原文传递
大线能量埋弧焊CaF2--Al2O3--TiO2体系焊剂设计及其对焊缝金属调控机制的研究
| 论文题名： | 大线能量埋弧焊CaF2--Al2O3--TiO2体系焊剂设计及其对焊缝金属调控机制的研究 |
| 关键词： | 船舶制造;大线能量埋弧焊;熔炼焊剂;组分设计;焊缝成分;力学性能 |
| 摘要： | 大线能量埋弧焊具有生产效率高、焊缝质量好、节省材料等特点，并且埋弧焊自动化、机械化程度较高、经济环保、劳动条件好，广泛应用于焊接工时占比较大的船舶制造行业。埋弧焊焊剂的研发在大线能量焊接工艺中是十分重要的一环。在焊接过程中除了起到起弧、稳弧、焊接过程中保护熔池金属不受污染外，还能够通过渣金反应调节焊缝金属的成分，提高焊缝的强韧性。所以研制一种新型的大线能量埋弧焊焊剂提高焊接效率与焊缝性能对于船舶制造业的发展具有重要意义。熔炼焊剂具有成分均匀稳定，易于保存不易变质等特点。所以本实验以熔炼焊剂作为研究对象。Ti元素作为一种具有氧元素亲和力强的元素，能够与氧元素结合形成细小的有益夹杂物，提高焊缝的强度和韧性。Al元素同样具有较高的氧元素亲和力，且与氧元素的结合力要强于Ti。已有研究表明焊缝中Ti元素和Al元素的变化均会对焊缝性能产生一定的影响，所以成分中采用了Al2O3和TiO2。而为了控制焊缝中的氧势，防止这两种氧化物过渡到焊缝中的氧元素过高，采用CaF2作为溶剂，能够在降低Al2O3、TiO2熔点，保证熔炼可行性的同时，控制焊缝中的氧势，避免氧含量过高。在本实验中，自行设计了CaF2-Al2O3-TiO2体系焊剂，并进行了测试，以提高大线能量焊接下EH36船用钢焊接后的力学性能。充分研究了CaF2-Al2O3-TiO2体系焊剂对于焊缝成分变化、微观组织特征、夹杂物尺寸分布的影响，以及最终对焊缝力学性能的影响。 实验结果表明CaF2-Al2O3-TiO2体系焊剂拥有较好的焊接性能，焊剂中的Ti元素能够通过渣-金反应过渡到熔池金属中，与Al元素O元素协同形成有益的氧化物夹杂物，促进针状铁素体的形成。Al2O3作为网络形成体，能够提升焊剂的脱渣性，且TiO2和Al2O3能够为焊缝提供适当的氧含量，有益于夹杂物的形成。随着焊剂中TiO2的增加焊缝金属中的Ti元素的过渡呈现先增后降的趋势，氧元素则持续增加，这是因为焊剂的碱度降低抑制了Ti元素的过渡。夹杂物的尺寸和密度变化主要与焊缝中的O元素和Ti元素的变化有关，当氧元素含量过高，会形成尺寸较大的有害夹杂物，降低焊缝的性能强度。CaF2-Al2O3-TiO2型熔炼焊剂能够很好的控制焊缝中的氧含量(200ppm～500ppm),得到冲击韧性较高的焊接性能，且本次实验成功的确定焊缝中最佳氧含量应在295ppm附近，此氧含量的焊缝有较为适中的夹杂物尺寸和数量，有益于针状铁素体的形成，提高焊缝强度，获得较高的冲击韧性。 |
| 作者： | 高俊烽 |
| 专业： | 冶金工程 |
| 导师： | 王聪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
