微合金化铸铁同质焊条（丝）成形工艺及其焊接性能研究

论文摘要

根据真空吸铸原理,设计、制造出了细直径铸铁焊丝（芯）专用成形装置。该装置的使用,使铁液在自身重力和真空负压双重作用下,其填充细直径型腔的能力显著增强,在真空度约15KPa,浇注温度为1300℃≤T浇≤1400℃的铸造工艺下,制备出了F5×400mm和F3×400mm两种规格的铸铁焊丝（芯）。统计分析表明:F5mm焊丝（芯）成品率较高,达80%以上;而F3mm焊丝（芯）的成品率较低,L＜250mm及L=400mm两个长度段的F3mm焊丝（芯）比例较高,分别占38.10%和27.34%。如果L≥300mm设定为焊丝合格标准,则焊丝（芯）的合格率提高到51.51%。采用氧-乙炔火焰气焊的方法研究了微合金化铸铁焊丝的焊接性能,获得了与铸件同质的焊接接头。焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。焊缝与母材熔合良好,热影响区较宽,焊缝和熔合区无白口形成。随焊丝中Bi含量增加,焊缝石墨化能力增强,当Bi含量达100ppm时,焊缝基体为纯铁素体组织,焊补区硬度较低,焊缝硬度仅有222HB,熔合区硬度为235HB;当焊丝Bi含量增加到120ppm时,焊补区硬度略有升高。Ti元素的加入对焊接接头性能的影响较为复杂,在含量较低时,随着焊丝中Ti含量的增加,焊缝石墨化能力急剧降低,当Ti含量为0.1%时,焊缝硬度为262HB,熔合区硬度为278HB:随着焊丝Ti含量的进一步增加,焊缝石墨化能力逐渐增强,当Ti含量达到0.3%时,焊缝铁素体含量达到极大值,焊缝、熔合区硬度分别只有223HB、239HB:当焊丝Ti含量增加到0.4%时,焊补区硬度再次升高。HT150气焊接头强度超过163.3MPa。铸铁焊芯外涂石墨化药皮得到微合金化铸铁同质焊条。采用小电流打底、大电流连续焊工艺研究了微合金化铸铁同质焊条的焊接性能,试验结果表明,随着预热温度升高,焊缝石墨化能力增强,T0=200℃时,焊缝组织由珠光体、铁素体和细片状石墨和菊花状片墨组成,铁素体含量达到23.66%,熔合区则由珠光体、少量碎块状铁素体及过冷石墨片组成。焊缝、熔合区硬度分别为176HB、198HB,焊接接头机械加工性能优异,接头力学性能良好,焊缝熔敷金属抗拉强度达451MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铸铁焊丝（芯）成形方法
• 1.2.1 普通砂型铸造
• 1.2.2 金属型铸造
• 1.2.3 真空密封造型
• 1.3 铸铁件气焊修复
• 1.4 铸铁件电弧焊修复
• 1.4.1 手工电弧焊
• 1.4.2 异质铸铁焊条
• 1.4.3 同质铸铁焊条
• 1.5 焊缝的合金化
• 1.5.1 合金化方式
• 1.5.2 合金化机理
• 1.5.3 合金过渡系数
• 1.6 合金元素对接头质量的影响
• 1.7 研究内容及课题来源
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 课题来源
• 2 研究方案及铸铁焊丝（芯）成形装置的研制
• 2.1 总体研究方案
• 2.2 成形装置的研制
• 2.2.1 真空吸铸原理
• 2.2.2 浇注系统的设计
• 2.2.3 芯盒的设计
• 2.2.4 成形装置主体设计
• 2.2.5 真空度的获得
• 2.3 本章小结
• 3 焊丝（芯）的制备及其成形性研究
• 3.1 引言
• 3.2 研究思路
• 3.3 焊丝（芯）的制备
• 3.3.1 原材料的选择
• 3.3.2 试验用设备
• 3.3.3 熔炼及孕育工艺
• 3.3.4 砂芯的制备
• 3.3.5 真空箱的装配与密封
• 3.3.6 浇注过程的控制
• 3.3.7 落砂处理
• 3.4 焊丝（芯）的成形性分析
• 3.4.1 焊丝（芯）成形过程分析
• 3.4.2 成形情况统计分析
• 3.5 焊丝（芯）成形缺陷及其形成原因
• 3.5.1 浇不足
• 3.5.2 披缝
• 3.5.3 粘砂
• 3.5.4 气隔与包砂
• 3.6 本章小结
• 4 微合金化铸铁气焊丝的焊接性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 焊丝成分的确定
• 4.2.2 焊接用试棒的制备
• 4.2.3 焊接方法
• 4.2.4 测试方法
• 4.3 焊接接头形貌
• 4.3.1 熔合区组织
• 4.3.2 焊缝石墨形态
• 4.3.3 焊缝基体组织
• 4.4 焊接接头的力学性能
• 4.4.1 接头抗拉强度
• 4.4.2 接头硬度
• 4.5 本章小结
• 5 微合金化铸铁同质焊条的焊接性能
• 5.1 引言
• 5.2 实验用焊条的制备
• 5.2.1 焊芯的选用
• 5.2.2 药皮的选择
• 5.2.3 药皮的压涂及烘干工艺
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 焊件的制备
• 5.3.2 焊接方法
• 5.3.3 测试方法
• 5.4 焊接接头形貌
• 5.4.1 焊缝组织形态
• 5.4.2 熔合区组织
• 5.5 焊接接头性能
• 5.5.1 焊接工艺对接头组织的影响
• 5.5.2 预热温度对接头组织与性能的影响
• 5.5.3 合金元素对接头组织与性能的影响
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表论文及所获奖励