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 33.1 前言 3 3.2 埋弧焊剂国内外现有系 33.3 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 54.1 前言 5 4.2 Mg0 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 54.4 A12O3 对焊缝工艺性能及冶金性能的影响54.5 SiO2 对焊缝工艺性能及冶金性能的影响 5 4.6 CaCO3 对焊缝工艺性能及冶金性能的影响6 4.7 Ca

2、SiO3对焊缝工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 O对焊缝组织的影响7 5.6 S、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 9参考资料 10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Mg0 、CaF2、A1

3、2O3、SiO2、CaCO3、CaSiO3;化学元素n、S、B、Ti、O、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/min。双丝埋弧焊用焊材以美国林肯电气公司的产品为主，LINCOLN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2011焊接产业论坛中也对焊接的发展问题进行了讨论1，ISO/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。多丝埋弧焊烧结焊

5、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2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2,3。2.2 埋弧焊现状埋弧焊（Submerged Arc Welding，简称S

6、AW）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、提高生图2-2 六丝埋弧焊图 2-1 三丝埋弧焊产效率、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。2.

7、3 多丝埋弧焊的优点6,7（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8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9。但也有缺点，而且目前我国与国外差距比大。图3-2 硅钙型的烧结焊剂图3-1 不同类型的烧结焊剂3.2 埋弧焊剂

8、国内外现有渣系10 中国烧结焊剂的分类 渣系代号（X4）主要组分渣系1CaO+MgO+MnO+CaF2>50%,SiO220%,CaF215%氟碱型2Al2O3+CaO+MgO>45%,Al2O320%高铝型3CaO+MgO+SiO2>60%硅钙型4MnO+SiO2>50%硅锰型5Al2O3+TiO2>45%铝钛型 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，其主要分为锰硅型、硅钙型、钛硅型、铝钛型、铝碱型、铝氟型等等，但其渣系组分范围也与我国有所不同。 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

9、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10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

10、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

11、。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 Mg0对焊缝工艺性能及冶金性能的影响随着Mg0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Mg0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，但CaF2 的作用在Mg0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。CaF2 分解产生的氟气降低电弧气氛中氢的分

12、压，因此，CaF2还具有明显的脱氢效果。4.4 A12O3对焊缝工艺性能及冶金性能的影响随着A12O3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，A12O3含量27 可能已是上限，当A12O3含量增加时，扩散氢含量稍有增加；4.5 SiO2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力，使渣均匀流动，因此成形性变好。同时SiO2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。SiO2

13、会强烈地与氧组成聚合体，所以能显著降低熔渣中O 一活性，因此就会降低H 2O在渣中的溶解度。4.6 CaCO3对焊缝工艺性能及冶金性能的影响随着CaCO3含量的增加，它的脱渣性和成形性均变差。因为CaCO3 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Ca0，在碱性渣中增加高熔点的Ca0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难。随着CaCO3 含量的增加，扩散氢含量降低。因为焊剂中残留的CaCO3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

14、。4.7 CaSiO3 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Mn0含量增加时，扩散氢含量变化不大。CaCO3、SiO2：、CaF2：对扩散氢含量影响由大到小的顺序为：CaCO3>SiO2>CaF2。随着CaCO3、SiO2、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

15、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MnSi,随高强钢埋弧焊熔敷金属中MnSi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MnSi值，有助于减少和粗化氧化夹杂物，对提高低温韧性有利11。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0002 0015范围内。当焊缝含氧量低于002 时，针状铁素

16、体的转变受到限制。5.5 O对焊缝组织的影响当氧含量大于005 时，将促进晶界反应，故焊缝中的氧含量控制在0025 0045 。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，S001 、PO015 12。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Bw=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6-1。碱度越大，焊缝中的含氧量越低，焊缝金属的冲击

17、韧性越高，其关系如图6-2,6-3,6-4。但是碱度也不能过高，因为碱度过高又可能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13，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。 图 6-2 冲击韧性与碱度的关系图 6-1 含氧量与碱度的关系图 6-4 冲击韧性与碱度的关系图 6-3 冲击韧性与碱度的关系图 6-3 冲击韧性与碱度的关系图 6-5 FeO活度与碱度的关系图 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

18、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38 时，可使焊接工艺性能得以改善14。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10。美国焊接手册指出2，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露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

19、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,CaF2含量在20%左右，（CaO+MgO）含量在2530wt.%，（Al2O3+MnO）含量在2530%，再加入适量的锆英石、大理石和石英，以及少量的锰铁、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

20、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 American Welding society. Welding handbook,Welding Processse-Arc and Gas Welding and Cutting,Brazing,and soldering.(Seventh Edition),1978,Vol.2:189-2223 Unio