焊条 开题报告1

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开题报告的内容（调研资料的准备，设计的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）

一：前言

铸铁是应用广泛的一种铁碳合金材料，基本上以铸件形式使用。一般来说，铸铁中的碳以石墨形态存在时，才能被广泛的应用。当碳主要以渗碳体等化合物形式存在时，铸铁断口呈银白色，此为白口铸铁。白口铸铁具有硬而脆的基本特性，生产中主要用作炼钢原料和生产可断铸件的毛坯，在冲击载荷不大的状况下。可作为耐磨材料使用。当碳主要以石墨形式存在时铸铁端口呈暗灰色，此为灰铸铁，这是工业上广泛应用的铸铁。当碳部分以石墨，部分以渗碳体存在时，即为麻口

铸铁，工业用途不大。铸铁具有成本低，铸造性能好，简单进行切削加工等优

点，而且熔化设备简单，所以在机械制造业中获得了十分广泛的应用。

1.1铸铁焊接主要应用在：

1.铸铁缺陷的焊补好多工厂都有铸铁车间，一般铸件废品率都较高，采用焊接方法修复这些有铸造缺陷的铸件，不仅有利于及时完成生产任务，而且可以大大降低逐渐成本。

2.已损坏铸铁件的焊补由于各种原因，铸铁件（如汽缸，空气锤等）在使用过程中会受到损坏，出现裂纹等缺陷，使产品报废。若要更换新的，有的新铸件一时无法解决，将严重影响生产任务的完成，而且成品铸件都是经过机械加工的，价格也往往很贵。若能及时用焊接方法修补，不仅有利于生产任务的完成，而且可以俭约大批资金。

3.零件的生产即把铸铁件（主要是球墨铸铁件）与钢件或其他金属件焊接起来作成零部件。国内采用较少，国外有的国家已逐渐在采用。

二：Z428焊条焊接工艺的的研究目的、要求、思路与预期成果

2.1目的：在焊接低成本的条件下要求焊接接头无白口、无裂纹、有好的机加工性

2.2要求：在尽量的低成本下进行铸铁的焊接，工艺简单，效率高2.3思路

2.3.1：研究铸铁焊接接头易出现的缺陷的原因和基本的防止方法

2.3.2：研究焊条的组成包括焊芯种类、药皮中各种成分、药皮和成分的作用和药皮的种类，焊条的工艺性能

2.3.3：研究现已经出现的和Z428同类焊条的工艺和配方，并试着配出Z428焊条的基本配方

2.3.4：在基本配方的基础上去做试验，通过试验观测焊后现象来调整配方中的成分的种类和比例

2.4预期成果：最终做完毕业后，自己生产的焊条和现已经有的同类焊条的焊接性能一致或比其更好

三：任务的完成阶段内容及时间安排

3.1:第一周时间的安排及内容

查阅资料，研究铸铁焊接时常见的缺陷中常见的缺陷及其出现的原因，并写出文献综述

3.1.1：焊接接头易出现白口及脆硬组织

当焊缝化学成分与灰铸铁母材成分一致时，在一般电弧冷焊状况下，由于焊缝金属冷却速度远大于铸件在砂型中的冷速，焊缝主要为白口组织，其硬度可高达600HBW左右。用最常见的低碳钢焊条焊接铸铁时，即使采用较小的焊接电流，母材在第一层焊缝中所占的百分比也将为25%~30%，当铸铁（C）为30%，则第一层焊缝的平均（C）将为0.75%~0.9%，属于高碳钢（（C）＞0.6%）。这种高碳钢焊缝在电弧冷焊后将形成高碳马氏体组织，不仅影响焊接接头的加工性，且由于

性脆引发裂纹。

若焊缝为铸铁，则应采用适当的工艺措施，减慢焊缝的冷速，并调整焊缝的化学成分，加强焊缝的石墨化能力，并使两者适当协同。采用异质材料进行铸铁焊接，使焊缝组织不是铸铁，自然可防止焊缝白口的产生。在采用熔焊时除冷却速度对该区焊后组织有重要影响外，焊缝区的化学成分对半熔化区的组织及宽度有重要影响。熔焊时采用适当工艺措施，使该区缓冷，可以使奥氏体直接析出石墨，而避免析出二次渗碳体，也可防止马氏体的形成。焊后采用600℃高温回火也可

使淬硬区硬度降至300HBS以下。

3.1.2：铸铁焊接接头易形成冷裂纹与热裂纹:

当焊缝为灰铸铁时，由于石墨呈片状存在，不仅减少了焊缝的有效工作截面，而且石墨如刻槽一样，在其两端呈严重的应力集中状态。灰铸铁强度低，500℃以下基本无塑性，当应力超过此时铸铁的抗拉强度时，即发生焊缝冷裂纹。当焊缝中存在白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率比灰口铸铁大，前者为2.3%左右，后者为1.26%左右，加以其中的渗碳体性更脆，故焊缝更易出现冷裂纹。当焊缝为铸铁型时，较易出现这种冷裂纹。同时焊接接头的氢含量很高时也是产生冷裂纹的原因。

采用镍基焊接材料焊接铸铁时，焊缝对热裂纹敏感的原因可从两方面说明，其一是铸铁含S、P杂质高，镍与硫形成Ni3S2,而Ni-Ni3S2的共晶温度很低（644℃）；镍与磷生成Ni3P,而Ni-Ni3P的共晶温度也较低（800℃）。其二是单相奥氏体焊缝晶粒粗大，晶界易于富集较多的低熔点共晶。当采用异质焊接材料焊接，使焊缝成为奥氏体、铁素体或铜基焊缝时由于焊缝金属具有良好的塑性，协同采用良好的焊接工艺焊缝金属不会出现冷裂纹。当焊缝为灰铸铁型时，由于焊缝灰铸铁强度低，基本无塑性，当焊补处拘束度较大时，为避免裂纹产生，应主要从减弱焊接应力着手。避免裂纹产生最有效的方法是对焊补工件进行整体预热（600~700℃），使温差降低，大大减弱焊接应力。在某些状况下，采用加热减应区法以减弱焊补处所受的应力。也可较有效的防止裂纹的

产生。其它有利于焊接应力的措施，都可降低裂纹发生的敏感性。

在采取减少氢来源，焊后马上进行消氢处理，对降低冷裂纹的发生很有帮助。为提高铸铁焊接用镍基焊条的抗热裂性能，可从以下几方面着手：调整焊缝金属的化学成分，使其脆性温度区间减少；参与稀土元素，加强焊缝的脱硫、脱磷冶金反应；参与适量的细化晶粒元素，使焊缝晶粒细化。采用正确的冷焊工艺，使焊接应力减低，并使母材的有害杂质较少溶入焊缝中，而且提高焊缝的成型系数，均有利于提高焊缝的抗热裂性能。3.1.3：铸铁焊接接头易出现气孔

a,大气：空气湿度太大，超过90%，水分分解，氢气、氧气侵入；收弧太快，保护不好，空气中的氮气侵入；电弧太长，使空气中的氮气侵入；

b、溶解于母材、焊丝和焊条钢芯中的气体药皮和焊剂中的水和气体；c、焊材、母材上的油、锈、水、漆等污染物，分解产生气体；

d、操作原因引起的气孔：＜i＞运条速度太快，气孔来不及逸出；＜ii＞焊丝添加不均匀，空气侵入；＜iii＞埋弧焊时，电弧电压过高，网络电压波动过大，空气侵入。

严格控制焊条的烘干温度和保温时间；不适用过期失效的焊材；使用符合标准要求的保护气体（氩气）；完全清理坡口及焊丝上的油，锈，水，漆等污物；电弧长度要适当，防止N2侵入，碱性焊条特别要采用短弧；搞好接头和收弧；适

当增加热输入量，降低焊接速度，以利气泡溢出。3.1.4：易变质的铸铁不易熔合

1）铸铁在长期高温下工作后，基体组织由原先的珠光体-铁素体转变为纯铁素体，石墨析出量增多且进一步聚集长大（见下图），而石墨的熔点高且微微非金属，故易出现不融合的状况；

2）石墨聚集长大后，特别是灰铸铁的石墨易长成为长而粗大的石墨片，这种石墨片与基体组织的交界面，成为空气进入铸件内部的通道，使金属发生氧化，从而易形成熔点较高的Fe、Si、Mn的氧化物，进而增大了熔合的难度。焊接前，应将变质铸铁表层适当的去除掉。生产实践说明：利用镍基铸铁焊条（加工面焊补）或低碳钢芯氧化物药皮铸铁焊条（非加工面焊补）焊补这种变质铸铁，有利于改善熔合性。

利用镍基铸铁焊条有利于改善焊接变质灰铸铁的熔合性原因可作如下解释：Ni与Fe能无限互溶，形成固溶体，且Ni在高温时，可以溶解较多的C。利用低碳钢芯氧化性药皮铸铁焊条有利于改善变质灰铸铁的焊接熔合性的原因，可能是由于该焊条的强氧化性有利于氧化掉编制铸铁的粗大石墨。

利用低碳钢芯氧化性药皮铸铁焊条有利于改善变质灰铸铁的焊接熔合性的原因，可能是由于该焊条的强氧化性有利于氧化掉变质铸铁的粗大石墨。3.2:其次周时间安排及内容

在文献综述的基础上编写开题报告同时研究焊条的组成包括焊芯种类、药皮中各种成分及作用、药皮的种类，焊条的工艺性能

焊条是涂有药皮的供手弧焊用的溶化电极，提有药皮和焊芯俩部分组成。焊条

时压涂在焊芯表面的涂料层。焊芯时焊条中被包裹的金属芯

进行手弧焊时，焊芯受热熔化并作为焊缝的填充金属。因此，焊芯的化学成分和性能对于焊缝金属的质量有着直接的影响。

锰是焊芯中的有益元素。它既能脱氧，又能控制硫的有害作用。

硅在焊接过程中极易氧化形成SiO2,而使焊缝中含有多量的夹杂物。严重时会引起热裂纹。因此希望焊芯中的含硅量越少越好。镍、铬对于低碳钢芯是作为夹杂混入的，其含量控制在国家标准所规定的范围以内，对于焊接冶金过程中不会有重大影响。

硫、磷是有害元素，可以引起裂纹和气孔。因此应当对他们的含量严格控制。此外，焊芯的电阻率和焊芯中的夹杂物（如SiO2、Al2O3等）对于焊条性能都有一定的影响。电阻率大的焊芯在焊接时因电阻热过大易使焊条药皮发红，失去应起的冶金及保护作用，并且简单产生气孔。当焊芯中含有较多的夹杂物时能引起飞溅，并且影响焊接电弧的稳定性。

3．2.1焊条药皮的作用

1）保护作用由于电弧的热作用使药皮熔化形成熔渣，在焊接冶金过程中又会产生某些气体。熔渣和电弧气氛起着保护熔滴、熔池和焊接区、隔离空气的作用，防止氮气等有害气体侵入焊缝。

2）冶金作用在焊接过程中，由于药皮的组成物质进行冶金反应，其作用是去除有害杂质（例如O、N、H、S、P等），并保护或添加有益合金元素，使焊缝的抗气孔性及抗裂性能良好，使焊缝金属满足各种性能要求。

3）使焊条具有良好的工艺性能焊条药皮的作用可以使电弧简单引燃，并能稳定的连续燃烧；焊接飞溅小；焊缝成形美观；易于脱渣以及可适用于各种空间位置的施焊。

3.2.2焊条药皮的类型

1）氧化钛型；2)氧化钛钙型；3）钛铁矿型；4）氧化铁型；5）纤维素型；6)低氢型；7）石墨型；8）盐基型3.2.3药皮原材料的种类

1）矿物类；2）金属及铁合金类；3）化工产品类；4）有机物类3.2.4焊条原材料的作用1）提高电弧的导电性；

①电弧引弧变易；②提高焊接性能；2）造渣；

①影响熔滴的大小；②防止熔滴过渡及熔池空气的侵入；③决定焊缝的成型；④防止焊缝快速冷却3）造气；

①通过有机物；②通过碳酸盐（例如CaCO3）4）脱氧；5）合金化；6）粘结；7）成形。

3.2.5：焊条的工艺性焊接电弧的稳定性、焊缝的成型、各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、焊条药皮发红、焊接烟尘。3.3：第三周时间安排及内容

3.3.1研究现已经出现的和Z408、Z438、Z448同类焊条的工艺和配方，并试着配出Z428焊条的基本配方

镍基铸铁焊条牌号，焊芯及药皮成分（%）牌号焊芯大理萤石碳酸低碳铁粉铝铁银片泥状纯碱红矾石钡锰铁石墨石墨钾Z408Ni553514255215Fe45Z438Ni55Fe45Z448Ni55Fe453.3.2焊条的工艺性能的研究

焊条的工艺性能是指焊条在焊接操作中的性能。它是衡量焊条质量的重要指标之一。焊条的工艺性能主要包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、药皮发红的程度及焊条发尘量等。

3.3.3针对Z428焊条焊接出现的问题的研究焊条药皮发红是其主要问题焊条药皮发红，是指焊条在使用到后半段时由于药皮温升过高而发红、开裂或药皮脱落的现象。显然，这时药皮就失去保护作用及冶金作用。药皮发红引起焊接工艺性能恶化，严重影响焊接质量，同时也造成了材料的浪费。