双脉冲自保护药芯焊丝电弧焊工艺稳定性

鉴于自保护药芯焊丝在野外焊接的重要性,尤其对于野外大型机械等关键零部件的应急修复,提高其焊接成形精度至关重要,因此研究了自保护药芯焊丝在双脉冲电弧模式下的工艺稳定性.为了实现电弧焊工艺稳定性的有效控制,采用单因素试验研究了双脉冲参数对焊接过程稳定性的影响,发现熔滴平均尺寸与电流变异系数关系密切,因此,选取强弱脉冲频率、占空比、强弱脉冲峰值和基值7个双脉冲参数作为输入值,建立一种基于RBF-BP神经网络的熔滴平均尺寸预测模型,结果表明,该预测模型有效、可行,为控制熔滴过渡过程稳定性提供了技术支撑.

自保护药芯焊丝管道全位置自动焊接工艺研究

针对目前城市管道建设中广泛存在的传统手工焊和半自动焊接工艺所导致的焊接质量不稳定等问题,设计了一种自保护药芯焊丝管道全位置自动焊接工艺。采用氩弧自动焊根焊+自保护药芯焊丝自动焊填充及盖面焊的焊接方法,选用22°U形坡口及Φ1.6 mm JC-29Ni1焊丝。结果表明,焊接接头力学性能能够达到标准要求。该工艺能够为城市管道全位置自动焊提供参考。

TiO_(2)对自保护药芯焊丝熔敷金属组织与性能的影响

针对自保护药芯焊丝焊接熔渣中TiO_(2)和Al、Mg的冶金反应引起熔敷金属成分变化的问题,本文以CaF_(2)-Al-Mg为基础渣系,制备了不含TiO_(2)和在药粉中分别添加5%、10%和20%TiO_(2)的4种自保护药芯焊丝,并以熔化极自保护焊接方式堆焊了相应的熔敷金属,通过落锤冲击试验、直读光谱仪、光学显微镜、SEM、拉伸试验和冲击试验,研究了TiO_(2)对脱渣率以及熔敷金属成分、组织、夹杂物和力学性能的影响规律.试验结果表明,TiO_(2)能有效改善脱渣性,并会与Al、Mg发生冶金反应:2Al+Mg+2TiO_(2)→2Ti+MgAl_(2)O_(4),还原出来的Ti经过渣-金属界面进入熔敷金属,导致熔敷金属中的Ti含量明显升高,C、Si、N含量降低;无TiO_(2)焊丝的熔敷金属组织主要为针状铁素体,夹杂物主要为直径<1μm的圆形MgO·Al_(2)O_(3),此时的屈服强度为411MPa,0℃冲击功为86 J,冲击断口放射区的微观形貌由韧窝和河流花样构成,属于混合断裂;添加5%的TiO_(2)后,熔敷金属中形成大量细小准多边形铁素体组织,并出现了多边形TiN夹杂物,屈服强度提高到489 MPa,韧性稍许下降;当TiO_(2)添加达到10%后,由于熔敷金属中过高Ti含量的影响,组织转变为粒状贝氏体,TiN夹杂物增多并发生粗化,此时屈服强度增高至615 MPa,但韧性急剧恶化,冲击断口放射区完全为河流花样,属于脆性断裂;更高的TiO_(2)含量(20%)对应的熔敷金属,组织仍为粒状贝氏体,因形成大量的晶界Ti_(4)C_(2)S_(2),强度及韧性均降低.

油气长输管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接技术

为实现复杂施工环境下的管道自动焊接,利用自保护药芯焊丝具有较好的全位置焊接性、良好的脱渣性与电弧稳定性、未熔合缺陷低、无需保护气体、在风速小于8m/s时不需采用任何防风措施的优势,研制了管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接系统(由安装焊炬的焊接小车、导向轨道、自动控制系统、焊接电源及送丝机等组成),应用自保护药芯成品焊丝对X80管线钢进行了焊接试验,确定了合适的自保护药芯焊丝自动焊焊接参数,进而制订了"内焊机根焊+管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接填充、盖面焊接"的焊接工艺,并对该工艺焊缝进行了力学性能测试。试验结果表明,管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接系统整体性能稳定,焊接过程平稳,可有效提高焊接过程的连续性与稳定性,焊接接头的内在质量、外观成形、力学性能都满足X80管线钢的焊接标准要求,且焊接时不需防风棚,可有效降低管道焊接综合成本。同时,还提出了进一步研发适合于自动焊接的专用自保护药芯焊丝的合理化建议。

自保护药芯焊丝熔敷金属韧化的机理

自保护药芯焊丝是近年来国际上发展较快而我国的研究和开发相对滞后的一种焊接材料。其研究的核心是焊丝的工艺质量和熔敷金属的韧性。本文通过在高铝系熔敷金属中添加微量元素 ,控制熔敷金属中夹杂物的形态、数量、尺寸等特征参数 ,对熔敷金属的成分、微观组织和性能进行了深入研究 ,获得了针状铁素体较多的显微组织 ,使其 0℃的冲击吸收功达到 97J。其研究结果对于提高高铝系熔敷金属的韧性具有重要的参考价值。

药芯组成对碱性自保护药芯焊丝脱渣性影响的研究

采用混料回归设计的方法对碱性自保护药芯焊丝配方进行了调整，获得了脱渣性优良的配方，并建立了药芯组成对脱渣率影响的数学模型。研究了自制和美国Lincoln公司的NR311几种自保护药芯焊丝药芯成分和熔渣微观结构及其脱渣性的关系。在不同的熔渣表面具有不同的微观结构，影响熔渣脱渣性的主要因素是决定着熔渣线胀系数和相变应力的白条状、白团状的方镁石，以及决定熔渣纵向拘束力的白球状、小块状方镁石。该研究对于指导碱性渣系配方设计具有重要意义。

自保护药芯焊丝全位置焊接电弧稳定性分析与评价

采用高速摄像仪和汉诺威弧焊质量分析仪对三种市售X70管线用自保护药芯焊丝全位置焊接的熔滴过渡及电弧稳定性进行观察分析.结果表明,全位置焊接电弧稳定性为1号焊丝最好,3号居中,2号最差;电流变异系数比标准差更能准确地反映电弧稳定性;单凭平均短路时间不能作为判定电弧稳定性的依据,必须结合短路时间频次分布图才有意义;短路过渡时电弧电压概率密度分布为双驼峰形状,双驼峰处曲线的概率密度分布及整条曲线的收敛情况可作为评定电弧稳定性的重要参考依据.

自保护药芯焊丝熔滴过渡的控制

从药芯组成和焊接工艺两方面对自保护药芯焊丝熔滴过渡的影响进行了研究 ,对熔滴过渡的受力进行了分析 ,研究结果表明 :适当增加气体动力即增大药芯中C、O质量分数 ,添加表面活性剂可提高颗粒过渡、射滴过渡的比例。电流、电压主要影响作用在熔滴上的电弧力 ,电流增大短路非爆炸附渣过渡、短路爆炸过渡及爆炸过渡的比例增大。电压增大使短路爆炸过渡、颗粒过渡、射滴过渡的比例增加。电流电压同样也对过渡时间有影响。

自保护药芯焊丝的研究进展评述

指出研究自保护药芯焊丝的重要性，并着重评述国内外自保护药芯焊丝冶金理论及研究现状，在此基础上提出了今后自保护药芯焊丝的三个研究方向。

药芯成分对自保护药芯焊丝焊缝脱渣性的影响

考察了自保护药芯焊丝药芯成分中萤石，金红石，大理石，铝镁合金和氧化镁对焊缝脱渣性的影响。结果表明：焊缝脱渣性与熔渣中ＭｇＯ／ＴｉＯ２的比值有密切关系，适当的控制ＭｇＯ／ＴｉＯ２比值，可有效地消除焊缝表面粘渣。

铝对自保护药芯焊丝性能的影响

通过自保护药芯焊丝药芯配方中铝粉加入量的变化、以及采用含铝和不含铝两种钢带作为焊丝外皮的变化 ,深入地研究了铝对焊缝气孔敏感性、熔敷金属力学性能、金相组织、夹杂物种类及形态的影响。研究结果表明 ,随焊丝药芯配方中铝粉的增加 ,熔敷金属中铝含量增加、氧含量下降、氮含量明显下降 ,焊缝气孔敏感性大大降低 ,但熔敷金属显微组织恶化 ,夹杂物数量增多 ,熔敷金属的韧性明显下降 ;采用含铝钢带制造自保护药芯焊丝能充分发挥铝的有利作用 ,同时减少熔敷金属中残留铝含量及对性能的不利影响。

氟化物对自保护药芯焊丝焊接工艺性能的影响及熔敷金属中P、Si的控制

通过自制的 5种药芯成分不同的自保护药芯焊丝 ,研究氟化钡和氟化钙的不同配比对焊接工艺性能、过渡熔滴、熔敷金属中P、Si的控制的影响。结果表明 ,随着BaF2占氟化物总量的增加 ,立焊性能改善 ,焊接过程飞溅、烟尘减少 ,累积质量分数为 5 0 %时的熔滴的平均直径减小 ,而熔敷效率和Hmax/Bmax降低 (Hmax为焊缝最大熔深 ,Bmax为焊缝最大熔宽 )。BaF2 比CaF2 控制熔敷金属中P、Si含量的能力更强 ,并通过热力学分析解释了氟化物对熔敷金属中P、Si控制的机理。综合考虑焊接工艺性能和熔敷金属中P、Si的控制 ,药芯中选用BaF2 占氟化物总量的 75 %～ 87.5

稀土元素对自保护药芯焊丝的影响

研究了三种稀土合金及混合稀土对自保护药芯焊丝熔敷金属中含氧量、含氮量、气孔敏感性的影响规律 ,通过试验及理论分析发现 ,增加稀土元素的添加量 ,可使熔敷金属中含氧量下降 ,降低了气孔敏感性 ,混合稀土的作用最明显 ,它完全抑制了气孔。而由于稀土元素在先期脱氧中大量氧化 ,其脱氮效果较弱 ,稀土元素对熔敷金属的总含氮量的影响不显著。但通过稀土的固氮作用可使总含氮量控制在一定的范围内 ,并降低了氮的有害作用。适量的稀土元素可改善焊缝金属组织的形态、细化晶粒。

铝对自保护药芯焊丝焊缝组织及力学性能的影响

通过光谱分析、Luzex.F图像分析、扫描电镜、能谱分析、力学性能试验等手段,研究了高铝BaF2渣系自保护药芯焊丝焊缝中的Al含量对焊缝中夹杂物、微观组织和力学性能的影响.研究结果表明:随焊缝中的Al含量增高,焊缝夹杂物平均尺寸增大;焊缝中的夹杂物以AlN和Al2O3为主,在低Al焊缝中以Al2O3为主的夹杂物较多,而在高Al焊缝中AlN夹杂较多;Al含量的不同会引起焊缝微观组织的改变,以Al2O3为主的夹杂物能够诱导焊缝中针状铁素体形核,而AlN夹杂会引起焊缝组织粗大;焊缝中Al含量增加使焊缝的强度增高而韧性下降.

超低碳氮强化自保护药芯焊丝的研制及性能分析

采用00Cr13Ni4MoN堆焊合金体系,通过大量试验研制出焊接工艺性能和力学性能良好的超低碳氮固溶强化自保护药芯焊丝。试验表明,自保护药芯焊丝中的氮来自于空气中的氮气,氟化物/铝镁合金=6∶2和其它元素含量合适时,自保护药芯焊丝的焊接工艺性能良好;该焊丝堆焊层组织为单一马氏体,具有良好的抗回火软化性能、韧性和耐磨性,在堆焊修复连铸辊时具有优良的力学性能。

9Ni钢自保护药芯焊丝的研制及分析

研制了以Fe-Ni-Mn-Si系为合金系的9Ni钢自保护药芯焊丝.采用FCAW法在不加保护气体的条件下施焊,并对焊件进行了QLT(淬火+亚温淬火+回火)处理.通过拉伸试验、低温冲击试验、金相分析、断口扫描等方法研究了焊接接头的力学性能、显微组织和断口形貌.结果表明,所研制的药芯焊丝焊接接头抗拉强度为709MPa,屈服强度为580 MPa,断后伸长率为26%,断面收缩率为47%.力学性能满足9Ni钢的使用要求.焊缝的组织为细晶铁素体+针状铁素体.QLT处理使焊缝的低温冲击吸收功从48 J/cm2提升至100 J/cm2,能够明显提高焊缝的低温韧性.

氢对自保护药芯焊丝焊缝金属韧度的影响

通过刻槽锤断试验、低温冲击韧度试验和扫描电镜分析等试验手段,研究了焊后室温条件下,放置不同时间的自保护药芯焊丝焊缝金属中氢含量对低温韧度的影响。结果表明,由于自保护药芯焊丝中氢含量较多而脱氢能力不足,并且熔池的存在时间相对较短,焊缝金属中的氢不能充分逸出,使得焊缝金属中含氢量较高(焊后立即进行试验);在氢和非金属夹杂物的共同影响下,低温冲击吸收功的平均数值较低,而且数据的离散度大;室温放置40 d以后,焊缝金属中的氢含量减少,刻槽锤断试样表面的氢白点减少或消失,低温冲击吸收功的平均值提高,数据的离散度降低。

自保护药芯焊丝立向下焊接熔滴过渡观察与分析

采用高速摄像方法对自保护药芯焊丝的熔滴过渡进行了观察分析发现,自保护药芯焊丝立向下焊接时的熔滴过渡模式为短路过渡、弧桥并存过渡、爆炸过渡和颗粒过渡,弧桥并存过渡是其主要过渡形态.弧桥并存过渡形态包含弧桥并存爆炸过渡和弧桥并存表面张力过渡,前者的主要特征是桥的爆炸,后者则是液相桥和熔池接触,熔滴金属通过表面张力的作用进入熔池.随着电流增加,熔滴尺寸减小,过渡频率增大,弧桥并存过渡和爆炸过渡增加,短路过渡减少.

自保护药芯焊丝的技术经济特点及工程应用前景

介绍了自保护药芯焊丝的最新进展,分析了自保护药芯焊丝的技术先进性,计算了不同焊接材料的碳排放,比较了各种焊材的焊接综合成本。结果表明:新型自保护药芯焊丝具有优良的全位置操作性,焊缝成形美观,飞溅小,-40℃熔敷金属冲击吸收功达到200～400 J;φ2.0 mm自保护药芯焊丝碳排放最少,100%CO2保护φ1.2 mm实心焊丝碳排放最大,φ3.2 mm焊条和100%CO2保护φ1.2 mm药芯焊丝碳排放居中;每米焊缝自保护药芯焊丝的焊接综合成本高于实心焊丝和药芯焊丝,低于焊条。因此,自保护药芯焊丝在管线、道桥、海洋平台、大型储罐、高层建筑等室外重要钢结构的焊接上具有广阔的应用前景。

钢轨自保护药芯焊丝自动窄间隙电弧焊工艺及装备研究

无缝线路建设的大范围展开迫切需要性能、质量、生产效率相匹配的原位焊接方法,目前使用最多的为铝热焊和电弧焊。介绍了窄间隙电弧焊在钢轨焊接中的应用,并重点对电弧位置实时检测技术和自保护药芯焊丝自动钢轨窄间隙电弧焊工艺及装备进行了说明。进行接头性能试验,结果表明:采用钢轨自保护药芯焊丝自动窄间隙电弧焊焊接的接头性能良好,完全超过另外一种原位焊接方法铝热焊的接头性能,能够通过铝热焊不能通过的落锤试验,拉伸性能也强于铝热焊,冲击性能大幅度优于目前使用的闪光焊、气压焊和铝热焊。