1、机电工程学院毕业论文论文题目大理石对J422焊条工艺性影响研究I摘要本次设计主要研究大理石对于J422焊条的工艺性影响，需要设计试验改变J422焊条中大理石含量，观察焊条药皮中大理石含量不同对于J422焊条的工艺性能的影响，最后得到大理石的最优含量。本次试验共设置20组试样，前3个试样用来确定药皮质量系数。先根据标准配方配制药粉并搓制3根焊条，使它们的药皮质量系数分别为20、50和80。在45钢试样上单面堆焊，记录焊接现象并对试样进行硬度测试，分析焊接接头的组织，选择出最佳药皮质量系数。然后按照确定的药皮质量系数，将标准配方中大理石的含量分别改变为0、3、6、9、12、15、18、21、24、
2、27、30、33、36、39、42、45、48，药皮中其它的成分等比例增加或减少，搓制17根焊条。然后使用自制焊条在45钢表面单层堆焊，制作17个试样，随后对试样进行工艺性能和力学性能的测试，观察焊接接头的显微组织，最后得出结论。试验结果表明当药皮质量系数为50，焊条的引弧性、稳弧性最好，焊接飞溅小，脱渣性好，利于施焊者施焊，焊缝成形也很美观。此时焊接接头的焊缝区和热影响区硬度值最大。随着焊条药皮中大理石含量的增加，焊条的引弧性、稳弧性、脱渣性及焊缝成形都逐渐变好，但是焊接飞溅，电弧吹力及套筒却很大。当药皮中大理石含量为18时，焊条的引弧性和稳弧性较好，电弧吹力适中，渣覆盖率大，脱渣性好，飞溅
3、也小，焊缝成形美观，无气孔裂纹产生，工艺性能最佳。当药皮质量系数为50时，焊缝区和热影响区的硬度值达到最大，此时45钢焊接接头具有最优的力学性能。随着焊条药皮中大理石含量的增加，45钢焊接接头的焊缝区的硬度值逐渐增大，当大理石的含量超过18时，焊缝区硬度开始下降，而热影响区硬度值先有所下降，然后回升。当药皮中大理石含量为18时，焊缝区的硬度值达到最大，热影响区硬度值较大，此时45钢焊接接头具有最优的力学性能。45钢焊接接头的焊缝区和热影响区都分布着贝氏体、珠光体、高碳马氏体组织。但是热影响区中珠光体和粗大的马氏体组织比焊缝区多。当药皮质量系数为50时，熔合线两侧组织均匀细密，热影响区存在较多的
4、珠光体和贝氏体组织，高碳马氏体较少。在大理石含量为18时，焊缝区和热影响区珠光体和铁素体分布均匀，出现较II多机械性能好的索氏体，高碳马氏体含量相对减少，显微组织分布最均匀。综上所述，此次试验焊条最佳的药皮质量系数为50。在最佳药皮质量系数确定的情况下，当焊条药皮中大理石含量为18时，45钢焊接接头组织最均匀，具有最佳的力学性能和工艺性能。关键词J422焊条、大理石、工艺性能、组织、力学性能IIITITLETHEINFLUENCEOFTHEMARBLEONTHEPROCESSINGPROPERTYOFJ422WELDINGRODABSTRACTTHEEFFECTOFTHEMARBLEFORTH
5、EPROCESSOFJ422ELECTRODEWASMAINLYSTUDIEDINTHISPAPERWECOULDOBSERVEHOWWELDINGPERFORMANCEOF45STEELCHANGEDWHENWECHANGEDTHECONTENTOFMARBLEINCOATINGOFELECTRODEFINALLYWEWOULDGETOPTIMALLEVELSOFMARBLEINTHEJ422ELECTRODECOATINGWEMADETHREEELECTRODESWHOSECOATINGQUALITYFACTORWAS20,50,80,RESPECTIVELYNEXTWESHOULDTES
6、TWELDABILITYOFTHEMANDCHOOSETHEBESTONEITSCOATINGQUALITYFACTORWOULDBEAPPLIEDTOTHERESTOFTHE17ELECTRODESANDTHECONTENTOFMARBLEINCOATINGOFTHESEELECTRODESWERE0,3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39,42,45,48,RESPECTIVELYTHENWESHOULDTESTWELDABILITYOFTHEMFINALLYWECHOOSEDTHEBESTONEANDCAMETOTHECONCLUSIONEXPERIMEN
7、TALRESULTSSHOWEDTHATTHEWELDINGARCANDARCSTABILITYOFELECTRODESWASTHEBEST,WHENTHECOATEDQUALITYCOEFFICIENTIS50THEREWASJUSTALITTLESPLASHITALSOHASGREATDESLAGGING,ANDWASAPPLIEDTOWELDVERYWELL,ANDAPPEARANCEOFWELDJOINTWASBEAUTIFULWHILETHEHARDNESSVALUEOFWELDJOINTISMAXIMUMWITHTHEINCREASEOFTHECONTENTOFMARBLEINTH
8、ECOVERINGOFTHEWELDINGROD,ARCSTABILITY,SLAGDETACHABILITYANDWELDSHAPINGWEREGRADUALLYGETTINGBETTER,BUTTHEWELDINGSPATTER,ARCBLOWFORCEANDTHESLEEVEWASBIGGERWHENTHEMARBLECONTENTINTHECOATINGWAS18,RESISTANCEANDARCSTABILITYWASBETTERWHILEARCBLOWFORCEWASMODERATESLAGCOVERAGEANDDESLAGGINGWASGREATANDSPLASHWASSMALL
9、ERWELDFORMINGWASBEAUTIFULTHEREWASALSONOSTOMATALANDCRACKINTHEWELDEDJOINTTHEELECTRODEHADTHEBESTPROCESSPERFORMANCEWHENTHECOATEDQUALITYCOEFFICIENTWAS50,HARDNESSVALUEOFWELDZONEANDHEATAFFECTEDZONEWASMAXIMUM,WHILEWELDEDJOINTOF45STEELHADTHEBESTMECHANICALPROPERTIESWITHTHEINCREASEOFTHECONTENTOFMARBLEINTHEELEC
10、TRODECOVERING,HARDNESSVALUEOF45STEELINCREASEDFIRSTWHENTHECONTENTOFMARBLEWASMORETHAN18,ITWASGRADUALLYONTHEDECLINE,WHILEHARDNESSVALUEOFTHEHEATAFFECTEDZONEDECREASEDFIRST,ANDTHENPICKEDUPWHENCOATEDMARBLECONTENTWAS18,HARDNESSVALUEOFTHEWELDAREAWASMAXIMUM,SOWASHEATAFFECTEDZONEWETHOUGHTTHEWELDINGJOINTOF45STE
11、ELHADTHEBESTMECHANICALPROPERTIESNOWWELDINGJOINTOFTHEWELDZONEANDHEATAFFECTEDZONEHADTHEBAINITE,PEARLITE,HIGHCARBONMARTENSITEPEARLITEANDMARTENSITEWASMOREINTHEHEATAFFECTEDZONETHANTHEWELDAREAWHENCOATEDQUALITYCOEFFICIENTWAS50,ORGANIZATIONONBOTHSIDESOFFUSIONIVLINEWASSIMILARBUTTHEFUSIONZONEEXISTEDMOREPEARLI
12、TEANDBAINITE,LESSHIGHCARBONMARTENSITEWHENMARBLECONTENTWAS18,PEARLITEANDFERRITEOFTHEWELDZONEANDHEATAFFECTEDZONEWASUNIFORMDISTRIBUTIONTHEREWASALOTOFGOODSORBITEWHICHHADBETTERMECHANICALPROPERTIES,LESSCARBONMARTENSITETOSUMUP,THEBESTCOATEDQUALITYCOEFFICIENTOFTHETESTELECTRODEWAS50ANDTHEBESTCONTENTOFMARBLEI
13、NTHEELECTRODECOVERINGWAS18ATTHETIME45STEELWELDINGJOINTORGANIZATIONWASUNIFORM,WHICHHADTHEBESTMECHANICALPROPERTIESANDPROCESSPERFORMANCEKEYWORDSJ422ELECTRODE,MARBLE,PROCESSPERFORMANCE,ORGANIZATIONANDMECHANICALPROPERTIESV目录摘要IABSTRACTIII1绪论111引言112国内外焊接材料的研究现状和发展趋势113本文的研究的目的与内容32试验方法及过程421焊缝组织形成原理422试验
14、材料与设备4221试验材料4222试验设备523试验方案与步骤6231试验方案6232焊条的制备7233施焊9234硬度测试10235组织分析113试验结果与分析1431最优药皮质量系数的确定14311不同药皮质量系数对J422焊条工艺性的影响14312不同药皮质量系数对45钢焊接接头力学性能的影响14313不同药皮质量系数对45钢焊接接头组织的影响1632大理石含量对45钢焊接接头的影响18321大理石含量对J422焊条工艺性的影响18322大理石含量对45钢焊接接头力学性能的影响21323大理石含量对45钢焊接接头组织的影响24结论30致谢31参考文献3211绪论11引言焊接技术是一种将材
15、料永久行连接，使其具有给定功能的制造技术。无论是制造几十万吨巨轮或者是制造不足一克的微电子元件，都会多多少少涉及到焊接技术。焊接设备、焊接材料和焊接工艺都属于焊接技术。焊接材料是焊接行业中一个重要分支。它可以改善焊件的工艺性能和力学性能同时又能降低生产成本，减少工时1。12国内外焊接材料的研究现状和发展趋势美国、加拿大、日本、欧洲的自动化和半自动化焊接在2004年已经成为焊接工作的主流2。其中焊接自动化程度较高的日本进入21世纪后电焊条的比例仍在缓慢下降，2005年后已经低于15，2008年焊接材料总产量的36都是药芯焊丝。然而发展中国家电焊条产量却仍高于503。近些年，西欧和日本开发了纤维素
16、型焊条专用于铺设可以输送油气的管道。铁粉纤维素型焊条、交直流两用普通纤维素型焊条、直流焊纤维素型焊条和高强度纤维素型焊条都是纤维素型焊条。交直流两用普通纤维素型焊条的电弧吹力很大，可以直接用于焊接不平整的坡口。直流焊纤维素型焊条容易脱渣，可用于管道填焊、根焊和立向下角焊，保证X探伤性能，如美国HOBART10。铁粉纤维素型焊条的优点是能够在电流很小的时候进行对熔深要求高的焊接工作。美国HOBART90AP时典型的高强度纤维素焊条4。在二氧化碳气体保护焊方面，国外焊丝中加入微量TI成分后飞溅变得很低，焊接工艺性能得到很大的改善5。德国、瑞士、日本等国公司成功将多根焊丝配备单个或多个电源方面大幅度
17、提高焊接金属熔敷率和焊接生产速度6。日本的藤村告史也研制出一套焊速高达18M/MIN的角焊缝多丝焊接系统7。瑞典ESAB公司研发了一种新的OK系列铁粉焊条，可以使熔敷效率达到230，2不同的仅仅是它在药皮中加入75铁粉；英国也有一种低氢型高效焊条，它是双层药皮，含铁粉量高达80，由于有很大的经济价值，已经获得专利，所以被大量生产。美国和瑞典ESAB公司生产的焊条中有50是这种铁粉焊条；荷兰、日本、德国等国也偏向于生产这种铁粉焊条8。近几年我国焊接材料总产量达到320万T，跃居世界第1位。其中有200万T是电焊条，高质量的焊材依旧依靠进口来获得9。林尚扬、关桥院士在中国工程院咨询项目我国制造业焊
18、接生产现状与发展战略研究总结报告中指出，国内焊材不如国外的好的原因是我国对焊材基础理论研究不足。只有进一步完善焊接化学冶金理论才能改善焊材的工艺性能。焊条工艺性能的改进依靠配方的改进，我国应该进一步对焊接熔渣研究。我国用于手工电弧焊的电焊条占全部焊接材料产量70左右，仅有少数行业及部分企业的焊接自动化和半自动化率达到70以上。今后几年，焊材品种结构的调整得益于焊接自动化进展。2012年我国焊材中的50都是气体保护实芯焊丝10。虽然由于冶金方面的影响，这类焊丝的品种较少但是大部分生产此类焊丝的企业增加它们的生产设备和产量，在核心技术方面取得了突破性进展。药芯焊丝的发展得益于造船等行业的快速发展，
19、目前生产企业有30余家，包括5家外资企业，是江苏天泰焊材（昆山）有限公司是最大生产厂商。目前国内有很多企业可以供应埋弧焊丝，不过盘状供应只有少数企业可以达到。单电极的工艺发展成多电极、多规格工艺。在市场上的主流镀铜埋弧焊丝只增不减。我国每年可以生产30多万吨焊剂，1214万吨烧结焊剂。据调查市场上对于烧结焊剂的需求越来越大，熔炼焊剂相对缩小11。1993年以后，我国电焊条产量越来越大已经超出了市场需要，普通的焊条价格直线下降，没有多少利润可得，但是生产企业仍然在增加12。由于市场对于不锈钢产品的大量需要，不锈钢焊条的生产也在扩大规模13。高效铁粉焊条的使用不但节省大量钢铁资源而且减少了人力资源
20、的使用，节约电力资源，创造了很大的经济价值。我国有一种这样的焊条叫做J500FE20锆碱性铁粉焊条。这种焊条的熔敷效率比相同直径的普通焊条高出25。熔化一公斤金属，节约耗电量378，电弧燃烧的时间减少123，节省焊芯96914。因此许多发达国家热衷3于给高效铁粉焊条投入大量的人力、物力15。我国现在生产的焊条中80都是电焊条16，它不但拥有好的力学性能而且工艺性能也相当好，作为我国焊材市场的主力军，每年消耗量也是最大的17。随着碳钢焊条国家标准的不断更新和改进，我们对于J422焊条的质量要求越来越严格了18。我国主要有J422、J422X、J422GM三种类型焊条。我国目前开发该类焊条首先考虑
21、的是降低焊条成本。众所周知，我国天然金红石资源相当稀少，钛铁矿资源比较多，过去科学家一般用昂贵的钛白粉和人造金红石来代替金红石成分，可使钛白粉太贵，人造金红石制造的时候需要消耗大量的能量，得不偿失。于是他们采用还原钛铁矿来制造J422焊条，这样不仅降低生产的成本还提高了焊条的质量。其次考虑提高焊条工艺性能。目前国内已开发了盖面装饰用及立向下焊专用的钛钙型焊条。13本文的研究的目的与内容随着焊接材料快速发展，行业对J422焊条的要求越来越高，研制出具有更好的焊接性能或者进一步降低该产品的成本对于提高我国电焊条质量有重大意义。大理石对于结构钢焊条焊接性有很大的影响，价格低廉，购买方便，本课题研究在
22、45钢表面单层堆焊，焊条药皮中大理石含量的变化对J422焊条焊接性能的影响。本次试验共设置20组试样，前3个试样用来确定药皮质量系数。先根据标准配方配制药粉并搓制3根焊条，使它们的药皮质量系数分别为20、50、80。在45钢试样上单面堆焊，记录焊接现象并对试样进行硬度测试，分析焊接接头的组织，选择出最佳药皮质量系数。然后按照确定的药皮质量系数，将标准配方中大理石的含量分别改变为0、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33、36、39、42、45、48，药皮其它的成分等比例增加或减少，搓制17根焊条，在45钢表面单层堆焊，制作17个试样，随后对试样进行工艺性能和力学性能的测试，
23、观察焊接接头的显微组织，最后得出结论。42试验方法及过程本试验通过调节焊条药皮质量系数，自制焊条对45钢进行电弧焊焊接，研究45钢焊缝组织与力学性能的变化，从而确定试验所采用的焊条的最佳药皮质量系数。在最佳药皮质量系数确定情况下，通过改变焊条药皮中大理石的含量，自制焊条对45钢进行电弧焊焊接，研究45钢焊缝组织与力学性能的变化，从而确定试验所采用的焊条的最佳大理石含量，获得一种综合性能最佳的焊条。21焊缝组织形成原理电弧焊通过焊条通电后产生大量的热量使得焊芯和母材同时熔化，熔化后的金属慢慢凝固混合在一起，从而达到了连接的目的。焊接接头处的焊缝金属和母材由于共晶而具有交互结晶的特征。熔池金属是从
24、母材焊接处的半熔化晶粒上开始向焊缝中心开始结晶。我们称这种结晶形式为交互结晶或联生结晶。散热影响晶体的生长，散热越快晶粒生长越快，由于散热不均匀，部分晶体优先生长，部分晶粒停止成长，形成焊缝中的最为常见的柱状晶19。随着晶粒的成长，熔池中晶粒界面前的浓度过冷和温度梯度也随着发生变化。因而，熔池全部凝固以后，将会出现不同的结晶形态。在焊接熔池熔化的边缘，结晶速度R很小，温度梯度G很大，可以说这个地方的的过冷度最小。随着焊接熔池慢慢地结晶，从熔化边界处直到焊缝中心温度梯度G逐渐变小，但是熔池的结晶速度R却逐渐增大，对于焊缝中心处温度梯度最小，结晶速度最大20。材料在焊接或切割过程中受热（但未熔化）
25、，导致它的金相组织变化，同时伴随着力学性能的变化，这些变化的区域就是热影响区。母材是正火或退火状态，焊接后的热影响区的组织可以分为完全淬火区和不完全淬火区21。22试验材料与设备221试验材料本次试验选用母材为200MM100MM15MM的45钢钢板，化学成分见表21；选用焊芯材料为H08A，化学成分见表22；本试验药皮的配料主要有水玻璃、大理石、钛铁矿、长石、云母、金红石、海泡石、钛白粉、锰铁。5表2145钢化学成分质量分数WT（）CSIMNPSCRNICUFE04205001703705008000400045025025025余量表22H08A的化学成分质量分数WT（）CSIMNPSCR
26、NI其他FE010003003005500300030020030CU02余量222试验设备搓制焊条使用的设备天平、瓷钵（带有瓷棒）、玻璃棒、比重计、镊子、烧杯、钢尺、游标卡尺焊接时使用的设备钨极交、直流方波氩弧焊电源、面罩、焊接手套、防护服、敲渣锤、钢丝刷制作试样使用的设备J3G400型材料切割机、BM4XDV倒置金相显微镜、量筒、不同粒度金相砂纸、吹风机、玻璃板、抛光机、腐蚀剂、250毫米落地砂轮机、量杯、医用棉球，HR150洛氏显微硬度计图21J3G400型材料切割机图22HR150A型洛氏硬度计6图23BM4XDV倒置金相显微镜侧面图24钨极交、直流方波氩弧焊电源图25角磨机23试验方
27、案与步骤231试验方案首先依照结构钢焊条参考配方（表23）配制成药皮质量系数分别为20、50和80的焊条，共3根。并进行焊接，选取其中工艺性能最好的药皮质量系数来作为本次试验焊条制造的药皮系数。然后选用最佳的药皮质量系数，调整原有配方中大理石的质量分数，分别取值为0、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33、36、39、42、45、48，配制17根焊条，来观察大理石对J422焊条焊接工艺性能的影响规律。7表23J422焊条参考配方药粉海泡石云母钛铁矿大理石长石金红石钛白粉锰铁所占比重WT（）1581619813714试验流程（1）查阅文献并设计焊条配方；（2）根据配方制备焊条
28、；（3）施焊并记录焊接现象自制焊条的引弧性、稳弧性、电弧吹力、飞溅、渣覆盖率、脱渣性、焊缝成型以及有无套筒，有无气孔裂纹；（4）制备金相试样；（5）观察焊接接头的显微组织并拍照；（6）测试并记录试样焊缝区和热影响区的硬度；（7）分析数据得出结论。232焊条的制备将20根32MM的焊芯打磨干净，用天平称取其重量，取平均值得到焊丝重量为364G，按照药皮质量系数配制好药粉，将药粉倒入瓷钵并用磁棒搅拌均匀，向瓷钵中倒入少量水玻璃，用手揉搓水玻璃和药粉，使药粉和水玻璃混合均匀并呈现出面团状，将其取出均匀的覆盖在焊丝表面，并在焊丝尾端留有大约2CM空隙。用手单方向搓制，使药粉均匀地覆盖在焊芯表面，将搓制
29、完成的焊条按照顺序编号放置在干燥处晾干。824小时后将晾干的焊条放置于恒温烤箱中烘培，将烤箱温度调到200，把晾干的焊条置于烤箱中烘培2个小时，在150温度下保温1H，测量制作好的焊条的夹持长度，前段、中段、后端直径，并称重，结果如表24所示，完成后取出焊条置于室温下干燥处保存。表24测得的焊条烘干后的尺寸大小序号大理石含量WT焊条长/CM夹持长度/MM焊条直径质量前段/MM中段/MM后端/MM药粉质量/G焊芯质量/G焊条质量/G10395348309608241823646302339524844742824182364625363951684084078618236462049395218
30、609109061823646425512395298209009241823646206153951781287480018236462071839521888942704182364635282139531866900910182364621892439536946100076618236464251027395348768668421823646301130395297047867221823645723123339519754766740182364578813363952074676682018236459021439395267808308421823646161542395177
31、207267061823645833164539519810780766182364598017483953673878682418236458329233施焊焊接使用前检查接线绝缘性是否良好；焊接电缆需有良好的绝缘外层，施焊时不得搭在身上；焊接时人员需穿戴好安全防护用具；焊接时需严格遵守焊接使用章程。具体如下（1）试验选取标准45钢钢材，把钢材切割成20个尺寸相近的小试样，并依次进行标号（120）。（2）先将20个试样表面打磨光滑（无明显的铁锈），然后用自制焊条分别在20试样上单层堆焊。注意一根焊条只在一个试样上堆焊。（3）观察施焊现象并记录（4）将焊接所得20组45钢焊接试样进行切割、打磨
32、、倒角。注意用砂轮机打磨棱角的过程中不可戴手套，防止砂轮将手套和手卷进机器。打磨时不可时间太长，避免高温烫伤。图26250毫米落地砂轮机图27焊后的45钢试样（5）用洛氏硬度计测试试样的硬度并记录表格。（6）用砂纸磨制试样。10图28磨制试样图29抛光后的试样图210抛光后的试样（7）将试样抛光，抛光试样见图29和图210。（8）用硝酸酒精溶液腐蚀试样。（9）观察试样焊接接头的组织，并用金相显微镜给试样的焊缝区和热影响区拍照。（10）处理数据并进行分析得出结论。234硬度测试本次试验测试试样的力学性能指标为硬度，试验采用的硬度测试设备为洛式硬度计。首先将试样放在载物台上，然后转动载物台使硬度计
33、上的指针指向红色的位置，将刻度盘调制大指针指向B字样后加载，等到指针不移动时卸载，卸载后当指针稳定后读数，注意读取刻度盘里面的数据。图211中试样表面的小圆点就是测量试样的硬度值留下的。11图211测量过硬度值的试样235组织分析（1）金相试样制备分别将20个试样磨制然后水冲洗干净，在抛光机上粗抛10分钟然后精抛5分钟，水冲洗干净后立刻用沾有酒精的棉球从上至下擦拭，随后用吹风机吹干，接着用腐蚀液腐蚀，注意立刻水冲洗，随后再用酒精清洗，吹干。进行金相分析，首先应根据试验要求制备试样。1）编号本次试验试样标号为120。2）磨制磨样分为粗磨和细磨,磨制的目的是得到平整光滑的磨面。粗磨时要将试样粗糙表
34、面磨平。细磨是消除粗磨留下的较深磨痕，为抛光工序做准备。使用的金相砂纸是250320400500700，如图212。细磨时从号数小的开始磨。在玻璃平板上磨试样的时候注意方向朝外，不可以来回磨。等到没有旧的划痕时候更换砂纸，试样顺时针旋转90度，不断重复，一直磨到700砂纸，可以看到底面呈银白色，无明显的划痕，进行下一步抛光。12图212打磨砂纸3）抛光抛光可以消除试样用砂纸打磨后遗留的细小划痕，使试样达到镜面般的光滑。本试验采用的是机械抛光，如图213，图214示。一般粗抛时采用帆布，研磨膏粒度为10M，如果粗抛达不到预定效果就用棉丝绒搭配粒度为05M的研磨膏精抛。理想的抛光面就如镜面般的光滑
35、22。图213粗抛图214精抛4）腐蚀腐蚀操作时，用揩擦法，应注意观察试样表面颜色的变化，待磨面变为银灰色或灰黑色时，立即用水冲洗，再用酒精擦去表面的水分，热风吹干即可。腐蚀时等到金属变成灰色。注意不要让它变黑即可。腐蚀好的试样磨面，切忌用手触摸，暂不观察的试样应放入干燥缸内。实践经验为高倍观察腐蚀应浅一些，低倍观察时则深一些；单相组织腐蚀重一些，双相组织腐蚀轻一些。本试验一般腐蚀到试样磨面稍发暗即可。本试验腐蚀液采用浓度为4的硝酸酒精溶液。（2）组织观察本次试验采用金相显微镜观察腐蚀后的试样的金相组织，在BM4XD倒置金相13显微镜下拍照，下面是具体步骤图215BM4XDV倒置金相显微镜正面
36、具体测试过程如下231）了解显微镜工作原理以及各部位零件的位置。2）选择100倍和400倍镜。3）将电源插头插在变压器上。4）调焦距初次操作者，为避免碰坏镜头调焦时可用低倍（100）物镜进行调试，即转动粗调手轮，将载物台将至最低位置，然后从目镜中观察的同时缓慢转动粗调手轮使载物台慢慢上升，待看到组织出现，即停止粗调进行微调，调至组织清晰为止。5）轻轻转动物镜座，将400倍物镜旋转到观察试样的正下方，微调至组织变得清晰。6）调节孔径光栏至最佳位置，可提高映像的清晰度。7）寻找相应的组织区进行观察，并分别进行拍照存档。143试验结果与分析31最优药皮质量系数的确定311不同药皮质量系数对J422焊
37、条工艺性的影响如下表31所示，在45钢试样上进行堆焊时，不同药皮质量系数对J422焊条工艺性的影响。表31不同药皮质量系数对焊条工艺性的影响组别药皮质量分数引弧性稳弧性电弧吹力飞溅渣覆盖率套筒脱渣性气孔裂纹焊缝成型0120差差很小很小差小一般一般一般差0250好好小小好一般好无无好0380一般一般大大好大差较小很小一般从以上表中可以看出，在其他条件一定的情况下，当药皮质量系数为50，焊条的引弧性、稳弧性最好，飞溅小，脱渣性好，利于施焊者施焊，并且焊缝成形美观。当药皮质量系数为20时，焊条的引弧性和稳弧形较差，难于施焊。焊接渣覆盖率差，焊缝成形差，焊接质量和效率都很低。当药皮质量系数为80，飞溅
38、大，脱渣性差。综合考虑药皮质量系数为50工艺性能最优。312不同药皮质量系数对45钢焊接接头力学性能的影响（1）试验数据下表32是3个试样焊缝区和热影响区的硬度值表，每个区域测试3个点，取平均值。15表32硬度测试值表组别药皮质量系数45钢焊接接头硬度值表（HRC）焊缝区均值热影响区均值012048446847547648649450349402504954995055004964985085010380476478478477485475476479观察表33可知焊缝区硬度在药皮质量系数为50的时候最大，药皮质量系数为20和80相差不多。当药皮质量系数为50时焊接接头的热影响区硬度最大，当药
39、皮质量系数为80时焊接接头的热影响区硬度值最小。综上所述，当药皮质量系数为50时，焊缝区和热影响区的硬度值达到最大，此时45钢焊接接头具有最优的力学性能。（2）数据处理如下图31和图32所示，不同的药皮质量系数，焊缝区和热影响区所测得的硬度曲线分布图31不同药皮质量系数的焊接接头焊缝区硬度16图32不同药皮质量系数的焊接接头热影响区硬度313不同药皮质量系数对45钢焊接接头组织的影响由上述硬度分析可知，药皮质量系数为50时，45钢焊接接头的硬度值最大，此时焊接接头具有最佳的工艺性能和力学性能。图33和图34分别为不同药皮质量系数在焊缝区和热影响区的500倍的显微组织（A）20（B）8017（C
40、）50图33不同药皮质量系数的焊缝区的显微组织500（A）20（B）80（C）50图34不同药皮质量系数的热影响区显微组织500根据上图可知，在同一区域内，随着药皮质量系数的增加，组织晶粒度逐渐变大，由单一的细晶状白色铁素体转变为黑色珠光体组织，焊缝区应该存在索氏体，所以硬度值较大。熔合区和热影响区都分布着贝氏体、珠光体、高碳马氏体。图3418可以观察到热影响区熔合线两侧组织差异很大，热影响区比焊缝区存在更多的珠光体和马氏体。药皮质量系数为50时，熔合线两侧组织均匀细密，熔合区组织存在较多的珠光体和贝氏体，高碳马氏体较少，结合硬度分析可知，药皮质量系数为50力学性能和组织最好。由此可见，焊缝金
41、属在熔化焊时，同样经历重新熔化、结晶凝固、转变过程，它的组织特征表现为铁素体转变成珠光体、马氏体和贝氏体。在焊缝区堆焊金属中组织成细条状和块状分布；在热影响区，冷却速度快组织的晶粒有所长大。综上所述，药皮质量系数为50时，45钢焊接接头的工艺性和力学性能最优，因此最优药皮质量系数选择50。32大理石含量对45钢焊接接头的影响321大理石含量对J422焊条工艺性的影响如下表33所示，在45钢钢板上进行堆焊时，不同大理石含量对J422焊条的工艺性的影响表33大理石对焊接接头工艺性的影响组别大理石质量分数WT引弧性稳弧性电弧吹力飞溅渣覆盖率套筒脱渣性气孔裂纹焊缝成型010差差很小小差大一般无无差02
42、3差一般很小小差大一般无无差036差一般小小差大一般无无差049差一般小小一般大较好无无一般0512一般好小小一般一般较好无无一般0615一般好小小好一般好无无好0718好好一般小好一般好无无好0821好较好一般小较好一般好无无好190924一般较好一般一般较好一般好无无好1027一般较好一般一般较好大较好无无一般1130一般一般较大较大较好大较好无无一般1233一般一般较大较大较好大较好无无一般1336一般一般较大较大较好大较好无无一般1439一般一般较大较大较好大较好无无差1542差差较大大较好大较好无无差1645差差大大较好大较好无无差1748差差大大较好大较好无无差在其他条件一定的情况
43、下，随着大理石含量的变化，45钢焊接接头的工艺性也在不断的变化。大理石可以增加熔渣的流动，降低产生裂纹和气孔的倾向，所以本次试验组中试样均无气孔和裂纹产生。如表33所示，当大理石含量在0到21内，随着大理石含量的增加，焊条的引弧性和稳弧性越来越好，而且焊接电弧逐渐稳定，焊缝成形越来越好。但当它的含量超过21，其引弧性和稳弧性有所下降。图35焊缝成形好的图36焊缝成形差的20图37焊缝成形好的图38焊缝成形差的图39本次试验试样的焊缝成形随着大理石含量的增加，渣的覆盖率越来越大同时焊接接头的脱渣性也随着大理石含量的增加变得越来越好，大理石具有造渣、造气的作用，所以试验组中渣覆盖率和脱渣性都表现良
44、好。然而与此同时出现的问题是当大理石含量超过焊接时飞溅越来越大，并且电弧吹力越来越大，不利于施焊者施焊，一定程度上也影响焊缝成形。21图310焊条的套筒图310中可以观察到试验组中焊条焊接后均会出现套筒，这应该是搓制焊条时焊条直径不均匀，并且偏大，所以造成套筒现象严重。综上所述，当药皮中大理石含量为18时焊条的引弧性和稳弧性较好，电弧吹力适中，渣覆盖率大，脱渣性好，飞溅也小，焊缝成形美观，无气孔裂纹产生，工艺性能最佳。322大理石含量对45钢焊接接头的力学性能的影响（1）试验数据下表34是17个试样的硬度测试值，试样的焊缝区和热影响区分别测试3个点，然后取其平均值。表34硬度测试值表组别大理石
45、含量WT45钢焊接接头硬度值表（HRB）焊缝区均值热影响区均值01093999979661751681721720237948448858412082212122132203692949549379910912611204996894495695620621623217051291397799961531714615606159729569839710210610104071898969799731881541861760821943926952941949311199092489594884289510610990102102788393384869203232542291130839928
46、748781792342192091233906876848741851931871871336838799087182232228214143987689585874225194197205154289735766797232183172196164571672764715106114161127174857570873,2671103125115114观察表34数据可得，随着焊条药皮中大理石含量的增加，45钢焊接接头的焊缝区的硬度值先增大，当它的含量超过18时逐渐呈下降趋势，而热影响区硬度值先有所下降，然后回升。当药皮中大理石含量为18时，焊缝区的硬度值达到最大，热影响区硬度值较大，此时4
47、5钢焊接接头具有最优的力学性能。（2）数据处理如下图311和图312所示，在药皮质量系数为50的情况下，改变药皮中大理石的含量，在焊缝区和热影响区所测得的硬度曲线分布23图31145钢焊接接头焊缝区硬度图31245钢焊接接头热影响区的硬度由图可以看出，随着大理石含量的增加，焊缝的硬度先增大后下降，当大理石含量在918硬度值较大，大理石含量在2739硬度适中，变化不大，大理石含量超过39，硬度值陡降。热影响区变化不太稳定，考虑到组织中不均匀分布的索氏体和马氏体组织，索氏体强度韧性好，高碳马氏体硬而脆，所以硬度值变化较大。在最佳药皮质量系数为50时，当大理石含量为18时，焊缝和热影响区有最大的硬度
48、值，此时45钢焊接接头具有最佳的力学性能。24323大理石含量对45钢焊接接头组织的影响如下图313和图314所示，当药皮质量系数为50，J422焊条药皮中大理石含量不同时在焊缝区和热影响区所观察的400倍的显微组织（A）0（B）3（C）6（D）9（E）12（F）1525（G）18（H）21（I）24（J）27（K）30（L）3326（M）36（N）39（O）42（P）45图313不同大理石含量焊缝区显微组织400（A）0（B）3（C）6（D）927（E）12（F）15（G）18（H）21（I）24（J）2728（K）30（L）33（M）36（N）39（O）42（P）45图314不同大理石含量
49、热影响区显微组织400观察焊缝组织图像可以看到在药皮质量系数不变的情况下，大理石含量的不同，焊接接头的显微组织的成分也不同。图片314中各个图像熔合线十分明显，熔合线热影响区的图像总是比焊缝区的图像更加暗。我们推断出发暗的热影响区中存在更多的珠光体和马氏体，而铁素体含量减少。对比熔合线两侧的组织可以发现明显的不同，热影响区的组织均比焊缝区粗大。大理石含量15的焊缝区图像可以观察到马氏体和粒状渗碳体。大理石含量3的热影响区图像可以清晰地观察到贝氏体组织。随着大理石含量的增加，热影响区组织变得较为粗大，马氏体变得粗大。焊缝区和热影响区的组织在大理石含量为18时，珠光体和铁素体分布均匀，出现较多的索氏体，热影响区中的硬脆的高碳马氏体含量减少。索氏体机械性能好，塑性和韧性俱佳，并且硬度达到最大值，此时具有较好的力学性能。29综上分析，当选择最优药皮质量系数50，大理石含量为18时，45钢焊接接头具有最佳的力学性能。30结论（1）在其他条件一定的情况下，当药皮质量系数为50，焊条的引弧性、稳弧性最好，飞溅小，脱渣性好，利于施焊者施焊，并且焊缝成形美观。（2）焊缝区硬度在焊条药皮质量系数为50的时候最大，药皮质量系数为20和80相差不多。药皮质量系数为50时，焊接接头的热影响区硬度较大，在熔合区和热影响区则均匀
