不銹鋼焊條的配方設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　機(jī)電工程學(xué)院</b></p><p><b>　　《課程設(shè)計(jì)》</b></p><p><b>　　說(shuō) 明 書</b></p><p>　　課題名稱： E309-16焊條的配方設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓

2、名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班級(jí)： </p><p>　　成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： </p><p><b>　　專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b>

3、;</p><p>　　題目：E309-16焊條的配方設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名： 班級(jí)： </p><p><b>　　設(shè)計(jì)依據(jù)：</b></p><p>　　1、母材為2205雙相不銹鋼 </p><p>　　2、制造電焊條生產(chǎn)工藝：壓涂機(jī)壓涂 <

4、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)步驟： </b></p><p>　　1、根據(jù)焊縫金屬的使用性能要求，初步擬定焊縫金屬的合金系統(tǒng)。</p><p>　　2、根據(jù)工件的焊接性（例如：抗裂性如何）修訂焊縫的合金系統(tǒng)</p><p>　　3、根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)條件，確定合金化的方式，并且選擇焊芯。</p><p&g

5、t;　　4、根據(jù)焊縫合金系統(tǒng)的特點(diǎn)及使用性能要求，確定藥皮的類型和焊條配</p><p><b>　　方的渣系。</b></p><p>　　5、估算合金的損失，從而確定藥皮合金劑的種類和數(shù)量。</p><p>　　6、根據(jù)焊縫的性能，焊條的工藝性能和制造方面的要求，考慮原材料的</p><p>　　來(lái)源及經(jīng)濟(jì)合理性等方

6、面的情況，確定焊條藥皮的最初配方。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、國(guó)內(nèi)外焊條的現(xiàn)狀</p><p>　　2、雙相不銹鋼及焊材的成份及性能分析</p><p>　　3、雙相不銹鋼的焊接性分析&

7、lt;/p><p><b>　　4、焊芯的選定</b></p><p>　　5、藥皮類型及渣系的確定</p><p><b>　　6、藥皮配方的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　6.1藥皮的組成</b></p><p>　　6.2 藥皮配方中各組成成

8、分的作用</p><p><b>　　6.3 K值的確定</b></p><p>　　6.4 藥皮組成物的配比的計(jì)算</p><p><b>　　6.5 焊條配方</b></p><p>　　國(guó)內(nèi)外焊條的現(xiàn)狀 我國(guó)從五十年代開(kāi)始研制和生產(chǎn)不銹鋼焊條，1997年我國(guó)不銹鋼焊條的總產(chǎn)量為7000

9、多噸。近年來(lái)我國(guó)不銹鋼的消費(fèi)量快速增長(zhǎng)，2004年國(guó)產(chǎn)不銹鋼焊條已超過(guò)35000噸，預(yù)計(jì)2006年國(guó)產(chǎn)不銹鋼焊條將達(dá)50000噸左右。</p><p>　　自五十年代開(kāi)始研制的不銹鋼焊條，主要是沿襲原蘇聯(lián)的鈦鈣渣系及原料體系，它具有成本低，易壓涂，抗氣孔好，機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，但與歐洲名牌同類不銹鋼焊條相比焊條發(fā)紅嚴(yán)重、飛濺大、脫渣及成形差、焊接效率低、浪費(fèi)大、因此自七十年代中期到八十年代前期，針對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)口的瑞典A

10、VESTA公司綠P5焊條國(guó)內(nèi)一些科研院校與焊條生產(chǎn)企業(yè)共同合作，就不銹鋼焊條藥皮發(fā)紅脫落原因及解決途徑進(jìn)行了研究。</p><p>　　到八十年代，人們一方面認(rèn)為他們的研究工作很有意義，獲得很多進(jìn)展；另一方面經(jīng)對(duì)這幾家研制的焊條實(shí)際測(cè)試后，也認(rèn)為仍與國(guó)外產(chǎn)品存在明顯差距。但從那時(shí)起，國(guó)內(nèi)這方面的研究工作就處于踏步不前的狀況，從80年代前期到九十年代前期的十年間因內(nèi)尚無(wú)有份量的不銹鋼焊條研究文獻(xiàn)。從九十年代初期開(kāi)始

11、，國(guó)內(nèi)不銹鋼焊條研究漸趨活躍。先是太原工大王寶、孫咸等人在前期工作的基礎(chǔ)上研究了不銹鋼焊條工藝設(shè)計(jì)的基本原則和途徑，在不銹鋼焊條設(shè)計(jì)理論上取得了重要突破，并因此獲得2000年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；后是冶金部建筑研究總院唐伯鋼在九十年代中期消化吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，成功完成國(guó)產(chǎn)不銹鋼新型焊條的系列化改進(jìn)提高，并成功興辦北京金威焊材有限公司，做到理論與實(shí)踐的完美結(jié)合，自1994年始生產(chǎn)至今，其不銹鋼焊條生產(chǎn)已達(dá)年產(chǎn)3000噸以上。 九十

12、年代后期到本世紀(jì)初期，國(guó)內(nèi)不銹鋼焊條研究如雨后春筍般集中開(kāi)展，雖就其水平本身未超過(guò)上述兩家現(xiàn)有水平，但對(duì)于活躍學(xué)術(shù)氣氛，加強(qiáng)學(xué)習(xí)交流仍有益處。 國(guó)外不銹鋼的工業(yè)化生產(chǎn)始于二十年代初期，隨后出現(xiàn)相應(yīng)的不銹鋼焊條，成熟的不銹鋼焊條產(chǎn)品出現(xiàn)于1965年左右，以歐洲國(guó)家為代表，尤</p><p>　　國(guó)內(nèi)不銹鋼焊條整體上與國(guó)外先進(jìn)水平相比存在六大問(wèn)題，急待解決和研究：</p><p>　　

13、發(fā)紅問(wèn)題及抗發(fā)紅焊條。2、氣孔問(wèn)題及抗氣孔性能的提高，一般認(rèn)為不銹鋼氣孔屬氫氣孔，在焊后最后一段或焊縫前部或多層焊時(shí)易發(fā)生可見(jiàn)氣孔。3、效率問(wèn)題及高效焊條。4、滲碳問(wèn)題及超低碳系列焊條，超低碳焊條是國(guó)內(nèi)外不銹鋼焊條發(fā)展的重點(diǎn)，為獲得超低碳焊縫必須要求藥皮不增碳及焊芯超低碳。5、特種焊條。a、具有高溫耐腐蝕性能的專用焊能(抗蠕變斷裂強(qiáng)度和延伸率高)b、耐晶間腐蝕性極好且-196℃沖擊韌性高的尿素級(jí)不銹鋼焊條。c、耐汽蝕堆焊用不銹鋼焊條。d

14、、焊接性差的鉻不銹鋼專用焊條。e、耐吸潮不銹鋼焊條。f、定向下焊專用不銹鋼焊條如AVESTAVDX330，PHILIPSBM316-V。g、定位焊專用不銹鋼焊條如PHILIPSBM316L。 </p><p>　　雙相不銹鋼及焊材的成份及性能分析</p><p><b>　　雙相不銹鋼化學(xué)成分</b></p><p>　　雙相鋼的最主要合金元

15、素是Cr、Ni、Mo和N。其中Cr、Mo為增加鐵素體含量，而Ni、N為奧氏體穩(wěn)定元素。有些鋼種還有Mn、Cu、W等元素。Cr、Ni、Mo能改進(jìn)抗腐蝕性。在含氯化物的環(huán)境中其抗點(diǎn)蝕及裂縫腐蝕的性能特別好。 　　 </p><p><b>　　雙相不銹鋼機(jī)械性能</b></p><p>　　在-50度~280度溫度范圍時(shí)，雙相不銹鋼具有很好的機(jī)械性能，當(dāng)雙相鋼長(zhǎng)期承受30

16、0度以上高溫時(shí)，其微機(jī)組織會(huì)發(fā)生變化。含量的奧氏體鋼種相比，雙相鋼和超級(jí)雙相鋼基體材料具有類心抗點(diǎn)蝕和裂紋腐蝕性能，但一般具有極好的抗應(yīng)力腐蝕有機(jī)酸腐蝕的能力。在工業(yè)界按照孔蝕抗力當(dāng)量值PREN來(lái)表示抗點(diǎn)蝕等級(jí)是眾所周知的。 　　</p><p>　　機(jī)械切削性 在高速的機(jī)床上,2205 合金的進(jìn)給率和切削速度和316L 是一樣的。如果采用炭化刀,切割速度與316L 相比降低了大約20%,機(jī)器設(shè)備及其部件的性

17、能在此起著關(guān)鍵性的作用。 　　</p><p>　　熱處理性能 　2205 合金應(yīng)在最低為1900°F 的溫度下進(jìn)行退火處理,然后迅速冷卻,進(jìn)行水淬火。這項(xiàng)處理應(yīng)用于固熔退火及應(yīng)力解除。應(yīng)力解除處理如在低于1900°F 的溫度下進(jìn)行,容易導(dǎo)致有害的金屬或非金屬相位的析出。 </p><p>　　雙相不銹鋼的焊接性分析</p><p>　　雙相不銹

18、鋼在溫室下固溶體中奧氏體和鐵素體約各占半數(shù)，兼有兩相組織特征。它保留了鐵素體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小、耐點(diǎn)蝕、縫隙及氯化物應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn)、又具有奧氏體不銹鋼韌性好、脆性轉(zhuǎn)變溫度較低、抗晶間腐蝕、力學(xué)性能和焊接性能好的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　在性能上的突出表現(xiàn)屈服強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕、雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度高近1倍，同樣的壓力等級(jí)條件下，可以節(jié)約材料。比奧氏體不銹鋼的線性熱膨脹系數(shù)低，與低碳鋼接近。使得雙相不銹

19、鋼與碳鋼的連接較為合適，這有很大的工程意義。鍛壓及冷沖成型不如奧氏體不銹鋼。</p><p>　　焊接性：雙相不銹鋼2205具有良好的焊接性，焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小。通常焊前不預(yù)熱，焊后不熱處理。由于有較高的氮含量，熱影響區(qū)的單相鐵素體化傾向較小，當(dāng)焊接材料選擇合理，焊接線能量控制當(dāng)時(shí)，焊接頭具有良好的綜合性能。</p><p>　　熱裂紋：熱裂紋的敏感性比奧氏體不銹鋼小的多。這

20、是由于含鎳量不高，易形成低熔點(diǎn)共晶的雜質(zhì)極少，不易產(chǎn)生低熔點(diǎn)液膜。另外，晶粒在高溫下沒(méi)有急劇長(zhǎng)大的危險(xiǎn)。</p><p>　　熱影響區(qū)脆化：雙相不銹鋼焊接的主要問(wèn)題不在焊縫，而在熱影響區(qū)。因?yàn)樵诤附訜嵫h(huán)作用下，熱影響區(qū)處于快冷非平衡態(tài)，冷卻后總是保留更多的鐵素體，從而增大了腐蝕傾向和氫致裂紋（脆性）敏感性。</p><p>　　焊接頭的氫致裂紋：雙相不銹鋼焊接接頭的氫脆通常發(fā)生于α相，且

21、氫脆的敏感性隨焊接時(shí)峰值溫度的升高而增加。其微觀組織的變化為：峰值溫度增加，γ相含量減少，α相含量增加，同時(shí)由α相邊界和內(nèi)部析出的Cr2N 量增加，故極易發(fā)生氫脆。 </p><p>　　接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂：母材和焊縫金屬中的裂紋都起始于α/γ界面的α相一側(cè)，并在α相內(nèi)擴(kuò)展。奧氏體（γ）由于其固有的低氫脆敏感性，因此，可起到阻擋裂紋擴(kuò)展的作用。由于DSS 中含有一定量的奧氏體，所以其應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向性較小。<

22、;/p><p>　　焊接冶金：雙相不銹鋼焊接過(guò)程中，在熱循環(huán)的作用下、焊縫金屬和熱影響區(qū)的組織發(fā)生著一系列的變化。在高溫下，所有的雙相不銹鋼的金相組織全部由鐵素體組織，奧氏體是在冷卻過(guò)程中析出的。奧氏體析出的多少受諸多因素的影響。</p><p><b>　　焊芯的選定</b></p><p>　　焊芯的選擇原則上要和母材的化學(xué)成分相近，這樣是熔合

23、后的焊縫成分與母材相近，從而提高焊接構(gòu)件的使用性能。不銹鋼焊條施過(guò)程中焊條熔化至整根長(zhǎng)度2/3時(shí)，焊條尾部會(huì)發(fā)紅（甚至藥皮開(kāi)裂）、飛濺增大、焊縫凸起、焊縫成形惡化、脫渣困難。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因是由于奧氏不銹鋼焊芯的電阻率大、導(dǎo)熱性差；不銹鋼焊接多數(shù)采用短弧焊接，所以熔摘過(guò)濾形式以大熔滴短路過(guò)渡較多，而短路過(guò)渡期間焊接電流很大，焊芯電阻產(chǎn)生的熱量占電弧熱份額很大，奧氏體導(dǎo)熱很慢，隨著焊接時(shí)間的增加，奧氏體不銹鋼焊芯的電阻不斷上升，致使

24、焊至整根焊條長(zhǎng)約2/3時(shí)，焊條尾部便會(huì)發(fā)紅。又由于不銹鋼焊芯線脹系數(shù)較大（比H08A焊芯的線脹系數(shù)大50％），當(dāng)焊接尾部發(fā)紅時(shí)，焊芯尺寸有較大的申長(zhǎng)和擴(kuò)展，使藥皮強(qiáng)度承受極大的擴(kuò)張力（藥皮線脹系數(shù)與焊芯想線脹不一致，且藥皮強(qiáng)度低于焊芯的強(qiáng)度）而導(dǎo)致藥皮開(kāi)裂，使焊條工藝性急劇下降。</p><p>　　為了減少或避免不銹鋼焊條的尾部發(fā)紅和藥皮開(kāi)裂現(xiàn)象，一般改變焊芯材質(zhì)，采用鉻不銹鋼或低碳鋼焊芯。例如以H08A為焊芯

25、。在藥皮中加入鐵粉和鉻、鎳的原材料，通過(guò)藥皮過(guò)度合金元素方式而獲得提高熔敷效率的不銹鋼焊條。該焊條施焊時(shí)電弧穩(wěn)定，熔渣流動(dòng)良好，脫渣容易且藥皮不發(fā)紅，無(wú)藥開(kāi)裂現(xiàn)象。</p><p>　　H08A焊芯化學(xué)成分（%)</p><p>　　藥皮類型及渣系的確定</p><p>　　不銹鋼焊條的設(shè)計(jì)主要是保證熔敷金屬的化學(xué)成分，由于采用H08A焊芯，因此需要通過(guò)藥皮過(guò)渡大量

26、合金元素，這是一種價(jià)格低、熔化速度快的方案，熔敷金屬中的Cr和Ni主要靠在藥皮中加入金屬鉻和金屬鎳來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了減少合金元素在焊接過(guò)程中的燒損，合金粉末的顆粒度宜選在60～200目之間。</p><p>　　不銹鋼焊條藥皮類型一般都是沿用鈦型、鈦鈣型和低氫型。由于鈦鈣型藥皮具有熔渣流動(dòng)性良好,脫渣容易,電弧穩(wěn)定,熔深適中,飛濺少,焊波整齊,適用于全位置焊接和焊接電源為交流或直流正、反接等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇鈦鈣型藥皮。&

27、lt;/p><p><b>　　藥皮配方的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　6.1藥皮的組成</b></p><p>　　焊條熔敷金屬的化學(xué)成分如下表所示。結(jié)果表明，熔敷金屬的化學(xué)成分和2205不銹鋼母材的化學(xué)成分接近。根據(jù)母材的化學(xué)成分確定熔敷金屬的化學(xué)成分如下： </p><p>　　熔敷金

28、屬化學(xué)成分(%)</p><p>　　低碳鋼芯不銹鋼焊條藥皮的參考配方</p><p>　　6.2 藥皮配方中各組成成分的作用</p><p>　　焊條藥皮是由各種礦物類、鐵合金有機(jī)物和化工產(chǎn)品（水玻璃類）等原料組成。焊條藥皮的組成成分相當(dāng)復(fù)雜，一種焊條藥皮的配方中，組成物有七八種之多。 　　焊條藥皮的成分比較復(fù)雜，根據(jù)不同用途，有下列數(shù)種： 　　</p>

29、;<p>　　穩(wěn)弧劑。是一種容易電離的物質(zhì)，多采用鉀、鈉、鈣的化合物 ，如碳酸鉀、長(zhǎng)石、白堊、水玻璃等，能提高電弧燃燒穩(wěn)定性，并使電弧易于引燃， 　　</p><p>　　造渣劑。都是些礦物質(zhì)，如大理石、錳礦、赤鐵礦、金紅石、高嶺土、花崗石、長(zhǎng)石、石英等。造成熔渣后，主要是一些氧化物，其中有酸性的二氧化硅、二氧化銻、五氧化二硫等，也有堿性的氧化鈣、氧化錳。一氧化鐵等。 　　</p>&

30、lt;p>　　造氣劑。有機(jī)物，如淀粉、糊精、木屑等；無(wú)機(jī)物，如碳酸鈣等。，這些物質(zhì)在焊條融化時(shí)能產(chǎn)生大量的一氧化碳、二氧化碳、氫氣等，包圍電弧，保護(hù)金屬不被氧化和氮化。 　</p><p>　　脫氧劑。常用的又錳鐵、硅鐵、鈦鐵等。 　　</p><p>　　合金劑。常用有錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵等鈦合金。 　　</p><p>　　稀渣劑。常用螢石或二氧化鈦來(lái)稀

31、釋熔渣，以增加其活性。 　　</p><p>　　7）粘接劑。用水玻璃，起作用使藥皮各組成粘結(jié)起來(lái)并粘結(jié)于焊芯周圍。</p><p>　　6.3 K值的確定</p><p>　　藥皮厚度大小決定了焊條橫截面焊芯與藥皮所占面積之比（或焊芯體積與藥皮體積之比），亦即藥皮組成物在焊接過(guò)程中參加反應(yīng)的數(shù)量，由于藥皮的密度取決于藥皮組成物及其含量，通過(guò)藥皮質(zhì)量系數(shù)可以表示不

32、同類型藥皮在焊條中所占的比例：</p><p><b>　　……公式1</b></p><p>　　K--- 焊條藥皮質(zhì)量系數(shù)（%）；</p><p>　　m1---焊條藥皮質(zhì)量；</p><p>　　m--- 有藥皮部分的焊芯的質(zhì)量。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)

33、，焊條藥皮取K=0.4~0.6較適宜。主要靠藥皮過(guò)渡的素的焊條藥皮質(zhì)量系數(shù)應(yīng)高于一般焊條。同時(shí)焊條套筒長(zhǎng)度和電弧吹力隨藥皮的增厚而增大，有利于提高焊接效率和焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性，但對(duì)全位置焊不利。 因?yàn)樵撛档呐浞街饕强克幤み^(guò)渡合金，所以K取大，取K=0.60-0.75</p><p>　　6.4 藥皮組成物的配比的計(jì)算</p><p>　　藥皮中合金劑的加入量范圍可根據(jù)下面公式得到：&l

34、t;/p><p><b>　　…… 公式2</b></p><p>　　式中 Cc ---- 藥皮中應(yīng)加入的某合金元素量（%）；</p><p>　　Cw---- 要求該元素在焊縫熔敷金屬中的含量（%）；</p><p>　　CR ---- 該元素在焊芯中的濃度（%）；</p><p>　　K

35、 ---- 藥皮質(zhì)量系數(shù)；</p><p>　　η ---- 合金元素的過(guò)渡系數(shù)。</p><p>　　熔敷金屬化學(xué)成分(%)</p><p>　　焊條熔敷金屬相關(guān)參數(shù)的理論取值范圍及實(shí)際取值</p><p><b>　　6.5 焊條配方</b></p><p>　　金紅石是就是較純的二氧化鈦，