单面焊陶瓷衬垫熔渣与熔池金属冶金行为研究

摘要

单面焊是一种高效的焊接技术，广泛的应用于船舶、压力容器、桥梁和各种大型钢结构及设备的制造。单面焊双面成形工艺对比双面焊接工艺，它改善了焊接条件，节省了背面清根工序，降低了工人的劳动强度从而大大提高了焊接生产效率。
　　 从陶瓷衬垫单面焊基础理论出发，论述了单面焊衬垫材料的种类和特点，陶瓷衬垫的制作工艺和性能。结合焊接冶金理论基础知识，阐述了陶瓷衬垫单面焊独特的冶金理论，通过对陶瓷衬垫的成分及焊接冶金特点分析，制备出了不同的碱度的陶瓷衬垫。
　　 通过测定不同碱度衬垫作用下的焊缝金属成分，衬垫熔渣的成分，分析陶瓷衬垫碱度不同时，对焊缝金属合金元素Si、Mn含量及衬垫熔渣与熔池金属冶金行为的影响。
　　 对不同焊接工艺下的衬垫熔渣、焊渣及焊缝金属的成分进行测试，分析焊接工艺参数对焊缝金属成分及衬垫熔渣与熔池金属冶金反应程度的影响。
　　 陶瓷衬垫单面，影响焊缝金属Si、Mn含量的因素主要决定于以下三点:
　　 (1)陶瓷衬垫成分的影响，在研究的陶瓷衬垫的成分范围内，衬垫熔渣会向熔池金属过渡Si，并使得熔池金属Mn烧损，当碱度提高，衬垫中SiO2含量减小，MgO、CaO含量加大，向焊缝金属过渡的Si减少，Mn向衬垫熔渣过渡烧损量减少，同时[Mn]/[Si]增加。
　　 (2)焊丝和母材中Si和Mn原始浓度的影响，焊缝金属Si和Mn含量与焊缝的熔合比有关，母材的金属Si和Mn含量低且[Mn]/[Si]小，当熔合比高时，焊缝Si和Mn含量减小，[Mn]/[Si]降低;当熔合比低时，焊缝的Si和Mn含量增加，[Mn]/[Si]增加。
　　 (3)焊接规范的影响，当电流增加时，焊丝中Si和Mn的过渡系数增加，且熔合比减小，焊缝金属Si和Mn的含量增大，[Mn]/[Si]增加。当焊接电压增大时，焊丝中Si和Mn的过渡系数减少，且熔合比增加，焊缝金属Si和Mn的含量减小，[Mn]/[Si]减小。当焊接速度增大时，焊缝熔合比增大，焊缝金属Si和Mn的含量降低，[Mn]/[Si]减小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的学术背景

1．2 国内外研究进展

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 陶瓷衬垫单面焊基本理论

2．1 单面焊双面成形

2．2 单面焊衬垫材料的种类和特点

2．3 陶瓷衬垫的制作工艺和性能

2．3．1 陶瓷衬垫的原料及作用

2．3．2 陶瓷衬垫的制作工艺

2．3．3 陶瓷衬垫的物理化学性能

2．4 陶瓷衬垫单面焊冶金理论

2．4．1 衬垫熔渣的作用、成分及分类

2．4．2 衬垫熔渣的微观结构

2．4．3 衬垫熔渣的性质

2．4．4 衬垫熔渣对金属的氧化

2．4．5 焊缝金属的净化与合金化

2．5 焊接时的金属结晶过程

第3章 实验方案及样品制备与测试

3．1 实验方案

3．2 样品的制备

3．2．1 陶瓷衬垫的制备

3．2．2 焊缝金属的制备

3．2．3 衬垫熔渣、焊缝表面焊渣的制备

3．3 试验分析及检测设备

3．3．1 XRF测试

3．3．2 化学成分测试

第4章 焊接材料对衬垫熔渣与熔池金属冶金反应的影响

4．1 衬垫材料对打底焊焊缝金属成分影响

4．1．1 打底层焊缝金属成分

4．1．2 衬垫熔渣与焊渣成分分析

4．2 衬垫碱度对冶金反应的影响

4．2．1 不同碱度衬垫下焊缝金属成分

4．2．2 不同碱度衬垫下衬垫熔渣的成分

4．2．3 分析与讨论

4．3 本章小结

第5章 焊接工艺对衬垫熔渣与熔池金属冶金反应的影响

5．1 电流对衬垫熔渣与熔池金属冶金反应的影响

5．1．1 不同电流条件下焊缝金属的成分

5．1．2 不同电流条件下衬垫熔渣与焊渣的成分

5．1．3 分析与讨论

5．2 电压对衬垫熔渣与熔池金属冶金反应的影响

5．2．1 不同电压条件下焊缝金属成分

5．2．2 不同电压条件下焊渣及衬垫熔渣成分

5．2．3 分析与讨论

5．3 焊速对衬垫熔渣与熔池金属冶金反应的影响

5．3．1 不同焊速下焊缝金属成分

5．3．2 不同焊速下焊渣及衬垫熔渣成分

5．3．3 分析与讨论

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献