焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响

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1、焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响焊管?第29卷第4期?2006年7月?89?焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响马长权编译(宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡721008)摘要:从焊剂的组成,冶金性能,化学性能,溶解[0]含量等方面,阐述了焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响.指出焊剂的性能及MnO,SiO,FeO等对焊缝中的溶解[0]含量影响很大,可改变焊缝的冲击韧性和脆性转变温度.关键词:埋弧焊;焊剂;熔渣;焊缝;活度;匹配中图分类号:TG445文献标识码:A文章编号:1001—3938(2006)04—0089—031焊剂的物理性能及作用在埋弧焊过程中,熔融焊剂具有一定的

2、物理性能方可使用,例如熔点,粘度,稳弧性,成型性,脱渣性,适应电流的范围等指标,因此,焊剂的成分必须限制在一定的范围内.一般情况下熔炼焊剂由氧化物和氟化物组成,如MnO,SiO2,CaO,MgO,A1203,TiO2,CaF2和Na,F,但在烧结焊剂中,也可能含有脱氧剂和合金化元素.从冶金方面来看,为了保证焊缝的质量,我们不希望焊剂中含有SiO成分,但是为了获得一定粘度及焊接所需电流,必须添加SiO.同时焊剂中含有大量CaO成分,但其范围也受其它组分的影响,过多时熔渣的粘度太小,不能使用.焊剂中的CaO,MgO,A10,易吸潮,焊接时容易产生气孔,MnO有利于提高焊速和熔深,

3、减少焊剂对铁锈和气孔的敏感程度,但是,它也可使焊剂承受电流的能力下降.2焊剂的冶金性能焊剂的冶金性能,是由熔渣,焊丝,母材相互反应来确定的,一般情况下可用下式来表达:MxOy+yFe.~---xM+yFeO.(1)反应式中MxOy可以是焊剂中的金属氧化物,也可以是焊剂中的其它非金属氧化物,M是焊缝中的某种元素.当这个反应达到或接近平衡时,应符合下式=KFe酱=K[FeO],(2)等式中[MxOy]和[FeO]是熔渣中这些氧化物的含量;[M],[Fe]为焊缝中Fe和其它元素的含量;KM为常数,仅取决于温度.由于焊缝金属主要由Fe元素组成,其它元素的含量很少,因此[Fe]的含量可

4、以看作1.同时也有这样的反应进行[FeO][Fe]+[0],(3)当达到平衡时~----KFe[FeO]~-[O],(4)式中:[0]为平衡状态下,焊缝中溶解[0]的含量.考虑到焊缝中存在c,也有下列反应发生[0]+[C][CO],(5)平衡状态下,反应式为K=Kc_[O],(6)(6)式中,LCOJ口J以为体积分数或压力,在大气条件下,CO的压力为定值,接近于1个大气压(10Pa).综上所述,当这些反应达到平衡时,可以得出下列关系式面[CaO]面[MnO]?9O?焊管2006年7月=[FeO]=K=[0],(7a)当用活度代替含量时,上式也成立.由于各物质之间的物理及化学反

5、应相互影响,这些值存在一些差别,但仍然可以用它们定性描述反应方向.在埋弧焊焊接条件下,焊剂成分变化以及焊缝金属中元素的含量变化很小,上式可更加有效描述相互之间成分的变化及反应的方向.在(7a)式中,由于CaO,MgO,A1203这些物质非常稳定,所以,元素Ca,Mg,A1不可能从熔渣过渡到焊缝中,换句话说,一部分Mn,Si,C和Fe进行的反应对焊缝成分起着决定性作用.因此,式(7a)可以简化为i[Fe0]=Kc.(7b)LJ当反应达到平衡时,这些值依赖于开始时成分的含量以及熔渣与金属的比例,而焊接参数影响着熔渣与金属的比值.因此,即使同一种焊剂,焊丝和板材,焊缝形状,焊缝最后

6、的成分也不一定相同.然而,焊接参数不影响熔渣中的氧化物,焊缝中元素的过渡及烧损趋势.另一方面,对于同一种焊剂和焊接参数来说,反应方向还依赖于焊丝,板材的成分.Mn,Si烧损或过渡还要结合一定的焊接参数,板材,焊丝来讨论.从(7b)式可得出下列结论:(1)增加焊剂中[MnO]的含量,可提高熔渣中[SiO],[FeO]的含量,增加焊缝中[Mn],[0]的含量,降低[si],[c]含量,反之同样.(2)增加焊剂中[SiO]的含量,可以提高熔渣中[MnO],[FeO]的含量,增加焊缝中[si],[c]的含量,降低[Mn]和[c]的含量.(3)同时按一定比例增加焊剂中[MnO],[Si

7、O:]的含量,一般情况下,可导致[Mn],[si]的含量同时增加.然而超过或低于一定比例,[Mn],[si]的含量也可能下降,但[0]的含量总是增加,而[C]的含量总是减少.从(7b)式同样可以得出以下结论:(1)增加焊丝中[Mn]元素的含量,可导致焊缝中[si],[Mn]的含量提高,[0]的含量降低.同时可导致熔渣中[MnO]的含量增加,[SiO:],[FeO]的含量降低.(2)增加焊丝中[si]元素的含量,可导致焊缝中[Mn],[c]含量增加,[0]的含量降低.同时可导致熔渣中[SiO]的含量增加,