在焊接工艺中，稀土元素在细化晶粒的同时能改善焊缝组织的形态。在自保护 药芯焊丝中添加适量稀土元素，焊缝组织中柱状晶的尺寸会由原来的宽度减少，而 反之未加稀土的柱状晶宽度很大，这对焊缝的力学性能危害很大即焊缝的塑韧性以 及强度会降低。

(3) 微合金化作用 稀土元素的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化[20,21]，稀土元素与其它溶质元

素或化合物的交互作用、稀土原子的存在状态( 原子、夹杂物或化合物) 大小、形态 和分布[22]，特别是在晶界的偏聚，以及稀土对钢的表面和基体组织结构的影响等[23,24]。

稀土元素的合金化作用可以从两方面考虑。稀土原子和金属原子的半径相差较 大因此稀土很难固溶在钢液中，由此得知稀土元素形成固溶体很难。同时稀土在钢 中会偏聚在晶界，这样会导致晶界结构出现变化同时会阻碍元素的扩散，而总所周 知晶粒的长大与相的形成密切相关，因此会使钢的组织性能改变。

1。5   本文研究的主要内容

堆焊在现代工业领域有很大的应用。堆焊后的组织和成分会对堆焊金属的性能 产生很大的影响。而组织中的夹杂物的分布、形状、数量、形状会对堆焊金属的性 能产生很大的影响。因此，本文堆焊时使用无渣自保护药芯焊丝，在药芯焊丝中添 加不同含量的稀土元素，通过对采用该焊丝堆焊的试样进行分析与研究。本文对堆 焊试样的组织中夹杂物的数量，尺寸等分析来探讨稀土含量对夹杂物具体的影响。 利用扫描电子显微镜来分析试样的表面形貌以及采用能谱仪判断夹杂物的成分。最

后对试样进行硬度测试来探讨稀土含量对焊缝性能的影响。最后通过对试验结果的 比较分析得到一个适合的稀土添加量。

第 2 章 实验材料与方案

2。1 实验材料

2。1。1   自保护药芯焊丝的保护机制

自保护药芯焊丝在堆焊中有很大的应用。自保护药芯焊丝在焊接时自身会造渣 造气，造成的渣和气可以达到保护焊缝金属的作用。

气保护是通过在焊丝中添加造气剂在焊接过程中反应生成 CO2，H2O 等，达到 保护的效果。这种保护形式对熔池的保护非常有效。所以在焊接过程不需要外加气 体对焊缝进行保护，同时焊丝会向焊缝金属过渡合金从而获得所需要的金属。但是 在药芯焊丝中加入造气剂对焊缝进行保护，造气剂在高温下会发生分解反应，反应 生成的气体逸出会导致飞溅且电弧吹力会因此增加，后果会影响焊缝的保护效果。

渣保护是在焊芯中加入各种矿石粉，焊接过程中焊丝熔化形成熔滴的同时会产 生熔渣，熔渣可以覆盖在焊道表面，主要是熔渣包裹在熔滴外面，这样可以防止氮、 氧侵入焊缝从而起到保护焊缝的作用。文献综述

通常在自保护药芯焊丝中会同时进行渣保护和气保护。 药芯焊丝保护机制可以：

(1) 减少空气中氧气和氮气接触焊缝的机会从而保护焊缝；

(2) 减少焊缝中的杂质含量，脱氧脱硫；

(3) 覆盖在焊缝表面使焊缝具有形状。

2。1。2  自保护药芯焊丝的制备

自保护药芯焊丝由药粉和钢带制备而成。药芯焊丝的填充成分要综合考虑熔敷 金属的组织、化学成分、性能和焊接工艺性能。药芯是由各种稳弧剂、脱氧剂、造 渣剂和合金剂等构成：

(1) 造渣剂一般采用 CaF2、MgO、CaCO3、TiO2、SiO2、Fe2O3 等。

TiO2 主要是以金红石的形式加入。金红石呈显出暗红色或深棕色，其中 TiO2 的 含量在 85%左右，并且含 SiO2、Fe2O3 等。SiO2 主要是以长石精矿的形式加入。长石 精矿外观为白色粉末状，其中 SiO2 的含量在 70%左右，同时还有 Al2O3、Na2O 和 K2O 等氧化物。虽然他们让焊接冶金反应复杂程度增加了，但 Na2O 和 K2O 可以让