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E4303焊条的工艺性能及冶金质量分析

E4303焊条的工艺性能及冶金质量分析

焊条是在金属焊芯外将涂料(药皮)均匀、向心的压涂在焊芯上。焊条种类不同,焊芯也不同。焊芯即焊条的金属芯,为了保证焊缝的质量与性能,对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定,特别是对有害杂质(如硫、磷等)的含量,应有严格的限制,优于母材。焊芯成分

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  • 详细描述

    E4303焊条的工艺性能及冶金质量分析
    摘要:本文主要对E4303焊条的工艺性能及冶金质量分析,其主要包括常用焊条的牌号及分类、E4303焊接工艺性能分析、焊条工艺性能实验以及焊条冶金性能实验。
    关键词:E4303、J422、焊条、工艺性能、冶金质量。
    Abstract: In this paper, the main performance of the technology of E4303 electrode and metallurgical quality analysis, mainly including the commonly used classification, E4303 electrode number and welding performance analysis, the electrode process performance experiment and electrode metallurgical properties.
    Keywords: E4303, J422 electrode, process performance and metallurgical quality.


    目录
    第一章    焊条 ……………………………………………………………..…………1
      1.1  焊条的发展………. ..…………………………………………………..………1
    1.2  焊条的组成………………………………………………………………..……2
    1.3  焊条的分类………………………………………………………………..……3
    第二章    焊条牌号分类与性能……………………………………………..…..……5
    2.1  常用焊条的型号 …………………………………………………………....…5
    2.2  常用焊条的牌号 ………………………………………………………………7
    2.3  焊条之间的性能对比……………………………………………………..……8
    第三章    E4303焊条及焊条焊芯的成分特点………………………………..………9
      3.1  E4303焊条的介绍………………………………………………………………9
      3.2  E4303焊条焊芯的成分特点…………………..………………………………10
    第四章    E4303焊条药皮的组成及其作用…………………………………………10
    4.1  E4303焊条药皮的组成………..………………………………………………11
      4.2  E4303焊条药皮的成分的作用……… ……………………………….………12
    第五章    E4303焊条工艺性能………………………….……………………………13
    第六章    E4303焊条冶金性能………………………………………………………16
    6.1 E4303焊条焊接化学冶金反应区…….…………………………………..……16
    6.2 E4303焊条冶金性能…….………………………………………………..……17
    第七章    E4303焊条的优缺点………………………………………………………18
       7.1  E4303酸性焊条的优缺点……………………………………………………18
       7.2  E4303焊条在焊接过程中的缺陷分析………………………………………20
    第八章    E4303焊条的保管与储存 ………………………………………………23
       8.1  E4303焊条的保管对质量的影响……………………………………………23
    8.2  E4303焊条的存储与使用前的保管…………………………………………24
    结论 ……………………………………………………………………………………25
    参考文献 ………………………………………………………………………………26

    1.1  焊条的发展
    (1)从实心焊丝到药芯焊丝
     从1892年俄罗斯人撕拉维扬诺夫研究成功现在的金属电弧焊接法的方案至今,焊接材料也随着科学技术和焊接工艺的发展,经历了从光焊丝—薄药皮焊条—厚药皮焊条以及实心焊丝到药芯焊丝的一系列的变化。1904年瑞典人奥斯卡尔.克杰尔贝格建成了世界第一家焊条厂——ESAB公司的OK焊条厂。同期,欧美各国对焊条药皮地作用都分别进行了研究,先后发明了矿物型厚药皮焊条(1910年)、纤维素型焊条(1919年)及碱性焊条(1921年)。在大力发展焊条电弧焊焊条的同时,气体保护焊工艺在1920年也已经开始采用,当时主要依靠惰性气体进行保护,靠惰性气体使电弧及焊接熔池与大气中的气体隔离,免的受大气中的氧、氮等气体的侵害。在焊接冶金理论方面,由于缺乏系统的研究,主要是靠经验来指导焊缝金属性能的改进。1920年后,药皮焊条的大力发展,加上惰性气体的价格相对较贵,减少了人们对发展气体保护焊工艺兴趣。
    钨极气体保护焊(GTAW)是一种利用非熔化电极与工件间的电弧热加热金属而接合的工艺,该工艺有时也可简称TIG焊,即“Tungsten Inert Gas Welding”。在欧洲,它也可称为WIG焊,是因为德语中的钨是Wolframs。TIG焊可用于焊接黑色及有色金属,这种工艺最初用于一些“难焊”的金属。1930年实现了铝和镁的焊接的商业性发展,主要用于航空工业。当时TIG焊使用氦气保护,只能采用直流,钨极接正极,因此,钨极容易过热,并且钨粒容易进入焊缝。以后发现,将钨极改接反极,可避免钨极过热,这使它成功地用于不锈钢焊接。
    在第二次世界大战期间,生产交流氩弧焊机并开发了高频稳弧装置,实现了镁和铝的优质焊接。
    到20世纪50年代中期的时候,二氧化碳气体保护焊在工业上的应用得到了普及。近年来,数字化焊接电源出现,使熔滴过渡的形态及焊接参数瞬时变化得到了精确的控制,解决了以往实心焊丝不能进行全位置焊接的难题,从而推动了实心焊丝的应用。
    (2)国外焊丝的发展情况
    实心焊丝的快速发展开始于20世纪40年代,在第二次世界大战期间,由于战争的需要,连续送丝焊接方法应运而生。前苏联发明了埋弧自动焊,美国发明了气体保护焊。这两种焊接方法的发明,标志着电弧焊进入了一个新时代。
    2000年到2009年,日本焊条减少了7.3%;实心焊丝减少了6.9%;药芯焊丝增加了9.6%,埋弧焊焊材增加4.5%。
    1.2焊条的组成
    焊条由焊芯(金属芯)和药皮组成。
    1)焊芯是焊接用专用的金属丝,是组成焊缝金属的主要材料。焊接时焊芯的主要作用:一是作为一个电极起传导电流和引燃电弧的作用。二是熔化后作为填充金属与熔化后的母材一起形成焊缝。为了保证焊缝质量,对焊缝金属的化学成分有较严格的要求。因此,焊芯都是专门冶炼的,碳、硅含量较低,硫、磷含量极少。
    2) 压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。焊条的药皮在焊接过程中起着较重要的作用。
    1.3 焊条的分类
        焊条的分类方法很多,可以从不同角度对电焊条进行分类。从焊接冶金角度,按熔渣的碱度可将焊条分为酸性焊条和碱性焊条;按焊条的主要药皮成分可将焊条分为钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、低氢型焊条、铁粉焊条等。从标准化角度,可按照焊条的特点,将焊条分成许多类型及不同等级,从而确定焊条的各种型号。从用途角度,又可将焊条分为结构钢焊条、耐热钢焊条及不锈钢焊条等十大类。
    (1)按熔渣的碱度分类
    E4303是典型的酸性焊条,酸性焊条的药皮中含有较多的氧化铁、氧化钛及氧化硅等,氧化性较强,因此在焊接过程中使合金元素烧损较多,同时由于焊缝金属中氧和氢含量较多,因而塑性、韧性较低,酸性焊条一般均可以交直流两用。碱性焊条的药皮中含有多量的大理石和萤石,并有较多的铁合金作为脱氧剂和渗合金剂,因此药皮具有足够的脱氧能力。
    碱性焊条主要靠大理石等碳酸盐分解出二氧化碳作保护气体,与酸性焊条相比,弧柱气氛中氢的分压较低,且萤石中氟化钙在高温时与氢结合成氟化氢(HF),从而降轻了焊缝中的含氢量,故碱性焊条又称为低氢型焊条。但由于氟的反电离作用,所以为了使碱性焊条的电弧能稳定燃烧,一般只能采用直流反接(即焊条接正极)进行焊接,只有当药皮中含有多量稳弧剂时,才可以交直流两用。用碱性焊条焊接时,由于焊缝金属中氧和氢含量较少,非金属夹杂物也少,故具有较高的塑性和冲击韧性。一般焊接重要结构(如承受重载荷的结构)或刚性较大的结构以及可焊性较差的钢材均采用碱性焊条。
    (2)按焊条药皮的主要成分分类
    焊条药皮由多种原料组成,按照药皮的主要成分可确定焊条的主要类型。例如,药皮中以钛铁矿为主的称为钛铁矿型;当药皮中含有30%以上的二氧化钛及20%以下的钙、镁的碳酸盐时,就称为钛钙型。唯有低氢型例外,虽然它的药皮中主要组成为钙、镁的碳酸盐和萤石,但却以焊缝中含氢量最低作为其主要特征而予以命名。对于有些药皮类型,由于使用的黏结剂分别为钾水玻璃(或以钾为主的钾钠水玻璃)或钠水玻璃,因此,同一药皮类型又可进一步划分为钾型和钠型,如低氢钾型和低氢钠型。前者可用于交直流焊接电源,而后者只能使用直流电源。焊条药皮类型分类见表1。
     
    表1  焊条药皮分类
    药皮类型 药皮主要成分 焊接电源
    钛型 氧化钛≥35% 直流或交流
    钛钙型 氧化钛30%以上,钙、镁的碳酸盐20%以下 直流或交流
    钛铁矿型 钛铁矿≥30% 直流或交流
    氧化铁型 多量氧化铁及较多的锰铁脱氧剂 直流或交流
    纤维素型 有机物15%以上,氧化钛30%左右 直流或交流
    低氢型 钙、镁的碳酸盐 直流
    石墨型 多量石墨 直流或交流
    盐基型 氯化物和氟化物 直流
     (3) 按焊条的用途分类
    通常,焊条按用途可分为11大类,表列出焊条大类的划分。各大类按主要性能的不同还可分为若干小类,如结构钢焊条又称为第2碳钢焊条、普通钢焊条、低合金高强钢焊条等。有些焊条同时可以有多种用途,有些不锈钢焊条如A102,既可用于焊接不锈钢结构件,又可用作堆焊焊条,堆焊某些在腐蚀环境中工作的零件表面,此外还可作为低温钢焊条,用于焊接某些在低温下工作的结构。
    表2  焊条六大类的划分
    焊条大类 代号 焊条大类 代号
    拼音 汉字 拼音 汉字
    结构钢焊条 J 铸铁焊条 Z
    钼及铬耐热钢焊条 R 镍及镍合金焊条 Ni
    铬不锈钢焊条 G 铜及铜合金焊条 T
    铬镍不锈钢焊条 A 铝及铝合金焊条 L
    堆焊焊条 D 特殊用途焊条 TS
    低温钢焊条 W 碳钢焊条 W
    第二章  常用焊条的牌号分类
    对于一种电焊条,通常可以用型号及牌号来反映其主要性能特点及类别。焊条型号是以焊条国家标准为依据,反应焊条主要特性的一种表示方法。型号应包括一下含义:焊条、焊条类别,焊条特点,药皮类型及焊接电源。例如焊条型号E4315,表示焊条;熔容金属抗拉强度大于43kgf/mm2(420MPa);焊条适用于全位置焊接;该焊条药皮类型为低氢钠型,可采用直流反接电源。
    2.1 常用焊条的型号
    根据GB/T 5117-1995《碳钢焊条》标准规定,碳钢焊条型号按熔炼金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分,最常用的焊条是酸性碳钢焊条(见表3)。
    焊条的型号是按国家有关标准与国际标准确定的。EXXX,以结构钢为例,型号编制法为字母“E”表示焊条,第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度,第三位数字表示焊条的焊接位置,第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。
    注:在第四位数字后面附加“R”表示耐吸潮焊条,附加“M”表示对吸潮和力学性能有特殊规定的焊条,附加“1”表示冲击性能有特殊规定的焊条。
     
     
     
     
     
     
     
    表3  碳钢焊条型号划分
    焊条型号 药皮类型 焊接位置 电流种类 力学性能
    Rm/MPa Rp0.2/MPa A5/%
    E43系列——熔敷金属抗拉强度≥43kgf/mm2(420MPa)
    E4300 特殊型 平、立、仰、横 交流或直流正、反接 ≥420 ≥300 ≥22
    E4301 钛铁矿型
    E4303 钛钙型
    E4310 高纤维钠型 直流反接
    E4311 高纤维钾型 交流或直流反接
    E4312 高钛钠型 交流或直流正接 ≥17
    E4313 高钛钾型 交流或直流正、反接
    E4315 低氢钠型 直流反接 ≥22
    E4316 低氢钾型 交流或直流反接
    E4320 氧化铁型 平角焊 交流或直流正接
    E4322 平焊 交流或直流正、反接 不要求
    E4323 铁粉钛钙型 平、平角焊 交流或直流正、反接 ≥300 ≥22
    E4324 铁粉钛型 ≥17
    E4327 铁粉氧化铁型 交流或直流正接 ≥22
    E4328 铁粉低氢型 交流或直流反接
    E50系列——熔敷金属抗拉强度≥50kgf/mm2(490MPa)
    E5001 钛铁矿型 平、立、仰、横 交流或直流正、反接 ≥490 ≥400 ≥20
    E5003 铁钙型
    E5011 高纤维钾型 交流或直流反接
    E5014 铁粉钛型 交流或直流正、反接 ≥17
    2.2常用焊条的牌号
    E4303符合GB/T5117-1994.在实际中,焊条由型号和牌号之分,每一个焊条型号可以有多种焊条牌号,这样有利于焊条的改进和发展。
    牌号前加“J”(或“结”字)表示结构钢焊条。

    牌号前两位数字,表示焊缝金属抗拉强度等级,其系列见表4。
    表4 焊缝金属抗拉强度等级
    焊条牌号 焊缝金属抗拉强度等级 焊条牌号
     
    焊缝金属抗拉强度等级
    MPa Kgf/mm² MPa Kgf/mm²
    J42X
    J50X
    J55X
    J60X
    420
    490
    540
    590
    43
    50
    55
    60
    J70X
    J75X
    J86X
    J10X
    690
    740
    830
    980
    70
    75
    85
    100
    注:J422是焊条的通俗叫法,而对应的国际标准牌号是E4303,是一种酸性药皮钛钙型焊条。
    2.3 焊条之间的性能对比
    酸性焊条:
    1、氧化性强,对金属有较强的氧化作用,机械性能特别是冲击韧性比碱性低;
    2、酸性渣脱硫、磷困难,抗裂性差;
    3、焊接工艺性能良好,成形美观,对锈、油、水份的敏感性不大,抗气孔能力强;
    4、电源交直流两用,直流正接。
    碱性焊条:
    1、熔敷金属含氢量低,抗裂性好,冲击韧性高;
    2、对锈、油、水份敏感,操作不当易产生气孔;
    3、电弧稳定性差,只能采用直流,深坡口脱渣性不好,焊接时烟尘较大,要注意通风和防护。


    参考文献
    [1]吴树雄.电焊条选用指南 第四版.北京化学工业出版社,2010.
    [2]王宝.焊接电弧现象与焊接材料工艺性.机械工业出版社,2012.
    [3]张子荣.简明焊接材料选用手册 第三版.机械工业出版社,2011.
    [4]张子荣. 简明焊接材料选用手册 第二版.机械工业出版社,2004.
    [5]吴树雄.焊丝选用指南.化学工业出版社,2002.
    [6]邹增大.焊接材料、工艺及设备手册.化学工业出版社,2002.
    [7]柯伸道(美) .焊接冶金学.北京:高等教育出版社,2012.
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