双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响.docx

双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响.docx

《双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响.docx（4页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响

双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响

过程特点对工艺性能有重要影噙,熔碴的碱度也有明显的影响;双层药皮焊条髂渣渣的组织继承了外层药皮渣组织的特征;研制的双层药皮焊条工艺性能优良,理化性能符合国际要求,熔化特性主要指标接近或达到国际名牌OK6130的水平,关键词芷丝能;歪堡塑l骛;星荭窿中阖田书资料分类号TG422.1;TG4010引言钛钙型药皮A102焊条是不锈钢焊条中用量较大的焊条.虽然近年来国产A102焊条的质量,特别是工艺性能有了明显的改进,但是由于A102焊条工艺性各项指标之间,以及工艺性能与焊缝成分性能之间关系较为复杂,仍然存在一些质量问题,例如有的焊条主要操作工艺指标（如电弧稳定性,飞溅率,脱渣性,成形性）都满意,但气孔敏感性大;有的焊条气孔敏感性小,但操作工艺性差;有的操作工艺性好,但焊缝中的硅严重超标;有的操作工艺性差,药皮发红开裂严重,等等.上述问题严重影响焊接质量,致使焊条的生产应用受到限制.国外名牌焊条,如瑞典ESAB的0K6130,EsTA的绿n,德国{YSSEN的/EWE3o8L—l6,在操作工艺性方面都具有极高的水平,焊缝的含硅量也较低（小于O.90%）,但也存在一定的气孔敏感性,为此在它们的产品说明书中,要求25o～350℃复烘后使用.本文研制了一种双层药皮不锈钢焊条.该焊条经正常的烘干规范烘干后,能保证具有优良的综合工艺性能和较强的抗气孔性,焊逢的理化性能符合国标规定,具有实用价值和推广意义.1试验材料及方法试验焊条所用钢芯为HOCrZINil0,其化学成分符合GB4242—84.焊条药皮组成物主要是常用的矿物粉,合盘荆脱氧剂,化工产品,粘结荆为钾钠混合水玻璃.通过配方优化设计,选出二种典型的配方A和B.A焊条渣的成度很小,工艺性极好,气孔本文于1994年1O月26日收到联系人:

孙成.教授.太原工业大学焊接材料研究所,030024第1期孙成:

双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响?

ll1-敏感性大;B焊条渣的碱度较大,工艺性较差,但气孔敏感性小.将A药皮作为内层,B药皮作为外层,制成4盯】Ⅱl的双层药皮焊条C.内层药皮外径为.2～5_3衄,外层药皮外径为.6～6.7mm.焊条经10h室温晾干,810h低温【<100℃）排潮,300℃×1.5h高温烘干后使用.对比焊条为~~4mm的OK6130,焊前经150℃×lh复烘.焊条的工艺性试验,参照1989年全国电焊条质量评比细则推荐的测试方法进行.焊接条件:

电源为,BX3—500—2型交流焊机,焊接电流150A～160A,电弧电压26v～28V.使用Pentanmt-16型高速摄影机,以1000幅/s的速度拍摄焊条熔滴过渡过程,同时用SC一1O型光线示波器同步记录电弧电压和电流的波形.对焊接熔渣进行金相观察,并用KYKY—AMARY1000B型扫描电镜和TN5400型x射线能谱仪对渣进行成分分析.2试验结果及分析2.1焊条熔滴过渡形态的影响焊条金属熔滴的过渡形态对焊条的工艺性,尤其是电弧的稳定性,飞溅,药皮温升开裂等指标有重要影响.文献【10指出,实现渣壁过渡的焊条,具有良好的综合工艺性能,但束涉及焊缝的孔问题.由表1,表2可以看出,本文所试的焊条,其熔滴过渡形态与工艺性能之间存在一定的对应关系,即以渣壁过渡形态为主的单层药皮焊条A和oK6130,其工艺性良好,但气孔敏感性大;以短路过渡为主的单层药皮焊条B,其工艺性欠佳,主要是交流稳弧差,爆炸飞溅大,但气孔敏感性小.表1焊条熔滴过渡形态对工艺性能的影响1”able1ElIeas0rmetala’ansf~hⅡB∞蛐竹0fdearotks焊条焊条综合药皮结构熔滴过菠形态存在问题牌号工艺性A单层渣壁过疽为主良好气孔敏感B单层短路过渡为主较差电弧不稳.飞藏大C双层（A+B）渣壁过渡为主良好0c6l30单层渣壁过疽为主良好气孔敏感表2焊条熔滴过渡参数T2唧T咖s0rmelalallr~er0fdearotks焊条焊接时间过渡次数过疽颠率过菠周期丁牌号0）（谯）（趺fs）（s）Ai2l35528B6023303nCi5l203.88n26OK613072283770.265（1—1如～16u26-28v直流反接）对于双层药皮焊条而言,渣壁过渡形态依然对应良好的工艺性,可是它的气孔敏感性却远小于单层药皮焊条.这与双层药皮焊条熔滴过渡过程特点有关.双层药皮焊条熔滴的过渡过程如图1所示.焊条熔化时,端部形成细颗粒溶滴,沿套筒内壁精落过渡.过渡过程是分区连续进行的:

首先在内层药皮反应区,焊芯端的熔融金属与内层药皮反应,形成了熔渣包覆熔滴ll2材料科学与工艺第4卷l一电弧2一与内层药皮接触的熔滴-3-与外层药皮接触的熔滴_4一熔滴包疆溶渣5一焊芯6-内层茹皮套筒区?

7一外层药皮套筒区8-刚脱离套筒的熔滴图l双层爵皮焊景熔瓣过茬过程示意图）熔浦与内层药皮反应瞬时;（b】熔滴与外层药皮反应瞬时;（c】熔滴脱离套俺瞬时Fig.ISchewaticdra’aingofdroplettmraferpro0ofdouble∞atoddcm砸c（图l—a）;随着熔滴的长夫或沿套筒内壁下滑.进人外层药皮反应区（圉I—b）,熔滴在未脱离套筒边缘之前和熔池接触进行过渡,亦有熔滴在套筒内壁与熔融金属切断.进行过渡的（图l—c）.但在过渡过程中,未发生熔滴与熔池的短路（圉2～图3）.釉朝图2焊条熔滴过渡fI勺电魂,电压踱形圉caJ图3焊条熔滴过渡的高速摄影照片（a）A焊条;（b】B焊条:

（c）c焊条（层）;（d）0l（613o焊条（a）c焊条（积层）（b）OK6130~%F2Osdllogeamofv,v.1dingO.a-cgntandnTcVoltageofdropletFig3Hi曲spe,:

dar∞photographsoftransferofeleamd~d既lI.dedmplet~rgcr双层药皮焊条渣壁过渡形态的形成条件有二条:

其一是由内层药皮组成物决定的细颗粒熔滴的形成.其二是外层药皮熔化滞后内层药皮的熔化.形成较探的套筒.前者是形成渣壁过渡的必要条件,后者既是前者的后果,又是形成渣壁过渡的充分条件.二者缺一不可.如前所述.双层药皮焊条实现渣壁过渡是焊条优良工艺性能的前提条件,但它并不是防止气孔的必要条件.因为焊缝中的气孔主要与焊缝中气体行为有关.即与焊接冶金反应特性有关.Z2焊接冶金过程特点的影响表3列出了双层药皮焊条C及内（A）外层（B）焊条熔渣的组成及碱度.表4列出了焊条熔敷金属成分.可看出,内层熔渣的碱度最小.外层熔渣的碱度较大.双层药皮焊条的熔渣碱度介于二者之中;熔渣事有MnO,FeO,SiO等氧化物;A焊条熔敷金属中显着增.但[Mn】却有所降低.在内层药皮中.由于放氧物质（如碳酸盐）含量不多,先期脱氧不强烈.金属中有残留曲曲/,/,-第1期孙咸:

双层药皮对不锈锕焊条工艺性能的影响ll3裹3焊条的溶渣组成及碱度Tml~le3a衄r洲po鳓帅andh盘时0f幽曲幽stag焊条K;O+∞MgOMnOF∞s2.,o妒,Br牌号’Na2A6821.62846227ll1845.15465IS58∞055B1&3l1|026lI_4712342,0l5I5ll333.6l873C12680.9764I_l4l945.144081325）3790778…一CIO+M+Kp+№.0+0:

4no+F~O+CaF”j）sn.+03TiO.+zro+AIn+c裹4焊条的熔敷金属成份（%）Table4Clmmiealtaral~titm0faerosolmelaleleem~des材料编号CSiMnPS0NiH0（lNil0n050.32l_64n.29009266IAl5扞芯A悍箍n05l∞1.4400220D7加25936B掉条n050勋1.560O2o007加6ll0∞C焊蠡n070849800260,0072006982Mn.但渣的碱度很小,在熔滴反应区有利于渗硅反应:

[FeO]●（SiO2）+2[Fe]=+2F

（1）t[FeO】（SiO2）+2[Mn]=[si】+2（/vlnO）

（2）同时由于焊芯金属中有较多的[Cf】,亦有利于下列反应进行:

3（siO9+4[C=3[Si】+2（Cr203）（3）3（MnO）+2[cd=3[Mn]+（Cr,O3）（4）其结果是熔敷金属严重增并增氧,同时Mn,Cr也烧损.由表4可看出,内层焊条熔敷金属中的硅由0.32%增至1.O%.硅是表面活性元素,熔敷金属中如此高的含硅量,致使熔池中大量氢的逸出受到抑制.这就是A焊条对气孔敏感的重要原因.当套筒中的熔滴与外层药皮接触后,由于外层药皮适当增加了CaO,MgO,MnO.适当减少TjOSiO渣的碱度有所提高,焊条的渗硅反应受到限制.由表4可看出,双层药皮焊条熔敷金属中的硅由O.32%最终增至O.84%,比内层增硅量小.这样就改善了熔池中氢的逸出条件,对防止氢气L的产生极为有利.外层药皮中适当增加了CaCO一类放氧物质,即增加了弧柱区电弧气氛的氧化性（CO,或O1）.这时在弧柱中可进行下列反应:

CO2+H=CO+OHt（5）O+H=OHt（6）其结果是降低了弧柱区的氢分压P.Il4.材料科学与工艺第4卷外层药皮中适当增加了ca,Ca在熔滴反应区可进行下列反应:

与SiO2作用:

2CaF2+SiO2=2CaO+SiF4q（7）与水蒸汽作用与Tn作用:

2Ca+sio–2CaO?

Siq+SSiF,+3H=SiF≮+3HF~tCa+H20CaO+2HF,~2Ca+Tjq=2CaO+TjF4Ti+3H=TiF+3HF气（8）（9）（10）（11）（12）文献[2J[3]指出,由于上述反应的发生,在低碱性熔渣中加八ca,使氢从熔渣中逸出的速度急剧增大.由表3可看出,外层药皮渣的碱度BI=0.873,仍为酸性渣.渣中Sio1较多,而CaO毕竟不多,因此,有利于式（7～12）反应向右进行.外层药皮在熔滴反应区的强烈去氢作用,可以有效控制氢气孔产生.2.3焊接熔渣碱度的影响焊接熔渣的碱度耐焊条的工艺性有明显的影响（表5）.渣的碱度小时,焊条综合工艺性虽表5焊接熔渣的碱度与焊条工艺性能的关系TaMe5R~dioah啪slagsk蜘usabilityofdech硼e焊条熔渣的喊度BI焊条综台工艺性存在的问题牌号An5良好气L敏感Bn873戈佳电孤不稳飞溅丈C旺778良好0K捌300363良好气孔敏感好,但气孔敏感性大,即使国外名牌oK_6l30焊条也不例外;渣的碱度提高后,焊条的工艺性欠佳,主要问题是交流电弧不稳,飞溅增大,然而抗气孔性增强;渣的碱度介于内外层药皮二者之间的双层药皮焊条c,不仅工艺性好,而且抗气孔能力强.这是由于利用低谚度的内层药皮形成了理想的渣壁过渡形态,同时利用略高碱度的外层药皮,在冶金过程中充分发挥去氢,控制渗硅作用,改善熔池中氢的逸出条件,从而有效地防止了气孔的产生.另一方面,采用双层药皮混合粉涂压的单层药皮焊条,虽然渣的碱度与双层焊条相同,但熔滴过渡形态却变为以短路过渡为主,焊条的操作工艺性变差,根本不能发挥碱度小的内层药皮工艺性的优点,而是继承了碱度较大外层工艺性的缺点.该结果表明,渣的碱度的提高,固然是焊条防止气孔的一个重要条件,而熔滴实现渣壁过渡形态则是保证良好工艺性的必要条件.2A焊接熔渣微观组织的影响表6和图4是4种焊条熔渣的显微组织特征和SEM照片.从总体上看,熔渣的微观形貌表现为多样性和不均匀性,即每种焊条的熔渣形貌呈现多种花样,而且各处分布不均匀.但仔细观察可以发现:

单层药皮AB及oK_6l30焊条熔渣组织特征与工艺性之问存在一定的对应关系,即渣的碱度小,渣中第二相组织尺寸略大,分布较稀疏,焊条的工艺性虽好,但气孔敏感第1期孙咸:

双层药皮对不锈钢焊条工艺性能的影响?

l】5性大;反之,渣的碱度稍大,第二相尺寸细小,分布密集,焊条工艺性虽差,但对气孔不敏感.双表6熔渣的显徽特征及相的主要组成掏T.~le6M.旧伪咖Id|蚰Id岱0rldislag|ndn嘲啪叫碰0rpl一焊条牌号相区组织特征主要组成物暗色基体相0K6130尺寸较大的羽状,星形状.珠链状.花叶形.少量的粗扦条状TiOfsiq_c∞广0O—A】:

白色第二相条问呈脚～踯’夹角,分布稀疏白色球状相尼寸较小.数量轻少.主要是5～19.5~cm的中等颗粒F00—0培色基件丰目A尺寸较大的羽状,针叶状块状粒状及珠链状.少量扦状厦Ocrsio_Mno—c白色第二丰日筐蓝状,分布较稀疏白色球牡相尼寸太小不一.数量鞍.主墨是5～195am的中菩颗粒F00一CrO,暗色基体相B白色第二相尼寸细小的羽状,针叶状.牡状,少量长扦及筐蓝状.分布密集Tj研屯0_Mnc白色球壮相葛套歪一1敷量较多?

小于嘶_音勺颗粒多?

亦有一定F00一O”-O1暗色基体相C白色第二相尼寸{Ⅲ小的羽状,针叶状少量长扦状.分布密集Tiq—oo矗c柏一MnO-SiO白色球状相足寸大小不一,数量较多.主要是小于中10.5胂的中小颢垃F一0（a1A焊兼（x75o）（b）B焊条（x7∞）（c）C焊条（x5【d）OK6130焊条（570）图4焊接焙渣的SEM组织F4SEMmb嘣nuof~ldingsI层药皮焊条C,熔渣碱度介于内,外层之间工艺性令人满意,气孔敏感性小,可是渣的第二相尺寸很细小,分布密集,第二相形貌基本上继承了外层药皮渣的特征.为什么双层药皮焊条熔渣的组织特性继承了外层药皮的形貌而工艺性却继承了内层药皮的特点?

这可用双层药皮焊条冶金过程特性来解释:

在熔滴反应区,内层酸性药皮作用下形成的细颗粒金属熔滴.以渣壁过渡形态过渡,紧接着是外层药皮参与反应.随着包覆熔滴熔渣碱度BI的变化,熔滴与熔渣问.I16.材料科学与工艺.第4卷进行着一系列复杂的化学反应.但是外层药皮与熔滴反应时问毕竟比内层短些,剧烈程度也较差些,再有反应的不均匀性影响,结晶凝固后,外层药皮渣的组织形貌被保留下来的机率就大些.这样双层药皮焊条在渣的组织上就继承了外层的特征.25双层药皮焊条的理化性能及熔化特性双层药皮不锈钢焊条sAl02—1和SA102-2的化学成分和机械性能示例列于表7.可以看出,双层药皮焊条的理化性能完全符合国标规定.囤8焊条的熔化特性?

TaNe8Md岫ehamelaiaieseteclr,u~熔化系数熔敷系数熔敷嫂率熔教率熔化逮度熔教速度焊条g?

h）a~g/A?

h）ag,%）R（%）（ram/rain）/n）qSA1∞一1I2I2霓97.06I7i543249●●SA102—2II_22In969Z8592搬392&3IoK61=j0l2.4Ol上Il9776t.3ml53’.28‘变电群Il∞一l’焊条的熔化特性测试对比结果如表8所示.可以看出,所研制的双层药皮不锈钢焊条熔化特性的主要指标,已达到或接近国际名牌OK6130的水平.3结论

（1）焊条熔游的过渡形态与工艺性之间存在一定的对应关系,即对单层药皮而言,以渣壁过渡为主的焊条工艺性良好,但气孔敏感性大;以短路过渡为主的焊条工艺性欠佳,但气孔敏感性小.对双层药皮焊条而言,渣壁过壁形态依然是良好的工艺性能的前提条件.

（2）双层药皮焊条的焊接冶金过程特点对工艺性能有重要影响.冶金过程中的脱氢,控制渗硅,改善熔池中氢的逸出条件,是防止气孔产生的必要条件.（3）熔渣的碱度对工艺性也有明显的影响.渣的碱度小,焊条工艺性好,但气孔敏感性大;渣的碱度大,气孔敏感性小,但工艺性恶化.双层药皮碱度介于内外层药皮二者之间,但由于具有理想的熔滴过渡形态,所以既有良好的工艺性,又有很强的抗气孔性.（4）单层药皮焊条熔渣组织与工艺性之间存在一定的对应关系,双层药皮焊条熔渣的组织继承了外层药皮的特征..（5）双层药皮不锈钢焊条的化学成分和机械性能符合国标规定,焊条熔化特性的主要指标已达到国际名牌0K_6130的水平.第l期孙成:

双层药皮对不锈铜焊条工艺性能的影响ll7参考文献1陆文雄.王宝.焊条金属熔{茼过馥形态爱其工艺特性分析.太原工学院,l9让{3）:

19～3o2帕豪掘涅NK.焊缝中的气体.北京:

机械工业出版杜.I9rt,1763张文麓主编.金属焙焊原理及工艺《上册）.北京:

机械工业出版社,1980,81:

169EffectofDoubleCoatingontheUsabilityofStainlessSunXian《TaiyuanUni~sityofTcr.hnology）Absa’actTheappraiserm~tofelectrode’susabilityisproceedaccordingtothedetailedrulesofna?

tiou-widecomparisonandappraisementine1ectmdsqualityin1989.TbeeffectsofdoublecoatingOiltheusabilityoflimetitaniatypestainlesssteeleletlrodearestudiedbyusinghighspeedamem,osc~lograph,opticalmb.0scopeandSEMwithDES,e戗.Theresultsshowthattherealizingflux-walltoguidtransferformofmetaldropletisapre~quisitetothefineusabilityofdoublecoatingelecLrode.nIefeatureofweld~gmetallurgyproc~stheimportantonetoinflu~m0eusability,thenbasidtyofslag.microstructureofslag.inheritedtheolleofout-sidelayercoatingslag.11ledoublecoatedelectodecharacterizedbyitsgoodusabilityinwelding,andthephysi∞landchemicalpropertiesbftheveseatr.hedoutelearodehasbeenupt0thestandardGB983—85EO—l9lO一16,theprimaryindexofmeltingd’zaracteristichasreachedtheoneofOK6130abroad..Keywords:

usability;stainlessteelelectrode;double