焊接创新实验综述_焊接创新实验开题报告

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焊接专业 创新实验综述

班级：焊接09-1 姓名： 学号：

一.国内外对焊条的研究进展(综述)

（一）焊条性能改进的主要方向和进展.1.尽量降低熔敷金属扩散氮含量从理论上和实践上都已明确,熔敷金属所含扩散氢是造成低合金钢焊接裂纹的主要原因之一。降低低氢型焊条熔敷金属扩散氢含量的技术途径,是尽量地减少焊条药皮的含水量和提高焊接冶金过程的去氢能力。这主要是通过调整低氢型焊条药皮配方来实现的。例如,在配方中去掉含存结晶水的云母等物质,加入有去氢能力的多种氟化物和稀土元素等。通过“六五”期间的努力,目前我国在降低熔敷金属扩散氢含量方面,已达到国外的先进水平。所研制的TH227等超低氢焊 条,熔敷金属扩散氢含量已小于lml/1009【1】,【2】。同时国内一些焊条厂对常用的结507焊条作了改进,使其熔敷金属扩散氢含量从过去按国家标准不大J几sml/l00g验收,改为优质产品可保证扩散氢含量不大于3ml/100g【3】。

2、努力提高焊缝金属的低温冲击初性和断裂韧性为确保各类低合金钢焊接结构的安全可靠性,关键之一是使焊缝金属具有相应强度的同时,要有优良的低温冲击韧性和断裂韧性。提高焊缝金属低温冲击韧性和断裂韧性的主要技术途径是,严格控制焊缝金属中的氮氢氧等气体杂质和非金属夹杂物含量,净化焊缝金嘱,加入稀土、钦、硼等微量合金元素,并降低含碳量和调整锰硅含量,使焊缝金属具有合适的化学成分和显微组织。

近年来,国内不少单位在这方面进行了大量工作,取得了一批可喜的成果。已研制成功了符合海上采油平台管接点要求的TH326焊条【4】,用于压力容器CF一60钢的结60了一CF焊条【5】和新结507GR焊条【6】。

3.提高低氮型和超低氢型焊条的交流稳弧性我国从50年代推广低氢型焊条以来,一直主要采用直流低氢型焊条,如结

427、结507、结607等。而目前国外这类焊条一般均采用交流施焊。因为与直流施焊相比,用交流施焊具有节约电能20%以上,降低焊机成本50%以上,便于野外施工时对焊机进行维护等优点。特别是对比较复杂的空间格架钢结构,如海_L采油平台和高层建筑,采用直流施焊时,由于焊缝周围的磁场不易平衡,极容易使焊接电弧发生磁偏吹而产生焊接缺陷,因此只宜采用交流施焊。过去我国虽然也生产结506等交直流两用低氢型焊条,但由于交流稳弧性较差而未能广泛应用。通过“六五”攻关工作,已解决了这一技术难点,研制成功了在安全空载电压(65~70V)下交流稳弧性优良的超低氢高韧性焊条TH326和TH226。

4.改进高强度钢管接头焊条的性能随着石油和天然气开采量的增长,采用低碳钢制作的小口径低压输送管线,已不适应增长输送量的需要,而要求采用大口径加压输送的管线。这就需要更高强度级别的管线钢。我国已研制了高强度高韧性的x60管线钢。其配套焊条经冶金部门和石汕部门联合攻关,既解决了管接头进行全位置下行(立向下)的施焊工艺问题,也解决了与x6o钢相匹配所要求的焊缝高强度高切性问题,研制成功了低氢型全位置下向SGH一1焊条【7】。

5.提高付候钢焊缝金属的抗大气腐蚀性变色为解决铁路车辆和建筑冷弯型钢等薄板钢结构的耐腐蚀问题,我国已研制了仿CortenA和OgMnCuPTi等耐候钢,因此必须提高其焊缝金属的抗大气腐蚀问题。通过对焊条药皮配方的调整,向焊缝金属添加微量Cu、Cr、Ni,研制成功了与耐候钢相匹配的结50艺CuCrNi焊条和结507CuCrNi焊条。此外,为提高焊条的焊接效率,拍六五”期间一些单位还研制了不同型号的高效铁粉焊条。一些焊条厂还引进了瑞士伊沙公司OK牌E7018类型的铁粉焊条生产专利。

（二）新品种焊条的主要性能

1.具有杭吸潮能力的超低氮型焊条Tl一1227TH227和日本超低氢焊条16LH经不同温度烘焙后,采用原“国标”(GB1225一76)、新“国标”(GB3965一83)(等效日本Jl523113标准)和英国劳埃德船级社规范甘油法,由各单位测出的熔敷金属扩散氢含量极低,只有0.33~0.剐mL八009,优于日本16LH焊条。TH22了焊条熔敷金属的机械性能列于表2。由表2可见,其一40oC冲击值一般在ZooJ/cm“左右,表明低温韧性优良。

TH227焊条适用于16Mn、改进16Mn等低合金钢的重要焊接结构。2.交直流两用超低氮高韧性焊条广rH326 TH326焊条的施焊工艺性能优良,可交直流两用,在70V空载电压下交流稳弧性好,飞溅小,容易脱渣,全位置操作性能优良。其熔敷金属的化学成分列于表3。

TH326焊条焊接海洋平台和其它重要钢结构节点的Z向钢E36235时,其焊缝的机械性能见表4,焊缝系列冲击值见表5,按DD19标准测定的焊缝COD值见表6。采用TH326焊条与国产Z向钢配套,焊缝的各项性能优良,特别是焊缝的低温冲击韧性、消应处理后性能、时效性能和COD值优良。

TH326焊条己批量生产供给台关单位使用,在舞阳Z向钢和武钢平台钢及船板钢鉴定会中,{甘定为配一全焊条。并可用于16Mn、15MnV、15MnVN压力容器、桥梁、高层建筑等重要钢结构的交流焊接。3.低氮型全位置下行(立向下)焊条SGH一15GH一1焊条熔敷金属扩散氢含量为2一3ml/1009左右,抗裂性和抗气孔性优良，施焊工艺性能良好。少}」SGH一1焊条焊接x60管线钢的钢管接头时,试验结果列于表7。由表7可见,各项性能均符合要求,与国外同类型的焊条相当。发展,近年来焊丝在国外进展很快,在国内也有所进展。

国产J422焊条从50年代中期研究和生产至今已有30多年历史,其产量已占我国焊条总产量的80%以上,是一种使用十分广泛的低碳钢焊条,因而也是各焊条厂的主导产品或主导产品之一。从整体上讲,该焊条的内在质量不仅符合国标和船规要求,而且已达到国外同类型焊条的先进水平。然而,在某些条件下,特别是在冬、春季节生产过程中,J422焊条药皮容易开裂的问题已困扰焊条行业几十年,迄今很多厂家尚未得到根本解决,从而严重影响了焊条的外在质量,也造成了很大浪费。在我国J422 普通碳钢焊条的配方设计中【8】，其主体材料最早是引进澳大利亚的天然金红石，后来充分利用国产资源———钛铁矿，形成了以 “钛铁矿；钛白粉；人造石；还原钛铁矿”为主体材料的体系。发展至今，基本上具有上述的优势，并相继广泛地采用了以还原钛铁矿、大理石为主体，以人造石、金红石（或天然金红石）、钛铁矿（少用或不用钛白粉）为辅的多种材料所形成的J422配方新体系。随着市场对产品的要求不断提高、碳钢焊条的不断更新，J422产品的技术指标也越来越高，突出体现在以下几个方面：焊缝金属的力学性能焊接接头的冷弯指标和抗裂性；全方位的焊接工艺性能；T形接头角焊缝的成形焊脚尺寸；对直径2.0，2.5，3.2mm等小规格焊条的再引弧性能。因此，对 J422 配方进行创新设计，是广大焊接科技工作者的紧迫任务。

（三）国产J422焊条药皮开裂的研究【9】

(l)国产J422焊条药皮开裂,通常在冬、春季节焊条生产过程中出现,而焊条出条后至焊条药皮温度降低到室温及焊条进入低、中温烘焙阶段,是焊条药皮开裂的两个主要时期,且药皮裂纹均在焊条表面沿纵向分布。

(2)影响国产J422焊条药皮开裂的因素可归纳为三大类,即气候条件、工艺和工装设备、焊条药皮性能。其中冬、春季节生产车间温度是影响药皮开裂的最重要因素,而焊条药皮性能则是最关键因素。

(3)采取控制生产车间温度和低、中温烘焙温度,合理选用生产设备,适当延长低、中温烘焙时间等措施,对降低和防止J422焊条药皮开裂倾向有利,但从根本上解决J422焊条在冬、春季节生产时药皮开裂的问题是困难的。

(4)选用具有疏松度和透气性好、吸水性和粘结性强、吸水后膨胀率小等性能的原材料,进行J422焊条的配方设计和焊条生产,是解决该焊条在冬、春季节生产时药皮开裂的根本途径和最有效措施。

(5)在不改变原有生产条件情况下,解决J422焊条药皮开裂问题,具有很好的经济和社会效益。该项研究成果,不仅可推广应用于国产Jd22焊条,而且对其它焊条的设计和生产有一定的参考价值。

（四）新材料在J422焊条中的研究与应用【10】。

焊接工艺性能，涉及面很广，如电弧稳定性、再引弧性、焊接烟尘、良效套筒、良效熔渣、对焊接设备适应性、电流大小适应性、操作方法适应性等。据用户反映，当前对 J422 焊条反映最多的仍是电弧稳定性、再引弧性、焊接烟尘及手感柔畅性和抗裂性等。长期以来，焊条行业在这方面作了许多的努力，例如，最大限度地利用含低电离位氧化钾，氧化钠的长石、云母、锂云母、人造云母、绢云母、伊利石、钾钠混合水玻璃、高锰酸钾等，但还不能满足稳弧和再引弧及压涂性能的要求，为此，在焊条药皮配方设计上，增添如木粉、竹粉、淀粉、活性炭、海藻酸钠、CMC、微晶纤维等添加物质，在稳弧、再引弧及压涂性能上取得了良好的效果，但带来的负面影响却是烟尘的危害，不利于焊工的身心健康和周边环境的清洁卫生。其次，这类物质价格偏高，不利于降低成本。为此，多寻求一些含氧化钾.氧化钠和含 Ti，B 等微量元素以及含微量稀土物质以取代或部分取代上述添加剂，是当前及今后一段时期研究的热门。当前这2 种新材料已成功地应用在 J422 焊条药皮配方设计上，并正在推广应用于其他焊条产品中，其前景是非常广阔的。

（五）含钛J422焊条研制及其焊缝组织性能【11】。

国产 E4303（J422）焊条强度等级为 420 MPa 的低碳焊条，其焊缝金属塑性、韧性良好，焊接性能优良。随着焊接材料向低成本、高质量的方向发展，对碳钢焊条 J422 产品的技术指标也越来越高。为降低成本及改善焊缝的组织与力学性能，常利用国产资源并有目的的加入少量合金元素。钛是一种少量加入可以大幅提高结构钢焊缝性能的合金元素。但钛的化学性质很活泼，与氧的亲和力大，难以向焊缝中过渡，因此钛常作为脱氧剂。

（1）在试验室条件下小批量研制的 J422Ti 焊条

药皮中不用金红石，采用较少钛白粉，尽量采用国产矿物，该焊条引弧、再引弧容易，电弧稳定柔和，飞溅小，熔敷效率高，焊缝成形美观，工艺性能试验结果与普通 J422 焊条基本相当，同时实现了合金元素钛向焊缝的过渡。研制的焊条经产品性能签定后可推广应用。

（2）在市售 J422 焊条药皮中加入适量的 Ti，可改变焊缝的组织形态，从而改善焊缝金属力学性能。

（3）当焊缝中含有适量的 Ti 时，促进显微组织中细针状铁素体形成，焊缝金属韧性明显提高。但Ti 含量过高，先共析铁素体含量增大，焊缝金属韧性则明显降低。

白泥含砂率对J422焊条药皮开裂的影响通常在J422焊条配方中,加入10q,左右的白泥,以提高药粉的塑性和滑性.改善焊条的压涂性能。但是白泥中的含砂率,对药皮开裂仃着一定的影啊(下图):

上图是采用金红石型药皮的J422焊条,一年来药皮开裂情况的统计.发现白泥中含砂率在18.5.~21%范围内,药皮几乎不开裂,超出此范围.即容易出现裂纹。分析认为.如果白泥中含砂率低,则药皮的粘性大,使得透气性变差,在焊条烘干时水蒸汽不易挥发,药皮容易开裂。如果含砂率高,则药皮塑性降低,也会产生开裂。目前焊条生产企业为了降低生产成本.均以还原钦铁矿为主要材料生产J422焊条,还原钦加入量4。%左右,使得药皮塑性降低。为了保证焊条烘干时药皮对热膨胀的承受能力,此时要降低白泥的含砂率,其范围为15.5%一17.5%。下表为国产J422种白泥含砂率的测定结果。

影响焊条药皮开裂的因素很多.如车间的温湿度,低中温烘焙温度及时间、药粉搅拌情况等。但是选择合适的原材料,保证药皮具有最佳的粘结性、疏松度和透气性是比较有效的措施。

（六）待解决的问题

我国生产的J422焊条经过多年的不断改进,其性能已基本达到了国内先进厂家的水平,此次研制的重点:：

(l)提高J422焊条力学性能(冲击值和抗冷弯指标)。

(2)在提高力学性能的同时,提高焊条的工艺性能,使其具备良好的工艺性能;尤其对再引弧性能需要大幅度提高。

(3)降低药皮成本,从而降低焊条成本。对焊条新配方的研究还在存在很多空缺，因此将对J422的配方进行进一步研究改进。

二.参考文献：

【1】唐伯钢等:采用重稀土降低熔敷金属扩散氢的研究,1985年

【2】冶金部建筑研究总院、泰州焊条厂:超低氢焊条TH227研究,1953年 【3】原机械部电工局:电焊条质量分等规定(DF0925一56),1986年

【4】冶金部建筑研究总院.泰州焊条厂:交直流两用超低氢高切性TH326和TH226焊条研制报告,1985年

【5】冶金部钢铁研究总院、上海电力修造总厂:结607CF超低氢高韧性焊条,1985年 【6】哈尔滨焊接研究所、常州焊条厂:新型结507高韧性焊条研制报告,1985年

【7】冶金部建筑研究总院、石油部管道焊条厂:管线钢用低氢型全位置下行(立向下)SGH一I焊条研制,1986 【8】文景，文伟。《焊接设备与材料》，J422配 方 的 创 新 设 计。

【9】蒋成刚，黄碧清，李美珍桂林市电焊条厂(541002)。国产J422焊条药皮开裂的研究。weldingTechnology ,No25，1994 【10】《焊接设备与材料》，文景，新材料在J422焊条中的研究与应用。【11】《焊接设备与材料》，廖永山，陆亚珍，董茂林，陈娟娟。含钛J422焊条研制及焊