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YCJEG50气电立焊药芯焊丝的研制

作　者: 高芹
导　师: 温家伶；吕奎清；季益好
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 气电立焊药芯焊丝渣系合金系统力学性能显微组织
分类号: TG422.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法。目前气电立焊焊接材料主要采用（金属芯）药芯焊丝,其特点是:生产效率高、成本低。气电立焊属于窄间隙焊,与其它窄间隙焊的主要区别是焊缝一次成型,而不是多道多层焊。所以其焊接效率及焊接质量均较高,主要应用于船舶的外壳板的中厚板焊接,也可应用于相应尺寸的桥梁箱式梁腹板及大型储罐侧板的中厚板的焊接。目前通过船级社认可的CO₂气电立焊药芯焊丝全部为国外厂商,而国内研究生产的焊丝常常出现焊接力学性能不稳定的情况,不能满足国内客户的需求。所有气电立焊药芯焊丝的使用全都依赖进口,而国内目前应用最多的是日本神钢生产的DWS-43G和DWS-1LG两种气电立焊药芯焊丝。为了改变船体厚板气电立焊药芯焊丝全部依赖进口的现状,实现焊接材料国产化,我们研制了适用于厚板焊接的气电立焊药芯焊丝,牌号为YCJEG50。通过分析气电立焊大线能量、焊缝金属力学性能,特别是韧性难以达标的焊接工艺特点,分析了熔渣中各种化学成分及含量对焊接工艺性能的影响;通过金相分析、微区能谱成分分析及显微硬度测试,分析了合金元素对熔敷金属组织和力学性能的影响。最后通过药芯焊丝生产试验,保证下粉容易,拉拔成型的工艺性能。实验结果表明:渣系应采用CaO—MgO—SiO₂型渣系。CaF₂有良好的脱氢效果,而且是主要的造渣剂和稀渣剂,并与SiO₂、TiO₂、MgO和Al₂O₃共同作用,改善熔渣性能。合金系统确定为Mn-Ni-Ti系的药芯焊丝,焊接工艺性能和焊缝熔敷金属的力学性能良好。在药芯焊丝粉芯中加入了适量的金属粉和合金粉,如Ti—Fe、Mn—Fe、镍粉和还原铁粉它们除了起渗合金和脱氧、脱硫磷的作用,还能提供电子,对稳弧和减少飞溅有一定作用。它们的氧化产物可进入熔渣参与冶金反应,影响熔渣特性。焊缝金属组织和性能的研究表明:焊缝组织细小,均匀,因而使得其拉伸断口中的韧窝细小均匀,冲击断口中出现大量的撕裂痕,表明焊缝韧性良好;金相显微分析HAZ较窄（4mm以下）,并且粗晶区较少,说明热影响区的性能也得到提高和改善。针对药芯焊丝生产过程中下粉难的问题,通过大量造渣成分配比试验和粉料造粒处理工艺,最后确定减少矿物粉含量,不加水玻璃,也不对粉料进行熔炼。解决了粉料下粉问题。粉料混合均匀,成型拉拔工艺较好。最后,经过CCS船用试验和上船性能试验,各项性能均满足国家船用标准,部分性能甚至优于日本神钢的DWS-43G气电立焊药芯焊丝。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 本课题研究的背景和意义  10-14
    1.1.1 药芯焊丝国内外发展  10-12
    1.1.2 气电立焊发展概况  12-14
  1.2 本课题主要研究内容及意义  14-17
第2章气电立焊基本理论  17-22
  2.1 气电立焊原理  17-18
  2.2 气电立焊设备组成  18-20
  2.3 焊接行走装置闭环控制原理  20-22
第3章试验材料、设备、内容及技术指标  22-31
  3.1 试验材料和设备  22-25
    3.1.1 试验材料  22-24
    3.1.2 试验设备  24-25
  3.2 试验内容及方法  25-29
    3.2.1 焊丝的制备  25-26
    3.2.2 气电立焊工艺参数的选择及试样制备  26-27
    3.2.3 化学成分及力学性能实验  27-28
    3.2.4 焊缝金属组织和性能研究  28-29
  3.3 YCJEG50气电立焊焊丝研制目的  29
  3.4 YCJEG50气电立焊焊丝研制技术指标  29-31
第4章 YCJEG50气电立焊焊丝配方设计及调整  31-36
  4.1 渣系的确定  31-32
  4.2 合金系的选择  32-34
  4.3 配方的初步设计  34-35
  4.4 粉料成分调整对性能影响  35-36
第5章 YCJEG50气电立焊焊丝生产工艺性能研究  36-41
  5.1 配粉工艺要求  38-39
  5.2 药芯焊丝生产工艺要求  39-41
    5.2.1 钢带重卷与清洗  39
    5.2.2 成型与拉拔  39-41
第6章试验结果及分析  41-58
  6.1 焊接工艺规范对焊接性能影响  41-45
    6.1.1 焊接电流和电压对焊缝性能影响  41-42
    6.1.2 坡口角度和间隙对焊缝性能影响  42
    6.1.3 焊丝摆动和停留时间对焊缝性能影响  42-43
    6.1.4 焊丝伸出长度对焊缝性能影响  43
    6.1.5 不同线能能量条件下YCJEG50焊丝焊接性能研究  43-45
  6.2 焊缝显微硬度分析  45-46
  6.3 焊缝金属微观断口组织分析  46-53
    6.3.1 焊缝拉伸样品的断口、组织和成分特征分析  46-51
    6.3.2 冲击样品的断口、组织和成分特征分析  51-53
  6.4 焊接接头横截面的显微组织特征及分析  53-58
第7章船厂和检测机构对YCJEG50的试验结果分析  58-65
  7.1 CCS船用试验  58-61
  7.2 上船性能试验  61-65
    7.2.1 上海外高桥上船性能试验  61-63
    7.2.2 武汉南华高速船舶工程股份有限公司进厂试验  63-65
第8章总结与展望  65-67
  8.1 课题总结  65-66
  8.2 今后发展  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  71

YCJEG50气电立焊药芯焊丝的研制

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