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1、药皮涂层连续焊接结构钢焊条的研制2005年第5期煤矿机械文章编号:1003.0794(2005l05.0089.02?89?药皮涂层连续焊接结构钢焊条的研制*高顶.高忠民(1.中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221008;2.徐州市忠民高新技术开发有限公司,江苏徐州221000)摘要:根据多股绞合钢丝绳生产原理和焊条涂敷原理研制出药皮涂层连续焊接结构钢电焊条.该焊条能够替代短电焊条.实现焊条焊接的自动化,半自动化生产.实验证明.该焊条具有良好的工艺性能和焊接质量.是一种效率高,经济性好的新型焊接材料.关键词:结构钢;电焊条;研制;工艺;性能中图号:TG422.21引言煤矿机械钢结构件多采用焊
2、接方法制造,焊接质量已成为影响煤矿机械产品使用寿命的重要因素.作为影响焊接质量的关键因素之一,焊接材料主要有手工焊接材料(以电焊条为主)和自动焊接材料(以各种焊丝为主)等类型.目前我国使用的结构钢焊条都是传统的药皮涂层短电焊条.这种短制式焊条长度一般为200600Inn1,生产中每隔数分钟就要更换焊条.生产率较低.焊条更换再次引弧处.焊缝质量不够稳定,影响接头性能.损失的焊条头长度一般为几十毫米.既浪费了焊芯金属材料又浪费能源,大大地增加了生产成本,影响企业经济效益.采用焊丝自动焊可大大提高生产率.但自动焊焊丝多为实芯焊丝,焊丝中的合金元素较少(若合金含量过多.焊丝将变得硬,脆而无法拉制成盘圆
3、的长丝),焊接冶金作用效果较差.为了充分发挥涂层焊条和连续焊接的优势,弥补它们的不足,研制了药皮涂层连续焊接结构钢焊条.2药皮涂层连续焊接结构钢焊条的特点药皮涂层连续电焊条(ContinuousCoatedElee.trode,缩写CCE)可替代传统的药皮涂层短电焊条和直径小,制造成本高的实芯光焊丝和药芯焊丝,用于中厚板材的自动化,半自动化焊接,使其成为既能提高焊接自动化程度,又能保证良好焊接质量的新型焊接材料.CCE是一种经济型焊接材料.其焊条头损耗几乎为零.按我国2000年焊接材料消费水平计算,普及使用后,每年可节约的焊条头损耗数量,就相当于少消耗十余万吨传统的药皮涂层短制式焊条,既节约了
4、钢材,药皮原料,能源(条头的热损失)等,又大*江苏省高校高新技术项目(JH03001)文献标识码:B大地提高了生产效率,降低了生产成本.传统的短结构钢电焊条不能实施连续自动焊接,而CCE主要技术特点是:使大直径焊条的焊芯在不改变材质的前提下实现自由盘弯,从而使焊条长度大大延长.可制成盘卷式包装.使厚药皮涂层成为柔性涂层.在保护薄膜作用下任意曲折药皮不开裂,不脱落,并能透过药皮涂层使焊芯连续导电,使焊接电弧连续,稳定燃烧.CCE与短焊条,实芯光焊丝,药芯焊丝的性能见表1.表1CCE与短焊条的性能对比Tab.1ComparingpeformnneeofCCEwithshortelectrode3C
5、CE生产工艺CCE生产采用的是多股绞合钢丝绳生产原理和普通药皮涂层电焊条生产原理.生产工艺如下:(1)将焊接用的盘圆,冷拔成细钢丝.拉拔过程中,当冷变形量过大时,由于加工硬化现象,会造成钢丝塑性下降,影响进一步拉拔.这时应采用中问退火工艺,以消除加工硬化,提高材料塑性.(2)将冷拔后的细焊芯钢丝在绞股机上进行绞.:2Q:垫皮涂层连续焊接结构钢焊条的研制高顶,等2005年第5期股,形成钢丝绳状的多股绞合焊芯.陷.(3)按有关配方配制的焊条药皮药粉经过充分搅拌,混合,制成粉团后与多股绞合焊芯一起装入焊条涂敷机,压制成多股绞合焊芯的焊条.(4)对校偏,烘干后的焊条加装保护膜.(5)对焊条进行印字,收
6、卷,分盘,烘干和包装,制成CCE成品.4药皮涂层连续焊接结构钢焊条性能(1)焊接工艺性能根据结构钢焊条的使用范围,决定选择在普通碳素结构钢Q235和优质碳素结构钢45钢板上对2种焊条做焊接工艺性能对比实验焊接工艺参数:焊接电流90110A,负载电压25V.试焊结果表明:在电弧的稳定性,脱渣性,飞溅,成形性能,熔深,熔宽等方面2种焊条性能未见明显差别.这表明,在焊条药皮成分相同的情况下,CCE焊条的焊接工艺性能与传统短焊条基本相同.(2)熔敷金属成分分别用CCEE4303焊条及短焊条在o235钢板上以正常规范进行多层堆焊.焊接CCEE4303焊条,各道各层均确保节点熔敷金属排布整齐,各层节点熔敷
7、金属上,下层要彼此重叠.用刨削法取样,宽度为10nlln,样品取自堆焊金属的第4层.实验结果表明:多层堆焊熔敷金属化学成分完全符合有关国标的要求.各种主要元素的含量见表2.表2熔敷金属化学成分Tab.2Chemicalcompositionofdepositedmetal(3)抗裂性试验及缺陷检查采用巴东刚性对接法检查焊缝有无裂纹存在,试件焊后放置24h后制取金相试样,检查有无裂纹存在.并在焊缝的多个横截面上检查有无夹渣,未熔合,气孔等缺陷.实验表明,试样中未见裂纹,夹渣,未熔合,气孔等缺(4)接头力学性能对采用2种焊条焊接的同一种接头进行冷弯(包括纵向和横向),拉伸,冲击试验.结果表明,2种
8、试样的抗弯性能完全相同,焊缝金属抗拉强度,条件屈服强度,延伸率,断面收缩率及缺口冲击韧性值基本相同.对接接头焊缝金属力学性能见表3.表3对接接头焊缝金属力学性能Tab.3Metalmechanlealpropertyofhuhjointeds伽5结语(1)CCEE4303保持原有的焊芯钢材型号,但焊芯由独股变成多股绞合的绳状,药皮涂层成为柔性涂层,从而实现了药皮涂层焊条的盘曲,实现了药皮涂层焊条的连续性焊接,既保证了焊接质量,又提高了焊接生产率.(2)CCEE4303保持了传统的短制式焊条的优点,具有良好的焊接工艺性能.采用该焊条焊接,焊缝金属的各项性能不低于传统的短制式焊条,焊接接头力学性能
9、达到了有关国标的要求.(3)CCEE4303有利于实现药皮涂层焊条的自动化,半自动化焊接,是一种具有良好发展前景的新型焊接材料.参考文献:1高忠民.涂层全程导电连续焊接电弧焊条P.中国专利:z197lO7O98.9.2OO4.2张清辉.焊接材料研制理论与技术M.北京:冶金工业出版社.2002.作者简介:高顶(1965一),江苏沛县人,副教授,硕士,博士研究生,现为中国矿业大学机电工程学院副院长,主要从事焊接及机械制造科研,教学工作,发表论文20余篇,出版编着3部.Tel:0516388574o.收稿日期:200502.21TheResearchandDevelopmentoftheNewTap
10、eElectrodeGAOVing.-GAOZhongilllm2(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology-Xuzhou221008-China;2.XuzhouCityZhongminHighnewTechnologyDevelopingCo.1ad.-Xuzhou221000-China)Abstract:Thenewtapeelectrode-developedbasedonthetheoryoftheproductionofwireropeandelectrodecoat-ed-canreplacetheshortelectrode-thusachievingtheautomaticandsemiautomaticproductionoftheweldingrod.Theexperimenthasproventhatitcanperformquitewellintheweldingandbringasatisfactoryresult-beinganeconomi?calnew.typeweldmaterialwithhighefficiency.Keywords:stee1;electrode;development:technology;performance