缆式焊丝埋弧焊工艺研究(附件)【字数：12775】
摘 要摘 要埋弧焊已经有了70多年历史，至今依然是现代焊接生产方式中生产效率高、应用广泛的方法之一。由于其生产效率高、焊缝质量好、焊接成本低、机械化程度高、劳动条件好，因而特别适用于中厚板、长焊缝的母材焊接。在锅炉、造船与压力容器、桥梁、化工、起重机械、工程机械、海洋结构以及冶金机械、核电设备等制造中应用最广泛。随着焊接技术发展，新型焊丝需求愈发紧张，高效节能的焊接技术越来越受重视，对埋弧焊高效节能化的研究已成为焊接领域的热点。缆式焊丝埋弧焊是一种新的焊接方法。本文以Φ6.0mm缆式焊丝为研究对象，从焊缝成形、焊接工艺、焊缝性能等方面进行分析研究。综合考虑缆式焊丝制备及焊接过程的熔敷速度;采用“定二变一”的方案研究焊接参数对焊缝外貌的影响，分析缆式焊丝埋弧焊的焊缝成形和机理；并研究缆式焊丝埋弧焊对接接头的力学性能。研究结果表明缆式焊丝埋弧焊焊接接头在拉伸试验、弯曲试验、冲击试验中的各项参数均满足使用所需的数值，宏观晶相和微观组织与力学性能相符，焊缝各处的硬度也均达到使用的标准。因此，缆式焊丝的力学性能和组织都满足实际生产使用要求，较普通焊丝而言有更大的发展空间及利用价值。关键词 缆式焊丝；埋弧焊；焊缝成形摘 要 6
Keywords: Cabletype welding wire; Submerged arc welding; Weld forming 目 录
摘 要 6
Abstract 7
第1章 绪论 9
1.1埋弧焊发展概况 9
1.1.1埋弧焊特点 9
1.1.2埋弧焊发展趋势及应用现状 10
1.2 缆式焊丝埋弧焊的发展及研究现状 12
1.3 本论文研究目的及内容 13
第2章 实验材料准备及实验方法 14
2.1 实验材料准备 14
2.1.1 焊丝及焊剂 14
2.1.2 母材 16
2.2 试验系统搭建 18
2.3 实验方法 18
2.3.1表面熔敷试验方法 18
2.3.2工艺性能试验方法 19
2.4 本章小结 21
第3章 缆式焊丝埋弧焊焊缝性能检验 22
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3.1 焊接参数的选择 22
3.2 对接接头宏观金相 24
3.3 对接接头微观金相 24
3.4 焊接接头力学性能检测 26
3.4.1. 拉伸实验 26
3.4.2. 弯曲实验 27
3.4.3. 冲击实验 28
3.5 接头硬度实验与分析 30
3.6 本章小结 32
结论 34
致谢 35
参考文献 36
第1章 绪论
1.1埋弧焊发展概况
1.1.1埋弧焊特点
近代金属加工行业，焊接比锻压、铸造工艺发展晚，但发展速度极快，现代焊接结构的重量约占钢材总产量的45%[1]。金属焊接按照工艺过程特点分为钎焊、熔焊、压焊三大种类。焊接时形成的连接两个被连接体的连接缝称为焊缝。熔焊的特点是在焊接的过程中，不施加任何压力将工件接口加热到熔化状态完成焊接。在熔焊过程中，待焊工件的接口处被热源快速加热熔化，形成熔池。热源沿着焊接的方向移动，熔池也随之移动，熔池冷却之后形成连续焊缝，将两工件连接在一起。焊缝的两侧在焊接时会受焊接热作用，而发生组织和性能的变化，这一区域称为热影响区[2]。焊后在焊缝及热影响区可能会产生过热、脆化、软化或淬硬现象，会使焊件的性能下降，恶化焊接性。这时就需要调整焊接参数，在焊接前对焊件接口预热、焊接时保温和焊接后热处理等，以改善焊件的焊接质量。
在熔焊过程中，高温的熔池不能与空气直接接触，否则金属与各种合金元素会被空气中的氧氧化，另外空气中的水蒸汽、氮等将进入熔池，导致熔池的冷却过程中形成夹渣、裂纹、气孔等焊缝缺陷，使焊缝质量与性能大大下降[3]。为保证焊缝质量与性能，可用多种保护熔池。例如，用氩、二氧化碳等保护气体隔绝空气，保护电弧与熔池，这是气体保护电弧焊。又如在焊条的外层包裹药皮，药皮中含对氧亲和力较强的钛铁粉，钛铁粉脱氧，焊条中的有益元素锰、硅等就能免于氧化而过渡到熔池，形成优质的焊缝，这是焊条电弧焊。又如在埋弧焊过程中，焊剂漏斗中颗粒状焊剂随着焊接方向经过软管均匀地堆敷至焊件待焊处，埋弧焊丝通过送丝机构和导电嘴进入焊接区产生电弧，埋弧焊丝、埋弧焊剂及部分母材被电弧热熔化并蒸发一部分，形成的焊剂蒸汽、金属蒸汽和冶金过程中析出的气体在电弧的周围形成一个空腔，电弧在这个空腔中稳定燃烧[4]。在空腔上形成一层由熔化的焊剂形成的熔渣膜，熔渣膜可起到屏障作用，使电弧、液体金属与空气隔离，而且把弧光屏蔽在空腔中，焊剂不仅能起到保护焊接金属的作用，而且还能起到冶金处理的作用，即利用冶金反应过度有益的合金元素和清楚有害的杂质[5]。
埋弧焊是电弧在焊剂下方燃烧，进行焊接的一种熔焊方法，属于渣保护。按照机械化的程度分为半自动焊和自动焊，其中自动焊的焊丝给进和电弧相对移动是自动的，而半自动焊的焊丝给进是自动的，电弧移动则是手动的。埋弧自动焊发展于二十世纪四五十年代，生产效率高，更易实现机械化操作，应用比半自动焊更广泛[6,7]。
埋弧焊的主要优点有[8.9]：
（1）焊接生产效率更高。焊接生产过程中，焊接电流越大，电弧熔深能力与焊丝熔敷效率越高，因此焊接的速度可以大大提高。埋弧焊所用的焊接电流可达到1000A，比焊条电弧焊高了5~7倍。
（2）焊缝质量更好。一方面由于埋弧焊的焊接参数可通过电弧自动调节系统调节来保持稳定，对焊工的操作技术要求不高，因而焊缝成型好、成分也更稳定；另一方面埋弧焊属于渣保护，隔离大气效果好。
（3）焊接成本更低。可以不开坡口焊接20~25mm以下厚的焊件，这大大减少了焊缝中的焊丝填充量，同时减少了由于加工坡口损失的母材金属。同时因为焊剂的屏障作用，金属的飞溅和烧损大幅减少，电弧热量损失也大幅减少，热量得到了充分利用，单位长度焊缝上消耗的电能大大降低。
（4）劳动条件更好。埋弧焊没有刺眼的弧光，并且是机器自动化焊接，大大改善了工人的作业环境，减轻了劳动强度。
埋弧焊的缺点有[10]：
（1）焊接使用时的位置受到限制。因为采用颗粒状的焊剂进行焊接，所以一般只适用于平焊位置焊接，如平焊位置对接接头、角接接头及堆焊等。
（2）对焊件的装配质量要求高。因为埋弧焊的焊剂屏障，操作人员无法直接观察电弧与焊接处的相对位置，因此必须保证焊接坡口加工精度与装配精度，或者使用焊缝自动跟踪装置，才能保证焊接不会偏离预定位置。
Keywords: Cabletype welding wire; Submerged arc welding; Weld forming 目 录
摘 要 6
Abstract 7
第1章 绪论 9
1.1埋弧焊发展概况 9
1.1.1埋弧焊特点 9
1.1.2埋弧焊发展趋势及应用现状 10
1.2 缆式焊丝埋弧焊的发展及研究现状 12
1.3 本论文研究目的及内容 13
第2章 实验材料准备及实验方法 14
2.1 实验材料准备 14
2.1.1 焊丝及焊剂 14
2.1.2 母材 16
2.2 试验系统搭建 18
2.3 实验方法 18
2.3.1表面熔敷试验方法 18
2.3.2工艺性能试验方法 19
2.4 本章小结 21
第3章 缆式焊丝埋弧焊焊缝性能检验 22
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3.1 焊接参数的选择 22
3.2 对接接头宏观金相 24
3.3 对接接头微观金相 24
3.4 焊接接头力学性能检测 26
3.4.1. 拉伸实验 26
3.4.2. 弯曲实验 27
3.4.3. 冲击实验 28
3.5 接头硬度实验与分析 30
3.6 本章小结 32
结论 34
致谢 35
参考文献 36
第1章 绪论
1.1埋弧焊发展概况
1.1.1埋弧焊特点
近代金属加工行业，焊接比锻压、铸造工艺发展晚，但发展速度极快，现代焊接结构的重量约占钢材总产量的45%[1]。金属焊接按照工艺过程特点分为钎焊、熔焊、压焊三大种类。焊接时形成的连接两个被连接体的连接缝称为焊缝。熔焊的特点是在焊接的过程中，不施加任何压力将工件接口加热到熔化状态完成焊接。在熔焊过程中，待焊工件的接口处被热源快速加热熔化，形成熔池。热源沿着焊接的方向移动，熔池也随之移动，熔池冷却之后形成连续焊缝，将两工件连接在一起。焊缝的两侧在焊接时会受焊接热作用，而发生组织和性能的变化，这一区域称为热影响区[2]。焊后在焊缝及热影响区可能会产生过热、脆化、软化或淬硬现象，会使焊件的性能下降，恶化焊接性。这时就需要调整焊接参数，在焊接前对焊件接口预热、焊接时保温和焊接后热处理等，以改善焊件的焊接质量。
在熔焊过程中，高温的熔池不能与空气直接接触，否则金属与各种合金元素会被空气中的氧氧化，另外空气中的水蒸汽、氮等将进入熔池，导致熔池的冷却过程中形成夹渣、裂纹、气孔等焊缝缺陷，使焊缝质量与性能大大下降[3]。为保证焊缝质量与性能，可用多种保护熔池。例如，用氩、二氧化碳等保护气体隔绝空气，保护电弧与熔池，这是气体保护电弧焊。又如在焊条的外层包裹药皮，药皮中含对氧亲和力较强的钛铁粉，钛铁粉脱氧，焊条中的有益元素锰、硅等就能免于氧化而过渡到熔池，形成优质的焊缝，这是焊条电弧焊。又如在埋弧焊过程中，焊剂漏斗中颗粒状焊剂随着焊接方向经过软管均匀地堆敷至焊件待焊处，埋弧焊丝通过送丝机构和导电嘴进入焊接区产生电弧，埋弧焊丝、埋弧焊剂及部分母材被电弧热熔化并蒸发一部分，形成的焊剂蒸汽、金属蒸汽和冶金过程中析出的气体在电弧的周围形成一个空腔，电弧在这个空腔中稳定燃烧[4]。在空腔上形成一层由熔化的焊剂形成的熔渣膜，熔渣膜可起到屏障作用，使电弧、液体金属与空气隔离，而且把弧光屏蔽在空腔中，焊剂不仅能起到保护焊接金属的作用，而且还能起到冶金处理的作用，即利用冶金反应过度有益的合金元素和清楚有害的杂质[5]。
埋弧焊是电弧在焊剂下方燃烧，进行焊接的一种熔焊方法，属于渣保护。按照机械化的程度分为半自动焊和自动焊，其中自动焊的焊丝给进和电弧相对移动是自动的，而半自动焊的焊丝给进是自动的，电弧移动则是手动的。埋弧自动焊发展于二十世纪四五十年代，生产效率高，更易实现机械化操作，应用比半自动焊更广泛[6,7]。
埋弧焊的主要优点有[8.9]：
（1）焊接生产效率更高。焊接生产过程中，焊接电流越大，电弧熔深能力与焊丝熔敷效率越高，因此焊接的速度可以大大提高。埋弧焊所用的焊接电流可达到1000A，比焊条电弧焊高了5~7倍。
（2）焊缝质量更好。一方面由于埋弧焊的焊接参数可通过电弧自动调节系统调节来保持稳定，对焊工的操作技术要求不高，因而焊缝成型好、成分也更稳定；另一方面埋弧焊属于渣保护，隔离大气效果好。
（3）焊接成本更低。可以不开坡口焊接20~25mm以下厚的焊件，这大大减少了焊缝中的焊丝填充量，同时减少了由于加工坡口损失的母材金属。同时因为焊剂的屏障作用，金属的飞溅和烧损大幅减少，电弧热量损失也大幅减少，热量得到了充分利用，单位长度焊缝上消耗的电能大大降低。
（4）劳动条件更好。埋弧焊没有刺眼的弧光，并且是机器自动化焊接，大大改善了工人的作业环境，减轻了劳动强度。
埋弧焊的缺点有[10]：
（1）焊接使用时的位置受到限制。因为采用颗粒状的焊剂进行焊接，所以一般只适用于平焊位置焊接，如平焊位置对接接头、角接接头及堆焊等。
（2）对焊件的装配质量要求高。因为埋弧焊的焊剂屏障，操作人员无法直接观察电弧与焊接处的相对位置，因此必须保证焊接坡口加工精度与装配精度，或者使用焊缝自动跟踪装置，才能保证焊接不会偏离预定位置。
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