实验报告酸性焊条J422的研制作者黄春连卢世康王耀张晨阳张雪曲天舒孙良庆房家煜指导老师：李慕晴尹柯马东田春英杨文杰庄明辉蔡丁森学院：材料科学与工程学院班级：焊接一班酸性焊条J422的研制黄春连焊接一班0 引言我国焊条的年生产能力已达到100万吨以上，但主要是生产低品位的钛钙型通用焊条，优质高品位的焊条(如全位置立向下焊条，高效铁粉焊条，高纤维素焊条，700MPa 以上高强钢系列焊条，优质不锈钢和耐热钢焊条等) 十分短缺，每年仍需大量进口。

国产J422 (型号E4303)强度等级为420MPa的低碳钢焊条,其焊缝金属塑性、韧性良好,焊接性能优良,目前是国内使用最广泛的一种焊条。

据统计,国产J422 焊条的产量占全国焊条总产量的80 %以上实践证明,我国自行研制的J422 焊条具有可靠的力学性能和全方位的焊接工艺性能。

因而一直为国内外广大用户所喜爱所接受。

近年来,碳钢焊条国标的不断更新因而对J422 产品的技术指标越来越高,其明显的标志是焊缝金属的力学性能AKV(J)冲击值焊接接头的冷弯指标和抗裂性全方位的焊接工艺性能特别是T 型接头角焊的成型的焊脚尺寸以及对直径DZ2 小规格焊条的再引弧性能的很高要求通常要数10 秒,这都是急待解决的问题,因此,如何将J422 产品的焊接工艺性能,焊缝金属的力学性能和其它的综合性能,更加提高一步,是摆在广大研究人员面前的紧迫任务,提高J422 焊条力学性能(冲击值和抗冷弯指标)。

在提高力学性能的同时,提高焊条的工艺性能,使其具备良好的工艺性能;尤其对再引弧性能需要大幅度提高。

降低药皮成本,从而降低焊条成本。

国产J422焊条从50 年代中期研究和生产至今已有30多年历史,其产量已占我国焊条总产量的80%以上,是一种使用十分广泛的低碳钢焊条,因而也是各焊条厂的主导产品或主导产品之一。

从整体上讲,该焊条的内在质量不仅符合国标和船规要求,而且已达到国外同类型焊条的先进水平。

然而,在某些条件下,特别是在冬、春季节生产过程中,J422焊条药皮容易开裂的问题已困扰焊条行业几十年,迄今很多厂家尚未得到根本解决,从而严重影响了焊条的外在质量,也造成了很大浪费。

在“以人为本，追求可持续发展”的科学发展观指导下，加强对焊接过程中产生有害物质的研究，保障焊接工作者的身心健康是焊接材料研究人员的重要责任。

E4303焊条是酸性焊条，相对碱性焊条来讲，焊接烟尘中的有毒、有害物质比较少，特别是不含可溶性氟，因此对人体的危害比较小。

但在实际生产中焊工与E4303焊条的接触最为普遍，所以其产生的焊接烟尘对焊工的危害仍是不容忽视的问题。

因此对降低E4303焊条烟尘问题进行研究，保障广大焊工的身心健康是我们焊接材料研究人员义不容辞的责任。

1 实验材料及方法1.1实验材料焊条药皮配方成分作用材料 含量 % 主要成分 作用钛铁矿 4 TiO 2，FeO 造渣，稳弧，氧化 金红石 TiO 2 造渣，稳弧 钛白粉 TiO 2造渣，稳弧，成形 长石 5 SiO 2 ,Al 2O 3,K 2O+Na 2O 造渣，稳弧 白泥 13 SiO 2,，Al 2O 3,H 2O 造渣，成形，增氢 云母 10 SiO 2,，Al 2O 3,H 2O ，K 2O 造渣，稳弧，成形， 增氢白云石 21 CaCO 3+MgCO 3 造气，造渣，稳弧， 氧化中碳锰铁 14 Mn,Fe 造渣，脱氧，合金化，增磷水玻璃另加20K 2O,SiO 2,Na 2O造渣，稳弧,粘结1．1.1焊芯的选取焊芯的设计主要考虑焊条直径和焊条技术要求。

焊条技术要求包括理化性能和合金元素的过渡等。

当前国内焊材有数百种，其中大多数品种系选用H08A 焊芯。

1.2焊条制造过程首先,对所选用的药皮原材料进行分析,包括热分析、结构分析和吸湿性试验等；其次,根据需要,将药皮原材料以某一系列的量值投入配方,压涂焊条。

图一 焊条制造工艺流程图焊条制造过程1.按选定配方称好药粉，使干粉总重为100克。

铁合金焊芯矿石类化工产品水玻璃原材料的检验分析去锈 洗选 淬火粉碎 配料 拉拔 烘干（焙烧）筛分混合 校直切断 粗碎 粗碎 煅烧熔融 除油锈清理中碎 中碎 溶解 细碎 细碎 沉淀过渡 筛分筛分 浓缩 钝化配制配料、干搅拌 湿搅拌成涂料 压涂焊条药皮、磨头磨尾晾干、烘焙检验包装2.将焊条芯用砂布去锈3.将药粉放进瓷钵中进行干混，用瓷棒轻轻搅拌至药粉颜色均匀一致，注意将团粒研碎。

4.向干粉中逐渐加入水玻璃，并不断进行搅拌。

每次水玻璃加入量不要太多，最后能捏成团状可。

5.压涂本次试验用的是螺旋式压涂机，通过螺旋轴旋转时产生的推力，将涂料挤压出来，适合生产。

6.烘干：晾干24小时后，放入烘干箱中烘干，药皮外径尺寸的控制及其参数因J422属于酸性焊条，又有少量有机物，所以温度控制在220～250℃。

对烘焙后焊条药皮中的含水量应小于等于1%，以使其保持一定的韧度。

型号直径药皮外径范围ф（mm）焊条长度（㎜）J422 3.2 2.0-6.0 400 将混拌好的湿涂料送往工序与制备好的焊芯一起即可进行压涂，将湿涂料压涂在焊芯的表面上就完成了焊条的制造。

压涂工作采用螺旋式焊条压涂机进行，压涂好的焊条还需要进行磨头、磨尾，以便于焊接时使用。

1.3焊条工艺评定1、脱渣性试验（1）脱渣性试验采用平板落锤法，焊接电流120A，试验前试板温度保持在150℃以下,脱渣能由式Q=P·h·G/S 计算。

式中：P—锤重； G—重力加速度； h—锤心距试板的距离； S—熔渣覆盖面积。

（2）试板焊后静置停放1分钟,然后将试板倒置(焊道朝下),用重×Kg铁球在距试板××mm处垂直自由落下,连续敲击三次,落锤的每次击点应基本保证在试板的长度和宽度的交点处。

落锤敲击后检查脱渣率,测定焊道全长和焊道上渣壳脱落的长度。

焊条脱渣率按下式计算：D=Ls/L(%)式中：D—焊条脱渣率(%)； Ls—渣壳脱落长度(mm)； L—焊道全长(mm)。

渣壳脱落后往往在焊缝边缘粘有少量的渣,在评定时应加以说明。

如果没有任何粘渣才能认为是脱渣良好,焊缝光洁。

2、稳弧性能测定稳弧性能一般以电弧燃烧最大长度来评定。

（1) 人工记录灭弧和喘息次数法，一人施焊，二人观察，用眼睛观察记录灭弧次数及喘息次数，灭弧次数越多电弧稳定性越差。

(2）测定自然断弧长度法，焊条引弧后，将试板与焊条固定不向下送，当焊条燃烧，金属过度，弧长拉大至某临界弧长时，电弧中断，临界弧长即为自然断弧长度。

其值越大，说明焊条电弧稳定性越强。

3、飞溅及脱渣性及成型测定(1)、在天平上称二根焊条的重量，然后在飞溅收集盒内施焊，每焊完一根焊条将试板上的飞溅铲下来再进行施焊，焊完三根焊条后，将三根焊条头称重并测其长度，以备计算时用，再将收集盒内的飞溅收集起来除去渣称重，然后按下式计算飞溅系数。

(2)、将施焊的试板取出，用锤敲三下，观察脱渣情况，焊渣完全脱落，脱渣优良。

焊渣80% 脱落，脱渣良好焊渣60% 脱落，脱渣一般焊渣50% 脱落，脱渣差将焊缝清理干净，观察焊缝成型，如焊波均匀，无咬边，表面光滑，为成型优良4、熔化速度的测定施焊前测定焊条长度，并计算出焊芯单位长度的重量即 g/mm,引弧后开始记录燃弧时间，焊接规范，焊完后测定焊条头长度，计算出其熔化的焊芯重量，用下式计算熔化系数1.4焊接接头金相组织观察1.4.1金相试样制备首先将尺寸为90mm×3Omm×8mm的试板,两面在砂轮土打磨千净,去掉氧化皮和铁锈,按要求设置ZXG7一300型直流弧焊机的焊电流值,沿着试板的中点连续纵向焊一道焊缝。

焊接电流50一80A,层间温度50一150℃,焊后或时效后用线切割切取试样,进行粗磨、细磨,抛光、腐蚀。

(1)磨制切好或镶好的式样在砂轮机上磨平，尖角要倒圆。

然后用280目、400目等粗砂纸磨光，再换用800目、1000目等金相砂纸逐级细磨，一直磨到1000目砂纸方可进行粗抛光和细抛光。

磨制式样时，每换一次磨制步骤（即每换一号砂纸）时，式样磨制方向应转90°。

这样才能看出上次磨痕是否磨去。

式样在每一号砂纸上磨制时，要沿一个方向磨，切忌来回磨削，而且给式样施加的压力要适当。

（2）抛光细磨的式样还需进行抛光。

抛光的目的是去除细磨时遗留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面。

式样的抛光是在专用的抛光机上进行的，转速一般100～150r/min。

抛光时在抛光盘盘面上铺有丝绒等织物，并不断滴注抛光液。

抛光液是由Al2O3等极细粒度的磨料加水而形成的悬浮液，依靠抛光液中极细的抛光粉末与式样磨面间产生的相对磨削和滚压作用来消除磨痕。

抛光时应使式样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。

除机械抛光方法外，还有电解抛光、化学抛光等其他抛光方法。

（3）浸蚀经抛光后的式样还必须经过浸蚀后才能在显微镜下进行观察。

浸蚀主要是依靠浸蚀剂对金属的溶解或电化学腐蚀过程，使金属式样表面的晶粒与晶界及各组成相之间呈现轻微的凹凸不平，在显微镜下就可以清楚地观察到式样表面，浸蚀时间要适当，一般式样磨面发暗时就可停止。

如果浸蚀不足重复浸蚀。

浸蚀完毕后立即用清水冲洗，然后用酒精冲洗，最后用吹风机吹干，式样即可置于金相显微镜上进行观察。

1.4.2焊缝金相组织观察将制备好的试样放在金相显微镜下，观察焊缝宏观组织，观察焊缝，热影响区及母材金属的显微组织。

1.4.3显微硬度检测将观察过金相组织的焊接试样在HVS一1000数显显微硬度计上测出试样的微区组织的硬度。

三、项目研究内容和目标四、项目技术路线（方法）与进度五、项目预期成果及说明1参考文献[1]上海交通大学550教研组编,《焊接冶金学》[2]十七所兄弟院校修改和汇编,《焊接冶金基础》[3][4]清华大学机械系焊接教研组编《焊接冶金学》[5]焊接通讯1985,(1)[6]国外焊接1982,(1)[7 ]西安交大焊接教研室编《金属熔焊原理及工艺实验指导书》。

[8 ]彭道衡郭桂发《J422焊条配方改进的分析》湖北汽车工业学院焊接材料厂[9] 文景,文援兰.电焊条研制技术[M].湖南长沙:国防科技大学出版社，2001.[10]廖立乾,文花明.焊条的设计、制造与使用[M].北京:机械工业出版社，1998.。