高强钢无镀铜焊丝表面处理方与机理研究

摘要

焊丝的镀铜生产过程存在较严重的环境污染问题,无论镀液、废气,还是废弃液都会对人的健康和环境带来极大的危害,同时在镀铜焊丝的使用过程中所产生的铜蒸汽也会对人体带来另一种危害。而无镀铜焊丝的提出正式基于这些问题,在其生产过程中,虽然去掉了镀铜工序,但是必须采用环保的生产工艺保证无镀铜焊丝具有可靠的抗锈蚀性能,甚至还具有一些特殊的性能,如良好的送丝性能、稳定的电弧性能,熔滴细小等。
　　本文借此契机提出一种新型无镀铜焊丝,即纳米活性无镀铜高强钢实心焊丝。此种焊丝经过一系列的表面处理工艺加工而成,如表面高压水清洗、表面防锈、纳米活性剂涂覆、活性剂烘干、石墨涂层等,其中活性剂的制备选择溶胶凝胶法。在对焊丝表面进行涂覆溶胶凝胶溶液时需将涂膜厚度控制住3μm以下,否则薄膜会在焊丝表面形成TiO2结晶颗粒,从而影响焊丝的送丝稳定性。
　　本文采用高速摄影仪和汉诺威焊接质量分析仪对几种经过典型表面处理过焊丝的熔滴过渡过程和焊接过程电参数进行采集,使得焊接过程直观化,数据化。然后对其记录结果进行对比分析,表明纳米活性焊丝的熔滴过渡频率有所提高,其中B型瞬时短路的比例降低,A型短路频次提高,熔滴得到细化,所以飞溅率降低,尤其是大颗粒飞溅率显著降低。另一方面,活性剂中的易电离物质提高了电弧的电离度,增加了电弧气氛中带电粒子数量,从而提高电弧导电性;同时活性剂中的表面活性物质能够大大降低了熔滴的表面张力,改变熔滴的受力情况;活性剂改变电弧形态,使电弧在熔滴根部产生,因此迫使熔滴向熔池中过渡,提高了熔滴过渡频次,细化了熔滴,提高了电弧稳定性。从实验结果中很容易发现石墨能够有效改善电弧形态,使电弧从收缩型向扩散性转变,促使熔滴在焊丝根部燃烧,能够促进熔滴过渡,细化熔滴等。由于石墨为高温润滑材料,且易导电所以此种焊丝的送丝性能良好。
　　通过对焊缝金属力学性能、焊缝组织形貌以及焊缝截面形态的分析,表明经过纳米活性剂和石墨同时处理过的焊丝各项性能都最优良。

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第1章 绪 论

1.1 高强钢的发展

1.2 实心焊丝的特点及其发展现状

1.3 高强钢无镀铜实心焊丝的国内外研究现状

1.4 选题意义及研究内容

第2章 实验设备与方法

2.1 实验目的

2.2 实验内容

2.3 实验设备

2.4 试验材料

2.5 试验方法

2.6 焊丝种类

2.7 焊丝的外观形貌与送丝性

第3章 焊丝工艺性能试验

3.1 引言

3.2 熔滴过渡形式分析

3.3焊接过程中电参数测试结果与分析

第4章 力学性能试验及结果分析

4.1 焊缝显微组织及分析

4.2 拉伸试验结果及分析

4.3 冲击试验结果及分析

4.4 焊缝截面尺寸及分析

本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢