20%, CaF215% 氟碱型 2 A1203+Ca0+Mg045%, AI203 20% 高铝型 3 CaO+MgO+S i 0260% 硅钙型 4 MnO+S i 0250% 硅猛型 5 A12O3+T i 0245% 铝钛型 3.2.2欧洲烧结焊剂的分类 法、德焊剂渣系分类方法与我国相似，但没有高铝型渣系，多的是一种铝碱型渣系，其主要分为 猛硅型、硅钙型、钛硅型、铝钛型、铝碱型、铝氟型等等，但其渣系组

9、分范围也与我国有所不同。 3. 2.3美国烧结焊剂渣系分类 美国尚未有统一的焊剂渣系分类标准。美国林肯公司将其分为三类：惰性焊剂、活性焊剂、合金 焊剂。惰性焊剂是当电弧电压发生较大变化时，熔敷金属成分变化不大，主要用于厚板，活性焊 剂是含少量Si、Mn合金，有助于改善抗气孔和抗裂纹性能。合金焊剂是含合金元素较高的一类焊 剂。 由此可见，烧结焊剂在大多国家的都有着一定经验积累，且被按照不同的用途，性能，成分分成 了不同的渣系，人们也在根据社会的发展研究着新的类型。 3.3烧结焊剂的优缺点何 主要优点是可以灵活调整焊剂的合金成分，从而大大拓展了焊机的应用范围；此外还具有生产 过程环保节能、焊接易输

10、送和便于回收等优点。因此它比熔炼型焊剂具有更广范的使用性能，且 在很大程度上取代了熔炼焊剂；烧结焊剂对焊接参数的波动比较敏感，影响焊缝化学成分的均匀 性；吸湿性强、易受潮，使用还是必须严格烘干等，也正是因为这些它还不能完全取代熔炼焊剂。 熔炼焊剂图片如图2-3。 第四章烧结焊剂不同化学成分对其焊缝的影响 4.1前言焊接过程是一个非常复杂的物理化学过程，其特点是反应温度高、时间短，参加反应 的各种物相难以达到平衡。众所周知，对于焊缝金属冲击韧度要求不高的烧结焊剂，通常采用碱 度较小的高硅型渣系，可以获得良好的焊接工艺性能，具有适用于交流焊接、电弧稳定、脱渣容 易、焊缝成形美观、对铁锈敏感性小等特

11、点。当对焊缝金属冲击韧度要求较高时，一般选择碱度 较高的氟碱型渣系，有利于提高焊缝金属的冲击韧度，但其工艺性能不如高硅型渣系。还有一种 中性偏碱性的烧结焊剂，其综合了二者的特点，具有良好的工艺性能和冶金性能，且有更广泛的 适用范围。 4.2 MgO对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 随着MgO的增加，焊缝颜色变白，焊缝余高增大，在焊缝顶部出现凹凸不平，这是由于熔渣碱度 提高，高温粘度增大，流动性变差所致；当焊剂中MgO含量增加时，熔敷金属中扩散氢含量明显 增加； 4.3 CaF2对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 随着CaF2的增加，渣上气孔数量和体积逐渐减小，焊缝表面麻点逐渐消失，焊道变得较平滑，

12、但CaF2的作用在MgO的含量也较高时才能表现出来；随着CaF2含量的增加，扩散氢含量降低。CaF? 分解产生的氟气降低电弧气氛中氢的分压，因此，CaF2还具有明显的脱氢效果。 4.4 AhOs对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 随着阳2。3的增加，最明显的特征是脱渣越来越好，但焊缝表面呈蓝色，渣上气孔也越来越多，焊 缝表面易出现麻点。对该渣系而言，AhOj含量27可能已是上限，当阳2。3含量增加时，扩散氢含 量稍有增加； 4.5 Si。?对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 随着SiO2含量的增加，它的脱渣性变化不大，成形变好。SiO2是表面活性物质，降低熔渣的表面 张力，减小熔渣与液态金属之间的黏着

13、力，使渣均匀流动，因此成形性变好。同时Si02能使熔滴 变细，也于改善焊缝成形。焊缝中的含氢量随着熔渣中SiO2含量的增加而减少。Si02会強烈地与 氧组成聚合体，所以能显著降低熔渣中0 活性，因此就会降低H 2。在渣中的溶解度。 4.6 CaC03对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 随着CaCOj含量的增加，它的脫渣性和成形性均变差。因为CaCCL含量增加，高温分解放出大量气 体，使焊剂发气量显著增加，产生鼓渣现象。CaCO3在烧结时可以分解出CaO,在碱性渣中增加 高熔点的CaO有可能出现未熔化的固体颗粒，增大渣的流动性，使黏度升高，焊缝成形变差。由 于焊缝成形变差也使熔渣从焊缝表面脱除变得困

14、难。随看CaC03含量的增加，扩散氢含量降低。 因为焊剂中残留的CaCOs相对增多，在焊接时放出的CO气体也增多，CO能降低电弧中自由态的 氢。 4.7 CaSi03对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 CaSiO3对脱渣性的影响不大，随着含量的增加焊缝成形逐渐变差，咬边逐渐严重。还有，扩散 氢作为评价焊缝质量的三大指标之一，当MnO含量增加时，扩散氢含量变化不大。 CaC03 Si02: CaF2:对扩散氢含量影响由大到小的顺序为：CaC03Si02CaF2o随着CaC03、Si02、 CaF2含量的增加，扩散氢含量均下降。 第五章化学元素对焊缝组织的影响 5. 1 Mn对焊缝组织的影响 在低合金

15、高强钢的焊缝金属中，增加Mn低的温度下转变为针状铁素体，从而提高焊缝金属的低温 韧性。 5.2 Si对焊缝组织的影响 增加Si的含量，焊缝组织中先共析铁素体量增加，针状铁素体减少，使焊缝韧性降低。但焊缝Si 含量控制在050以下。C是保证强度的重要因素，但为了提高焊缝的低温韧性及抗腐蚀的能力。 但Mn/Si,随高强钢埋弧焊熔敷金属中Mn/Si值的降低，其组织相向针状铁素体转变，过低的Mn 值则组织以上贝氏体为主。高强钢埋弧焊熔敷金属中适当的Mn/Si值，有助于减少和粗化氧化夹 杂物，对提高低温韧性有利M。 5.3 B对焊缝组织的影响 少量B元素存在可促使生成针状铁素体。 5.4Ti对焊缝组织的

16、影响 Ti在焊缝中可保护B不被氧化和氮化，并促进针状铁素体的形成，提高焊缝金属的韧性。Ti含量 控制在0. 0020. 015范围内。当焊缝含氧量低于002时，针状铁素体的转变受到限制。 5.5 0对焊缝组织的影响 当氧含量大于0. 05时，将促进晶界反应，故焊缝中的氧含量控制在0. 0250. 045。 5.6 S、P对焊缝组织的影响 S、P作为杂质元素，使焊缝金属显著脆化而降低韧性，因此焊缝中要严格限制其含量，SW0.01、 PW0. 015 12lo 第六章碱度对焊缝的影响 国际焊接协会(IIW)推荐的碱度公式 B _ CaO + MgO+ K2O + Na20 + 0.5(Mn0 +

17、FeO) + CaF2 + BaO SiO2 +0.5(Ti02 +ZQ2+A1203) 碱度对焊缝也有影响：碱度过低，焊缝组织中易出现共析铁素体、侧板条铁素体组织，导致焊缝 韧性差；焊缝中的氧化物是降低冲击韧性的主要夹杂物，降低焊缝含氧量可以明显提高其韧性， 而焊缝金属的含氧量与焊剂的碱度有关，其关系如图6T。碱度越大，焊缝中的含氧量越低，焊 S犁莖花鳶 Q02 碱度B Bi 图6-1含氧量与碱度的关系 图6-2冲击韧性与碱度的关系 焊剂碱度 80 p(os三主 oo 图6-3冲击韧性与碱度的关系 图6-4冲击韧性与碱度的关系 缝金属的冲击韧性越高，其关系如图6-2, 6-3, 6-4o但是

18、碱度也不能过高，因为碱度过高又可鉅 使焊接工艺性能变差，难于施焊。碱度过高时，焊缝组织中易形成针状铁素体组织，焊缝韧性良 好，其关系如图6-5。但同时焊缝工艺性能变差，焊缝缺陷率高，特别是在高钢级、大壁厚条 件下，难于实现高速焊接。 0 10 0 0 0 06 图6-5 FeO活度与碱度的关系 第七章稀土元素的影响 稀土元素可以改善焊剂的焊接工艺性能，提高焊剂稳弧性，改善焊接脱渣性及焊缝成型，从而减 少焊缝缺陷。试验表明，当稀土氧化物质量分数在3%8%时，可使焊接工艺性能得以改善购。 第八章焊剂颗粒大小对焊缝的影响 焊剂颗粒的大小对焊缝也有一定的影响，大量实验表明适用于高速埋弧焊的烧结焊剂，其

19、颗粒度 最好是粗细搭配且中间粒度的焊剂所占比例尽可能高，这样既增加了焊剂的透气性又能保证焊剂 有较强的载流能力，尤其是对于大电流而言颗粒度过大会造成焊剂载流能力下降，造成焊缝保护 不良何。美国焊接手册指出，随着焊接电流的增加，焊剂的平均粒度减小且其中细颗粒的比例 应增加，否则易导致电弧不稳定并造成电弧暴霧和焊缝边缘成型不均匀。 结论与展望 结论：不同的化学成分和化学元素的焊剂搭配不同焊丝对应与其母材具有不同的强度，人们通过 调节其不同配比已达到所需目的，(SiO2+TiO2)含量在20 %左右，CaF?含量在20%左右，(CaO+MgO) 含量在2530毗., (AI2O3+MnO)含量在25

20、30%,再加入适量的错英石、大理石和石英，以及 少量的链铁、稀土硅铁和贴钛合金等时，焊剂就可以获得良好的焊接性能。而我国目前最主要的 问题是对焊剂的重视程度还不够，不够产业化，规模化，信息化。我们的烧结焊剂品种太单一, 有些专用的焊剂不是我们做不出来而是没有系列化，规模化，规范化，我们需要引进的不只是技 术还有他们的企业系统，我们国家大多属于几个大公司单干并没有一个专门的大企业引领中国市 场做成一条龙企业。虽然我国焊接方面起步不早，但它却是牵涉到一个工业强国的方方面面。 展望：如果在这些配比中加入微量纳米材料，一方面纳米材料的比表面积大，活性高可以降低焊 接的温度，可以降低热影响区的范围及晶粒

21、粗大，降低焊缝及热影响区宽度，另外可以发明游离 纳米定向技术使纳米材料对焊缝的缺陷进行一定修复，还可以在材料承受拉应力时填补微裂纹， 或缓解夹杂处的应力集中，即增强其塑性。 参考资料： 1焊接2011第六期 2 Amer i can We I d i ng soc i ety. We I d i ng handbook, We I d i ng Processse-Arc and Gas We I d i ng and Cutt i ng, Braz i ng, and so Ider i ng. (Seventh Ed i t i on), 1978, Vo 1.2：189-222 3 Un i on Carb i de corporat i on . Subm