药皮辅料交互作用对1Ni9钢焊条脱渣性的影响.pdf

2 0 1 5 年3 月第3 9 卷第3 期V 0 1 3 9N o 3 M ! 垦! 壁1 j 药皮辅料交互作用对1N i 9 钢焊条脱渣性的影响 李继红，张兴璇，刘明志，张敏 ( 西安理工大学材料科学与工程学院，西安7 1 0 0 4 8 ) 摘要：为使1 N i 9 钢焊条药皮辅料对焊条脱渣性的影响规律得到量化，按照均匀设计法设计了 药皮配方，并采用统计学软件S A S 建模，对焊条的脱渣性进行量化分析。以药皮铺料中的碳酸盐 等8 种成分的质量分数为自变量，长石和云母的含量为定值，进行二次回归分析。结果表明：在试 验所确定的成分范围内，大多数药皮辅料对焊条脱渣性的影响以交互作用的形式表现出来，增加硅 铁、钛铁的含量对改善焊条的脱渣率有利；碳酸盐或金红石的含量越多，越不利于焊后脱渣；随着萤 石或钛白粉含量增加，焊条的脱渣率呈先增后降的趋势；其它组分对焊条脱渣性无明显的影响。 关键词：1 N i 9 钢焊条；脱渣性；均匀设计法；回归分析 中图分类号：T G 4 2 2 1 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 0 3 7 3 8 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 9 4 0 4 E f f e c to fI n t e r a c t i o n sa m o n gC o a t i n gC o m p o n e n t s o nS l a gD e t a c h a b i l i t yo f1N i 9S t e e lE l e c t r o d e s L IJ i - h o n g ，Z H A N GX i n g - x u a n ，L I UM i n g - z h i ，Z H A N GM i n ( S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，X i a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，X i a l l7 1 0 0 4 8 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h ef o r m u l a so fe l e c t r o d e sw e r ed e s i g n e da c c o r d i n gt Ot h eu n i f o r md e s i g nm e t h o dt Oq u a n t i f yt h e e f f e c to fc o a t i n gc o m p o n e n t so nt h es l a gd e t a c h a b i l i t yo f1 N i 9s t e e le l e c t r o d e s T h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sw a sc a r r i e d o nt h es l a gd e t a c h a b i l i t yo ft h ee l e c t r o d e sb yu s i n gt h es t a t i s t i c a ls o f t w a r eS A S T h es q u a r er e g r e s s i o na n a l y s i sw a s c o m p l e t e db yt a k e nt h em a s sf r a c t i o no fe i g h tt y p e so fc o a t i n gc o m p o n e n t s ，s u c ha sc a r b o n a t e ，a si n d e p e n d e n t v a r i a b l e s ，a n dt h ec o n t e n t so ff e l d s p a r sa n dm i c aa sf i x e dv a l u e s T h er e s u l t ss h o wt h a ta tt h er a n g eo fs e l e c t e d c o m p o n e n t ，t h ee f f e c t so fm a j o r i t yc o a t i n gc o m p o n e n t so nt h es l a gd e t a c h a b i l i t ya r es h o w nu pi nt h ef o r mo f i n t e r a c t i o n I ti sf a v o r a b l et oi m p r o v i n gt h es l a gd e t a c h a b i l i t yo fe l e c t r o d e sb yi n c r e a s i n gt h ec o n t e n t so ff e r w - s i l i c o n a n df e r r c t i t a n i u r mT h es l a gd e t a c h a b i l i t yd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o n t e n to fc a r b o n a t eo rr u t i l e A n dw i t h t h ei n c r e a s eo ft h ec o n t e n to ff l u o r i t eo rt i t a n i u mp i g m e n t ，t h es l a gd e t a c h a b i l i t yo ft h ee l e c t r o d e sf i r s ti n c r e a s e sa n d t h e nd e c r e a s e s O t h e rc o m p o n e n t sh a v en oo b v i o u se f f e c to nt h es l a gd e t a c h a b i l i t y K e yw o r d s ：1 N i 9s t e e le l e c t r o d e ；s l a gd e t a c h a b i l i t y ；u n i f o r md e s i g nm e t h o d ；r e g r e s s i o na n a l y s i s 0 引言 与不锈钢和低温用铝合金相比，1 N i 9 钢不仅具 有合金含量少、价格低廉、许用应力大、热膨胀率小 的优点，还具有优良的强韧性和焊接性 a - a ，广泛应 用于低温压力容器、储罐( 液化天然气) 、风机等领 域 3 _ 5 | 。但目前应用于超低温( 一1 0 0 1 9 6 ) 收稿日期：2 0 1 3 1 2 2 7 ；修订日期：2 0 1 4 0 8 2 5 基金项目：国家自然科学基金资助项目( 5 1 2 7 4 1 6 2 ) ；国家高技术研究 发展计划项目( 2 0 1 3 A A 0 3 1 3 0 3 ) ；西安市科技计划项目 ( C X l z l 6 3 ) 作者简介：李继红( 1 9 7 3 一) ，男，河南洛阳人，讲师，博士。 9 4 工况的设备或容器在制备过程中所使用的1 N i 9 钢 焊接材料( 例如焊条) 依然依赖进口，因此，研发适于 1 N i 9 钢的专用焊条，对保证低温条件下焊接接头的 力学性能与母材的相匹配，并降低生产成本，无疑具 有重要的现实意义。 在新型焊条研制过程中，焊条的工艺性能是评 价焊条性能的一个重要方面，而焊条药皮辅料组分 是焊条工艺性能的决定性因素。近年来，国内许多 焊接工作者探讨了药皮辅料组分对焊条工艺性能 ( 例如脱渣性、稳弧性、飞溅率等) 的影响 6 - 7 ，然而 大多数研究只停留在经验性分析层面，且在多种辅 料交互作用对焊条工艺性能影响的研究上仍有欠 万方数据 查瞄豳四 缺。由于决定焊条工艺性能的药皮辅料种类较多， 而且原材料以及不同辅料间的交互作用都会对焊条 的工艺性指标产生相当大的影响，所以焊条工艺性 能的多项指标要同时达到最优极为困难。统计学软 件S A S 因具有计算简单、操作灵活、实用性强和多 角度多元素综合分析等优势而被广泛应用8 | 。鉴于 此，作者针对1 N i 9 钢的手工电弧焊问题，按照均匀 设计法设计了专用焊条药皮配方，并采用S A S 软件 建模，对影响1 N i 9 钢焊条脱渣性的因素及影响规律 实现了量化分析，为今后1 N i 9 钢所用焊条的研制及 生产提供理论支持。 1 试样制备与试验方法 根据1 N i 9 钢焊条在生产和制造中的经验，选定了 1 0 种焊条药皮辅料，将它们的质量分数作为试验设 计中的自变量X 。碳酸盐、萤石、锆英砂、锰铁、硅 铁、钛铁、钛白粉、金红石、长石、云母的质量分数分 别记为X 1 X 1 0 。 云母和长石具有稳定电弧、造渣以及改善焊条 药皮压涂性能的作用，而对药皮脱渣性能的影响不 大，故以固定其含量( 即常数值) 的方式加入焊条药 皮中。药皮辅料的配方如表1 所示。后续回归分析 中所用的自变量共8 个。 按照均匀设计法，依据药皮成分范围确定的试 验条件为8 因素、1 7 水平；选用均匀设计表 U ，( 1 7 8 ) ，设计了1 7 种焊条药皮配方，具体如表2 在传统低氢型焊条药皮成分范围嘲的基础上，所示。 表1 药皮辅料的质量分数 T a b , 1M a s sf r a c t i o no fc o a t i n gc o m p o n e n t s ( 1 n a 姆 试验焊条焊芯选用镍质量分数约为6 0 的 E N i C r M o - 3 合金，以保证熔敷金属具有良好的抗腐 蚀开裂性能和抗点蚀性能，尤其是在一1 9 6 下仍 保持良好的韧性，从而有利于确保获得低温性能良 好的焊缝金属。各药皮辅料经混拌均匀后，加入钾 钠混合水玻璃使其粘接成团，经压涂等制作工序后 将1 7 组焊条烘干。为防止焊条药皮开裂或脱落，试 验所采用的烘干工艺为：6 0 保温1 0h 一1 2 0 保 温1 卜1 8 0 保温1h - - 2 5 0 保温1h - - - 3 5 0 保 温1h 。 焊条制备好后进行工艺性焊接试验，采用n e b u l M 0 0 型逆变焊机进行平板堆焊。参考J B T8 4 2 3 1 9 9 6 ( 电焊条焊接工艺性能评定方法对所有焊条 所形成的焊道的脱渣情况进行测试，然后根据式 ( 1 - - 2 ) 计算每条焊道的脱渣率D 。 ， D = 坦_ 1 0 0 ( 1 ) 0 l = l l + Z 2 + 0 2X 如 ( 2 ) 式中：l 。为焊道的总长度，r a m ；l 为未脱渣焊道的长 度，m m ；1 。为完全未脱渣焊道的长度，m 瑚；l z 为严 重粘渣焊道的长度，m m ；z s 为轻微粘渣焊道的长 度，n 姐。 每种焊条测定两根，取其脱渣率的算术平均值 作为该种焊条脱渣性评价指标的因变量y 。表3 给 出了1 7 种焊条的脱渣率结果( y 值) 。 2 试验结果与讨论 2 1 回归方程的建立 由于药皮各组分对工艺性能多项指标的影响非 9 5 万方数据 穰融 警雪M 萤A E F E R 翟曷里四 奎丝丝：釜i 垫廛熊盐耋至笠旦殖! 盥坦塑埕釜匿渔：建鳗受堕 , 碰SF O R * M E C H A N I C A LE N G I N E E R I N G 表31 7 种焊条脱渣率的测试结果 T a b 3S l a gd e t a c h a b i l i t i e so f1 7t y p e so fe l e c t r o d e 常复杂，多呈交互作用，因此采