J422焊条的发展现状

J422焊条的研究进展张晨阳 学号：（佳木斯大学材料科学与工程学院， 黑龙江省佳木斯市 ）摘要：随着我国经济建设的发展，焊接与焊接技术在经济建设中扮演越来越重要的角色。本文通过对国内焊接焊条的发展近况的概述，及J422焊接焊条的发展状况进行分析，发现J422焊条在焊接中的不足之处，并提出对其的改进方法。关键词：J422焊接焊条1；焊接材料的发展2；不足之处3；改进方法4；0 引言近年来，随着市场经济的激烈竞争，我国电焊条行业中低成本、低价格、低水平的J422焊条产品在大量的冲击市场。如何能使J422焊条上水平而又能降低成本，并使产品价格稳中有降，是各焊接生产企业的重大的研究课题。众所周知，欲使J422焊条上水平，一定要改善焊条熔敷金属的综合力学性能，提高其抗裂性能，以确保焊接工程质量安全可靠。二是要提高焊接工艺综合性能，减少烟尘危害，并使其在低电压焊接设备上使用，手感流畅，便于操作。三是要提高生产效率、使生产成本降低。1 J422焊接焊条J422碳钢电焊条简介，J422焊条是普通叫法（也称牌号），对应国际标准焊条型号为E4303。它是一种酸性焊条，药皮钛钙型，J表示结构钢焊条，42是42kg/mm²焊缝金属的抗拉强度，熔敷金属抗拉强度不低于420MPa。主要用途:用于焊接较重要的低碳钢结构和强度等级低的低合金钢，一般用于焊接钢结构和普通碳钢管道的焊接。J422焊条直径从2.5mm到6.0mm不等，可以进行全位置焊接，交直流两用。具有优良的焊接工艺性能和力学性能，电弧稳定，飞溅少，脱渣容易，焊缝成型美观。熔敷金属成分J422成分化学成分（质量百分数%）CMnSiPSNiCrMoV质量含量百分数0.201.201.000.0400.03500.300.200.300.082 焊接材料的发展现状随着焊接技术的迅速发展，焊接材料的应用范围日益扩大，对焊接材料无论品种和产量方面都提出了更高的要求，受到各行各业（如机械、冶金、建筑、锅炉和压力容器、桥梁、造船、石油化工、航空航天和和动力工程）的极大关注。我国主要焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的总产量已连续多年保持世界第一的位置，近几年我国焊接材料总产量在70-80万吨（若包括焊剂、钎料等，其总量已突破100万吨），已是名副其实的焊接生产大国。 焊材行业是在20世纪内发展起来的。1892年俄罗斯人斯落维扬诺夫研究成功金属电弧焊接的实用化方案。特别是1904年瑞典人奥斯卡凯吉尔伯格建立了世界上第一个涂料焊条厂，即现在著名的瑞典伊萨公司（ESAB公司），1917年开始用机械化方法压制和生产电焊条。同期，欧美各国对焊条药皮分别进行了大量研究，1910年瑞典房名矿物型厚药皮焊条，1919年美国发明用纸缠绕在焊芯上，提出了纤维素型焊条的初型，1921年英国提出用大理石-萤石制造焊条药皮。1927年美国开始用机械化方式大量生产焊条，出现了许多新的药皮类型及焊条品种。1964年日本研制成功“无害”焊条，接着又开发了低尘焊条，超低氢焊条和难吸潮焊条等。 我国的焊条制造始于1949年，开始是采用半机械气动焊条压途机生产焊条，后来研制成功了螺旋式连续压涂机，并有了切丝机、送丝机等焊条生产的附属设备。所生产的焊条主要是以氧化矿物型药皮为主的低碳结构钢焊条。1956年以后开始大量采用机械化方式进行焊条生产，焊条品种也逐步扩大，钛铁矿型，钛型，钛钙型和低氢型等类型的焊条相继研制成功并得到广泛应用。在产品质量上，从过去只能用于一般焊接结构到基本上能满足国内各项重大建设项目的配套，并且每年还能有约五万吨焊条的出口，远销40多个国家和地区。2.1国内J422焊条的发展现状我国的焊材工业是建国后发展起来的，在我国的焊接材料行业中，生产电焊条的企业最多，约有400多家（已申请电焊条产品生产许可证的企业有245家），其中大型焊条厂有十几家，中型焊条厂50多家，年生产能力超过100万吨。近几年我国电焊条年产量大约在6080万吨左右（其中出口大约56万吨），占整个焊材产量的85%90%左右。我国生产的电焊条以钛钙型（药皮中含氧化钛30%以上，碳酸盐20%以下）和低氢型（药皮中含钙、镁的碳酸盐和萤石）为主。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。众所周知,我国的J422普通碳钢焊条的发展,从引进澳大利亚天然金红石为主体材料,现在充分利用国产资源钦铁矿自行设计研制所形成的“钦铁矿+ 钦白粉;人造金红石;还原钦铁矿”为主体材料的3 个体系的艰难历程。发展到今天,国内焊条行业的研究人员,为了适应商品市场的竞争和降低生产的需要出发,基本上柔合了上述三个体系的优势,并相继广泛采用了以还原钦铁矿、大理石为主体,以人造金红石(或天然金红石)、钦铁矿(并少用或不用钦白粉)为辅的多种材料所形成的结一122 配方新体系。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。3.J422焊条的不足之处近年来,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。在我国经济建设高速发展的今天，焊接及焊接技术在经济建设中扮演着越来越重要的角色,但人们在获得巨大便利的同时，焊接烟尘、有毒废气、电磁干扰等危害因素直接危害着焊接工作者的健康。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。天津大桥焊材集团有限公司是目前国内最大的焊接材料生产厂家之一，“大桥牌”焊材已涵盖电焊条，实芯焊丝、药芯焊丝，焊剂等三大类200多个品种。其中“大桥牌”THJ422（E4303）焊条的产销量占全国使用量的1/3左右，是企业的主导产品。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。4改进方法4.1焊缝金属韧性（1）焊缝金属化学成分的影响。 铝合金元素和杂质，它的存在形态可以固溶于基 体，亦可形成析出相，或者析集于晶界而影响其韧性。例如J422焊条，在合金元素MnSi基础上添加适量的Ti，B等元素，则有利于焊缝金属形成均匀的铁素体珠光体组织，对改善焊缝韧性有益。又如在 Z238焊条药皮配方中加入大量的镁砂，其中MgO的 熔点高达2800，在电弧高温作用下，能分解出部分Mg元素，随着焊接熔池温度的陡降，Mg来不及再度氧化而被强迫过渡到熔池中去，在熔池结晶过程中，起到球化核心作用，使石墨的形状由片状变为球状。又如在20世纪90年代前，我国焊条行业，在 J422焊条药皮配方中，广泛采用了菱苦土，利用MgCO3MgOCO2反应，使微量的Mg元素进入熔 池，起到细化晶粒作用，对改善焊缝冲击韧性和冷弯指标已取得了良好的效果（后因菱苦土价格高而很少采用）。 此外，在某些原材料中，还含有微量的Mn，Ti， B等元素或稀土元素（如Ce组、Y组），对改善焊条 的熔敷金属的韧性亦有助益。特别是稀土元素，它的化学活性很强，几乎能够与所有的元素发生反应，生成极稳定的氧化物、卤化物和硫化物，因此在冶金过程中，稀土可以用作合金剂、还原剂、脱氧剂、脱硫剂、变性剂和调质剂。添加稀土元素能够改善材料的热加工性、韧性、抗高温蠕变特性、耐氧化性和耐高温腐蚀性。由此可见，稀土元素用在焊条药皮配方设计上除有上述优点外，还对焊接过程中的去氢、去 氧、去硫、去磷也是十分有利的。稀土元素由于化学性强烈，对于改善焊接电弧的稳定性、再引弧性也是极为有益的。（2）焊缝组织状态的影响。 通常，焊缝金属一般为铸态组织（焊后进行热处理例外），如果适量地添加Ti，B等细化晶粒的元素或减小柱晶的方向性，亦可显著地改善焊缝金属的韧性。 （3）施焊工艺的影响。 如焊接过程中的冷却条件，焊材与母材的熔合比等，都可直接或间接地影响焊缝金属的韧性。 4.2冲击韧性 按传统观念，焊缝金属的强度一般要求超过母材的强度。但从韧性角度来考虑，焊缝强度越高，其韧性往往越低。因此，适当地控制焊缝过高的强度（但至少要保持焊缝与母材等强度），控制J422焊条中的Mn，Si比和C含量等，即可提高焊缝金属的韧性， 对防止脆断事故有好处。4.3焊接综合工艺性能焊接工艺性能，涉及面很广，如电弧稳定性、再引弧性、焊接烟尘、良效套筒、良效熔渣、对焊接设备适应性、电流大小适应性、操作方法适应性等。据用户反映，当前对J422焊条反映最多的仍是电弧稳定性、再引弧性、焊接烟尘及手感柔畅性和抗裂性等。长期以来，焊条行业在这方面作了许多的努力，例如，最大限度地利用含低电离位（K2O，Na2O）的长石、云母、锂云母、人造云母、绢云母、伊利石、钾钠混合水玻璃、高锰酸钾等，但还不能满足稳弧和再引弧及压涂性能的要求，为此，在焊条药皮配方设计上，增添如木粉、竹粉、淀粉、活性炭、海藻酸钠、CMC、微晶纤维等添加物质，在稳弧、再引弧及压涂性能上取得了良好的效果，但带来的负面影响却是烟尘的危害，不利于焊工的身心健康和周边环境的清洁卫生。其次，这类物质价格偏高，不利于降低成本。为此，多寻求一些含K2O，Na2O和含Ti，B等微量元素以及含微量稀土物质以取代或部分取代上述添加剂，是当前及今后一段时期研究的热门。4.4添加新材料在药皮中添加新材料成分，新材料的化学成分及特点（1）手感非常细腻，有非常好的滑性和流变性， 黏塑性特别好，能显著地改善J422焊条的出条率和外观质量。在配方设计上可以全部或部分取代白泥，或部分取代泡石黏土、长石、云母和CMC、微晶纤维等类的添加物质，极有利于配方设计上对原材料的调整，并可降低钾钠混合水玻璃中的K2O含量。能直接或间接地降低生产成本。（2）其中富K2O的伊利石高硅土，在取代白泥后，能显著地增加J422焊条药皮配方中的K2O含量，对改善电弧稳定性和再引弧性、以及对部分取代竹粉等一类增添物质、减少焊接烟尘危害极为有利。（3）富镁材料中的Mg，尽管过渡到焊缝中极微，但它所起到的核心结晶作用，对细化焊缝晶粒度、提高焊缝的力学性能和抗裂性，仍然是大有益处的。 （4）2种新材料中，还含有Ti，Mn，B，Zr，Sr等微量元素，对改善J422焊条熔敷金属力学性能、抗裂性能，焊接工艺性能等都很有益处。5结论近年来,国际名牌不锈钢焊条相继进入我国焊材市场,并在工程应用中受到好评与肯定。相比之下,国产