微合金化铸铁同质焊条焊接工艺性能研究

摘要

由于铸造工艺的复杂性，铸件成形过程中不可避免地产生各种铸造缺陷，对缺陷铸件实施焊接修复具有显著的经济效益和社会效益。铸铁中的碳、硅及硫、磷等杂质元素含量高、强度低、脆性大，焊接性较差，白口和裂纹是铸铁焊接面临的两大难题。微合金化铸铁同质焊材采用铸铁焊芯外涂碱性强石墨化药皮制备，可有效降低焊接区的白口和裂纹倾向。然而，现用铸铁同质焊条药皮造渣温度偏高、熔渣碱度和表面张力偏大，焊缝成形性欠佳，焊缝表面粗糙、存在麻点与凹坑，并伴随有轻微的表面气孔倾向。为了适应铸铁焊接的发展趋势，实现高质量、高效率焊接，本文在兼顾其他相关焊接工艺性能的条件下，通过分析药皮关键组分对熔渣性能的作用规律，运用正交试验方法对现用药皮配方进行优化，在评定焊条焊接工艺性能的基础上，研究了药皮组分对焊接区组织和性能的影响。研究结果表明： 大理石与碳酸钡含量是影响药皮熔点的主要因素，增加大理石会使药皮熔点升高，而增加碳酸钡可降低药皮熔点；对熔渣碱度与表面张力影响最大的依然为大理石含量，随着大理石的增加，熔渣碱度与表面张力均趋于增大。以药皮熔点、熔渣碱度和表面张力为试验指标，通过正交试验获得了两组药皮配方分别为（wt%）：大理石22、萤石13、白泥6、碳酸钡16，金红石10，余量为长石、泥石墨、磷石墨、硅铁和铝粉（其配比为3∶8∶12∶8∶2）；大理石22、萤石15、白泥4、碳酸钡18，金红石8，余量配比固定不变。对应的两种焊条的电弧稳定性、脱渣性及飞溅性均有明显改进，但因前种药皮组分中萤石偏低，焊条除氢能力下降，焊缝有氢气孔产生；后种药皮组分中适当增加了萤石含量，形成焊缝表面光滑均匀，几何形状较规整，无气孔、渣坑、裂纹等缺陷，综合焊接工艺性能最优。 最优药皮配方中大理石含量的降低和金红石的添加以及C、Si向焊缝金属的过渡率升高，使得焊缝金属石墨化能力增强，焊缝中铁素体含量增多，焊接区硬度降低。在预热温度为3000C、焊接电流为2IOA的条件下对HT250试件施焊，所得焊接区无白口产生。焊缝和熔合区组织均为铁素体加珠光体，热影响区未发生固态相变，基体组织仍为珠光体加少量铁素体。熔合区硬度分布最高，为HB212，焊缝硬度较低，为HB193，熔合区硬度与母材硬度相差较小，具有良好的机械加工性能。

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1前言

1.1研究背景及意义

1.2铸铁的焊接性

1.3铸铁的焊接方法

1.4铸铁同质焊条研究现状

1.5铸铁焊条药皮的设计方法

1.6研究目标及内容

2研究方法

2.1焊条药皮配方的优化设计

2.1.1药皮渣系选择

2.1.2焊条药皮优化

2.1.3熔渣性能测试

2.2焊条制备

2.2.1焊芯的制备

2.2.2药皮压涂及烘干

2.3焊接设备及试件

2.4焊接工艺及参数

2.5焊接工艺性能测试

2.5.1电弧稳定性

2.5.2脱渣性

2.5.3飞溅性

2.5.4焊缝成形性

2.6.1组织分析

2.6.2硬度测试

2.7技术路线

3药皮组分对熔渣物理性能的影响规律

3.1现用焊条药皮配方分析

3.2正交试验结果及分析

3.3.1药皮组分对药皮熔点的影响

3.3.2药皮组分对熔渣碱度的影响

3.3.3药皮组分对熔渣表面张力的影响

3.4药皮配方综合分析

3.5本章小结

4铸铁同质电焊条焊接工艺性能

4.1焊条电弧稳定性

4.2焊接过程飞溅性

4.3焊条脱渣性

4.4焊缝成形性

4.5本章小结

5铸铁同质焊条焊接区组织与硬度研究

5.1.1焊接区宏观形貌

5.1.2焊缝组织

5.1.3熔合区组织

5.1.4热影响区组织

5.2铸铁同质焊条焊接区硬度分布

5.3焊缝金属化学成分与熔渣物化性能的相关性

5.4本章小结

结论

致谢

参考文献

在校期间发表的论文