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。

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。

无渣含铌自保护堆焊药芯焊丝的研制

采用Fe-Cr-Nb-C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无渣含铌自保护药芯焊丝.结果表明,在药芯中不添加任何造渣剂的情况下,药芯中各组分含量(质量分数)锰铁为12%、硅铁为6%、石墨为8%、钛铁为4%且其它组分合适时,自保护药芯焊丝的焊接工艺性能良好;该堆焊层组织由奥氏体、少量马氏体、一次碳化物及共晶物组成,随着铌含量的增加,硬度值先降后增,在铌铁含量3%时,最低硬度值为41.1 HRC.在碳含量有限的条件下,铌在焊接过程中形成碳化物质点,一方面增加了含铌硬质相,另一方面对碳化铬的形成造成影响.

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。

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。

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。

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.

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

新型碳氮合金化自保护硬面药芯焊丝

研制了一种碳氮合金化自保护硬面药芯焊丝,探讨了碳氮合金化硬面药芯焊丝堆焊层金属中的碳氮化物质点作用,对碳氮合金化堆焊层金属及450-650℃不同热处理温度下的硬度、金属显微组织和微区化学成分以及耐磨损性能进行了分析.结果表明：碳氮合金化自保护硬面药芯焊丝堆焊层金属中的第二相质点为Cr,Ti,V和Nb的碳氮化合物的复合物,这些化合物对堆焊层硬面金属起到析出强化的作用;弥散均匀分布的细小碳氮化物质点可使碳氮合金化硬面金属具有良好的耐磨粒磨损性能.

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.

自保护药芯焊丝工艺性评价

采用高速摄影、电弧参数快速采集分析系统以及焊接工艺性试验方法,对3种自保护药芯焊丝的熔滴过渡、焊接电流、电弧电压和焊接工艺性进行了试验研究.结果表明,在文中试验条件下,可以采用低于17.5 V,持续时间大于0.5 ms的电压值表征自保护药芯焊丝弧桥并存过渡,并统计出弧桥并存过渡的频次;可以计算出描述自保护药芯焊丝弧桥并存过渡持续时间的特征值t50,用以表征弧桥并存过渡的质量;自保护药芯焊丝弧桥并存过渡的数量和质量是决定其工艺性的主要因素,弧桥并存过渡数量越多,过渡持续时间越长,工艺性越好;这与工艺性试验结果一致.

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。

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。

自保护药芯焊丝焊缝中的气体

自保护药芯焊丝焊缝中N元素含量较高在0.025%-0.035%内。分析了药芯成分(氟化物、碳酸盐和固氮元素铝)对焊缝中氮气孔的影响规律。焊接工艺参数对焊缝中氮气孔的产生也有重要的影响,从防止焊缝产生气孔的角度出发,焊接工艺参数的最佳取值范围为焊接电流220-280 A,电弧电压18-24 V,焊丝伸出长度20-30 mm,极性采用直流正接。自保护药芯焊丝焊缝中不容易产生氢气孔和CO,CO2气孔。