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焊接工艺中控制焊缝质量的措施

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:影响焊缝质量的因素很多,在焊接加工原理上,主要是从控制焊缝金属的脱氧、脱硫、脱磷等方面进行的。液态熔渣凝固后所形成的渣壳覆盖在焊缝上,也可以防止处于高温的焊缝金属受空气的有害作用。脱氧对象主要是溶解于熔池中的FeO。焊缝金属中的硫是从母材、焊丝、焊条药皮或焊剂在熔焊过程中进入熔池金属的。实际上,通过焊接冶金来脱磷比较困难,一般采用严格控制原材料中含磷量的方法降低磷的危害。

焊接工艺中控制焊缝质量的措施

影响焊缝质量的因素很多,在焊接加工原理上,主要是从控制焊缝金属的脱氧、脱硫、脱磷等方面进行的。

(1)焊接熔渣的作用 熔渣是焊接时由焊条药皮或焊剂熔化后经过冶金反应而形成的。焊接熔渣是多种化学成分的复杂体系。焊接熔渣在焊接过程中起到的主要作用是:

1)保证电弧集中、稳定,使熔滴金属容易过渡。

2)机械保护作用。焊接时,生成的熔渣覆盖在熔滴和熔池的表面上,把液态金属与空气隔离开,保护液态金属不被氧化和氮化。液态熔渣凝固后所形成的渣壳覆盖在焊缝上,也可以防止处于高温的焊缝金属受空气的有害作用。

3)改善焊接工艺性能。具有适宜物化性能(熔点、粘度、表面张力膨胀系数等)的熔渣可使焊条具有良好的全位置焊接适应性,电弧容易引燃,并能连续燃烧,飞溅小,焊缝成形美观,保证脱渣容易,焊缝具有良好的成形等。

4)冶金处理作用。生成的熔渣和液态金属能够发生一系列的物理化学反应。在一定的条件下,熔渣可以除去焊缝中的有害杂质(如脱硫、脱磷、脱氧等),保护有益元素,向焊缝过渡所需要的合金元素,使其合金化,满足焊缝金属所需的各种性能要求。

(2)焊缝金属的脱氧 焊缝金属的脱氧有先期脱氧、沉淀脱氧和扩散脱氧三种途径。

1)先期脱氧。先期脱氧即焊接时药皮中的脱氧剂(锰铁、硅铁、钛铁、铝铁等)与氧反应,生成氧化物,转入熔渣中固定下来,尽早地把氧控制住。先期脱氧的脱氧剂种类与药皮成分、熔渣碱度有很大关系。酸性焊条主要用锰铁作脱氧剂,碱性焊条主要用硅铁、钛铁、铝铁作脱氧剂。

2)沉淀脱氧。沉淀脱氧是利用熔池中的合金元素进行脱氧。脱氧产物不溶于熔池而进入熔渣。脱氧对象主要是溶解于熔池中的FeO。常用的脱氧剂有Mn、Si、Ti。

3)扩散脱氧。利用氧化物能溶解于熔渣的特性,通过扩散使氧化物从熔池金属进入熔渣中,从而降低金属中氧化物浓度的过程,叫做扩散脱氧。

(3)焊缝金属的脱硫 硫是钢中的有害杂质之一。硫在低碳钢中以FeS和MnS的形式存在。MnS在液态铁中溶解度极小,容易排入渣中。FeS可溶解在液态铁中,但溶于固态铁中的却很少,因此在熔池结晶过程中即析出,与Fe、FeO等形成低熔点共晶体,并存在于晶界上。当焊缝冷却收缩时,焊缝在内应力的作用下导致热裂纹。

焊缝金属中的硫是从母材、焊丝、焊条药皮或焊剂在熔焊过程中进入熔池金属的。因此要降低焊缝金属中的含硫量,首先必须限制原材料的含硫量,其次在焊接过程中脱硫,其主要办法有元素脱硫和熔渣脱硫。

1)元素脱硫。在液体金属中加入一些对硫的亲和力比对铁的亲和力大的元素,把铁从FeS中还原出来。脱硫后生成的硫化物应能溶解于熔渣,而在金属中的溶解则越少越好。常用的脱硫元素是锰。

2)熔渣脱硫。熔渣脱硫主要是通过MnO、CaO和CaF2来进行的。(www.xing528.com)

MnO的脱硫反应:FeS+MnO→MnS+FeO

CaO的脱硫反应:FeS+CaO→FeO+CaS

CaF2在脱硫时,一方面氟与硫化合生成挥发性的化合物,另一方面CaF2与SiO2作用可生成CaO,有利于脱硫,其反应式为

SiO2+2CaF2→2CaO+SiF4

(4)焊缝金属的脱磷 磷是钢中的有害杂质之一。磷以铁的磷化物形式存在于钢中,而Fe3P等能与铁形成低熔点共晶体,聚于晶界上,易引起热裂纹。这些低熔点共晶体削弱了晶粒间的结合力,使钢在常温或低温时变脆(即冷脆性),造成冷裂纹。

焊接时的脱磷过程主要是使磷氧化生成P2O5。生成的P2O5在高温时很不稳定,容易分解,若采用强碱性氧化物(CaO)与酸性的P2O5生成稳定的磷酸盐,反应后的磷酸盐便进入到熔渣中。实际上,通过焊接冶金来脱磷比较困难,一般采用严格控制原材料中含磷量的方法降低磷的危害。

(5)焊缝金属的合金过渡 合金过渡就是把所需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属(或堆焊金属)中的过程。合金过渡的目的是:①补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失,获得成分、组织和力学性能与母材相同或相近的焊缝金属;②消除焊接缺陷,改善焊缝金属的组织和性能;③获得具有特殊性能的堆焊金属。合金过渡的方式主要有:应用合金焊丝或带极,应用药芯焊丝或药芯焊条,应用合金药皮或粘结焊剂,应用合金粉末,通过从金属氧化物中还原金属的方式合金化等。

为了说明合金过渡的情况,常用过渡系数η(%)来表示,即

式中 η——合金元素过渡系数(%);

CF——焊缝金属中某元素的含量;

CT——该元素在焊条中的原始总含量。

影响合金元素过渡系数η的因素很多,其中主要因素有焊接熔渣的酸碱度和合金元素本身对氧的亲和力。

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