摘 要

药芯焊丝具有焊接飞溅小、焊缝成型美观、适用于全位置焊接和熔敷速度高于实心焊丝等优点而广泛运用于工业制造行业。我国药芯焊丝起步较晚，发展很快，但在质量上与发达国家相比还相差一段距离。近年来，在重要结构件上，对熔敷金属的低温韧性提出了更高的要求。论文主要通过合金强韧化技术和细化晶粒的结晶形核技术来净化焊缝、改变夹杂物的形状和大小并获得细针状铁素体来改善焊缝金属的韧性，通过金相试验、冲击试验和拉伸试验，观察并分析了熔敷金属组织与力学性能之间的关系。结果表明，加入合金元素可以抑制先共析铁素体的形成，获得更多的针状铁素体，进而提高焊缝金属的低温韧性；晶粒越细，熔敷金属的韧性越高，其强度值也有所增加。

关键词：YCJ91K2药芯焊丝；熔敷金属；组织；力学性能；

Abstract

Flux-cored wire welding material has the advantage of small spatter, beauty weld bead, applying to all position and faster weld rate than solid wire and is widely applied in industry production field. Flux-cored wire is late started in our country but growing fast, in terms of quality, there is still a gap compared with developed countries. In recent years, we put forward higher requirements on low temperature toughness of deposited metal of important structures. Thesis mainly applies alloy strong technology and refine the grain size of crystal form of nuclear technology to purify the welds, changing the shape and size of inclusions and obtain acicular ferrite and thus improve the low temperature toughness of weld metal, and through metallographic test, impact test and tensile test observing and analyzing the relationship between microstructure and mechanical properties of deposited metal. The result shows that adding ally elements can inhibit the formation of proeutectoid ferrite and get more acicular ferrite, the fine grain size, the higher toughness of deposited metal, its strength and hardness also increased.

Key Words: YCJ91K2 flux-cored wire;；deposited metal；organization；mechanical property

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1选题的目的及意义 1

1.2研究现状 2

1.2.1药芯焊丝在国外研究现状 2

1.2.2药芯焊丝在国内研究现状 3

1.3主要研究内容 4

第2章 合金元素对组织形成和力学性能的影响 5

2.1合金元素对组织形成的影响 5

2.1.1合金元素对针状铁素体转变的影响 5

2.1.2合金元素对珠光体转变的影响 5

2.1.3合金元素对贝氏体转变的影响 6

2.1.4合金元素对马氏体转变的影响 6

2.2合元素对力学性能的影响 6

第3章 YCJ91K2熔敷金属成分及组织分析 9

3.1试样的制备 9

3.2熔敷金属成分分析 10

3.3熔敷金属组织分析 11

第4章 YCJ91K2熔敷金属力学性能测定及断口分析 14

4.1试样制备 14

4.2力学性能测定 14

4.3断口分析 15

4.3.1冲击试验断口分析 15

4.3.2拉伸试验断口分析 17

第5章 结论 19

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1选题的目的及意义

从上世纪末金属极电弧焊发明到现在，焊接技术已经存在了100多年。焊接技术的发明和焊材工业的发展为整个工业文明做出了不可磨灭的贡献。由于焊接技术相对于铆接技术具有密封性能好、应力集中小、结构重量轻，相对于粘接技术具有工件之间连接牢固、受环境影响（温度、湿度、油类）小等优势而广泛应用于船舶、桥梁、石油化工、航空航天、海洋工程、微电子技术等工业领域。随着焊接技术的发展，各种焊接材料也应运而生，如：焊条、焊剂、实芯焊丝和药芯焊丝等。天津大学陈邦固等人^[1]回顾了国内外焊材的发展史，并对各种焊接材料的性能进行了分析，得出了药芯焊丝以下优点：首先，药芯焊丝中的焊剂可以辅助焊缝成形、稳定电弧、脱硫、脱氧、渗合金，还可以起到保护熔滴、熔池免受氧化、氮化的影响；其次，焊丝生产的连续性使其在工业上可以进行自动化和半自动化生产；第三，与实心焊丝相比，药芯焊丝的电流集中于外表钢皮，电流密度大，可以产生很大的电阻热，促进金属熔化并有效进入熔池，减少飞溅，因而熔敷效率高；第四，由于焊丝的连续生产，使焊机空载损耗大为减少，节约能源，生产成本低。总的来说，药芯焊丝兼具了手工焊条和CO₂实心焊丝的优点，因而具有强大的生命力。

药芯焊丝按渣的碱度可分为钛型、钙型、和钛钙型三类。各种焊丝兼具有其独特的优势，但也存在明显的不足。钛型药芯焊丝的焊接工艺性能好，焊缝成形美观，但是焊缝金属的抗裂性和韧性稍差；钙型药芯焊丝焊缝金属的抗裂性和韧性良好，但是工艺性能和焊缝成形性不足，尤其是焊接全置性受到限制；而钛钙型药芯焊丝的各种焊接性则介于两者之间^[2]。表1.1对几种常见药芯焊丝的焊接性进行了比较。再者，由于国产药芯焊丝发展较晚，与进口药芯焊丝相比，生产设备落后，品种规格也不齐全，工艺和力学性能在整体上还相差一定的距离，而且国内外有关药芯焊丝性能的研究也鲜少有报告，特别是500 MPa级以上CO2气体保护焊用药芯焊丝的研究略显空白，而随着国民经济的发展，各个行业的经济形势大好，但是在经济迅速发展的背后暴露出一个严重的问题：全球资源大量减少，污染遍及工业文明的各个角落。对此，中央决定开源节流，减少20%的钢铁用量。而减少钢铁用量的有效途径是在保证结构力学性能的基础上让高强钢替代500MPa级以下钢材的使用量。熔敷金属的力学性能是衡量钢结构可靠性的重要指标，对结构的使用寿命和安全性有决定性的作用。所以，在今后的日子，将会加大对高强钢用药芯焊丝熔敷金属组织和性能的研究。

实验针对钛型药芯焊丝性能上的不足，研制了一种型号为YCJ91K2的高强钢用药芯焊丝，通过加入合金元素、制定焊接工艺，并进行组织分析和力学性能测定，结合不同微量合金元素在焊接组织形成过程中的作用，找到提高熔敷金属力学性能的可行性方法，为实际工业生产中焊接件质量的提高提供参考依据。