=緒論1.1研究背景隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，焊接早已經(jīng)脫離了單純工藝和技術(shù)的層面，而更多的是偏向于科學(xué)技術(shù)的的范疇，并且在發(fā)展過程中，與好多科學(xué)技術(shù)發(fā)生了不間斷的碰撞，有好有壞，但更多的展現(xiàn)出來的是其旺盛的生命力和無比遼闊的發(fā)展前景。新材料不斷被研究出來，新能源被不斷開發(fā)出來，還有許多新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來，這些都對焊接提出了巨大的挑戰(zhàn)，焊條研究更是難上加難。伴隨著焊接技術(shù)的飛速發(fā)展，焊接材料的范圍也是一天天的增大，引起了各行各業(yè)的極大關(guān)注。我國主要焊接材料(焊條、焊絲、助焊劑)總產(chǎn)量多年保持世界第一。近年來，我國焊接材料總產(chǎn)量已達(dá)70-80萬噸(包括助焊劑、焊料等，總產(chǎn)量已超過100萬噸)，已成為真正的焊接生產(chǎn)大國。我國焊接材料行業(yè)是建國后發(fā)展起來的，我國焊接材料行業(yè)有400多家焊條生產(chǎn)企業(yè)，其中大型焊條廠10多家，中型焊條廠50多家，近年來，我國焊條年產(chǎn)量約為60-80萬噸出口。國內(nèi)生產(chǎn)的焊條主要是鈦鈣型(涂層含氧化鈦30%以上，碳酸鹽20%以下)和低氫型(涂層含碳酸鈣和碳酸鎂)。立焊在我國的焊接方法中屬于比較艱難的焊接，所以對于焊條的制作也是非常的苛刻，制造起來非常有難度，需要選擇合適的焊條藥皮配方。目前我國在適應(yīng)于立焊焊接這一方面的焊條也有很多種，最出色的有J507下、E5048的立焊焊條，它不僅在中小型企業(yè)里面是主量產(chǎn)品，也是大型企業(yè)的主要生產(chǎn)，它在國內(nèi)焊材市場非常的搶手，這兩種焊條屬于TiO2-SiO2-CaO渣系，能更好的減少焊條的飛濺率，有著優(yōu)異的焊接工藝性能。1.2研究意義在焊接這個(gè)超級大領(lǐng)域中，隨著半自動(dòng)焊技術(shù)和自動(dòng)焊技術(shù)的逐年提高，焊條在焊接材料中的應(yīng)用中，每年的應(yīng)用比例基本都呈下降的趨勢，所以在焊條行業(yè)競爭中，有著非常大的挑戰(zhàn)，有好就有壞，時(shí)勢造英雄，在這么大的壓力下，同時(shí)伴隨的是發(fā)展的機(jī)遇。焊條行業(yè)要想發(fā)揚(yáng)光大，就應(yīng)該根據(jù)手工焊的特點(diǎn)，做到揚(yáng)長避短,盡可能的發(fā)揮出優(yōu)勢和特點(diǎn)，比如焊條在設(shè)計(jì)、制造和靈活性這三個(gè)方面優(yōu)勢很大,要做到調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，向研制特種的專用的焊條這個(gè)方向轉(zhuǎn)變。在提高生產(chǎn)效率、提高焊接質(zhì)量水平、降低焊工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少環(huán)境污染、節(jié)約能源節(jié)約材料、等諸多方面加大努力程度，以滿足焊接生產(chǎn)應(yīng)用中對手工焊越來越高的要求。手工電弧焊的最理想焊接方式是平焊，但在一些特殊的場合，采用空間位置的焊接操作是避免不過去的。例如:在高層建筑施工上面、在船舶制造上面、在海洋石油工程的建設(shè)方面、在大型起重機(jī)械工程上面、在各式各樣管道的鋪設(shè)上面、在超大型石油儲(chǔ)罐的焊接安裝上面、在道路橋梁等空間位置的焊接結(jié)構(gòu)上面，都有大量的全位置焊接。空間位置的手工焊對焊工的操作水平要求高，焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大，焊接生產(chǎn)效率低，質(zhì)量比較差，最關(guān)鍵的是焊縫的外觀成形與平焊難以相提并論。而在空間位置的立焊目前絕大多數(shù)采用立向上焊焊接，不僅容易產(chǎn)生咬邊等一系列焊接缺陷，焊接質(zhì)量比較差，而且給焊工的操作帶來了巨大的困難。所以，我們計(jì)劃設(shè)計(jì)了這一種立向下焊專用焊條，改變傳統(tǒng)手工電弧焊的立焊位置只能由下而上的操作現(xiàn)狀REF_Ref15453\r\h[1]。立向下焊焊接是一種特別節(jié)能且高效的焊接方法，與立向上焊焊接相比較，具有很大的優(yōu)勢。第一，如果采用了立向下焊焊接技術(shù)，不僅能夠節(jié)約成本，還可以大大提高焊接生產(chǎn)效率。第二，立向下焊焊接的焊縫十分光滑平坦，沒有立向上焊焊接時(shí)，凸出來的焊縫增高量那么大，因而既節(jié)省了焊接材料的過度使用，又相應(yīng)的節(jié)省了電能的消耗。第三，立向下焊焊接所使用焊條，它的直徑可以比立向上焊焊接的大，所使用的焊接電流也比立向上焊焊接大15%~20%，提高焊接生產(chǎn)效率在1/3到一倍左右。第四，立向下焊焊接的焊縫成形好看漂亮，焊縫表面略微成凹形，不容易產(chǎn)生焊接咬邊，特別大程度地提高了焊接質(zhì)量。第五，立向下焊焊接相比較來說操作簡單，焊接速度快，引燃電弧后直接從上而下拖即可，很大程度上降低了焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度。立向下焊焊接的運(yùn)動(dòng)方向是從上到下的，而且是連續(xù)進(jìn)行的，中途不能停止，下表層也沒有任何的物體可以依托，所以焊接時(shí)產(chǎn)生的渣水和鐵水特別容易流到焊縫外表面，所以說采用立向下焊焊接能不能成功，主要看的是使用的焊條的整體工藝性能，也就是說采用立向下焊焊接的工藝研究重點(diǎn)就是要想辦法獲得具有優(yōu)良工藝性能的立向下焊焊條，換句話說就是在采用立向下焊焊接時(shí)，不容易淌渣水，不容易淌鐵水，而且它的熔渣表層覆蓋性必須得好，焊縫得長，成形得好，這就要求對藥皮的成分結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些相對應(yīng)的的調(diào)整，讓渣的藥皮成分擁有比較高的電弧熔點(diǎn)，從而可以形成一定時(shí)間和一定長度的電弧集中力和電弧吹力，還要求渣和渣之間具有合適的絕緣粘度，較大的絕緣表面電弧張力，也就是渣與塊狀液態(tài)液體金屬間有比較小的絕緣界面電弧張力，再適當(dāng)降低成渣的指數(shù)，即可獲得工藝性能優(yōu)良的立向下焊條REF_Ref19688\r\h[2]。1.3研究內(nèi)容為了滿足空間位置焊接的一系列要求，所研制出來的焊條，焊接熔渣必須呈現(xiàn)短渣行為，這是最必要也是最基本的條件。在完全滿足了工藝性能和冶金性能的基礎(chǔ)上，熔渣的生成量要盡可能的少，為了達(dá)到這一要求，在別的條件不變的情況下，要盡可能減少熔渣的自重。因此，可以通過減少造渣劑數(shù)量，也就是說多采用易焦化和易揮發(fā)的有機(jī)物來造氣，這樣就既達(dá)到了限制熔渣的生成量，又達(dá)到了強(qiáng)保護(hù)氣體的保護(hù)，有利于克服因自身重量下墜的結(jié)果，且保證氧化還原性及熔渣酸堿度的統(tǒng)一，并選擇合適的脫氧劑和合金劑。同時(shí)，為了減少液態(tài)熔渣和金屬的體積、重量，宜選用Φ4.0mm以下直徑規(guī)格REF_Ref15453\r\h[1]。本論文是為了研究出一種適用于立焊位置的焊條，最關(guān)鍵的一步是藥皮配方設(shè)計(jì)，使用這種焊條焊接，要能滿足焊接要求，比如熔滴不容易下墜、焊縫成形良好等等。研制步驟:查閱大量資料，了解其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；查閱相關(guān)書籍，全面了解焊條的組成、制造及每部分的功能；咨詢學(xué)校老師或相關(guān)專業(yè)人士，掌握立焊焊接對焊條的基本要求；（4）能夠比較熟練掌握焊條的生產(chǎn)制造過程及其工藝性能評定；（5）通過大量試驗(yàn)結(jié)果，得出一種適用于立焊焊接的焊條藥皮配方；（6）進(jìn)行工藝性能評定，若有需要，進(jìn)一步優(yōu)化藥皮配方；（6）進(jìn)行最后總結(jié)工作，得出結(jié)論REF_Ref22942\r\h[3]。

2焊條的組成及制造2.1.焊條組成及各部分功能如圖2.1所示，焊條是一種必需的焊接材料，它由里外兩部分組成，里面是具有一定長度的金屬絲，外表面是有特殊作用的涂層。其中，里面的金屬絲被叫做焊芯，外面的特殊涂層被叫做藥皮。所以，焊條就是這兩部分構(gòu)成的。圖2.1如圖2.2，可以對焊條結(jié)構(gòu)各部分的名稱做到了如指掌，焊條細(xì)的一端被叫做夾持端，約占焊條的1/16，大概長10～35mm，另一端被叫做引弧端，用來引燃電弧。焊芯的直徑直接決定著焊條的直徑，焊芯也決定著焊條的長短。在中國，制造工廠生產(chǎn)的焊條規(guī)格必須要滿足國標(biāo)要求，要不然不能在市場上銷售販賣。圖2.2焊條結(jié)構(gòu)示意圖2.1.1焊芯（1）焊芯的種類和成分因?yàn)楹感镜闹饕饔弥痪褪潜划?dāng)作焊縫的填充金屬，所以焊芯的種類和成分直接影響著焊縫的成分、組織、和性能。在一般情況下，焊芯的種類、焊條的種類和被焊母材的種類存在著大致的對應(yīng)關(guān)系，如表2.1所示。例如，對于碳鋼和低合金鋼焊接所用的焊條來講，都可以選擇低碳鋼焊芯，其化學(xué)成分如表2.2所示，而其他焊條所用焊芯的成分可參考相關(guān)手冊[1]。表2.1與母材和焊條對應(yīng)的焊芯種類表2.2低碳鋼焊芯質(zhì)量分?jǐn)?shù)表（GB/T14957-1994）如表2.2所示，H的意義是焊芯，H后面的兩個(gè)數(shù)字代表的是碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如H15表示的是焊芯中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%；末尾的字母表示優(yōu)劣等級，C為超優(yōu)，E為特優(yōu)，A為優(yōu)。如表2.2所示，低碳鋼焊芯包括的主要化學(xué)元素有C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu、S、P等，要想提高焊接質(zhì)量，就必須合理控制上述這些化學(xué)元素的量。C可以用來提高焊縫強(qiáng)度，在焊縫強(qiáng)度符合要求的前提下，要把C元素的含量盡可能的降到最低，因?yàn)镃元素的含量如果過高，會(huì)讓焊縫產(chǎn)生脆化的傾向變大，產(chǎn)生裂紋的傾向也會(huì)變大，還會(huì)讓焊接過程變得極不穩(wěn)定，飛濺增大。Mn不僅有固溶強(qiáng)化的重要作用，而且還能脫S、脫O，減小焊縫裂紋傾向，這些都是非常關(guān)鍵的，但如果Mn的含量過高或者過低，都會(huì)讓焊縫的韌性出現(xiàn)大程度的降低，這是我們非常不希望看到的結(jié)局，所以，Mn的含量既不能過高也不能過低，要在一個(gè)合適的范圍。Si跟Mn相似，能脫O,也有固溶強(qiáng)化作用，但如果Si的含量過高，焊縫中SiO2雜質(zhì)含量必然也會(huì)很大，還會(huì)降低焊縫韌性，所以，Si的含量應(yīng)該盡可能的低一點(diǎn)。S、P是眾所周知的危害性很大的元素，含量必須嚴(yán)格控制把握，不能出一點(diǎn)差錯(cuò)。Ni、Cr、Cu屬于雜質(zhì)元素，所以，對這三種元素的含量，可以查閱相關(guān)書籍資料、焊接手冊，嚴(yán)格加以把控。（2）焊芯的作用1）充當(dāng)電極，傳導(dǎo)電流，維持電弧的燃燒，使其平穩(wěn)工作；2）焊芯本身熔化，形成填充金屬。2.1.2藥皮表2.3焊條藥皮主要組成物質(zhì)量分?jǐn)?shù)表（%）（1）藥皮的組成藥皮是由多種特殊材料混合制成的涂層，這些材料擁有著獨(dú)一無二的化學(xué)物理性質(zhì)，這些材料在表2.3中都一一列舉了出來，按照它們功能作用的不同，可以分成七大類，下面一一敘述REF_Ref26894\w\h[19]。穩(wěn)弧劑是被用來提高電弧穩(wěn)定性和改善引燃性的東西。一般情況下，只要含有電離電位比較低的元素，多多少少它都會(huì)具有穩(wěn)弧作用，像水玻璃、大理石等等。造氣劑是會(huì)在焊接過程中燃燒或分解的物質(zhì)，產(chǎn)生保護(hù)氣體來保護(hù)焊縫。常用的造氣劑有大理石、白云石等等。3）造渣劑是會(huì)在焊接過程中熔化的物質(zhì)，它能形成具有特殊理化性質(zhì)的熔渣，將會(huì)被用作保護(hù)焊接區(qū)，藥皮大部分就是由它組成的。常用的造渣劑有鈦鐵礦、赤鐵礦、云母、氟石等等。4）脫氧劑的主要作用是減小藥皮或熔渣的氧化性和焊縫中的含氧量，一般情況下都是通過化學(xué)反應(yīng)來達(dá)到這一目的。金屬中如果包含對O親和力較大的元素，如錳鐵、鈦鐵、Al粉等等，都是可以用來做脫氧劑的。5）大多數(shù)情況下，焊接過程中必然會(huì)發(fā)生合金元素的丟失，合金劑就是用來補(bǔ)償丟失的這些合金元素，同時(shí)向焊縫中添加需要的合金成分，這樣可以得到更加令人滿意的焊接結(jié)果。一般情況下，合金劑要根據(jù)實(shí)際需要確定。我們最常見的是錳鐵、硅鐵、鎳粉等等。6）粘結(jié)劑的作用是為了把藥皮牢靠地粘在焊芯上，并讓它具有一定的強(qiáng)度，還有一點(diǎn)就是粘結(jié)劑在焊接過程中不能產(chǎn)生多余的、有害的化學(xué)反應(yīng)。常用的由鈉水玻璃、鉀水玻璃等等。7）成形劑是最后用到的物質(zhì)，它得保證使藥皮具有一定的塑性、彈性和流動(dòng)性，要確保做到藥皮壓涂時(shí)不能開裂且光滑流動(dòng)性好。常用的成形劑有云母、白泥、滑石等等。我們應(yīng)該知道的是，藥皮組成物的每一種材料，都不能一概而論，基本都具有多重功效，如表2.4所示。打個(gè)比方說，金紅石的主要用途是造渣，再然后它也能被用來穩(wěn)弧，能大大改善焊縫成形，也能降低飛濺率；大理石的主要用途是造渣造氣，也可以用來引弧，可以減少H、S和P的危害；氟石它就是個(gè)造渣作用，還可以降低H的含量，這點(diǎn)很重要，但是它又會(huì)產(chǎn)生有害氣體危害焊工健康；硅砂主要任務(wù)也是造渣，還能使焊縫中增加Si元素的含量。所以，在選擇藥皮材料和進(jìn)行立焊焊條藥皮配方設(shè)計(jì)時(shí)，不能單純的只看一個(gè)方面，就做出選擇，要統(tǒng)籌兼顧，總覽全局，最后選擇最適合的材料。另外，還有一點(diǎn)也同樣不可忽視，那就是冶金性能的副作用，增H、增S、增P等。表2.4藥皮各材料作用一覽表注：主—主要作用；次—次要作用；副—副作用藥皮的類型按照組成物種類和含量的不一樣，主要將藥皮分成如下八種類型，在GB中，又對每一種規(guī)定說明了相匹配相適用的電源種類，感興趣的同學(xué)可以自己翻閱資料，在這里就再不做一一的贅述REF_Ref26982\w\h[20]。1）含有35%以上的TiO2、少量硅酸鹽和少量有機(jī)物的為氧化鈦型藥皮；2）含有30%以上的TiO2、20%以下的碳酸鹽和少量硅酸鹽的為氧化鈦鈣型藥皮；3）含有30%以上的鈦鐵礦、少量硅酸鹽和少量錳鐵的為鈦鐵礦型藥皮；4）含有大量鐵礦石、少量硅酸鹽和少量有機(jī)物的為氧化鐵型藥皮；5）含有15%以上的有機(jī)物和少量造渣劑的為纖維素型藥皮；6）含有大量碳酸鹽、一些氟石和鐵合金的為低氫型藥皮；7）含有石墨的為石墨型藥皮；8）主要由氯鹽和氟鹽組成的為鹽基型藥皮。（3）藥皮的作用1）藥皮在高溫條件下熔化成渣，這是渣保護(hù)；同時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出保護(hù)氣體，這是氣保護(hù)。正是由于這兩種保護(hù)方式同時(shí)行動(dòng)，才能避免焊接過程中空氣的入侵不會(huì)對焊縫金屬造成影響，這就是藥皮的機(jī)械保護(hù)作用。2）在焊接時(shí)，藥皮會(huì)通過各種化學(xué)冶金反應(yīng)往焊縫中添加有利的合金元素，同時(shí)也會(huì)剔除一些有害元素，這樣一來，焊縫的綜合性能就會(huì)得到大大的提高，這就是藥皮的冶金處理作用；3）通過全方位綜合分析，合理選擇藥皮的組成成分，可以做到降低飛濺、提高脫渣能力、電弧容易引燃等一系列好的方面，這就是藥皮的工藝性能改善作用。2.2焊條分類方法焊條分類方法網(wǎng)上五花八門，但總結(jié)下來，無外乎四個(gè)大的方面，下面進(jìn)行一一說明。按照實(shí)際用途分類若按照焊條實(shí)際用途來分類，大致可分為十種，分別為結(jié)構(gòu)鋼焊條、不銹鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條REF_Ref27618\r\h[4]。按照渣的堿度分類1）酸性焊條：藥皮中包含大量酸性氧化物、熔渣為酸性的焊條；2）堿性焊條：藥皮中包含大量堿性氧化物、熔渣為堿性的焊條。按照藥皮類型分類在上文，已經(jīng)進(jìn)行了詳盡的解釋，這里再不具體說明，詳情請參考上節(jié)“（2）藥皮的類型”。按照藥皮重量系數(shù)分類按照重量系數(shù)可分為厚皮焊條（30%-50%）和薄皮焊條（1%-2%）REF_Ref27618\r\h[4]。

2.3焊條制造流程圖2.3焊條制造流程示意圖REF_Ref2253\r\h[5]

3立焊焊條的藥皮配方設(shè)計(jì)3.1立向下焊的特點(diǎn)立焊是正對著焊件進(jìn)行焊接，操作困難程度較大不說，還造成極大的體能消耗。立焊是各種位置焊接中最困難的一種焊接方法，焊接時(shí)鐵水由于重力而下墜，而且鐵水、熔渣不容易分離，焊縫成型也不美觀，焊接時(shí)熔池情況不方便觀察，還很快產(chǎn)生疲勞，焊接時(shí)運(yùn)條不當(dāng)時(shí)易產(chǎn)生夾渣等缺陷。因此，必須下更大的工夫、花更多的時(shí)間才能掌握。在立焊過程中，鐵水由于受自身重力影響，易形成焊瘤、咬邊等焊接缺陷，在焊接過程中嚴(yán)格控制焊接熔池形狀及熔池溫度非常有必要，如果熔池溫度過高應(yīng)采取用斷弧焊接REF_Ref8069\r\h[6]。在進(jìn)行立向下焊接時(shí)，焊條的運(yùn)動(dòng)方向肯定是從上到下的，焊縫的位置大多數(shù)都處于一個(gè)豎直方向，這樣就會(huì)有一個(gè)明顯的特點(diǎn)，因?yàn)橛凶陨碇亓Φ挠绊懀鄢氐暮附恿鲃?dòng)速度比較快，這就要求焊工的焊接速度必須得加快，同時(shí)熔滴向熔池的過渡速度也隨之提高，這就代表著需要選用較大的焊接電流來進(jìn)行焊接，來增大電弧吹力，加快熔滴過渡的速度，這樣還能夠盡可能的提高熔深，提高焊縫性能，還有熔渣的粘度必須得提高，這樣才能確保焊接質(zhì)量，最后，焊條的配方選擇短渣，才可以獲得符合要求的立向下焊條REF_Ref8294\r\h[7]。3.2焊條設(shè)計(jì)一般思路圖3.1焊條設(shè)計(jì)思路REF_Ref8471\r\h[8]3.3熔渣的粘度合適的熔渣粘度在立焊焊接中尤為關(guān)鍵，它是保證焊條工藝性能的重要因素之一，我們通過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果渣中堿性氧化物的含量增加，熔渣的粘度就會(huì)出現(xiàn)明顯的降低，鐵水和渣水特別容易產(chǎn)生下淌，所以藥皮含量里面CaO、MgO的含量宜控制在5%以下，隨著渣中SiO2含量的增多，熔渣粘度出現(xiàn)明顯的增大，有利于防止渣水和鐵水下淌，加入適量的SiO2還有一個(gè)很大的好處，就是可以降低熔渣的表面張力，改善熔渣對焊縫的浸潤性，也有利于其均勻完整地覆蓋在焊縫表面，但如果SiO2含量過高，也有一些壞處，比如熔渣粘度會(huì)比較大，流動(dòng)性也會(huì)變得特別差，這樣的話反而不利于對焊縫的覆蓋；還有熔渣粘度過大會(huì)影響冶金反應(yīng)的充分進(jìn)行，增大了氣體和熔渣從熔池中浮出的阻力，這樣就容易導(dǎo)致產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷；也會(huì)使熔渣的短渣性質(zhì)發(fā)生變化，毫無疑問，這些都是我們不想看到的結(jié)果REF_Ref20994\r\h[9]。3.4電弧的吹力使用研制出來的焊條進(jìn)行焊接時(shí)，比較大的電弧吹力是我們希望看到的，因?yàn)樗浅Ｓ欣谔岣吆笚l工藝性能。比較大的電弧吹力可以有效地克服立焊時(shí)的重力作用，托住熔渣和鐵水，防止其下淌；其次可促進(jìn)熔滴向熔池過渡，有利于減小飛濺；另外可加強(qiáng)電弧對熔池的攪拌作用，有利于氣體和熔渣浮出，但為了獲得大的電弧吹力，須加入較多的纖維素，而微晶纖維素含量過高，將使焊縫增氫，焊縫抗裂性能變差，并使焊接煙霧增大，飛濺增多，為此，將纖維素含量控制在15%以下。通過調(diào)整熔渣的凝固特性，以使電弧吹力能夠滿足焊接工藝的要求，另外，在焊條中，電弧吹力通常都是通過加入有機(jī)物來獲得的，而在本焊條中，除了加入有機(jī)物外，還加入了適量的碳酸鹽，這樣既可提高電弧吹力，又不會(huì)使焊縫增氫，但加入量不能太多，否則易使熔渣下淌REF_Ref20994\r\h[9]。3.5藥皮渣系的選擇熔渣在冷卻過程中其粘度發(fā)生不同程度的變化，這些變化對冶金及焊接工藝性能影響較大，渣系類型是影響焊條工藝性能的決定性因素。為了保證熔渣和鐵水在立焊時(shí)不下淌，立焊焊條的渣系應(yīng)為典型的短渣，即在焊弧區(qū)內(nèi)熔渣粘度小、流動(dòng)性好，有利于焊接冶金反應(yīng)的充分進(jìn)行，熔池中的氣體和夾渣能及時(shí)浮出，而當(dāng)焊弧移開后，熔渣粘度迅速增大并快速凝固，以避免熔渣和鐵水下淌，從而獲得成形良好的焊縫。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及理論分析可知立焊焊條形成堿性渣系

Al2O3－SiO2－CaO，在該堿性渣系中加入

TiO2

和

CaCO3

均可形成典型的短渣，又由于

SiO2

為典型的長渣物質(zhì)，因此通過在焊條配方中添加適量

TiO2

和

CaCO3，同時(shí)適當(dāng)減少

FeSi

來進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中觀察到，當(dāng)

TiO2

和

CaCO3

加入量較少時(shí)，渣系沒有明顯變化，熔渣對熔融焊料的阻擋作用也沒有明顯的改善；隨著兩種物質(zhì)添加量的增加，出現(xiàn)熔融金屬呈球狀下淌的現(xiàn)象，同時(shí)焊后觀察發(fā)現(xiàn)，部分熔渣在母材焊道表面均勻鋪展，熔渣阻止焊料下淌的作用仍不明顯REF_Ref20994\r\h[9]。3.6焊條藥皮配方的最終確定通過上文3.3、3.4、3.5節(jié)的內(nèi)容，我們確定了最終的藥皮各成分含量為：表3.4焊條藥皮配方成分含量表REF_Ref22942\r\h[3]

4焊條工藝性能評定4.1焊接的電弧穩(wěn)定性焊接時(shí)的電弧溫度是否穩(wěn)定，直接就會(huì)影響整體焊接處理過程工作能否連續(xù)順利地正常進(jìn)行和保證焊接過程質(zhì)量。焊接點(diǎn)火電弧的工作穩(wěn)定性與很多重要因素直接有關(guān)，如了解焊接焊弧電源的工作特性，包括焊接電流源的種類、空載工作電壓以及焊接電源的流體動(dòng)力學(xué)特性、焊接電弧規(guī)范中的參數(shù)和連接焊條上的藥皮結(jié)構(gòu)組成等。其中整個(gè)焊條焊接藥皮耐熱組成對焊接電弧耐熱穩(wěn)定性組成有很大的直接影響，這主要是因?yàn)殇摋l焊接期間電弧作用氣氛的氣體成分變化決定于整個(gè)焊條焊接藥皮的耐熱組成，而焊接電弧的耐熱穩(wěn)定性又直接與組成電弧作用氣氛的氣體成分變化有關(guān)。電弧反應(yīng)氣氛的有效電離位越低，電弧氣氛放電反應(yīng)過程越穩(wěn)定。在發(fā)射藥皮中適當(dāng)加入發(fā)射電離位低的化學(xué)物質(zhì)時(shí)就可以有效降低發(fā)射電弧產(chǎn)生氣氛的發(fā)射電離位，因而就有了能有效提高發(fā)射電弧的化學(xué)穩(wěn)定性。云母、長石里都說明含有元素K20+Na20.他們都認(rèn)為是一種能夠有效提高核磁電弧粒子穩(wěn)定性的天然物質(zhì)。碳酸鉀和氯化鉀水溶性玻璃由于穩(wěn)定劑和電弧的聯(lián)合作用效果更好，常用來作為穩(wěn)弧劑原料使用REF_Ref24566\r\h[10]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該焊條電弧穩(wěn)定性良好，焊接過程十分順利。4.2焊縫的成形性良好的熔渣焊縫變型成形效果應(yīng)該主要是由于焊縫主體表面光滑，波紋細(xì)致美觀，焊縫上的幾何紋理形狀正確，焊縫向主體母材圓滑方向過渡，無縫隙咬邊縫等缺陷，加強(qiáng)高度適中，實(shí)踐證明，不同品種類型的鋼焊條其間的焊縫變形成型程度是不同的，這主要原因是由于它們都與熔渣的各種物理化學(xué)性質(zhì)(包括熔渣的質(zhì)量熔點(diǎn)、黏度及焊縫表面上的張力等)不同關(guān)系所致。熔渣的具體物理化學(xué)性質(zhì)主要取決于燃料焊條和火藥皮的結(jié)構(gòu)組成。為了能夠獲得良好的金屬焊縫性和成形必須正確地分別確定金屬焊條和火藥皮層的配方[17]。圖4.1鋼板焊縫成形圖圖4.2管道焊縫成形圖熔渣的溫度穩(wěn)定性及熔點(diǎn)和整體材料焊縫黏度太高或者是熔點(diǎn)溫度太低都很有可能導(dǎo)致使整個(gè)材料焊縫或者整體材料成形不好。太高時(shí)，有影響到熱壓縮碳鋼鑄鐵焊縫水平的光滑現(xiàn)象，并且這樣會(huì)導(dǎo)致使渣的連接焊縫低于內(nèi)層材料表面凸凹不平，熔點(diǎn)和大量熔渣之間黏度太低時(shí)，渣的焊縫內(nèi)層材料流動(dòng)性太大，熔渣不能很好完全地被外層覆蓋，焊縫低于內(nèi)層導(dǎo)致表面粗糙不平，一般用在碳鋼鑄鐵焊接中在包含大量熔渣的熱軋材料中其熔點(diǎn)比普通熱軋鋼材約低200-450℃REF_Ref24670\w\h[11]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4.1、4.2所示，可以發(fā)現(xiàn)焊縫清晰美觀，焊縫的形狀也符合評定的標(biāo)準(zhǔn)，焊縫的余高也符合要求，更沒有出現(xiàn)咬邊等缺陷，焊縫成形良好。4.3脫渣性脫渣性清除是一種指由于焊后層的熔渣從進(jìn)入焊縫的外表而得到清除的難易復(fù)雜程度。如果焊料脫渣困難，則這就會(huì)顯著大大降低生產(chǎn)線的效率，多層次釬焊時(shí)尤其如此，此外還容易直接造成焊料夾渣時(shí)的缺陷。所以說其脫渣性能也是彩鋼焊條的重要組成工藝性能。影響介質(zhì)脫渣性的影響因素很多，如溶解熔渣的介質(zhì)線性和膨脹張力系數(shù)，熔渣的介質(zhì)氧化性，它的介質(zhì)疏松度和它的表面力學(xué)張力等。致于哪種心理因素可能起主要抑制作用，要根據(jù)它的具體情況及時(shí)進(jìn)行原因分析。（1）焊縫熔渣金屬線的熱膨脹值與系數(shù)的直接影響這里線是一個(gè)主要直接影響線的因素，焊縫熔渣金屬與材料熔渣的關(guān)系線的熱膨脹值與系數(shù)之差越大的線脫渣越容易，線的熱膨脹值的系數(shù)大小取決于焊縫熔渣的主要成分。圖4.3鋼板焊縫圖①圖4.4鋼板焊縫圖②（2）接縫焊條材料熔渣液體空氣性和氧化性的能力改善對其影響很大當(dāng)用于粘在各種焊縫焊條中的這些金屬已經(jīng)完全徹底凝固，而尚未完全徹底凝固的還是粉狀金屬液體接縫焊條材料熔渣和用于粘在各種焊縫焊條中的這些金屬還是是沒有固定或者一段時(shí)間可以長久共存的或者較長時(shí)間，這時(shí)，如果接縫焊條材料熔渣的液體空氣性和氧化性太強(qiáng)就很有可能會(huì)直接導(dǎo)致使其在粘入焊縫中的金屬表面逐層空氣氧化，生成一層焊條熔渣空氣氧化后的一層膜，氧化后的這層膜就象一種彈性黏結(jié)劑-一樣，把粘在焊條中的熔渣和用于粘在各種焊縫焊條中的這些金屬之間能夠牢固地緊緊地連粘在一起，使粘在焊條中的熔渣很難完全徹底清除，這時(shí)，加強(qiáng)改善接縫金屬焊條的焊件熔渣空氣脫氧性和氧化性的能力就已經(jīng)完全可以明顯地有效用于改善接縫焊條中的脫渣性REF_Ref24761\w\h[12]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4.3、4，4所示，焊渣能夠很容易的從焊縫表面脫離下來，表明此焊條的脫渣性優(yōu)秀，符合原本設(shè)計(jì)初衷。4.4飛濺性飛濺焊縫清理技術(shù)是廣泛應(yīng)用指焊接鋼條進(jìn)行焊接焊縫清理工作過程中由于冷溢流熔滴或者熱溢流熔池中化學(xué)氣體噴濺飛出的大量含有金屬化學(xué)雜質(zhì)和小顆粒，飛濺次數(shù)太多就有可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重破壞正常的焊接鋼條進(jìn)行焊接焊縫清理工作過程，降低了飛濺在整個(gè)焊條上的材料熔敷率和減少飛濺弄臟了的鋼條焊縫周圍，增加了在焊條焊接清理時(shí)的維護(hù)工作量REF_Ref24954\w\h[13]。引起飛濺的主要原因有：（1）電弧作用力引起的飛濺；（2）在進(jìn)行短路斷電過渡的這種情況下，電弧氣體再燃時(shí)點(diǎn)火產(chǎn)生的氣體飛濺。影響焊條飛濺幅度大小的影響因素很多:其中黏度大的焊接渣屑比飛濺大;隨著增加了的焊接焊弧電流時(shí)，飛濺也隨著電流增加;焊接藥皮中樹脂含水量過多時(shí)，飛濺也會(huì)增加;焊接電弧時(shí)間過長也隨著增加了的飛濺;其中交流比直流的要高飛濺大;在高壓直流電源鏈條焊接時(shí)極性不合適時(shí)則飛濺也隨著增大;同時(shí)如果在低氫電源焊條正心直接比交流反接要高飛濺大;焊條兩端偏心太大也可能使焊條飛濺幅度增大。另外，熔滴體和過渡體的形態(tài)、電弧的絕熱穩(wěn)定性等也都對其有影響。鈦錳酸鈣型電弧焊條由于電弧元件燃燒穩(wěn)定，熔滴以較細(xì)小的顆粒形式過渡，飛濺較小。低氫離子焊條的長路電弧反應(yīng)穩(wěn)定性差，熔滴以大量的顆粒流和短路電流過渡反應(yīng)為主REF_Ref25042\w\h[14]。實(shí)驗(yàn)過程中我們可以清楚地看到飛濺很小，金屬顆粒飛向周圍環(huán)境的程度完全符合相關(guān)要求。4.5焊接煙塵量無論什么樣的材質(zhì)焊條都在進(jìn)行焊接的的時(shí)候它本身都會(huì)容易煙塵產(chǎn)生影響鋼條板在焊接時(shí)的大量煙塵。由于專業(yè)焊工中的煙塵中常常可能會(huì)遇到含有各不同種類的苯等有毒有害化學(xué)物質(zhì)，因而焊工煙塵污染會(huì)嚴(yán)重直接污染焊業(yè)人體以及工作環(huán)境中的外部環(huán)境，危害焊工人體以及焊工健康。焊接過程中的金屬煙塵主要成分是由于附在焊芯和焊接金屬上的藥皮在強(qiáng)烈的的高溫氧和焊接劑的作用下迅速發(fā)生過熱榕化并被激烈地受熱燃燒蒸發(fā)過熱從而氧化引起某些其他金屬元素激烈燃燒受熱發(fā)生蒸發(fā)、氧化以及由于金屬藥皮里某些其他金屬化學(xué)組成物和其他一些冶金金屬化學(xué)反應(yīng)物所混合生成的某些金屬化學(xué)物質(zhì)激烈燃燒受熱發(fā)生蒸發(fā)從而氧化形成的一些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物REF_Ref26593\w\h[15]。因此，煙塵過熱氣體氧化形成的過熱氧化反應(yīng)過程實(shí)質(zhì)上來說也就是一個(gè)因室內(nèi)空氣溫度過熱而"蒸發(fā)"的過熱氧化反應(yīng)過程REF_Ref25245\w\h[16]。影響焊接發(fā)塵器導(dǎo)致鉛中毒的影響因素很多，如焊接藥皮涂層成分、藥皮涂層厚度、電弧焊接電壓值的高低和實(shí)際焊接過弧電流量的大小、電流的來源種類和焊接極性等。焊條材料藥皮主要成分發(fā)塵是一種影響材料發(fā)塵而導(dǎo)致人中毒的主要影響因素，藥皮中各種金屬材料中因發(fā)塵而導(dǎo)致人中毒的物理作用主要有以下兩個(gè)主要方面:（1）冶金材料本身及其各種冶金化學(xué)產(chǎn)物的蒸發(fā)沸點(diǎn)，這直接決定了這種冶金材料本身沸點(diǎn)是否容易發(fā)生蒸發(fā)，在各種冶金化學(xué)反應(yīng)中中它能否直接生成一種沸點(diǎn)低、易發(fā)生蒸發(fā)的冶金產(chǎn)物;（2）降塵材料對構(gòu)成電弧陰極物理化學(xué)因素的直接影響，凡是由于能夠有效降低電弧陰極熔滴斑點(diǎn)的分析熱，改善熔滴斑點(diǎn)過渡熱的形態(tài)，因而能夠降低熔滴斑點(diǎn)過渡熱、減少熔滴蒸發(fā)的電弧材料都通常可以使用降塵。焊接中的煙塵對焊工人體的焊接危害主要有兩類，第一類為焊工人體不能充分吸收的焊接煙塵，焊工一旦吸入大量這種焊接煙塵，會(huì)將焊工肺泡血管堵住，產(chǎn)生焊接塵肺。第二十一類為其在人體內(nèi)部可以直接吸收的固體煙塵，常指人體可溶解于水中的固體煙塵，這種類的煙塵被常指焊工人員吸入被吸的水充分溶解后或者人體可以吸收后而引起的的全身食物中毒。因此，設(shè)計(jì)者所配制的煙氣焊條產(chǎn)品應(yīng)盡量降低總的煙氣發(fā)塵量，并盡量減少進(jìn)入煙塵空氣中的各種有毒有害物質(zhì)REF_Ref25353\w\h[17]。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們用肉眼觀察到的煙塵量很少，用專業(yè)空氣質(zhì)量檢測設(shè)備對焊接時(shí)四周的空氣進(jìn)行了檢測，其各種有害物質(zhì)的含量均低于國家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)。4.6藥皮的發(fā)紅藥皮由于硬度溫生發(fā)紅或者焊片開裂全部脫落這種問題一般情況指的也可以就是在將鋼片直接焊到后端上或下半段時(shí)，由于前端連接件和焊條上的大量藥皮使其硬度溫生過高而容易出現(xiàn)焊片發(fā)紅、開裂或者使焊片全部脫落的一種不良現(xiàn)象。焊條如果焊接會(huì)同時(shí)出現(xiàn)這種易燃燒損傷的現(xiàn)象則由于焊接后半段鋼條焊接時(shí)的工藝性能差，藥皮金屬材料焊接中的大量彈性金屬過早地接受到外力燒損，嚴(yán)重的情況會(huì)直接影響到對鋼條進(jìn)行焊接時(shí)的施工質(zhì)量，有時(shí)不得不把相當(dāng)長的焊接時(shí)間內(nèi)將剩余下的焊接部分暫時(shí)進(jìn)行丟棄則有的會(huì)因此造成很大的人力資源消耗浪費(fèi)。在實(shí)驗(yàn)過程中我們可以看到，焊接時(shí)，焊條能夠從開始一直保持穩(wěn)定