第一篇：砂漿在線回收離心機工藝調(diào)整對碳化硅分離質(zhì)量的影響

砂漿在線回收離心機工藝調(diào)整對碳化硅分

離質(zhì)量的影響

摘要：本文通過對在線回收系統(tǒng)工藝的研究，確定使用不同回收工藝對碳化硅回收質(zhì)量的影響。碳化硅為砂漿的配比成分，而其作為硅片多線切割的主要材料之一，碳化硅回收質(zhì)量的好壞對硅片切割的質(zhì)量有著直接影響。結(jié)合流動顆粒圖像分析儀FPIA3000對碳化硅顆粒粒徑、圓度、顆粒分布進行檢測，對不同回收工藝下碳化硅的檢測情況；同時配合激光測徑儀、電子拉力試驗機對切割鋼線進行檢測從側(cè)面了解碳化硅切割情況；最終通過生產(chǎn)應(yīng)用確定砂漿回收系統(tǒng)分離頻率、砂漿分離溫度、液層厚度、進料流量等對碳化硅分離質(zhì)量的影響。關(guān)鍵詞：砂漿、在線回收、離心機、微粉含量

前言

砂漿在線回收系統(tǒng)隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而興起，尤其是受到國際金融危機的影響，太陽能硅片價格低迷，使得國內(nèi)許多的硅片切割企業(yè)開始把注意力轉(zhuǎn)移到了砂漿在線回收系統(tǒng)上，以降低硅片的生產(chǎn)成本。在太陽能硅片切割過程中，切割下來的大量硅粉會混入切割砂漿中被系統(tǒng)帶出。碳化硅微粉經(jīng)磨削后部分破碎為顆粒度更小的微粉。硅粉和細顆粒度碳化硅含量達到一定程度時，砂漿不能滿足切割工藝要求，只能從系統(tǒng)排出成為廢砂漿。廢砂漿的構(gòu)成分為液體和固體兩部分：其中的液體是大量的聚乙二醇和少量水，固體部分是粗顆粒碳化硅、細顆粒碳化硅、硅粉、少量金屬屑。普通的離心分離是將液體和固體分離，而砂漿在線回收系統(tǒng)的目的是如何將可再利用的較大碳化硅顆粒分離出來進行回收，這也是我們主要研究的內(nèi)容。本文著重對在線回收系統(tǒng)

圖1 臥式離心機結(jié)構(gòu)圖 的工藝進行研究確定各項工藝變動對多晶硅片切割質(zhì)量的影響并對實際生產(chǎn)提供有效指導(dǎo)。

在線回收系統(tǒng)

在線回收系統(tǒng)的核心部件為離心機。利用離心沉降原理,實現(xiàn)固相和液相組成的懸浮液或液-液-固組成的三相混合物的分離, 本文以LW350 × 1050N臥式螺旋沉降離心機為例研究在線回收系統(tǒng)工藝對切割質(zhì)量的影響。

1、離心機工作原理

離心機由主電機、副電機、機罩、差速器、螺旋推料器、轉(zhuǎn)鼓及一套電器控制柜

等組成,其中主副電機分別采用變頻控制。其工作原理是: 砂漿經(jīng)進料口進入轉(zhuǎn)鼓,由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用,在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部被加速并形成一個圓柱液環(huán)層,密度較大的固態(tài)顆粒會沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上,與轉(zhuǎn)鼓作相對運動的螺旋葉片不斷的將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的固態(tài)顆粒刮下并推出排渣口。分離后的清液經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開口流出轉(zhuǎn)鼓。

圖

2影響離心機分離因素

2、影響離心機分離效果的因素 從影響離心機分離效果的因素著手對離心機的分離效果進行研究。其中離心機設(shè)計尺寸為離心機出廠既定參數(shù)，無法更改此文不于討論。在既有離心機基礎(chǔ)之上對離心機的分離效果進行實驗驗證。

2.1離心機頻率

離心機的頻率主要包括主頻和副頻，其中主頻對應(yīng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速調(diào)整，副頻對應(yīng)差速調(diào)整。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速影響離心機的分離效果和單位時間內(nèi)的處理量。轉(zhuǎn)速越高 ,離心力越大 ,固體顆粒的沉降速度越快 ,離心機的分離因數(shù)越高，但砂漿中的微粉是無效切割粒子，離心力過大會將過多無效切割粒子分離出來對砂漿回收質(zhì)量起負面因素。差速決定了螺旋推料器的排料速度,它的大小影響離心機的分離效果和處理能力。轉(zhuǎn)速覺得固相沉降速度、差速覺得排料速度，因此要轉(zhuǎn)速和

差速的合理配合，達到需求的固相達到轉(zhuǎn)鼓壁時排料推進器將固相排出從而到達預(yù)期的分離效果。

2.2砂漿分離溫度

溫度是對砂漿粘度影響最大的一個因素，同時粘度也是影響分離效果的因素之一。液體的粘度越大對固體表面形成的張力束縛越大，在切割過程中這一特性能很好的將砂漿中的碳化硅懸浮并攜帶入切割縫隙參與切割。但是在離心分離過程中需要降低砂漿的粘度來降低液體對固體的束縛力從而利于固液的分離。

圖

3砂漿粘度隨溫度變化曲線

溫度對砂漿的粘度影響較大，隨著溫度的變化砂漿的粘度會發(fā)生明顯變化。如圖2所示，隨著溫度的升高砂漿的粘度不斷降低，因此提升溫度能提升砂漿的分離效果。

2.3液層厚度

液層厚度即砂漿在離心機中的液位高度,它直接影響分離效果和離心機的震動程度,同時也決定了清液在離心機內(nèi)的停留時間。當進料量一定時,液層厚度越大,料液在離心機內(nèi)的停留時間就越長,達到的分離效果就越好,但對于砂漿回收來說，液層過厚會導(dǎo)致大量的無用小顆粒被分離出來，降低可用砂所占的回收比例，降低回收效果。同時合理更換液層調(diào)節(jié)板可以改善離心機的

分離效果,但必須確保所有液層板都安裝在相同的高度上,而且不同規(guī)格的液層板不能混用,否則將會導(dǎo)致離心機受力不均勻,產(chǎn)生劇烈震動。由此可見合理的液層厚度也是維持離心機最佳工作狀態(tài)的重要因素。

2.4進料流量

進料流量的大小對離心機的回收率及分離效果影響較大。進料流量小，料液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的軸向流速也小，物料在機器內(nèi)停留時間則長，分離效果提高，同時回收率提高；進料流量增大，軸向流速也增大，物料在機器內(nèi)停留時間減少，分離效果隨之下降，回收率降低。進料流量越小分離效果越好，但是這是指固液的分離。砂漿回收的主要目的是要將其中不利于切割的小顆粒碳化硅分離出去，因此流量太小也會導(dǎo)致砂漿中的無用小顆粒被回收，同時對離心機的生產(chǎn)能力有明顯影響。

離心機工藝調(diào)整對分離質(zhì)量影響

硅片切割主要是鋼線攜帶砂漿進行研磨的滾動式切割，而起主導(dǎo)作用的就是砂漿中的碳化硅。在碳化硅幾個主要的參數(shù)當中，粒型、粒徑、圓形度及微粉含量在切割中起到了至關(guān)重要的作用；本文主要對離心機可以影響的微粉含量進行討論，從而確定在線回收系統(tǒng)工藝對切割質(zhì)量的影響。微粉含量在回收碳化硅中體現(xiàn)尤為明顯，碳化硅的制作過程中尤其是碳化硅從廢砂漿回收過程中，微粉很難處理干凈，一般指粒徑小于2μm的顆粒（本文以小于3um為界限），微粉存在過多的話，切割過程中微粉會對碳化硅形成包裹，從而使碳化硅的切割能力下降，影響硅片質(zhì)量。

1、離心機頻率調(diào)整

對在線回收系統(tǒng)離心機參數(shù)進行單獨調(diào)整，維持進料流量10L/min，進料溫度34℃，液層厚度控制擋板中位檔。同時對分離的一次重液即分離固體中碳化硅通過FPIA3000檢測確定微粉含量。頻率 差速 回收率 微粉<3um 21.6、17.2

80% 8.0% 21.6、18.3 6 69% 5.7% 20.5、17.2 6 62% 6.6% 19.9、14.3

68%

7.1%

表

1不同頻率回收率及微粉變化

由表1可以看出在不同頻率下砂漿的回收率和微粉含量不同，在差速相同的情況下主頻越大回收率越高，主頻相同的情況下差速小回收率越大，但此時要考慮流量和設(shè)備出料量的匹配，如果進料流量大于出料量那么多余的砂漿就會從排液孔排出造成回收率下降因此表1中出現(xiàn)在主頻一定的情況下

差速小的回收率反而小，但這也會降低分離固體中的微粉含量，同樣對砂漿的浪費也會增大。同時需要考慮高頻率下對設(shè)備的損耗也會加大。

2、砂漿分離溫度調(diào)整

維持進料流量10L/min，離心機頻率19.9HZ、14.3HZ，液層厚度控制擋板中位檔，對在線回收系統(tǒng)砂漿分離溫度進行調(diào)整，并對分離的一次重液中碳化硅微粉含量進行檢測。砂漿溫度 砂漿粘度 回收率 微粉<3um 26.2

271.4 62% 12.1% 33.5

123.2

68%

6.7%

表

2不同分離溫度對回收率及微粉影響

如表2所示，隨著溫度的升高砂漿的粘度會有明顯的下降。砂漿粘度降低后有利于砂漿中的碳化硅分離，回收率會有所提升，同時分離效果也會越好。需要注意的是砂漿中的聚乙二醇在120℃是會發(fā)生分解，因此要考慮加熱設(shè)備與砂漿接觸面的溫度不易過高以防聚乙二醇受熱分解。

3、液層厚度調(diào)整

離心機的分離液層厚度主要受排液位置影響，排液位置越接近轉(zhuǎn)鼓中心軸液層厚度越大。維持進料流量10L/min，離心機頻率19.9HZ、14.3HZ，砂漿分離溫度34℃對比不同液層厚度下的分離效果。排液位置 回收率 微粉<3um 低液層厚度 58% 6.1% 中液層厚度 63% 6.9% 高液層厚度 67%

8.2% 表

3不同液層厚度對回收率及微粉變化

根據(jù)設(shè)備自帶的調(diào)節(jié)液層厚度方式對液層厚度進行高、中、低三檔對比液層厚度對微粉含量變化影響。液層厚度越高回收率越高，微粉含量也會隨之增加。但不能完全依據(jù)此調(diào)整降低回收碳化硅中的微粉含量，因為隨之液層厚度的降低回收率也會降低，也就意味著更多的可用碳化硅隨液體排出離心機。

4、進料流量調(diào)整

設(shè)定離心機頻率19.9HZ、14.3HZ，砂漿分離溫度34℃，液層厚度中檔，對比不同進料流量對分離效果的影響。流量 回收率 微粉<3um 9.5 72% 8.04% 10.0 67% 6.61% 10.5 62%

7.7% 表4

不同流量回收率及微粉變化

通過表1可以看出在維持其他參數(shù)不變的情況下，調(diào)整流量會對碳化硅的回收率有明顯變化。其他參數(shù)不變，流量越大回收率越小，但是隨著流量的增加微粉的含量也會隨之增加，尤其在進料流量大于排料能力的時候這一情況會表現(xiàn)的尤為明顯。

結(jié)論

砂漿在線回收系統(tǒng)的可調(diào)因素及對切割質(zhì)量影響的4個主要方面：

① 離心機頻率：主頻越高回收率越高，回收效果越好，但要考慮微粉含量對切割的影響及設(shè)備損耗。離心機頻率是在線回收系統(tǒng)的主要調(diào)整參數(shù)。

② 砂漿分離溫度：砂漿分離溫度越高，粘度越低分離效果越好，這里主要考慮加熱方式及設(shè)備成本。其次加熱溫度不易過高，溫度過高操作危險系數(shù)升高以及砂漿中的聚乙二醇有可能分解。

③ 液層厚度：液層厚度越小固體分離效果越好，但是液層厚度過小也會影響砂漿中碳化硅的回收利用率，同時液層厚度也會受設(shè)備本身設(shè)定的局限性。

④ 進料流量：砂漿的進料流量越大砂漿的回收率越小，分離效果越好，但當流量大的一定程度后微粉含量會增大，分離效果會直線下降。同時進料流量和設(shè)備設(shè)計有關(guān)，受排料量影響，當進料大于排料后分離效果會明顯下滑。此外進料流量也直接影響設(shè)備的產(chǎn)能。進料流量是砂漿回收系統(tǒng)的主要調(diào)整參數(shù)。參考文獻：

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第二篇：判斷在線回收砂漿質(zhì)量方法的研究

判斷在線回收砂漿質(zhì)量方法的研究 引言

砂漿是由碳化硅和切割液按照適當?shù)谋壤{(diào)配而成的，其配比決定了砂漿的密度。砂漿的配比，與硅片切割質(zhì)量有直接關(guān)系。如果砂漿中碳化硅的量過多，容易在切割前期型槽碳化硅顆粒的堆積，硅片切割能力較強，因此入刀邊緣硅片厚度較??；隨著切割的進行，堆積的碳化硅顆粒會難以進入鋸縫，同時其阻力作用會導(dǎo)致線弓增大，而由于出入線口鋼線會發(fā)生磨損，出線口鋼線直徑較小，因此切割后的硅片厚度值偏差較大。而如果砂漿中碳化硅的量過少，則會導(dǎo)致切割能力不足，出現(xiàn)切斜或鋸痕片。因此，要根據(jù)實際情況調(diào)整切割液和碳化硅的比例。

砂漿也具有一定的粘度，粘度值主要由切割液的粘度決定。在硅片切割過程中，鋼線在導(dǎo)輪槽內(nèi)纏繞，通過導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動形成互相平行的線網(wǎng)，砂漿通過漿料嘴流到線網(wǎng)上面，由于砂漿具有一定的粘度和懸浮性，砂漿中的碳化硅顆粒附著在鋼線上，隨著線網(wǎng)的轉(zhuǎn)動不斷對硅片進行磨削切割。因此，硅片加工過程中，實際起到切割作用的是碳化硅顆粒。碳化硅和懸浮液的相關(guān)參數(shù)

判斷碳化硅質(zhì)量的主要參數(shù)是：

（1）粒徑。當前硅片厚度主流為180μm，硅片較薄，若粒徑值過大，則會造成硅片表面劃傷，影響硅片外觀質(zhì)量；同時，會加大硅片切割后的殘余應(yīng)力，易造成硅片崩邊碎片。若粒徑值小，則切割能力較弱。碳化硅的粒徑分布越均勻，越集中，碳化硅的切割能力越強，切割質(zhì)量越好。通常，我們用中粒徑D50表征碳化硅粒徑分布情況。

（2）圓度。碳化硅的圓度表示的是碳化硅棱角的鋒利程度，即砂漿的切割能力。碳化硅棱角越尖銳，碳化硅的切割能力越強，但如果顆粒稱長條狀則在切割過程中易斷裂，不利于切割。隨著碳化硅對硅塊的磨削碰撞，碳化硅的棱角會逐漸被磨圓，其切割能力也會隨著下降。

（3）微粉含量。通常微粉是指粒徑小于2μm的顆粒，由于微粉不具備切割能力，若砂漿中微粉含量過高，微粉顆粒會包裹在大的碳化硅顆粒表面，影響切割，因此砂漿中的微粉含量值越低砂漿質(zhì)量越好。以1200#碳化硅為例，D50值范圍為9.5±0.8μm，圓度系數(shù)值須小于0.905，微粉含量低于30%.切割液的主要成分是聚乙二醇，性能優(yōu)良的切割液具有懸浮性、冷卻性和易清洗性。由于砂漿中起切割作用的是碳化硅顆粒，為保證其能均勻懸浮在鋼線上，必須保證切割液具有良好的懸浮性，使碳化硅較好地分散在鋼線表面，同時保證碳化硅不會沉淀到底部。

由于切割過程中，碳化硅和硅塊之間摩擦會產(chǎn)生大量熱量，若這部分熱量不能及時被帶走，會造成硅片灼傷；同時溫度會影響砂漿的粘度和密度，因此切割液須有良好的熱傳導(dǎo)性，保證砂漿良好的切割性能。切割完畢后，砂漿回附著在硅片表面，需要將硅片清洗干凈，因此切割液須具有易清洗性能，保證硅片的外觀質(zhì)量。

判斷切割液質(zhì)量的主要參數(shù)是粘度、密度、水分含量和ph值。粘度是表征切割液性能的重要指標，它直接影響其懸浮性能及流動性，粘度值高，砂漿流動性差，無法將切割過程中產(chǎn)生的熱量及時帶走；粘度值低，則懸浮性差，碳化硅不能很好地懸浮分布在鋼線上。切割液的密度決定了砂漿的切割能力，密度值低，則砂漿切割能力差；但密度值不能過高，否則會影響砂漿的粘度。

由于切割液能夠百分之百溶于水，若切割液水含量高，會使得砂漿中的碳化硅顆粒連結(jié)在一起，分散性變差，影響切割能力。Ph值則表征了切割液的易清洗性能。對于新切割液，在25℃的溫度條件下，粘度值范圍為45-60mpas，密度范圍為1.12-1.13 g/cm3，水含量為小于0.5%，ph值范圍為5-7。需要注意的是，切割液具有很強的吸水性，要保證切割液的儲存環(huán)境濕度范圍低于60%.在線回收

砂漿是硅片切割的主要耗材，砂漿成本在硅片加工成本中占有較大比重。每次切割結(jié)束后，雖然碳化硅顆粒由于摩擦作用和破碎原因切割能力降低，且過程中產(chǎn)生較多微粉顆粒，但砂漿中仍然含有較多大顆粒碳化硅依然有較強的切割能力。

為能進一步降低硅片加工成本，對切割后的砂漿進行回收已成為行業(yè)的趨勢。砂漿的回收方式有兩種：在線回收和離線回收，其中，在線回收屬于物理回收，離線回收屬于化學(xué)回收。使用在線回收系統(tǒng)對砂漿進行在線回收的流程是：將切片后的舊砂漿收集到儲存罐，經(jīng)離心機實現(xiàn)固液分離，分離出可再利用的碳化硅，去除不具備切割能力的微粉顆粒和大部分切割液，碳化硅回收比例根據(jù)切割質(zhì)量情況可以調(diào)整。分離出的碳化硅成膠塊狀，加入新的切割液調(diào)配至所需比重，即

為重液。調(diào)配后的重液加到新砂漿調(diào)配罐，按照比例添加一定量的新切割液和新碳化硅粉，經(jīng)攪拌后達到新切割砂漿的比重要求，輸送到砂漿供給罐內(nèi)備用。

在線回收技術(shù)的優(yōu)點是：使用在線回收設(shè)備可以在生產(chǎn)現(xiàn)場直接進行廢砂漿回收處理，操作簡便，在生產(chǎn)過程不需增加任何化學(xué)試劑,這樣得到的砂漿能夠保證原有的性質(zhì)，保證砂漿質(zhì)量，且可多次重復(fù)使用,同時免去了物流等中間環(huán)節(jié)。

由于在線回收過程是物理回收，該過程沒有添加任何化學(xué)試劑，因此廢砂漿中的碳化硅顆粒經(jīng)過離心機離心后，不能有效將圓度值不同的碳化硅顆粒分離開，亦不能將微粉顆粒有效完全分離出來，且該部分微粉顆粒容易團聚在大顆粒碳化硅表面。砂漿的在線回收過程循環(huán)進行，部分碳化硅顆粒多次重復(fù)利用，因此做好在線回收砂漿的質(zhì)量判斷工作尤為重要。在線回收砂漿質(zhì)量判斷方法

判斷在線回收砂漿的質(zhì)量標準主要是通過檢測砂漿的各項參數(shù)進行判斷，其的參數(shù)主要包括：

（1）粘度。在線成品砂漿的粘度值范圍通常為170-200pas（25℃），檢測設(shè)備為歐美克粒度分析儀或其它有關(guān)設(shè)備。

（2）密度。在線回收砂漿的密度值為1.630-1.645 g/cm3.密度值高，砂漿的粘度也會相應(yīng)升高，流動性變差，且不利于后期繼續(xù)回收；密度值低則切割能力較差。

（3）微粉含量，砂漿的微粉含量值根據(jù)回收砂漿的比例不同而有所不同，通常小于6μm的微粉含量不要超過6%.（4）粒徑。砂漿中碳化硅的D50值為9.5-10.3μm。

（5）圓度。砂漿中碳化硅的圓度系數(shù)范圍為0.915-0.925。測量砂漿中碳化硅的微粉含量、圓度及粒徑值使用馬爾文粒度分析儀，傳統(tǒng)的檢測方法是將碳化硅溶于純水中，但是由于切割液具有一定的粘度，檢測時會有較多的微粉顆粒附著在大顆粒碳化硅表面，碳化硅顆粒會產(chǎn)生顆粒團聚的現(xiàn)象，粘連在一起，這樣就會使得檢測結(jié)果中粒徑值偏大，微分含量比例偏小，而圓度值則沒有了參考性，從而無法對砂漿質(zhì)量作出判斷依據(jù)。一種新的檢測方法是：

（1）使用電子天平稱取0.15±0.02g的砂漿放到10mL的量杯中（量杯不宜大）；

（2）使用膠頭滴管向量杯中添加4mL酒精，目的是使切割液的分子鏈斷開，避免切割液的粘性作用使顆粒粘連；

（3）再使用膠頭滴管向量杯中添加4mL純水；

（4）然后使用膠頭滴管向量杯中滴1mL濃度為0.1%的P40試劑，主要作用是減少碳化硅顆粒的團聚現(xiàn)象，之后將溶液充分攪拌均勻；

（5）將盛有溶液的量杯放入超聲波清洗機（25kHZ）內(nèi)超聲30秒鐘，然后再次將溶液攪拌均勻（在此過程中不斷用膠頭滴管吸取溶液防止碳化硅顆粒沉積杯底），即可開始測量。

（6）檢測結(jié)果以體積計。小結(jié)

通過有效控制在線回收砂漿的質(zhì)量，避免在硅片切割過程中由于砂漿原因?qū)е鲁霈F(xiàn)質(zhì)量異常，如產(chǎn)生切斜、鋸痕不合格片及TTV超差片的情況，對于提高硅片合格率有重要意義，同時，可有效降低硅片加工過程中的砂漿成本。

第三篇：對《太陽能晶硅片切割廢砂漿回收工藝研究》的評述

對《太陽能晶硅片切割廢砂漿回收工藝研究》項目的

評審建議

一、有關(guān)背景

1、硅片切割廢砂漿來源及成份

集成電路用基板、太陽能電池用基板的產(chǎn)品切割，一般用鋼絲帶動由碳化硅磨料構(gòu)成砂漿對高純度單晶或多晶硅棒進行切割。太陽能光伏電池行業(yè)的發(fā)展帶動了整個晶硅生產(chǎn)、晶硅切片及晶硅切割廢砂漿回收利用行業(yè)的發(fā)展。

太陽能硅片切割液廢砂漿是硅片切割的必然產(chǎn)物，其組成為：聚乙二醇35%；碳化硅微粉33%；單晶硅微粉9%；水5%和組成切割液其它物質(zhì)15%；有機膠粒；二氧化硅；金屬及金屬離子；破碎碳化硅微粉（色素和有機膠粒以及金屬及金屬離子和破碎碳化硅微粉3%）。

2、硅片切割廢液回用價值

廢砂漿中主要可回用的是聚乙二醇、碳化硅和單晶硅。每噸廢砂漿中含有8%～9%（重量）高純硅，也就是含有80kg～90kg單晶硅。（單晶硅主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽能光伏發(fā)電、供熱等。）

每噸廢砂漿中含有35%聚乙二醇，也就含有350kg聚乙二醇。（聚乙二醇可用作環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇的增韌劑。）

每噸廢砂漿中含有33%碳化硅微粉，即330kg碳化硅。（碳化硅主要用于制作砂輪、砂紙、砂帶、油石、磨塊、磨頭、研磨膏及光伏產(chǎn)品中單晶硅、多晶硅和電子行業(yè)的壓電晶體等方面的研磨、拋光等。也可用做煉鋼的脫氧劑和鑄鐵組織的改良劑，或者可用做制造四氯化硅的原料，是硅樹脂工業(yè)的主要原料。）

將切割砂漿中高純硅粉、碳化硅和聚乙二醇提取出來，進一步用于制備單晶硅或多晶硅原料，還可以解決高純度硅資源短缺問題，對于資源有效回收利用是一個重要貢獻。

回收原料再利用的具體經(jīng)濟價值應(yīng)以當前市場價格進行測算。

3、主要回收分離技術(shù)

當前一般采用物理方法進行分離，即依據(jù)各成份的性質(zhì)先進行固體和液體分離，再進行液體提純分離。

進行固體和液體分離的主要方法有：離心分離法、旋流分離、浮選法、虹吸法、過濾法、分級法、篩分法、電極法、超聲法。

液體提純分離的主要方法有：壓濾、膜過濾和蒸餾。

3.1 用于碳化硅微粉分離的方法

1）離心分離法。離心分離借助于離心力，使比重不同的物質(zhì)進行分離的方法。由于離心機等設(shè)備可產(chǎn)生相當高的角速度，使離心力遠大于重力，于是溶液中的懸浮物便易于沉淀析出：又由于比重不同的物質(zhì)所受到的離心力不同，從而沉降速度不同，能使比重不同的物質(zhì)達到分離。目前生產(chǎn)廠家采用的設(shè)備有臥螺離心機，平板離心機，三足式離心機，主要用于聚乙二醇和碳化硅固液分離，以及碳化硅微粉中微小顆粒的分離，大約能將5μm以下的微粒分離。這3種分離設(shè)備有各自的特點，可互相配合使用。也可單一使用；

2）旋流分離法。漿液通過水壓力從旋流器內(nèi)壁外側(cè)切向進入，在離心力的作用下，粗粒（重）度的固體顆粒旋轉(zhuǎn)向下，定量或不定量地從下部排渣口流出，而細粒（輕）度的固體顆粒（或清液）從溢流管內(nèi)向上流出。目前廠家采用的多為小直徑旋流分離器；

3）浮選法。固體顆粒自身表面具有疏水性或經(jīng)浮選藥劑作用產(chǎn)生或增強疏水性。疏水就是親油和親氣體，可在液，氣或水—油的界面發(fā)生聚集。本方法僅適用于特殊情況，以及單晶硅微粉的提純上，由于實際運用教少，加之浮選劑的難找，此處不加評述； 4）虹吸法。虹吸原理就是連通器的原理，加在密閉容器里液體上的壓強，處處都相等。而虹吸管里灌滿水，沒有氣，來水端水位高，出水口用手掌或其他物體封閉住。此時管內(nèi)壓強處處相等。一切安置好后，打開出水口，雖然兩邊的大氣壓相等，但是來水端的水位高，壓強大，推動來水不斷流出出水口。本方法主要在河南地區(qū)廣泛使用，也稱自然沉降法主要適用1200號碳化硅微粉。對于1500目以上的碳化硅微粉，出現(xiàn)沉降速度慢，生產(chǎn)周期長，硅料比較嚴重的問題；

5）過濾法。液體穿過濾紙上的小孔，而固態(tài)物質(zhì)留在濾紙上，從而使固體和液體分離。主要設(shè)備為壓濾機；

6）分級法。目前生產(chǎn)廠家使用的方法有水力分級和風力分級。水力分級為最原始可靠的方法，原理簡單，便與控制與分級，但投資大，控制設(shè)備儀器尤其是分級錐斗角度，進液口速度精度要求高。水力分級為最原始可靠的方法，原理簡單，便與控制與分級，但投資大，控制設(shè)備儀器精度要求高。雖然回用碳化硅微粉質(zhì)量不如水力分級的好，但風力分級的碳化硅微粉也能滿足回用要求，并且投資小，故目前風力分級為大多數(shù)廠商采用；

7）篩分法。主要使用超聲波微粉震動篩，可將500目以上的大顆粒雜質(zhì)及碳化硅微粉團聚物篩除。

3.2 用于聚乙二醇分離的方法

1）電極法。通常所謂離子選擇電極，是指帶有敏感膜的、能對離子或分子態(tài)物質(zhì)有選擇性響應(yīng)的電極，使用此類電極的分析法屬于電化學(xué)分析中的電位分析法；

2）吸附法。目前回收廠家采用方法為活性碳或硅藻土吸附。以及離子交換吸附； 3）膜過濾法。膜過濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進液側(cè)，成為濃縮液，因而實現(xiàn)對原液的分離和濃縮的目的。在廢砂漿回收利用中，主要用于去除聚乙二醇中的微量雜質(zhì)及懸浮物；

4）蒸餾法。利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別，使液體混合物部分汽化并隨之使蒸汽部分冷凝，從而實現(xiàn)其所含組分的分離。是一種屬于傳質(zhì)分離的單元操作。目前在廢砂漿回收中主要采用了單效及多效薄膜蒸發(fā)。

二、行業(yè)發(fā)展狀況及趨勢 2007年以來，全國先后出現(xiàn)了許多廢砂漿回收企業(yè)，使得廢砂漿回收技術(shù)不斷改進和完善。幾年來在硅片切割廢砂漿的回收利用方面物理分離提純方法得到了長足的進步，但全國回收企業(yè)技術(shù)參差不齊，仍存在許多問題，尤其是其中硅微粉的提純?nèi)蕴幱谘邪l(fā)階段；污水處理回收企業(yè)仍等待著更加完善和好的物理分離提純方法出現(xiàn)等。

前文主要介紹了廢砂漿回收利用方面當前比較廣泛應(yīng)用的物理方法，其他的還有化學(xué)處理法、電選處理法、電泳（電位）分離法等。

截至2012年底，國內(nèi)晶硅切割廢砂漿回收利用的相關(guān)專利申請92項，申請量居于前三的是江蘇佳宇資源利用股份有限公司、連云港佳宇電子材料科技有限公司、江西賽維LDK太陽能高科技有限公司。

行業(yè)發(fā)展上，由于金剛線切割技術(shù)的發(fā)展，對傳統(tǒng)的砂漿切割工藝的應(yīng)用產(chǎn)生替代，但一定時期內(nèi)砂漿切割技術(shù)仍會繼續(xù)廣泛使用。

三、對申報項目的意見和建議

1、申報材料的完整性及合理性

（1）申報書在第一部分的《項目基本情況》授權(quán)專利欄注明了：發(fā)明專利0件；實用新型專利7件；在第四部分《第三方評價》之6“取得知識產(chǎn)權(quán)”項下注明是：發(fā)明專利二項，實用新型九項。以上兩處存在不一致問題。

（2）在申報書第五部分《經(jīng)濟效益情況表》中的2011年9月-2014年9月的項目起止期內(nèi)，項目累計新增利潤3833.62萬元，其中2013與2012、2014年1-10月兩個時間段相比，在銷售收入基本相當?shù)那闆r下新增利潤相差較多，下附的計算依據(jù)中未見有合理說明。

（3）在《工業(yè)性試驗報告》的“結(jié)論”部分提到回收率80％以上；在《效益分析報告》的“社會效益分析”中提到回收率在85％，二者存在不一致問題，這將直接影響到經(jīng)濟效益指標和項目評價。

2、申報項目的先進性、可行性和效益性

新大新材會同開封萬盛新材進行的《太陽能晶硅片切割廢砂漿回收工藝研究》項目，在技術(shù)研究和工藝路線的確定方面，與國內(nèi)同行業(yè)其他企業(yè)和研究機構(gòu)相比具有一定的先進性，實驗監(jiān)測數(shù)據(jù)和知識產(chǎn)權(quán)、專利申請查新和批復(fù)情況也予以了佐證。

從項目工藝技術(shù)、產(chǎn)品市場價格、行業(yè)技術(shù)經(jīng)濟發(fā)展等方面來看，其可行性較強，經(jīng)濟效益相對明顯。

同時也應(yīng)看到，該項目主要采取的技術(shù)工藝偏向物理方法，在綜合利用當代工業(yè)先進技術(shù)上還有改進余地，如可以進一步綜合利用化學(xué)方法和電學(xué)方法等，在控制上可以考慮開發(fā)以更加先進和通用的DCS控制技術(shù)替代PLC控制技術(shù)，以進一步提高有關(guān)參數(shù)的精確性。

3、建議：

從項目所處行業(yè)發(fā)展來看，該項目在技術(shù)上主要側(cè)重進行了物理方法的研究和試驗，取得了較好成果。建議繼續(xù)跟蹤行業(yè)發(fā)展方向和其他技術(shù)工藝路線的比較，進一步深入了解或探索化學(xué)方法、電泳（電位）方法等技術(shù)的發(fā)展進程和經(jīng)濟可行性，以保持在該領(lǐng)域及行業(yè)的技術(shù)前瞻性和地位先進性。

第四篇：淺析焊接工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響

淺析焊接工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響

一、焊接工藝在機械制造中的應(yīng)用：

焊接由于節(jié)省大量的材料，生產(chǎn)效率高，是制造業(yè)中主要的加工工藝之一，幾乎涉及到所有的產(chǎn)品。剛結(jié)構(gòu)的焊接制作，工業(yè)產(chǎn)品及廠房的制作安裝，民用產(chǎn)品的制造等等。利用現(xiàn)有設(shè)備及焊接材料和操作人員的技能情況，制定適合的焊接工藝規(guī)程，保證焊接質(zhì)量，是產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，最為重要的環(huán)節(jié)。

焊接質(zhì)量的保證，是在試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同材料的物理性能和化學(xué)成分，以及所采用的焊接設(shè)備、焊接方法和結(jié)構(gòu)特性，制定能保證其加工質(zhì)量的焊接工藝技術(shù)文件。在生產(chǎn)實踐過程中，如何確保焊接工藝規(guī)程的實施，是鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及維修部門的重要工作。

由于各企業(yè)所加工構(gòu)件的材料和結(jié)構(gòu)不同，使用的焊接方法不同，在焊接試驗和工藝評定方面，所做的內(nèi)容也不盡相同，制定的焊接規(guī)程也有一定的差別。焊接規(guī)程做為焊接過程的技術(shù)性文件，不論生產(chǎn)何種產(chǎn)品，保證其質(zhì)量的前提，就是焊接生產(chǎn)全過程完整的執(zhí)行焊接工藝規(guī)程。

焊接工藝規(guī)程是在滿足產(chǎn)品設(shè)計規(guī)程要求的前提下，經(jīng)過焊接工藝評定制定的，是生產(chǎn)過程重要的技術(shù)文件之一。焊接工藝規(guī)程的完全執(zhí)行，是控制焊接產(chǎn)品質(zhì)量行之有效的程序和方法。

二、焊接參數(shù)對焊接的影響與控制

在結(jié)構(gòu)材料已知的情況下，焊接工藝規(guī)程中，主要的幾個參數(shù)如焊接材料、接頭形式、焊接電流、焊接電壓、保護氣體流量、氣體純度、焊接層數(shù)，而合金鋼及有色金屬焊接過程，還要考慮層間溫度、預(yù)熱及后熱溫度。如任一參數(shù)的大幅度變動，都可能產(chǎn)生焊縫尺寸超差、成形不好、裂紋、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤、燒穿、焊接變形等缺陷，甚至產(chǎn)品報廢

焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻過程。焊縫區(qū)及熱影響區(qū)溫度會隨著焊條（焊絲）的移動而發(fā)生變化。是一個不均勻加熱和冷卻過程，熔池的冶金反應(yīng)也是不充分的。焊接電流作為焊接過程重要的工藝參數(shù)之一，是決定焊接熱輸入量的重要參數(shù)，即線能量的的大小。當焊接電流增大時，焊接速度也應(yīng)加快。才能保證線能量基本不變。日常操作中，基本是以提高生產(chǎn)效率為前提，盡可能的采用大的電流參數(shù)。大的電流參數(shù)，固然提高了生產(chǎn)效率，但對焊接質(zhì)量和焊縫成形產(chǎn)生了一定的影響。會燒損一部分合金元素，隨著合金元素含量的減少，焊縫冷卻后的的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而且熔滴過渡形式也發(fā)生改變。短路過渡變?yōu)樯淞鬟^度，熔滴尺寸變小，體表面積增大，氣體帶入熔池更多，產(chǎn)生氣孔的幾率增加。大的焊接電流作業(yè)時，熔合區(qū)和過熱區(qū)的的晶粒粗大，冷卻速度加快，極易出現(xiàn)脆化相，使焊縫的疲勞強度和沖擊韌性降低。特別是淬火傾向大且有低溫沖擊韌性要求的材質(zhì)，對其焊接接頭的影響最為明顯。同時，焊接電流過大，產(chǎn)生的咬邊、焊穿、焊瘤、嚴重焊接變形致使焊接接頭應(yīng)力集中，疲勞強度和承載能力下降，嚴重時導(dǎo)致焊縫開裂。焊接電流過小易產(chǎn)生氣孔、未焊透、夾渣等缺陷，降低接頭的致密性，減少承載面積，致使接頭強度和沖擊強度降低。

焊接電流增加時，電弧的熱量增加，因此熔池體積和弧坑深度都隨電流而增加，所以冷卻下來后，焊縫厚度就增加；焊接電流增加時，焊絲的熔化量也增加，因此焊縫的余高也隨之增加。如果采用不填絲的鎢極氬弧焊，則余高就不會增加；焊接電流增加時，一方面是電弧截面略有增加，導(dǎo)致熔寬增加；另一方面是電流增加促使弧坑深度增加。由于電壓沒有改變，所以弧長也不變，導(dǎo)致電弧潛入熔池，使電弧擺動范圍縮小，則就促使熔寬減少。由于兩者共同的作用，所以實際上熔寬幾乎保持不變。

三、焊條電弧焊的電弧電壓的決定因素

電弧長度越大，電弧電壓越高，電弧長度越短，電弧電壓越低。在焊接過程中，應(yīng)盡量使用短弧焊接。立焊、仰焊時弧長應(yīng)比平焊更短些，以利于熔滴過渡，防止熔化金屬下滴。堿性焊條焊接時應(yīng)比酸性焊條弧長短些，以利于電弧的穩(wěn)定和防止氣孔?；￠L增加，金屬飛濺越多，對母材金屬的表面損傷嚴重。特別是對有防腐要求的不銹鋼類和鈦金屬構(gòu)件焊接過程中，應(yīng)盡量減少飛濺物。

同時，焊接過程中，焊接速度應(yīng)該均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫寬度和余高符合設(shè)計要求。如果焊速過快，熔化溫度不夠，易造成未熔合、焊縫成形不良等缺陷；如果焊速過慢，使高溫停留時間增長，熱影響區(qū)寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，力學(xué)性降低，同時使工件變形量增大。當焊接較薄工件時，易形成燒穿。

當其它條件不變時，電弧電壓增長，焊縫寬度顯著增加而焊縫厚度和余高將略有減少，電弧電壓增大，嚴重時引起磁偏吹。這也是使焊縫成型不好，形成氣孔、夾渣、未焊透的一個因素。在焊接電源為直流反接時，表現(xiàn)得尤為突出。

由此可見，電流是決定焊縫厚度的主要因素，而電壓則是影響焊縫寬度的主要因素。因此，為得到良好的焊縫形狀，即得到符合要求的焊縫成形系數(shù)，這兩個因素是互相制約的，即一定的電流要配合一定的電壓，不應(yīng)該將一個參數(shù)在大范圍內(nèi)任意變動。

焊速對熔深和熔寬均有明顯影響，焊速較小時（例如單絲埋弧焊焊速小于）熔深隨焊速增加略有增加，熔寬減小。但焊速達到一定數(shù)值以后，熔深和熔寬都隨焊速增大而明顯減小。這是因為焊接速度增加時，焊縫中單位時間內(nèi)輸入的熱量減少了。從焊接生產(chǎn)率考慮，焊接速度愈快愈好。但當焊縫厚度要求一定時，為提高焊接速度，就得進一步提高焊接電流和電弧電壓，所以，這三個工藝參數(shù)應(yīng)該綜合在一起進行選用。四、焊速對焊接的影響

焊速較小時，電弧力的作用方向幾乎是垂直向下的，隨著焊速增大，弧柱后傾有利熔池液體金屬在電弧力作用下向尾部流動，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加。

焊速增加時，從焊縫的熱輸入和熱傳導(dǎo)角度來看，焊縫的熔深和熔寬都要減小。

以上兩方面因素綜合的結(jié)果，低焊速時前者起主導(dǎo)作用，熔深隨焊速增加而略有增加。當焊速超過一定值時，后者起主導(dǎo)作用，熔深就隨焊速增加而減小。熔寬及增高則總是隨焊速增加而減小的。

從焊接生產(chǎn)率角度來考慮，焊速是愈快愈好，因此焊速減慢熔深降低的這一段區(qū)間是沒有實際意義的。當焊件熔深要求確定時，為提高焊速，就得進一步提高焊接電流和電弧電壓，即意味著電弧功率提高，因此，焊接電流和焊速的選取就要考慮綜合經(jīng)濟效果。簡單的提高功率來提高焊速是有限制的。焊速對熔深和熔寬均有明顯影響，焊速較小時（例如單絲埋弧焊焊速小于）熔深隨焊速增加略有增加，熔寬減小。但焊速達到一定數(shù)值以后，熔深和熔寬都隨焊速增大而明顯減小。

實踐證明，提高電弧電壓會使熔池保護性能變差，氮氣孔傾向增加。提高焊接速度，會使結(jié)晶速度增加，氣孔傾向也增加。

五、常用焊接材料包括焊條、焊絲、保護氣體、焊劑。焊芯（焊絲）其作用主要是填充金屬和傳導(dǎo)電流。

焊條按用途可分為10大類；按熔渣酸堿度分為酸性和堿性兩大類；焊劑有酸性、中性、堿性三大類。焊絲按結(jié)構(gòu)有實芯和藥芯兩類，按用途有8大類。手弧焊和埋弧焊作業(yè)中，焊縫區(qū)是通過氣渣聯(lián)合保護的。氣保焊和氣焊是以氣保護為主。堿性焊條由于加入CaF2，影響氣體電離，電弧的穩(wěn)定性變差，一般要求采用直流反接。焊條工藝性能是通過藥皮配方來實現(xiàn)的。以電弧穩(wěn)定性、焊縫脫渣性、再引弧性、飛濺率、熔敷系數(shù)、熔敷率、摻合金作用強弱等性能體現(xiàn)的。焊條（焊絲）質(zhì)量檢驗有相關(guān)的國家標準作為依據(jù)。在實際使用中，一般都是定型生產(chǎn)的產(chǎn)品，可根據(jù)結(jié)構(gòu)和焊縫金屬強度要求，做相應(yīng)的檢驗。焊條（焊絲）的選用的基本原則是，確保焊接結(jié)構(gòu)安全使用的前提下，盡量選用工藝性能好和生產(chǎn)率高的焊條（焊絲）和焊劑。根據(jù)被焊構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點、母材性質(zhì)和工作條件，對焊縫金屬提出安全使用的各項要求，所選焊條（焊絲）、焊劑都應(yīng)使之滿足。必要時通過焊接性試驗來確定。在生產(chǎn)中主要有同種金屬材料焊接和異種金屬焊接兩種情況，選用焊條（焊絲）焊劑時考慮的因素應(yīng)有所區(qū)別。焊條（焊絲）、焊劑的保管也是焊接質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)之一，是不容忽視的。出現(xiàn)的藥皮脫落、焊絲表面銹蝕、藥皮（焊劑）含水量增加，均會導(dǎo)致焊縫含氫量過高，氣孔增加幾率升高，焊縫抗裂性能、韌性下降。有色金屬和不銹鋼構(gòu)件防腐性能下降等工藝質(zhì)量問題。特別是壓力容器及特殊鋼結(jié)構(gòu)制造中尤為重要。為了保證焊接質(zhì)量，原材料的質(zhì)量檢驗很重要。在生產(chǎn)的起始階段，就要把好材料關(guān)，才能穩(wěn)定生產(chǎn)，穩(wěn)定焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。

六、加強焊接原材料的進廠驗收和檢驗，必要時要對其理化指標和機 械性能進行復(fù)驗。

建立嚴格的焊接原材料管理制度，防止儲備時焊接原材料的污損。實行在生產(chǎn)中焊接原材料標記運行制度，以實現(xiàn)對焊接原材料質(zhì)量的追蹤控制。選擇信譽比較高、產(chǎn)品質(zhì)量比較好的焊接原材料供應(yīng)廠和協(xié)作廠進行訂貨和加工，從根本上防止焊接質(zhì)量事故的發(fā)生。

總之，焊接原材料的把關(guān)應(yīng)當以焊接規(guī)范和國家標準為依據(jù)，及時追蹤控制其質(zhì)量，而不能只管進廠驗收，忽視生產(chǎn)過程中的標記和檢驗。

七、焊接接頭在焊接時的方法

焊接接頭是組成焊接結(jié)構(gòu)的最基本要素。也是焊接結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。主要有對接、角接、搭接、T形、卷邊五種形式。為使焊縫的厚度達到規(guī)定的尺寸不出現(xiàn)焊接缺陷和獲得全焊透的焊接接頭，焊縫的邊緣應(yīng)按板厚和焊接工藝要求加工成各種形式的坡口。

常用焊接接頭坡口形式有V形、X形、U形及雙U形。設(shè)計和選擇坡口焊縫時，應(yīng)考慮坡口角度、根部間隙、鈍邊和根部半徑。

焊條電弧焊時，為保證焊條能夠接近焊接接頭根部以及多層焊時側(cè)邊熔合良好，坡口角度與根部間隙之間應(yīng)保持一定的比例關(guān)系。當坡口角度減小時，根部間隙必須適當增大。因為根部間隙過小，根部難以熔透，必須采用較小規(guī)格的焊條，降低焊接速度；反之如果根部間隙過大，則需要較多的填充金屬，提高了焊接成本和增大了焊接變形。

熔化極氣體保護焊由于采用的焊絲較細，且使用特殊導(dǎo)電嘴，可以實現(xiàn)厚板（大于200mm）I形坡口的窄間隙對接焊。

開有坡口的焊接接頭，一般需要留有鈍邊來確保焊縫質(zhì)量。鈍邊高度以既保證熔透又不致燒穿為佳。焊條電弧焊V形或雙面U形坡口取0～3mm，雙面V形或雙面U形坡口取0～2mm。埋弧焊的熔深比焊條電弧焊大，因此鈍邊可適當增加，以減少填充金屬。帶有鈍邊的接頭，根部間隙主要取決于焊接位置和焊接工藝參數(shù)，在保證焊透的前提下，間隙盡可能減小。

坡口加工可以采用機械加工或熱切割法。V形坡口和X形坡口可以在機械氣割下料時，采用雙割據(jù)或三割據(jù)同時完成坡口的加工。坡口加工的尺寸公差對于焊件的組裝和焊接質(zhì)量有很大的影響，應(yīng)嚴格檢查和控制。坡口的尺寸公差一般不超過±0.5mm。

八、焊接方法的重要性

焊接質(zhì)量對工藝方法的依賴性很強，焊接方法在影響焊接工序質(zhì)量的諸因素中占有非常突出的地位。工藝方法對焊接質(zhì)量的影響主要來自兩個方面，一方面是工藝制訂的合理性；另一方面是執(zhí)行工藝的嚴格性。工藝方法是根據(jù)模擬相似的生產(chǎn)條件所作的試驗和長期積累的經(jīng)驗以及產(chǎn)品的具體技術(shù)要求而編制出來的，是保證焊接質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，它有規(guī)定性、嚴肅性、慎重性和連續(xù)性的特點。通常由經(jīng)驗比較豐富的焊接技術(shù)人員編制，以保證它的正確性與合理性。在此基礎(chǔ)上確保貫徹執(zhí)行工藝方法的嚴格性，在沒有充足根據(jù)的情況下不得隨意變更工藝參數(shù)，即使確需改變，也得履行一定的程序和手續(xù)。

不合理的焊接工藝不能保證焊出合格的焊縫，但有了經(jīng)評定驗證的正確合理的工藝規(guī)程，若不嚴格貫徹執(zhí)行，同樣也不能焊出合格的焊縫。兩者相輔相成，相互依賴，不能忽視或偏廢任何一個方面。在焊接質(zhì)量管理體系中，對影響焊接工藝方法的因素進行有效控制的做法是：必須按照有關(guān)規(guī)定或國家標準對焊接工藝進行評定。

選擇有經(jīng)驗的焊接技術(shù)人員編制所需的工藝文件，工藝文件要完整和連續(xù)。按照焊接工藝規(guī)程的規(guī)定，加強施焊過程中的現(xiàn)場管理與監(jiān)督。

在生產(chǎn)前，要按照焊接工藝規(guī)程制作焊接產(chǎn)品試板與焊接工藝檢驗試板，以驗證工藝方法的正確性與合理性。還有，就是焊接工藝規(guī)程的制定無巨細，對重要的焊接結(jié)構(gòu)要有質(zhì)量事故的補救預(yù)案，把損失降到最低?？筛鶕?jù)在特定環(huán)境下，焊接質(zhì)量對環(huán)境的依賴性也是較大的。焊接操作常常在室外露天進行，必然受到外界自然條件（如溫度，濕度、風力及雨雪天氣）的影響，在其它因素一定的情況下，也有可能單純因環(huán)境因素造成焊接質(zhì)量問題。所以，也應(yīng)引起一定的注意。在焊接質(zhì)量管理體系中，環(huán)境因素的控制措施比較簡單，當環(huán)境條件不符合規(guī)定要求時，如風力較大，風速大于四級，或雨雪天氣，相對濕度大于90%，可暫時停止焊接工作，或采取防風、防雨雪措施后再進行焊接，在低氣溫下焊接時，低碳鋼不得低于-20℃，普通合金鋼不得低于-10℃，如超過這個溫度界限，可對工件進行適當?shù)念A(yù)熱。

第五篇：鑄造工藝參數(shù)對鑄錠質(zhì)量的影響

鑄造工藝參數(shù)對鑄錠質(zhì)量的影響

1、冷卻速度對鑄錠質(zhì)量的影響

冷卻速度指鑄錠的降溫速度，又稱冷卻強度，用單位時間內(nèi)下降的溫度來表示，常用單位是℃/s。但在實際生產(chǎn)中，這個單位不便于控制，由于在既定條件下，各種工具和工藝條件都是預(yù)先確定的，因此生產(chǎn)現(xiàn)場多采用冷卻水壓或冷卻水流量作為冷卻速度的度量。在連續(xù)鑄造過程中，鑄錠內(nèi)各點在同一時刻的冷卻速度以及同一點在不同時刻的冷卻速度都是變化的。

(1)冷卻速度對鑄錠組織的影響

在直接水冷半連續(xù)鑄造時，隨著冷卻強度的增加，鑄錠結(jié)晶速度提高，熔體中溶質(zhì)元素來不及擴散，過冷度增加，晶核增多，因而所得晶粒細小；同時，過渡帶尺寸縮小，鑄錠致密度提高，減小了疏松傾向。此外提高冷卻速度，還可細化一次晶化合物尺寸，減小區(qū)域偏析的程度。

鑄模的導(dǎo)熱條件是顯著影響鑄錠組織的重要因素，尤其是邊緣部位的組織。圖1示出了扁鑄錠中枝晶網(wǎng)尺寸分布情況：A是鑄模中金屬水平高的情況；B是鑄模中金屬水平低的情況；C是電磁鑄造的，金屬不和鑄模接觸，完全依靠噴射到鑄錠上的水流把熱量帶走。

圖1

在不同水平鑄造或電磁鑄造的扁錠中的IPP分布情況

(2)冷卻速度對鑄錠力學(xué)性能的影響。冷卻速度是決定鑄錠力學(xué)性能的基本因素。通常，隨冷卻速度增大，鑄錠的平均力學(xué)性能得到提高。冷卻速度的這種作用主要是由下面兩個原因引起的：一是隨冷卻速度增大，鑄錠結(jié)晶速度提高，晶內(nèi)結(jié)構(gòu)細化；二是隨冷卻速度增大，鑄錠過渡帶尺寸縮小，鑄錠致密度提高。此外，提高冷卻速度，還可細化一次晶化合物的尺寸，減小區(qū)域偏析的程度。

但是，合金成分不同，冷卻速度對鑄錠力學(xué)性能影響的程度是不一樣的，對變形鋁合金而言，大致可分為四個基本的類型：第一類是在所有溫度下(從室溫到熔點)均呈單相的合金，如各種牌號的高純鋁、工業(yè)純鋁、5A66、7A01等。這些合金的鑄態(tài)力學(xué)性能同冷卻速度的關(guān)系不太強烈，冷卻速度僅在能消除破壞金屬連續(xù)性的缺陷(疏松、氣孔)的極限速度之前有影響(見圖2a)。第二類是鑄態(tài)呈多相，但在固溶熱處理后變成固溶體的合金，如5A12、5A13等。這種合金的鑄態(tài)性能同冷卻速度的關(guān)系十分明顯，但在固溶熱處理后這種關(guān)系變得不明顯。這種合金即使在很低的冷卻速度下鑄造，經(jīng)熱處理后，亦可達到很高的力學(xué)性能（見圖2b）。然而當合金中存在較多的鐵、硅雜質(zhì)時，由于它們能生成不溶解的化合物，又使合金對冷卻速度的關(guān)系變得很敏感。第三類是鑄態(tài)呈多相，但任何熱處理都不能使它們變成單相的合金，這種合金中，含有的第二相是可溶的，但第二相的數(shù)量超過其溶解度極限或是同時含有可溶和不可溶的第二相的合金，絕大多數(shù)工業(yè)變形鋁合金都屬于這一類。這些合金的鑄態(tài)力學(xué)性能同冷卻速度的關(guān)系很明顯，隨冷卻速度增大，鑄錠致密度提高，在晶粒內(nèi)部和晶粒邊界上分布的脆性化合物相愈細小，因而性能急劇提高(見圖2c)。第四類是鑄態(tài)呈多相，但其中基本上只有不可溶的第二相化合物存在，如4004、4A17、4047等。這些合金鑄態(tài)力學(xué)性能與冷卻速度也有明顯的關(guān)系，但熱處理后性能基本不變（見圖2d）。

a

b

c

d

鑄造后熱處理狀態(tài)；-----------

鑄造狀態(tài)

圖2

合金機械性能與冷卻速度的關(guān)系

a-第一類合金；b-第二類合金；c-第三類合金；d-第四類合金

(3)冷卻速度對鑄錠裂紋傾向性的影響。隨冷卻速度提高，鑄錠中的溫度梯度增大，如鑄錠內(nèi)部各處不能同步收縮，則熱應(yīng)力值也相應(yīng)提高，因此，鑄錠裂紋傾向性增大。連續(xù)鑄造時，沿鑄錠周邊冷卻的不均勻程度是產(chǎn)生裂紋的重要因素之一。局部供水不足將導(dǎo)致冷卻速度的差別和凝殼厚度的變化，使鑄錠裂紋傾向性急劇提高。這種情況對于大小面冷卻速度本來就不一致的扁鑄錠表現(xiàn)尤為明顯。

(4)冷卻速度對鑄錠表面質(zhì)量的影響。在通常采用普通結(jié)晶器和鑄造速度較慢的情況下，提高冷卻速度會使鑄錠表面產(chǎn)生冷隔的傾向性增大，而使鑄錠表面產(chǎn)生偏析浮出物和拉裂的傾向性降低。

2、鑄造速度對鑄錠質(zhì)量的影響

鑄造速度是指鑄錠相對結(jié)晶器的運動速度，常用mm／min或m／h表示。在連續(xù)鑄造過程中，鑄錠從結(jié)晶器中拉出的速度在正常鑄造階段是不變的，但在開頭、結(jié)尾時以及在鑄造過程中由于液面波動的影響，其實際鑄造速度不盡一致。

(1)鑄造速度對鑄造組織的影響

在一定范圍內(nèi)，隨著鑄造速度的提高，鑄錠晶內(nèi)結(jié)構(gòu)細小。但過高的鑄造速度會使液穴變深(h液穴=kV鑄)，過渡帶尺寸變寬，結(jié)晶組織粗化，結(jié)晶時的補縮條件惡化，增大了中心疏松傾向，同時鑄錠的區(qū)域偏析加劇，使合金的組織和成分不均勻性增加。

(2)鑄造速度對鑄錠力學(xué)性能的影響。鑄造速度對鑄錠力學(xué)性能的影響取決于它對鑄錠結(jié)晶速度和過渡帶尺寸影響的綜合結(jié)果。一般的規(guī)律是：隨鑄造速度的提高，鑄錠的平均力學(xué)性能按具有極大值的曲線變化(見圖3)，但性能沿鑄錠截面分布的不均勻程度增大。

結(jié)晶速度和過渡帶尺寸是決定多相合金及按固溶體類型結(jié)晶的合金的力學(xué)性能的主要因素。隨鑄造速度提高，鑄錠的平均結(jié)晶速度增大，晶內(nèi)結(jié)構(gòu)細化，因而鑄錠的平均力學(xué)性能得到提高。在更高的鑄造速度下，由于液穴變深，過渡帶尺寸增加，鑄錠致密度降低，因而鑄錠的平均力學(xué)性能又開始下降。在提高鑄造速度的同時，由于鑄錠中心疏松程度增大以及化學(xué)成分區(qū)域偏析增大的結(jié)果，使性能沿鑄錠截面的分布變得更不均勻。

a)直徑280mm鑄錠

b)5A06合金ф405鑄錠

圖3

鑄錠的平均力學(xué)性能與鑄造速度的關(guān)系

(3)鑄造速度對鑄錠裂紋傾向性的影響。在一般情況下，提高鑄造速度時使鑄錠形成冷裂紋的傾向性降低，而使形成熱裂紋的傾向增加。這是因為提高鑄造速度使鑄錠中已凝固部分的溫度提高，而合金在溫度提高時塑性顯著增加。如果把鑄造速度提高到使鑄錠凝固層的拉伸變形發(fā)生在具有足夠塑性的溫度區(qū)間(高于200～300℃)，則鑄錠就不會發(fā)生冷裂紋。但是，隨著鑄造速度的提高，鑄錠中過渡帶尺寸增加，形成熱裂紋的脆性區(qū)的幾何尺寸增大，熔體焊合裂紋的能力降低，由于區(qū)域偏析而引起的鑄錠化學(xué)成分的不均勻性增加。同時，隨鑄造速度提高，鑄錠各層冷卻速度差別更大，導(dǎo)致拉伸變形量增大，因而使鑄錠形成熱裂紋的傾向增大。

由于對熱裂紋和冷裂紋的區(qū)分往往是不嚴格的，加之熱裂紋對冷裂紋的形成有促進作用，因此，在分析鑄造速度對鑄錠裂紋傾向性的影響時，還應(yīng)該特別注意各種形狀鑄錠中不同類型裂紋產(chǎn)生的機理和具體原因，其關(guān)系往往比上述規(guī)律性要復(fù)雜。

對于扁鑄錠，提高鑄造速度，使形成側(cè)面裂紋的傾向性降低，而使形成表面裂紋的傾向性增加。對于圓鑄錠，提高鑄造速度，使形成表面裂紋的傾向性降低，而使形成中心裂紋的傾向性增加。

(4)鑄造速度對鑄錠表面質(zhì)量的影響。隨鑄造速度的提高，液穴加深，凝殼變薄，鑄錠表面形成偏析浮出物的傾向增大。此時，帶有偏析浮出物的較薄的凝殼在熔體靜壓力作用下發(fā)生變形，且在運動中與結(jié)晶器壁產(chǎn)生摩擦的趨勢增大，因而鑄錠表面產(chǎn)生拉痕和拉裂的傾向也增大。然而，在提高鑄造速度時，鑄錠表面溫度升高，因而，形成冷隔的傾向性降低。

鑄錠的鑄造速度一般應(yīng)按下述原則進行調(diào)控:

在保證鑄錠質(zhì)量符合技術(shù)條件(包括成品率)的前提下，采用盡可能高的鑄造速度以發(fā)揮鑄造機的最大生產(chǎn)能力。

（1）對于扁鑄錠，鑄造速度的選擇首先應(yīng)當保證鑄錠沒有裂紋。一般的原則是：

1）對于沒有冷裂紋傾向的軟合金，隨鑄錠寬厚比增大，應(yīng)降低鑄造速度。

2）對于冷裂紋傾向較大的硬合金，隨鑄錠寬厚比增大，應(yīng)提高鑄造速度。

3）在鑄錠厚度和寬厚比一定的條件下，熱裂紋傾向性較大的合金，應(yīng)降低鑄造速度。

（2）對于小直徑圓鑄錠，由于裂紋傾向性和過渡帶絕對尺寸都不大，在保證鑄錠具有良好表面質(zhì)量的條件下，可以選擇較高的鑄造速度。反之，對于大截面圓鑄錠應(yīng)該采用較低的鑄造速度。一般的原則是：

1）對同一種合金，鑄錠直徑愈大，鑄造速度愈低。

2）鑄錠直徑相同時，鑄造速度按軟合金（工業(yè)純鋁、3A21、5A02等）→6000系合金（6063、6061、6A02等）→高鎂合金（5A05、5A06、5056等）→高成分2000系合金（2A11、2A12、2B11等）→高成分7000系合金（7075、7A04、7A09等）的次序遞減。

3）對于2A11合金圓鑄錠，可以按下列規(guī)律調(diào)控鑄造速度：

①在對平均力學(xué)性能的關(guān)系上，當使用普通結(jié)晶器時，最適宜的鑄造速度可按關(guān)系式

U鑄·D=2m2/h來近似確定，式中，U鑄為鑄造速度，m／h；D為鑄錠直徑，m。下同。

②保證性能沿鑄錠截面具有較均勻分布的鑄造速度可按U鑄·D=1.6～1.7m2/h來確定。

③不論鑄錠直徑大小如何，在結(jié)晶器高度為180mm時，不調(diào)整合金的化學(xué)成分，只要鑄造速度比關(guān)系式U鑄·D=1m2/h所確定的鑄造速度稍低—點，即能避免鑄錠中心層在結(jié)晶區(qū)間里出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而避免熱裂紋的出現(xiàn)。

（3）對于空心圓鑄錠，在合金和外徑相同的條件下，鑄造速度隨壁厚增加而提高；在合金和內(nèi)徑相同的條件下，鑄造速度隨壁厚增加而降低。在其他條件相同時，軟合金空心圓鑄錠的鑄造速度約比具有相同外徑的實心圓鑄錠的高30％，硬合金空心圓鑄錠的鑄造速度約比相同外徑實心圓鑄錠的高50%～100%。

（4）熱頂鑄造、氣幕鑄造和電磁鑄造時，在其他條件相同時，分別比普通鑄造的鑄造速度約高10%～20%、15%～25%和20%～30%。

最后應(yīng)指出：鑄造速度的調(diào)控與合金化學(xué)成分關(guān)系極大。對于同一種合金，在其他工藝參數(shù)不變的條件下，調(diào)整合金化學(xué)成分，可以提高保證鑄錠不產(chǎn)生裂紋的允許鑄造速度(見表1和表2)。在生產(chǎn)條件下，各種合金鑄錠的比較適宜的鑄造速度參見本章第五節(jié)連續(xù)鑄錠工藝。

表1

2A12合金圓鑄錠鑄造速度與合金中硅和鋅含量的關(guān)系

元素含量/%

不同鑄錠直徑（mm）的鑄造速度/m·h-1

硅

鋅

160

190

280

310

360

430

540

675

720

0.10

0.06

6.8

4.7

3.3

1.8

1.3

1.1

0.20

0.12

11.8

5.3

4.3

2.8

1.9

1.1

0.30

0.20

11.8

8.2

4.0

2.8

1.9

1.3

0.35

0.20

6.8

3.0

2.4

1.6

1.1

0.50

0.30

8.6

6.0

2.6

2.0

1.4

表2

7A04合金圓鑄錠鑄造速度與合金中硅含量的關(guān)系

硅含量/%

不同鑄錠直徑（mm）的鑄造速度/m·h-1

160

190

280

310

360

430

540

675

720

0.06

10.0

7.1

4.0

3.0

2.4

1.7

1.3

0.9

0.8

0.12

8.6

6.0

3.4

2.8

2.0

1.5

1.2

0.25

6.8

5.3

2.8

2.3

1.7

1.2

0.9

0.45

6.0

4.6

2.2

1.8

1.3

3、鑄造溫度對鑄錠質(zhì)量的影響?

鑄造溫度通常指鑄造過程中靜置爐內(nèi)熔體的溫度，由于液流轉(zhuǎn)注過程中熱量的散失，進入結(jié)晶器的熔體實際溫度因轉(zhuǎn)注路程的長短、保溫或加熱措施的好壞及氣溫的高低而不同，通常約比鑄造溫度低5～10℃?，F(xiàn)在看來，鑄造溫度的確切含義應(yīng)是進入結(jié)晶器時的熔體溫度。

(1)鑄造溫度對鑄錠組織的影響

提高鑄造溫度，使鑄錠晶粒粗化的趨勢增加；在一定范圍內(nèi)提高鑄造溫度，鑄錠液穴變深，結(jié)晶前沿溫度梯度變陡，結(jié)晶時冷卻速度大，晶內(nèi)結(jié)構(gòu)細化，但同時形成柱狀晶、羽毛晶的傾向增大。提高鑄造溫度還會使液穴中懸浮晶尺寸縮小，形成一次晶化合物的傾向變低，排氣補縮條件得到改善，致密度得到提高。降低鑄造溫度，熔體黏度增加，補縮條件變壞，疏松、氧化膜缺陷增多。

(2)鑄造溫度對鑄錠力學(xué)性能的影響。鑄造溫度是影響鑄錠性能的一個很活躍的因素，它對鑄錠力學(xué)性能的影響取決于下列因素的綜合結(jié)果：

1）提高鑄造溫度，使鑄錠晶粒度有粗化趨勢，從而引起鑄態(tài)力學(xué)性能降低；

2）提高鑄造溫度，使結(jié)晶前沿溫度梯度變陡，結(jié)晶時的冷卻速度增大，因而細化了晶內(nèi)結(jié)構(gòu)，引起鑄態(tài)力學(xué)性能提高。但同時，鑄錠形成柱狀晶和羽毛晶的趨勢增大，在提高鑄態(tài)力學(xué)性能總水平的前提下，鑄錠縱向和橫向性能的差別增大；

3）提高鑄造溫度，使鑄錠液穴中懸浮晶區(qū)的尺寸縮小，形成一次晶化合物的傾向性降低，排氣補縮條件得到改善，鑄錠致密度提高，從而，使鑄態(tài)力學(xué)性能提高。

綜上所述，可以認為：在一定范圍內(nèi)提高鑄造溫度，硬合金鑄錠的鑄態(tài)力學(xué)性能可相應(yīng)提高(見圖4)；而軟合金鑄錠的鑄態(tài)力學(xué)性能由于對晶粒度的關(guān)系很敏感，故有下降的趨勢。

圖4

直徑280mm2A12合金鑄錠的力學(xué)性能

鑄造溫度:1-800℃；2-700℃；3-700℃并攪拌液穴熔體

(3)鑄造溫度對鑄錠裂紋傾向性的影響。在其他條件不變時，提高鑄造溫度通常使鑄錠裂紋傾向性增大。這是因為提高鑄造溫度，使鑄錠晶粒變得粗大，使合金熱脆性提高；同時，使液穴加深，并提高了結(jié)晶器出口處鑄錠的表面溫度，減小了凝殼厚度。

(4)鑄造溫度對鑄錠表面質(zhì)量的影響。提高鑄造溫度，使鑄錠液穴變深，凝殼變薄，在熔體靜壓力作用下，凝殼與結(jié)晶器壁的摩擦面積增大；同時，熔體對結(jié)晶器壁的燒附性增強，鑄錠拉錠阻力增大，因而鑄錠表面形成拉痕和拉裂的傾向提高。提高鑄造溫度時，由于凝殼變薄和表面氧化物破裂的結(jié)果，使鑄錠表面形成偏析瘤的傾向也增加。如果此時結(jié)晶器較高或者二次水冷較弱，則可能形成凸起程度較大的偏析浮出物。但提高鑄造溫度使鑄錠表面形成冷隔的傾向性降低。

調(diào)控鑄造溫度的基本原則是：

（1）為保證熔體在轉(zhuǎn)注過程中具有充分的流動性，應(yīng)視轉(zhuǎn)注距離長短和氣溫情況，將鑄造溫度控制在比合金液相線溫度高50～110℃的范圍內(nèi)。

（2)、對于扁鑄錠，從防止裂紋這個主要問題出發(fā)，應(yīng)選擇較低的鑄造溫度。通常，扁鑄錠鑄造速度快，熔體流量大，轉(zhuǎn)注過程中降溫少，一般控制在690～710℃之間即可。對于7A04型合金，則可更低一些。

（3）對于圓鑄錠，鑄錠裂紋傾向性和鑄造溫度的關(guān)系不太敏感，而轉(zhuǎn)注過程中，熔體流量一般較小，熱量散失大，同時，為了加強鑄錠結(jié)晶時析氣補縮的能力，創(chuàng)造順序結(jié)晶的條件，以提高鑄錠致密度，故鑄造溫度多偏高選取。對于直徑350mm及以上的鑄錠一般控制在730～740℃之間；對于形成金屬間化合物一次晶傾向比較大的合金，則控制在740～755℃之間，甚至更高；對于直徑較小的圓鑄錠，由于結(jié)晶速度較快，過渡帶尺寸較小，鑄錠性能通常較高，故鑄造溫度僅以滿足流動性和不形成光晶為依據(jù)，一般控制在715～730℃

（4）空心圓鑄錠的鑄造溫度可參照同合金相同外徑的實心圓鑄錠，按下限選取。

4、結(jié)晶器有效高度對鑄錠質(zhì)量的影響

結(jié)晶器有效高度指鑄錠從液態(tài)冷凝成型過程中與結(jié)晶器工作面開始接觸點到結(jié)晶器底緣的距離。可以說，幾十年來連續(xù)鑄造的發(fā)展史，在某種程度上，也就是不斷降低結(jié)晶器有效高度的歷史。從普通結(jié)晶器到矮結(jié)晶器，再到熱頂、氣幕結(jié)晶器，直到電磁結(jié)晶器，結(jié)晶器有效高度一路下降，直至為零。結(jié)晶器有效高度對鑄錠質(zhì)量的重要性可見一斑。

(1)結(jié)晶器有效高度對鑄錠組織的影響。

隨著結(jié)晶器有效高度的降低，一次冷卻強度下降，二次直接冷卻速度加快，溶質(zhì)元素來不及擴散，活性質(zhì)點多，晶內(nèi)結(jié)構(gòu)細(見圖1)。由于液穴變淺，過渡帶變窄，有利于氣體和非金屬夾雜物的上浮，疏松傾向小，鑄錠致密度提高。

(2)結(jié)晶器有效高度對鑄錠力學(xué)性能的影響。

降低結(jié)晶器有效高度等于提早鑄錠接受二次直接水冷的時間，使鑄錠冷卻強度增大，導(dǎo)致兩個結(jié)果：一是晶內(nèi)結(jié)構(gòu)更細小，二是液穴更平坦，組織致密性提高，從而使鑄錠平均力學(xué)性能（強度和塑性）提高（見表3）。提高結(jié)晶器有效高度，在鑄錠邊緣層首先發(fā)生性能降低，這顯然與結(jié)晶面形狀和過渡帶尺寸改變有關(guān)。

表3

結(jié)晶器高度對2A50合金鑄錠力學(xué)性能的影響①

鑄錠直徑/mm

結(jié)晶器高度/mm

鑄態(tài)性能

均勻化后性能

σb

/MPa

δ/%

σb

/MPa

δ/%

橫向

縱向

橫向

縱向

橫向

縱向

橫向

縱向

192

249.0

243.0

8.80

9.66

218.1

211.0

11.21

11.10

158

224.7

214.0

7.94

7.15

204.5

208.5

10.49

8.14

290

223.9

217.5

6.33

6.80

201.4

215.3

8.18

9.18

150

204.3

209.5

5.34

5.73

198.0

202.0

8.08

7.61

350

120

212.8

217.7

5.38

5.89

200.8

199.1

7.66

7.63

180

203.5

210.3

4.98

4.75

196.5

195.1

7.87

6.97

①規(guī)格相同的鑄錠，矮結(jié)晶器采用的鑄造速度比高結(jié)晶器的低5～10mm/min。

(3)結(jié)晶器有效高度對鑄錠裂紋傾向性的影響。

這是個很復(fù)雜的問題。降低結(jié)晶器有效高度使鑄錠見水時間普遍提前，在其他條件不變的情況下，對于圓鑄錠而言，從增大了冷卻強度的角度看，液穴底部有向結(jié)晶器內(nèi)收縮的趨勢；但結(jié)晶器的有效高度絕對值減小，液穴底部又有向結(jié)晶器外伸展的趨勢。如果兩個趨勢的綜合結(jié)果是前者，則使鑄造開始時，鑄錠表面形成拉應(yīng)力的傾向性增大，因而產(chǎn)生表面裂紋的傾向性增大；如果是后者，則有利于消除圓鑄錠的表面裂紋，但同時卻增大了圓鑄錠產(chǎn)生中心裂紋和其他類型裂紋的傾向性。經(jīng)驗表明，降低結(jié)晶器有效高度，使扁鑄錠產(chǎn)生熱裂紋的傾向性增加。

(4)結(jié)晶器有效高度對鑄錠表面質(zhì)量的影響。

降低結(jié)晶器有效高度等于降低鑄錠一次冷卻強度，使由結(jié)晶器壁單獨冷卻形成的凝殼縮短，從而使鑄錠形成拉痕和拉裂的傾向性降低；又由于液穴變得更為平坦，鑄錠表面形成偏析浮出物的傾向性也降低。但是，結(jié)晶器有效高度的降低使鑄錠冷卻強度增加，這樣在其他條件相同時，鑄錠形成冷隔（成層）的傾向性增大。熱頂鑄造和氣幕鑄造時通過在結(jié)晶器上加熱帽解決這個問題，普通鑄造時，可通過提高鑄造速度或鑄造溫度來解決，還可通過精確控制液面來解決。

在實際生產(chǎn)條件下，鑄造工具基本上都是確定的，在現(xiàn)場除采用普通結(jié)晶器進行立式鑄造時可通過液面控制器對結(jié)晶器有效高度做有限的調(diào)節(jié)外，在其他情況下，比如臥式鑄造、熱頂鑄造等都是不可調(diào)的（除非更換結(jié)晶器）。可以認為，結(jié)晶器高度是與鑄造方法同時確定的。當然，通過調(diào)整鑄錠見水線位置也可調(diào)整水冷高度，但與結(jié)晶器有效高度的定義不符。

5、顯著影響鑄錠鑄錠質(zhì)量的另一因素是結(jié)晶過程中結(jié)晶前沿熔體的運動。

圖5給出了園鑄錠的枝晶網(wǎng)格尺寸的分布情況，比較了垂直液流、水平液流、傾斜液流(通過流口下面不同寬度的浮子使液流傾斜某一角度)三種分布情況。液流流射的區(qū)域?qū)?yīng)于網(wǎng)格尺寸的最小值，液流流射不到的“死區(qū)”顯示最大的網(wǎng)格尺寸。正確使用液流傾斜度，可得到比較均勻的顯微組織，作為優(yōu)質(zhì)的擠壓毛料。

圖5

在以垂直噴咀、傾斜液流和水平液流鑄造的園鑄錠中的枝晶網(wǎng)格尺寸的分布情況

上述現(xiàn)象可以用圖6來解釋，液流出口處降低了熔體的過熱(應(yīng)為冷)？，使固相線的溫度梯度變徒，因而使過渡區(qū)變薄。這里不容忽視的是晶核(懸浮晶體)向“死區(qū)”的遷移。在計算熱平衡時，必須考慮這種作為潛熱轉(zhuǎn)移的晶核遷移。其結(jié)果是被液流沖刷區(qū)的固相表面失去了熱量，既包括金屬的凝固熱，也包括晶核遷移的潛熱。在“死區(qū)”，遷入的懸浮晶體作為晶核進入結(jié)晶前沿，把少量的結(jié)晶熱釋放出來。

根據(jù)觀察結(jié)果，DAS和IPP的極小值可歸因于晶核群的遷移，此時進入結(jié)晶前沿的熔體沒有過熱。

圖6

液流流入結(jié)晶前沿對結(jié)晶順序和導(dǎo)熱條件的影響

6、鑄錠規(guī)格對鑄錠質(zhì)量的影響(鑄錠規(guī)格是指鑄錠橫斷面的幾何尺寸和鑄錠長度)

鑄錠規(guī)格是根據(jù)加工車間的要求，并考慮到合金本身的鑄造性能、熔鑄設(shè)備的能力，以及為了便于管理和提高鑄造生產(chǎn)效率，對鑄錠規(guī)格標準化提出的要求，由加工車間和鑄造車間具體磋商而確定的。

在—般條件下，鑄錠愈厚或直徑愈大，鑄錠中心愈易產(chǎn)生疏松，鑄態(tài)性能愈差，產(chǎn)生裂紋的傾向性愈大。對于扁鑄錠，裂紋傾向性還隨寬厚比增大而提高。因此，在確定鑄錠橫斷面尺寸時，除了考慮鑄造機的性能外，還必須考慮能否鑄成，鑄出的鑄錠性能(包括化學(xué)成分的反偏析程度)能否滿足技術(shù)要求以及鑄造成品率的高低和對全廠成品率的影響等因素。

鑄錠規(guī)格對枝晶網(wǎng)格大小的分布情況影響很大(見圖7)，它關(guān)系到熱量從鑄錠中心向表面?zhèn)鲗?dǎo)所經(jīng)過的距離。另一方面，所選定的鑄造速度(或牽拉速度)一定要和鑄錠規(guī)格相適應(yīng)。

圖7

不同厚度連續(xù)鑄造鑄錠的(IPP)分置情況(沿過中點垂直于鑄錠表面的直線測量)

通常，鑄錠長度的確定要考慮靜置爐的容量、鑄造機的負荷和有效行程，天車軌道標高及下一步工序加工設(shè)備的特點(包括均熱爐的尺寸、能否實現(xiàn)鋸切等)，以盡可能提高鑄錠長度，提高成品率為原則。目前，國內(nèi)大多數(shù)工廠在半連續(xù)鑄造時采用的鑄錠長度為6-7m。