碱性堆焊二氧化碳气体保护药芯焊丝研究.pdf

华中理工大学博士学位论文
摘要
药芯焊丝用于堆焊具有许多实心焊丝无法比拟的优点。本文对以仇
渣系为主的二氧化碳气体保护碱性堆焊药芯焊丝的焊接工艺性能,堆焊金属耐抗磨
料磨损性能和磨损机理,稀土元素对堆焊金属磨料磨损性能的影响,药芯焊丝粉芯
固分态加热阶段的动力学特征和堆焊余属中合余元素的化学成分与药芯焊丝的粉芯成
一焊工艺规范的关系进行了系统的研究。
焊接电弧的稳定性和熔滴过渡形式是药芯焊丝研究中的关键问题,传统的高速
摄用
法是将高速运动的过程或高速瞬变过程的空间信息和时间信息联系在一起
明
摄影技术进行记录,研究焊接过程电弧的稳定性和熔滴的过渡形式。具有直接、
通
了的特点、但难以进行定量分析。本文在对焊接电压、电流信号数字化基础上,
过焊接电压、电流的原始信号,焊接电压的傅立叶变换和小波变换,在时域、频域
和时频域内对焊接电压、电流信号分别分书和处理。从不同的角度对焊接电弧的稳
定性和熔滴过渡形态进行分析。首次将小波变换理论应用于电弧稳定性和熔滴过渡
形态的研究。
堆焊药芯焊丝配方的研究与开发,各种合金元素过渡系数的确定是至关重要
的,在己知合金元素过渡系数的条件下,根据堆焊金属的化学成分的要求就可以很
方便地确定药芯的组成。影响合金元素的过渡系数的因素很多,主要有渣系的化学
性能,也即渣系的碱度,所形成气相的氧化势和药芯焊丝中合金元素的含量以及焊
接工艺规范。目前国内外尚无理想的计算堆焊命属合金元素过渡系数的数学方法。
本文首次将人工神经网络的非线性逼近理论应用于堆焊金属化学成分预测,建立了
药芯焊丝粉芯组成,焊接工艺规范与堆焊金属化学成分间的网络模型。探索了一条
全新的计算堆焊金属合金元素过渡系数的途径。
影响堆焊金属磨料磨损性能的因素很多,有组织因素和力学因素。同一成分、
组织相同的堆焊金属,在静载荷和冲击载荷的作用下,耐磨料磨损性能差异很大。
本文对所研制二氧化碳气体保护碱性堆焊药芯焊丝的堆焊金属的静载荷
磨料磨损性能进行了系统的研究。研究表明采用合金元
素,使堆焊金属合金元素含量在
范困内变动,堆焊金属组织为马氏体碳化
物十少量残余奥氏体,适应中、高碳低合余钢耐磨零件的堆焊和修复。
堆焊用药芯焊丝粉芯中加入稀二能细化一次柱状晶组织,同时也改善了堆焊金
属的二次结晶,细化了马氏体组织,使片状马氏体数量减少。提高了堆焊金属的磨
料磨损性能。
本文最后对所研制碱性堆焊药丝粉芯态加热阶段的动力学特征进行了研
究,研究表明粉芯固态加热阶段卜要发‘卜逆多奋水份的蒸发和铁合金的氧化。从而
影响焊接过程的稳定性和合金元素的过挤
关键词碱性堆芯焊丝磨料磨损,人工神经网络傅立叶变约小波分析
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第一章绪论
选题意义
药芯焊丝的国内外发展概况与预测
国外药芯焊丝的发展概况和预测
药芯焊丝又称粉芯焊丝或管状焊丝,外观如同普通,气体实芯焊丝,但内部
填充药芯粉。药芯粉所起作用和涂料焊条的药皮相似,如稳定电弧、脱氧、脱硫、
保护熔滴、熔池免受空气的氧化、氮化、添加合金元素、改善接头力学性能以及辅
助焊缝成型等作用
最早的药芯焊丝出现于本世纪年代,是由美国和德国生产的其使用方式
不同与现代的盘状焊丝,当时的药芯焊丝是将药芯粉灌入钢管切成长段,用氧乙炔
焰焊接,与现代的管状焊条极为相似。由于其本身产生的保护效果不够理想,不能
获得高质量的焊缝金属。加之药芯焊丝制造工艺复杂、生产成本高,并且由于后来
在年代末期发展了涂料焊条,年代又发展了埋弧焊接技术,于是人们对药芯
焊丝的兴趣减退了下来。直到年出现了气体保护熔化极电弧焊接方法
并提供了连续送丝焊接设备,才使药芯焊丝在工业上应用成为可能但是年
以前药芯焊丝在商业上还未广泛供应,直到年代初期才在钢材焊接方面崭露头
角成为最有发展前途的焊接材料。
国外药芯焊丝发展较早,发展最快的国家是美国。日本发展较晚,但发展很快。
美国于年代大力发展药芯焊丝,至年代已广泛地应用这一材料,
年代在美焊和
平角焊,用于焊接建筑机械、重型机械、钢架、桥梁等。年代中期研制的
型细直径为药芯焊丝至年代在美国的用量急剧增加,该焊丝属钦
型,焊接工艺性优良,从造船、海洋结构至普通机械,从厚板至薄板,从大中型企
业到小型厂家,广泛应用于建筑、桥梁、化工、冶金、电力制造与修复等行业。在
美国药芯焊丝占全部焊接材料比例,从年的增加至年的
年美国药芯焊丝