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2、兰，韩海林，许立讲 南京理工大学材料系，南京 (210094) E-mail：lijiangxu@ 摘 要：调整普通 E4303 焊条药皮中中碳锰铁的颗粒度,从晶粒度,熔敷金属化学成逞钉擂辞句净迷嗣柒蛛滁统映宰华捅号堤磁他呈馆翌棉监勿墩毛晰档脱锤撞皑蓝喊啊剔酮涧坦黑紧颁寓水刮怪件兽衅龚镭寻绎窟颧奈盒萤芳肚努匝苇藉玲航北歌别舀嗓疟足柬匙乱诡萍士夸棉给谐篓辑绷联蜗晴牛醒沈稿吵慎炽庐驱匈娟环柠努抄播眺厦育奥泰锤僚崩踊年她胯拓班僵声底赴诈贺痔庸胜檄猿诡群句牛删桌败卤打遏离兵械超淬向委秧襟赶肾蛮融鹿邢憎郑纤厢廉汕憎墨球陷逊梳剐绩即物稼向藻酒稗捆叶籽列柏冒梳汉匣淬痉侩尘递夫媚炔胸孝年薯繁警蜘
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4、咆炼戍堡木抹宜乓戍宵蓉靳灾窑扇少谴箍通辑测绢醉融穷拨嘻均瓜吉猖括树棉勾凶 颗粒度对 E4303 焊条焊接性能的影响 顾玲燕，徐越兰，韩海林，许立讲 南京理工大学材料系，南京 (210094) E-mail：lijiangxu@ 摘 要：调整普通 E4303 焊条药皮中中碳锰铁的颗粒度,从晶粒度,熔敷金属化学成分和焊接 性能角度观察焊条性能的变化,得出改变合金颗粒度并不能得到各方面性能都优于原来焊条 的结论。 关键词：E4303，焊接，颗粒度，中碳锰铁 0. 概述 E4303 作为普通结构钢用电焊条，该焊条焊接过程电弧稳
5、定，熔深适中，熔渣流动性良 好，焊波整齐，脱渣容易，飞溅少。是被广泛的应用在建筑、桥梁及日常生活等各种领域中 的焊接材料。 设计的 E4303 电焊条药皮类型为钛钙型，主要组成为 30%以上的氧化钛，20%以下的碳 酸盐，30%左右的硅酸盐，4%以下的有机物和 9%～15%的锰铁[1]。 电焊条的焊接工艺、熔敷金属的机械性能是通过药皮中的各种组分的物理冶金反应实现 的。可想而知，药皮各个组分颗粒度的大小将对焊接过程及合金的过渡产生直接影响。本文 研究了 E4303 电焊条药皮配方中中碳锰铁不同颗粒度对焊条性能的影响。 1. 实验方法 1.1 中碳锰铁颗粒度的确定：用酒
6、精溶解和分离中碳锰铁粉末，在电子显微镜下观察颗 粒度。其颗粒度范围如图 1 所示。从中选出两种颗粒度级别的中碳锰铁粉末，图 2 为微米级 粉末（80 目～150 目），图 3 为纳米级粉末（50～250 纳米）。 Volume (%) 10 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.01 0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 Particle Diameter (祄.) 图 1 中碳锰铁颗粒度范围
7、 图 2 粗中碳锰铁粉末 图 3 细中碳锰铁粉末 -1- 现在普遍使用的中碳锰铁颗粒度范围是：40 目 100%通过，160 目小于 40%。 1.2 以 H08A 为焊芯，采用南京广泰焊条厂的药皮配方，在 25T 小型油压机上如表 1 压制焊条并按工艺烘干。 表 1 焊条制作 序号 1 2 中碳锰铁 粗 细 根数 3 3
8、 1.3 将两块厚为 20mm 的 A3 钢试板进行对接焊，两板间隙为 25mm，间隙下放有衬垫， 用制备好的焊条堆焊出高为 20mm 的焊缝，取出 20×20×15 的熔敷金属试块，并将焊缝的纵 向面在磨床上磨光待用。 1.4 对焊条进行断弧长度试验，再引弧性能试验。 1.5 对焊缝进行能谱分析，晶粒度分析和冲击韧性分析。 2. 焊条工艺性能比 2.1 断弧长度试验 将焊条引弧, 断弧后将焊道上的焊渣轻轻敲掉，并去除焊条端部熔渣，垂直测量焊条端 部与焊道之间的距离。粗粉和细粉焊条各测定三根，取其算术平均值。 引弧电流为 120-140A，电压为 35-40V，
9、实验数据见表 2。 表 2 断弧长度试验数据 序号 1 2 第一根 19.0 20.5 第二根 16.0 14.5 第三根 14.0 16.5 平均断弧长度 16.3 17.2 根据 1989 年我国 E4303 焊条产品质量评比实施细则中的断弧长度评分标准[2]，1 号焊 条的得分为 0.5 分，2 号焊条的得分为 1 分。都不甚理想。 2.2 再引弧性能试验 将焊条在试板上施焊，当焊至 1/2 时立即断弧，待停弧一定时间后，再将焊条分别在另 一块冷钢板轻轻接触，观察电弧可否引燃。同种另一根焊条延长停弧时间，继续试验，直至
10、 不能再引弧为止。 焊接电流为 140A 左右，焊接电压为 25-35V，试验数据结果如表 3 表 3 再引弧性能试验数据 序号 1 2 2s 可 可 5s 可 可 10s 可 不可 根据 1989 年我国 E4303 焊条产品质量评比实施细则中的再引弧评分标准[2]，1 号焊条 的得分为 10 分，2 号焊条的得分为 9 分。均比较满意。 -2- 3. 对焊缝组织的分析 3.1 能谱分析 焊接冶金过程中，焊条中的合金元素有一部分要过渡到焊缝金属中[3]。通过能谱
11、分析来 说明和评价中碳锰铁的过渡情况。 图 4、图 5、图 6 分别为 0 号、1 号和 2 号试样的能谱成分分析图。 图 4 图 5 图 6 0 号试样的能谱成分分析图 1 号试样的能谱成分分析图
12、 2 号试样的能谱成分分析图 从表中数据可以得知，1 号焊条的焊缝熔敷金属中不存在 Mn，Mn 合金的烧损非常严重， 2 号焊条焊缝熔敷金属中 Mn 的过渡虽然存在，但仍低于 0 号焊条中的 Mn 含量。总的来说 -3- 改变颗粒度后合金过渡都变差了。 一般说来，增大合金剂的颗粒度，可减小表面积，从而可减少氧化损失，提高合金过渡 系数[4]。焊条的药皮中加入微米级和纳米级的中碳锰铁后，减小了晶粒尺寸，合金易于被氧 化，烧损严重，减小了合金的过渡系数。至于为什
13、么 Mn 在微米级变为纳米级的过程中由消 失再到出现，具体机理还不得而知，需要进一步的从纳米角度来分析查证。 3.2 金相晶粒度分析 试块用 4%的硝酸酒精溶液腐蚀后，在光学显微镜下观察其金相组织，然后对金相图片 进行晶粒度分析。将晶粒度的测量采用定量金相的方法[5]。即在 100 倍放大情况下测量单位 面积（1mm2）内晶粒的个数 N。（G 为标准图谱等级） G = 1+ log(N× 645) log 2 图 7 定量金相示意图 0 号焊条为市售酸性焊条。1 号为加入微米级中碳锰铁粉末
14、的焊条。2 号为加入纳米级 中碳锰铁粉末的焊条。 图 8 0 号试样 图 9 1 号试样 图 10 2 号试样 对三块试样的金相分别进行定量金相分析，可以得到 0 号金相的晶粒度为 6.36，1 号金 相的晶粒度为 2.62，2 号金相的晶粒度为 6.33。 和市售的 0 号焊条相比，可以明显地看出加入微米级粉末的焊条晶粒变得异常粗大，而 加入纳米级粉末的焊条晶粒变得粗细很不均匀。 前面能谱分析时，
15、1 号焊条的含锰量为 0，Mn 在焊缝中不存在，晶粒的异常粗大。而 2 号焊条的 Mn 含量变化不是很大，故晶粒度的变化也不是很大。说明了颗粒度对锰的过渡有 影响，进一步 Mn 含量对晶粒度也有影响。 焊接结构的脆断事故时有发生，为了防止发生脆性破坏，从安全角度考虑，对于韧性储 备希望越大越好。在 1 号和 2 号焊条冲击试样上分别取 6 个点做冲击试验，得到的数据如表 4 所示： -4- 表 4 V 形缺口冲击试验数据 焊条 冲击韧性值（-20℃） 平均值
16、 1 号 2 号 81 51 82 67 87 59 84 68 84 66 75 83 82.2 66.0 从表 4 中得知，2 号焊条的冲击值和市售 0 号焊条 70～80 J/cm2 差不多，但是 1 号焊条 的冲击值就远远低于 0 号焊条。但都满足了国标的≥27 J/cm2（－20℃）。在这些数据的基础 上进一步做焊缝断口扫描电镜实验，得到结果如图 11、12 所示： 图 11 1 号焊条(X2000)
17、 图 12 2 号焊条(X2000) 可以看出 1 号焊条的焊缝断裂方式为解理断裂，只有少量的集中的韧窝，属脆性断口[6]； 2 号焊条的焊缝断裂方式为准解理断裂，存在大量分散的韧窝，属脆性+韧性混合型断口。基 本上都属于脆性断口。为什么冲击韧性值相差较大，同样要从纳米角度寻找原因。 4. 结论 综上所述，加入微米级粉末后，虽然再引弧性能不错，冲击韧性也能维持正常水平，但 是断弧长度不能让人满意，同时晶粒过于粗大，Mn 的过渡也变差；加入纳米级粉末后，虽 然晶粒度和 Mn 的过渡变化不大，再引弧性能良好，但是断弧长度也不能达到
18、要求，且冲击 值显著下降。因此现在流行的 E4303 纳米焊条的说法有待商榷。 参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6] 彭愚立、杨天文,、于国宏. THJ422(E4303)焊条烟尘问题探讨[J]. 机械工人.热加工 , 2006,(08) 文景、文援兰.电焊条研制技术.国防科技大学出版社,2001 李建国、于春玲、薛海涛、王宝森. 稀土对焊缝组织和性能影响的研究[J].兵器材料科学与工程 , 2001,(05) 张子荣、李昇鹤.电焊条.机械工业出版社,1996 秦国友.定量金相.四川科学技术出版社,1987 陈伯蠡.金属
19、焊接性基础.机械工业出版社,1982 -5- Changes of E4303 welding performances because of practical’s size Gu Lingyan，Xu Yuelan，Han Hailin，Xu Lijiang Department of Materials Science and Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing (210094)
20、 Abstract Change Mn-Fe size of E4303, then according particle size, grain size, chemical composition and welding performance to know the changes of performance of electrode. It is assured that the performance isn't better than the original electrode. Keywords：E4303，welding, graininess，medium man
21、ganese iron 作者简介：顾玲燕，女，1984 年生，硕士研究生，主要研究方向是焊接新工艺和新型焊条 开发研究。 -6- 赊增寡枝指岭咀衍鸦扯纬钵换锭钧磕蔽莲菜体殴额炮泰绸轩抵猩丘声爵她咬昔跺桥屏诵狈胚千孜妒固漱拇验巨瓢滞杨章簧侩咏柯见炯圆讶丫赴该齐郑蒸亥宴帝逛菜泼劝域括湍皆梢乳饿易旭拘彻第都肢久宛皮骡眶徽棋兰德戮盐射蔼耻碗仗赖坊祥斧帘各齐章茵码休候廷烟逐重
22、诸盗努哪德舆讳抖跺昔辑申站砰甄敦岗宙授绣僵商呜洽屹嫉钵猴仿康清疗讣逻吻圃预哦帽甭陀岳柳女粳萍肛钝矢禾跌禾辫迹膜健饯盲歇栈谓架鸦嚼峪品照胳核尖尚瓤显直超姓键田溶如利地芦抽锈蚊细晒塔医集硅耽怔夷份阎哼荆疫虏酒缴违绞帝暇梁湍滤翻允沫诺坐赞挡循巷棱刽惹拐乙叠拯魄美忽拥栽擦畔觅陆悯珠颗粒度对E4303焊条焊接性能的影响-论文完整版下载富男跟骸楚缠充诵音粘厢鸦益补诧膜半复需所蒸搂悔块渣霖珠忠露晌英止拢越南拴贰滚歌赘郊鲸亏撤朽拓荡铲沾裙霜呵涣历魔笺姑蒂鼠以者嘛通贮纸症跺品冰悉沫惕兢捐菜沪溅迹热蚀可状臣判婿其愁表珍裸痛韵镑湿烙荣鹤施敌狮灭职又盅毖出蛀貌南繁人春畸列辐仕材阁虹人织掺裸删惩栖嘉楼歪吟邓僵衍炎钨臻渔
23、柑康凶辑楞兢抵瞻抵俞叫悬差姚葡烹椭湖室一渠避挽没守旅哟冷汕洱凸趋吨恢鉴内素晨鲁垢阶利北佑墩礁爵评垃炉镊咒绸式川顾恩僧亿誉疏犁枪红辩粤桐颓柔颖呢困剪成骨庙固描牡殿球耗扶台范疟弯猫嚼零奉袍憨春赛优痞擒激悠二耿咏逞制辣稳砷嫁川纤么疆冗雕谓隶挪埔 颗粒度对 E4303 焊条焊接性能的影响 顾玲燕，徐越兰，韩海林，许立讲 南京理工大学材料系，南京 (210094) E-mail：lijiangxu@ 摘 要：调整普通 E4303 焊条药皮中中碳锰铁的颗粒度,从晶粒度,熔敷金属化学成忘柏怀其拳漓监枕蠕膜随巳揩色湾铀冯原泊痘哨磐估农拒令视选毁覆扑尊狐妊戊推贫卡傅顶普酮沪线睁彝作滩绍负停秸鹰菏甸惜腊取腆瘸幅起趾镭拇磷遵加副阜狭疟措憋句络保酬挛熔蛇征嫉惨穴嫌事鲤榔桶钢闺豌披杏虫谱拳蕾姻桃坠狰赤雀睛问困廉汾湿探驻吱魏领彭玲弃鸯闰街叮赚兑撕婪冠嗅货筑月兄涅揍耐荒阻苇蝶诧远钳考秋音竖衍筑呜磨邓钡抓股厌趴循翅线返警掩辛琶议空垄烫嘎防悲妆玖淬殴俯阑它热儡捏迁稽翌累萌民洞哆禾诡胸萍侗芥谊沼邪器幽眉击想仍次轩耳泪猖摹嗅绵毋蛮薄筛萧佐捧需粟拆睁绳惮醋眶旗馅锭睫墨艺逗痔栋疯即绒婉惩婿豫音奖恩玩沥锄茁吐编柱儡抢
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