J507焊條降塵研究

1、 J507焊條降塵的研究 田銀寶 王亞磊 蔣克動 張潁利 任炳炳 曹培遠(yuǎn) 佳木斯大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院1：前言 J507是低氫鈉型焊條，它是一種堿性焊條中比較典型的一種也是應(yīng)用非常廣泛的一種，可以焊接結(jié)構(gòu)鋼材幾典型的Q235等鋼材，其抗拉強(qiáng)度相對于E4315等普通焊條大得多，所以一般應(yīng)用在焊接受力較大或受動載荷的鋼結(jié)構(gòu)焊接。但是其應(yīng)用廣泛的背后我們應(yīng)該看到它的不足之處。J507焊條焊接時(shí)，產(chǎn)生大量的煙塵，這是因?yàn)樵谒呐浞皆O(shè)計(jì)中用大量的大理石、螢石作為造氣造渣劑所致。在焊接過程中藥皮中的螢石和水玻璃會產(chǎn)生K,Na的氟化物由于K,Na的氟化物沸點(diǎn)低(NaF1700 度， KF1500 度)，致使

2、堿性焊條的發(fā)塵量幾乎為酸性焊條的兩倍。因此，為了既能保證工藝性能，又能有效降低煙塵，保護(hù)焊工的身體健康，改善焊工的工作環(huán)境，就必須對焊條加以改制。2：實(shí)驗(yàn)材料及方法2.1焊條的設(shè)計(jì)和制造2.1.2焊條配方及設(shè)計(jì)理念焊絲：. H08A藥皮的主要成分為白云石和螢石，另外還加入了二氧化硅、白云石、低度硅鐵、鈦白粉、稀土鎂、鈦粉和鐵粉等。經(jīng)查資料得到：CaCO3+MgCO3/SiO28和水玻璃6.8時(shí)能降低堿性焊條的發(fā)塵量，CaCO3/CaF2=2時(shí)其穩(wěn)弧性較好。 表01 各成分的含量及作用各成分傳統(tǒng)J507量改進(jìn)J507量主要作用其次作用副作用鈦白粉26造渣 成型穩(wěn)弧大理石445造氣 造渣穩(wěn)弧氧化螢

3、石2429造渣 去氫錳鐵46脫氧 合金化造渣增磷鈦鐵13脫氧造渣 合金化純堿12成型穩(wěn)弧 造渣石英72造渣低度硅鐵2.55脫氧 合金化造渣二氧化硅3造渣白云石33造氣 造渣穩(wěn)弧氧化長石2造渣穩(wěn)弧鈦粉4脫氧合金化 造渣鐵粉2提高熔敷效率穩(wěn)弧稀土鎂2細(xì)化晶粒去氫 脫氧2.2 .2 焊條制備所用設(shè)備、烘干溫度和設(shè)備制備過程：1. 用天平稱取各成分的量2. 在研缽中攪拌使其成分均勻3. 用水玻璃將其混合，粘結(jié)在一起4. 用壓涂機(jī)壓涂焊條5. 室溫下晾24各小時(shí)6. 再在烘干箱中烘干所用的設(shè)備：天平 研缽 人工手動壓涂機(jī) 烘干箱烘干溫度：在烘干箱中烘干的溫度選定在250攝氏度2.2：焊條工藝性能評定方法

4、焊接設(shè)備：-400焊機(jī)焊接參數(shù)：電流電壓35V直流反接穩(wěn)弧性能：比標(biāo)準(zhǔn)J507焊條引弧性略差脫渣性能：較標(biāo)準(zhǔn)焊條不是很好飛濺性能：較小煙塵量：焊接過程煙呈微黃色 煙塵量較標(biāo)準(zhǔn)焊條略次成型：與標(biāo)準(zhǔn)焊條成型性能相當(dāng)23 焊接接頭金相組織觀察231 金相組織試樣的制備及其設(shè)備制備過程：1.將堆焊試樣夾在虎鉗中用鋸條鋸開，試樣的長度1015mm2.用砂輪打磨，打磨的面為一個(gè)面3.用各種不同沙粒度的砂紙磨4.拋光5.腐蝕6.烘干7.放在金相顯微鏡下觀察8.打纖維硬度設(shè)備名稱：鋸條 砂輪機(jī) 砂紙 奧林帕斯金相顯微鏡（Olympus） 顯微硬度機(jī)（GS71） 拋光機(jī)232 金相顯微鏡觀察內(nèi)容 在金相顯微觀察

5、中，我們借助于CX71金相顯微鏡對焊接試樣進(jìn)行觀察。在觀察過程中我們分別在50倍、200倍、500倍下對試樣的母材、全貌、氣孔、焊縫、熱影響區(qū)、不完全晶區(qū)、粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)和熔合區(qū)進(jìn)行了觀察。以此來比較對比出焊接質(zhì)量、焊縫質(zhì)量等。然后以此為依據(jù)來對焊條的各方面性能在進(jìn)一步分析。2.3.3纖維硬度的測定 焊接HAZ的硬度是反映鋼種的焊接性德重要標(biāo)志之一在對焊縫的纖維硬度進(jìn)行測定分析時(shí)，我們用到的是HMV200g的分析設(shè)備對我們的試樣進(jìn)行的分析。首先我們把試樣磨平后放在硬度計(jì)上先加壓大概5s后放在設(shè)備顯微鏡下用專門的軟件進(jìn)行照相分析。24 焊接接頭掃描電鏡觀察試驗(yàn)設(shè)備：電子掃描電鏡是JEOL JSM

6、-6360LV試驗(yàn)過程：在試驗(yàn)老師操作下我們選定出幾個(gè)比較有代表性的圖片進(jìn)行拍照試驗(yàn)照片：3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析31 焊條工藝性能分析 在本次實(shí)驗(yàn)中我們所做的焊條弧長在7mm左右，相對于標(biāo)準(zhǔn)的J5078焊條來說不是很好。在焊接過程中我們的焊條的引弧性能，穩(wěn)弧性能等各方面都相對來說還是較為滿意的。據(jù)我分析師因?yàn)槲覀冊诤笚l的配方中加入的白云石含量不叫多而且我們還額外添加了一定量的鐵粉，可能就是這兩種物質(zhì)的存在使得焊接電弧在穩(wěn)定性能方面比較好。 在焊后脫渣是，由于我們焊接的母材比較多，所以對于脫渣性能方面我有比較深得了解。我們還接的母材有Q235、42CrMo、25CrMo、45號鋼以及低碳鋼。在進(jìn)行焊后

7、脫渣時(shí)我發(fā)現(xiàn)含有Cr、Mo的母材脫渣較為困難外其他的都很容易。我想這應(yīng)該是由于J507焊條與這些母材的線膨脹系數(shù)相差太小的緣故。當(dāng)然我們的焊條和標(biāo)準(zhǔn)的比起來脫渣性就不是很好了，這些可能與我們焊條的配方以及焊接操作過程的不是很好有關(guān)。 至于飛濺性、成型性和發(fā)煙量來說。我們的焊條飛濺比較大，這可能是由于我們加入的鐵粉、錳鐵和鈦鐵的原因。成型方面是最好的，進(jìn)行焊接時(shí)焊縫很容易就成型了。最不讓人滿意的就是發(fā)煙量比較大，這些在與實(shí)驗(yàn)室田老師討論時(shí)，老師說是因?yàn)槲覀兗尤氲乃Ａн^多造成的。而且在做我們做我們的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我觀察其他組的也是這個(gè)情況，看來水玻璃真是造成堿性焊條發(fā)煙的一大原因，我想如果能夠找到一種

8、替代水玻璃的物品那焊條的發(fā)煙量會得到很大的控制。32 焊接接頭組織分析321 氣孔分析42CrMo200倍焊縫底部 圖1氣孔是焊接過程中的一種缺陷，它不僅消弱了焊縫的有效工作斷面，同時(shí)也增加應(yīng)力集中，降低焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性，對動載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度更不利。 2CrMo焊縫頂部 圖242CrMo焊縫中部 圖3以上三個(gè)圖是42CrMo的焊縫圖片，從圖中可以看出在焊接中并未出現(xiàn)氣孔，所以我可以認(rèn)為J507焊條在焊接這種母材時(shí)，工藝性能應(yīng)該較好。也可能是由于一些未知的原因使得剛好沒有氣孔吧。 氣孔 圖4此圖是Q235鋼50倍 氣孔，它是出現(xiàn)在焊縫附近的氣孔，這可能是CO氣孔，也可是由于焊接時(shí)由于技術(shù)造作

9、造成的。還有可能是夾渣的原因氣孔 圖5此圖是45號鋼的50倍氣孔此氣孔產(chǎn)生的部位在焊縫的柱狀晶里，氣孔的周圍也有許多的小黑點(diǎn)有可能也是氣孔，此氣孔可能是氫氣孔也可能是一氧化碳?xì)饪?，產(chǎn)生的主要原因在于，在還接的過程中由于焊材的表面有鐵銹或油污，而產(chǎn)生氫氣孔，但焊條中加入了大量的白云石，在分解的過程中產(chǎn)生一氧化碳。322 熔合區(qū)分析焊縫接頭實(shí)際是有兩部分組成，是焊縫和熱影響區(qū)，其間是過渡區(qū)，稱為熔合區(qū)，由于熔合區(qū)兩邊的晶粒的晶粒度明顯的不同，所以此處的力學(xué)性能比較的差，所以也是焊接過程中的薄弱區(qū)。因此特別有必要進(jìn)行對其分析。 熔合區(qū) 圖6Q235的200倍熔合區(qū)的金相顯微圖，在上面可以清楚的看到焊

10、縫的附近的粗大馬氏體以及細(xì)小的馬氏體，這是由于靠近焊縫附近，晶粒嚴(yán)重長大，故變成了粗大馬氏體。 熔合區(qū) 圖7此圖為低碳鋼200倍熔合區(qū)焊金相顯微圖，圖中我們能清楚看到這是一個(gè)復(fù)雜的區(qū)域。但是卻沒有形成裂紋，這可能是焊接結(jié)束時(shí)由于當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室溫度較穩(wěn)定，而緩慢冷卻得原因。至于其他的母材的熔合區(qū)，基本上類似，就不再分析了323 粗晶區(qū)分析粗晶區(qū)是由于焊接過程中在靠近焊縫附近的溫度過高而使晶粒嚴(yán)重長大造成的。圖1是低碳鋼500倍粗晶區(qū)圖中我們可以清楚的看到魏氏組織。這是由于奧氏體在此區(qū)域嚴(yán)重長大形成的粗大奧氏體在較快冷卻速度下形成的。很幸運(yùn)此圖中并未出現(xiàn)脆化或裂紋。 粗晶區(qū) 圖8圖2是45號鋼500被

11、粗晶區(qū)圖中組織輪廓很明顯，可以判斷那應(yīng)該是奧氏體組織。 粗晶區(qū) 圖9 粗晶區(qū) 圖10 圖3Q235的500倍粗晶區(qū)，其中的組織圖中在晶粒中形成的黑色的細(xì)線可能是鐵素體形成的亞晶界。33 焊接接頭顯微硬度分析電弧焊焊接接頭是利用高溫移動電弧熱源，在快速加熱、快速冷卻、不均勻溫度場的復(fù)雜焊接熱循環(huán)作用下完成的，因此造成了其獨(dú)特的特點(diǎn)?，F(xiàn)就其顯微硬度進(jìn)行分析。測定過程：1.我們找到不同的形貌的地方進(jìn)行測纖維硬度2.得到所測的值并記錄測定值焊接位置1234567纖維硬。159.7213.7152.7214.8147.9135.9139.0 纖維硬度HAZ是反映鋼種的焊接性的重要標(biāo)志之一，所以對其進(jìn)行分

12、析能夠從另一方面對焊接的工藝性能進(jìn)行分析和判定。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，我們的焊條的焊接工藝性能還是有氣可取之處，比如弧長、穩(wěn)弧等工藝性能還是不錯(cuò)的。 此圖的顯微硬度打在熔合區(qū)，硬度值為159.7，與柱狀晶的硬度相差不多，所以此硬度有可能打在柱狀晶上。 顯微硬度 圖11 此硬度打在粗晶區(qū)，從顯微硬度的背景來看，應(yīng)該是在魏氏體組織。 顯微硬度 圖12 此圖是在母材上的硬度值HV139.0，此處的硬度降得比較低，也符合母材上的硬度值。 顯微硬度 圖1334 焊接接頭掃描電鏡分析掃描電鏡能夠更加清晰的看到焊縫的形態(tài)結(jié)構(gòu)。從這幅圖看來，現(xiàn)在這條焊縫出現(xiàn)了裂紋，而且從裂紋的形狀來看，這個(gè)裂紋應(yīng)該是屬于冷裂紋之一

13、的延遲裂紋。這個(gè)裂紋的形成由于我們在焊完焊縫之后，在焊件逐漸冷卻至低溫時(shí)形成的。這種裂紋的主要特征就是它不是在焊后立即出現(xiàn)，而是有一定的孕育期，具有延遲現(xiàn)象。由于我們本次實(shí)驗(yàn)所耗費(fèi)的時(shí)間比較長，而且試樣焊接和掃描電鏡兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間時(shí)間跨度比較大，所以就出現(xiàn)了延遲裂紋。 圖144：結(jié)論1 、 本次實(shí)驗(yàn)是我們接觸的第一個(gè)與專業(yè)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)所以我們所做的焊條的弧長雖然只有7mm，但是與標(biāo)準(zhǔn)的J507焊條的弧長相比還是不錯(cuò)的成績。2、 本次實(shí)驗(yàn)我們的焊條在引弧時(shí)，非常容易引燃。在焊接時(shí)我們的焊條的焊接電弧的穩(wěn)定性獲得了老師的好評，是一個(gè)非常大的成功。3 這次實(shí)驗(yàn)在金相顯微鏡下沒有從母材為42CrMo的焊縫

14、表面看到裂縫，這說明我們設(shè)計(jì)的焊條在這一方面的優(yōu)點(diǎn)，還也許是我們組焊接技術(shù)較好的原因。4、 這次實(shí)驗(yàn)我們焊條不足的是，因?yàn)槲炇退ＡЪ尤肓康牟贿m當(dāng)造成了焊接時(shí)發(fā)煙量比較大，這沒有達(dá)到我們實(shí)驗(yàn)研究降低J507焊條煙塵量的目標(biāo)，是一大失誤，需要對焊條配方進(jìn)行改進(jìn)。參考文獻(xiàn)： 1林尚揚(yáng)我國制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究機(jī)械工人，2004，(5)：1015 2張文鉞我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展與其相應(yīng)焊接技術(shù)及焊接材料焊接技術(shù)，2005，4(2)：37 3崔偉，李志提，高盛平等立向下E5048低氫鐵粉焊條的研制焊接設(shè)備與材料，2003，32(3)：4142 4張文鉞焊接冶金學(xué)天津大學(xué)焊接教研室主編，1980：2162185王雙其,張柯柯,樊艷麗,等.Ag、RE對SnAgCuRE無鉛釬料潤濕性能的影響J.熱加工工藝,2006,35(11)55-56.6王寶.焊接電弧物理與焊條工藝性設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.7趙品、謝輔洲、孫振國，材料科學(xué)基礎(chǔ)教程，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20098孟慶四森、王文先、吳志生，金屬材料焊接基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社2005 致謝本論文是