焊接熔渣微观结构及对焊条工艺性能的影响

摘要

随着焊接材料的不断发展，焊条的工艺性能逐步得到改善，但目前对熔渣特别是固态下酸性渣及其特点的研究还不是很深入，有待于对熔渣结构理论进行进一步的丰富。本文结合国内外的研究，以自制焊条为主，对比国内优良产品，重点研究焊接熔渣的微观组织结构特点及其性能。对比不同的焊条药皮配方，对熔渣微观组织形貌、化学成分、相组成等进行了分析，对熔渣的导电性及其对焊条再引弧性能的影响进行了研究，初步揭示了固态熔渣的导电机理。
　　 对熔渣进行了光学显微镜下的分析，具有不同脱渣性能的焊条其熔渣组织形貌并不相同，熔渣组织主要由白色条状晶体相及暗灰色的组织组成，白色条状相与暗灰色组织相间排列，且白色条状相宽度越宽焊条脱渣性越好，同时白色条状组织排列的方向性也影响着脱渣性，熔渣组织方向性越好，脱渣性也随之提高。同时在药皮中较多的TiO2含量有利于熔渣的脱落。
　　 对熔渣微观结构进行进一步的分析，利用SEM、能谱分析以及X-Ray对熔渣微观形貌及熔渣成分和物相进行的研究表明：Ti、Mn、Fe在白色条状相中的含量较高，而Si、Ca等元素在灰色非晶体区的含量较高，对脱渣性很好的焊接熔渣进行分析，其白色条状相中几乎不含有Si、Ca等元素。同时Si、Ca含量过多会对焊条的脱渣性产生不良影响。
　　 X-Ray分析表明熔渣内物相较为复杂，但脱渣性良好的渣中均检测出了Fe2MnTi3O10、Fe2TiO4、FeTi5O10等物相，通过分析认为Fe2MnTi3O10为TiO2等复合而成的黑钛石[m(M2+O·2TiO2)·n(M3+2O3·TiO2)](M为金属元素)的变体结构，Fe2MnTi3O10能够稳定存在是因为Fe3+、Mn4+等离子与产生缺陷的TiO2搭建起比较稳定的结构而成。Fe2MnTi3O10在金红石框架下形成的共棱排列可能影响着熔渣中白色晶体相的形态，特别是晶体相的宽度。
　　 对焊条再引弧性与熔渣的导电性能进行了分析，焊条再引弧性不仅与药皮成分组成等有关，同时熔渣导电也会改善再引弧性。研究认为，低温状态下熔渣也具有导电性，熔渣导电性与熔渣结构有着密切的联系，其导电性质不同于一般的金属导电，熔渣导电性类似于半导体导电，电导率随着温度的升高而逐渐升高。
　　 对熔渣导电机理进行了分析，熔渣中存在晶体缺陷，熔渣导电是由于熔渣中缺氧化合物中带电空穴及过剩电子组成的导电载流子在外加电场的作用下，能够形成定向移动，且随温度升高，空穴及过剩电子增加，导电性能提升。这也为通过改进焊条配方改善焊条再引弧性能提供了方向，即控制焊条配方中释放自由氧原子的辅料的用量以控制焊接状况下的气氛氧化性，提高熔渣导电性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 焊条发展历史

1.2.2 焊条药皮组分的调整

1.2.3 焊接熔渣及熔渣结构理论

1.2.4 熔渣组成及结构对脱渣性和粘度的影响

1.2.5 焊条的再引弧性与熔渣导电性

1.3 本文研究的主要内容

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料

2.1.1 焊芯

2.1.2 药皮中的辅料及其作用

2.2 实验方法及设备

2.2.1 焊条的制备方法及设备

2.2.2 焊条性能及组织测试方法及设备

第3章 焊接熔渣性能及熔渣微观结构

3.1 引言

3.2 焊条脱渣性及熔渣结构

3.2.1 焊条脱渣性

3.2.2 熔渣常温光学组织分析

3.3 熔渣微观结构特点及分析

3.3.1 熔渣的SEM、能谱分析

3.3.2 熔渣的X-Ray、TEM分析

3.4 本章小结

第4章 熔渣的导电性及对焊条再引弧性能的影响

4.1 引言

4.2 熔渣导电性能分析

4.3 熔渣导电机理分析

4.4 本章小结

第5章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况