不锈钢药芯焊丝焊接烟尘的研究

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不锈钢由于具有耐腐蚀性强,表面光洁,成型美观等特性,在经济建设中占有举足轻重的地位,并且被广泛应用于汽车、桥梁、航天、及家电设备等行业。然而,在进行焊接的过程中,由于不锈钢焊接材料中添加元素(如Mn,Cr等)的因素,产生的不锈钢焊接烟尘中含有会对人体产生伤害的金属元素。因此,本文对生产中使用广泛的ER308L,ER309L,ER316L,ER347L四个牌号的不锈钢药芯焊丝在焊接过程中产生的焊接烟尘进行系统研究。这不仅仅符合环境可持续发展战略要求,同时为工业生产中最大程度降低焊接烟尘对焊接操作者的伤害以及采取相应的劳保措施提供强有力的理论依据。本文通过自主设计和制作焊接烟尘收集装置。装置收集焊接烟尘操作简单、方便,满足实验室对不锈钢焊接烟尘进行定性分析的要求。对收集到的焊接烟尘进行制样并进行扫描电镜实验,发现不锈钢焊接烟尘形貌结构特点为:“一次粒子”的形貌普遍呈现规则的球形,并且外表光滑均匀。这些粒子中的两个或者几个在冷却的过程中会发生吞并现象,从而形成整体外形还呈球形的大粒子。“二次粒子”具有链状,葡萄状及网状,或者疏松多孔的团絮状特征。对不锈钢焊接烟尘进行粒径统计并且分析其粒径分布得出,“一次粒子”的粒径有10nm和10~2nm两个不同的尺寸量级分布,ER309L不锈钢药芯焊丝在焊接过程中产生的焊接烟尘平均粒径最小并且存在一定量的10~0nm量级的粒子;焊接烟尘粒径大小的频率分布均满足双峰分布,并且每个量级分布近似满足正态分布。通过光谱采集及标定实验,得出不锈钢焊接烟尘中除了O元素外,都含有Fe,Cr,Cu,Mn,Na,K等金属元素及S,Si,F非金属元素。某些元素只出现在某一种药芯焊丝在焊接过程中产生的焊接烟尘中,说明由于不同牌号的不锈钢药芯焊丝在焊接过程中会对焊接质量产生不同的影响,从而添加了不同的物质以提高焊接质量。Fe,Cr,Mn几种元素的在焊接烟尘中含量相对较高,尤其是以Fe含量最高。通过对不同粒径量级的不锈钢焊接烟尘的形成机理进行论述,得出10~0nm量级的焊接烟尘均质形核后没有长大或者被氧化即发生凝固,团聚成焊接烟尘,并且推断组分为单一元素;10~2nm量级的不锈钢焊接烟尘的异质形核机制使得不锈钢焊接烟尘的EDS实验中检测出Fe元素的原子百分比比某些添加元素的原子百分数低。
摘要第4-6页
abstract第6-8页
第一章 绪论第11-20页
    1.1 课题提出的背景第11-12页
    1.2 不锈钢焊接研究现状第12-15页
        1.2.1 不锈钢材料研究第12-14页
        1.2.2 不锈钢焊接性研究第14-15页
    1.3 焊接烟尘的研究第15-19页
        1.3.1 焊接烟尘的形成及性质分析第15-17页
        1.3.2 不锈钢焊接烟尘研究第17-19页
    1.4 本课题主要工作内容和研究意义第19-20页
第二章 焊接烟尘收集装置设计和烟尘收集实验第20-34页
    2.1 焊接烟尘收集装置设计过程第20-26页
        2.1.1 现有焊接烟尘收集装置发展与分析第20-24页
        2.1.2 自主设计焊接烟尘收集装置第24-26页
    2.2 不锈钢焊接烟尘收集实验第26-32页
        2.2.1 不锈钢焊接实验第26-30页
        2.2.2 不锈钢焊接烟尘提取实验第30-32页
    2.3 本章小结第32-34页
第三章 不锈钢药芯焊丝焊接烟尘形貌结构及粒径研究第34-46页
    3.1 不锈钢焊接烟尘扫描电镜试样制备第34-36页
        3.1.1 焊接烟尘扫描电镜试样制备方法选择第34-35页
        3.1.2 焊接烟尘扫描电镜试样制备过程第35-36页
    3.2 不锈钢焊接烟尘结构形貌第36-39页
    3.3 不锈钢焊接烟尘粒径分析第39-44页
    3.4 本章小结第44-46页
第四章 不锈钢药芯焊丝焊接烟尘组分及形核机制分析第46-65页
    4.1 不锈钢焊接烟尘电弧光谱采集实验第46-50页
        4.1.1 电弧光谱信息采集理论第46-48页
        4.1.2 电弧光谱信息采集过程第48-50页
    4.2 不锈钢焊接烟尘组分分析第50-60页
        4.2.1 不锈钢焊接烟尘元素分布第50-59页
        4.2.2 不锈钢焊接烟尘部分元素来源第59-60页
    4.3 不锈钢焊接烟尘形核机制第60-64页
        4.3.1 10nm量级不锈钢焊接烟尘形核机理第60-62页
        4.3.2 10~2nm量级不锈钢焊接烟尘形核机理第62-64页
    4.4 本章小结第64-65页
第五章 结论第65-67页
参考文献第67-72页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第72-73页
致谢第73-74页
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