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焊剂的工艺性能有哪些---焊丝设备厂家万永机械

2019-08-30 16:42:52

焊丝设备厂家为你讲解焊剂的工艺性能


1电弧稳定性


焊接电弧是两电极间气体介质产生的强烈而的放电现象。电弧气氛中电离电位低的气体存在越多,电弧燃烧就越稳定。电弧的温度,焊剂成分部分蒸发,电弧蒸气中除熔渣外,还有SiF4CO[OH]等气体。熔渣中含有碱性金属氧化物时,在电弧中这些金属氧化物就会参与分解和还原反应而出现很多电离的钾、钠离子。由于K+Na+的存在,了电弧的导电性,从而提高了电弧稳定性。


焊剂成分中除了含有碱性金属氧化物外,还有一些能降低稳弧性的成分,电弧燃烧的稳定性随着电弧气氛中氟离子的增加而降低。氟化物是防止焊缝产生氢气孔的的物质,所以一般焊剂中都含有氟化物。为了保证焊剂的电弧稳定性,在含氟化物的焊剂中适当加入一些碱性金属氧化物,但碱性金属氧化物的增加导致抗气孔性下降。因此在考虑焊剂电弧稳定性时,同时考虑氟化物与碱性金属氧化物的相互影响。


当焊剂中含有较多的CaOMnOTiO2时,焊剂的电弧稳定性一般能满足焊接的要求,此时不必加入Na2OK2O等碱性氧化物。TiO2是良好的稳弧剂,不仅能提高熔化速度,而且降低熔渣的表面张力,焊剂的综合焊接工艺性能,同时具有提高焊缝金属低温冲击韧性的作用。


 


2)脱渣性能


脱渣是焊接工艺性能的重要指标之一。脱渣性能在多层埋弧自动焊时具有特别重要的意义,因为在连续焊接过程中,道焊缝往往要在被加热到400℃以上的道焊缝上进行焊接,如果此时道焊缝的渣壳不能脱落,就很难进行道焊缝的焊接。


液态熔渣与正在结晶的焊缝金属表面还要继续进行反应,直到熔渣凝固时为止。反应的产物是在金属表面上形成一层氧化膜,这层氧化膜在条件下对渣壳脱落起着决定性的作用。熔渣的氧化性是渣壳与焊缝金属表面黏着的主要因素,如果焊缝金属中存在有对氧具有较大亲和力的元素时,由于选择性的氧化作用,所形成的氧化膜就具有不同的成分和结构。例如焊接含CrTiNbV等元素的钢材时,氧化膜就会富集这些元素的氧化物。温度大于800℃,金属离子的扩散系数比氧化物中氧的扩散系数要大。可以认为这层氧化膜是由于金属中易氧化的金属离子扩散而形成的。产生这些氧化物的反应按下式进行:


R+1/2O2=RO


反应的程度与熔渣的氧化性、熔渣-金属间的界面张力和焊缝上凝固的熔渣在较高的温度下停留时间有关。例如,采用H0Cr21Ni10Nb焊丝进行焊接时,脱渣不好的地方,发现界面邻近区和界面上的NB含量增加,而在焊缝测出现厚度为2-3μm的贫Nb层。采用含Ti的焊丝,使用脱渣良好的焊剂时,焊道表面Ti含量分布比较均匀;使用脱渣不好的焊剂时,焊道表面Ti含量分布不均匀,可能形成局部的聚集,造成熔渣与金属的黏着现象。脱渣不良的渣壳内表面Ti的局部集聚尺寸达3.7μm,黏着渣是由CrNiFe的集合物组成,包围在集聚点的外围还有MnMgAlCr的成分,形成尖晶石型结构。例如,(CrTiMgMnO•CrTiMnAl2O3)在相同界面生成这种Nb化合物就会使脱渣恶化。


由此可见,影响焊剂的脱渣性能的因素主要有以下几点:


熔渣的氧化性


焊剂氧化性对脱渣性能有很大的影响。采用氧化性较大的焊剂焊接含CrV的钢材时,脱渣不好,而采用氧化性小的焊剂时,具有良好的脱渣性能,焊缝表面残留较少的胶质点。


焊接含钨合金钢时,由于钨与氧亲和力较小,因此不形成中间氧化膜,所以使用氧化性较大的焊剂进行焊接,也可以获得良好的脱渣性能。


防止在焊缝金属表面生成氧化膜,可以在焊剂中加入活性脱氧剂,使其与液态熔渣中的氧结合,以其氧化作用,防止焊缝表面形成氧化膜,避免熔渣在焊缝表面产生外延共生的矿物体。


如果熔渣中元素的氧化物[MnO]含量较多,则熔池金属中该元素[Mn]的氧化物就少。对氧亲和力强的元素比弱的元素氧化的多。根据这个原则,可以降低那些与氧亲和力很强的元素的氧化强度,其措施就是在焊剂中加入该元素的氧化物。


采用H0Cr19Ni9Ti焊丝配合Al2O3-CaF2-MgO-TiO2渣系焊剂焊接时,具有良好的脱渣性能,但把TiO2成分去掉,脱渣就变坏。采用H08Cr15Ni60Mo15焊丝时,Cr对氧亲和力大,Ni较小,那么就要在焊剂中加入Cr2O3NiO,这样即使焊缝在红热的状态,也具有良好的脱渣性能。


焊缝金属中含有活性金属成分时,为了脱渣性能,根据金属成分来选择合适的焊剂或者在焊剂中加入足够的该活性金属氧化物,减少活性金属的选择性氧化,才能避免产生氧化膜与熔渣产生外延取向共生。


熔渣的结构


有人在含有CrVNi的钢材上进行堆焊试验,选用不同氧化性的焊剂来比较,随着中间层熔渣中Cr2O3V2O5含量的增加,脱渣性能变坏,在焊缝表面上留下很牢固的胶质渣。借助X射线研究发现,在焊缝金属上生成的这种中间黏附渣中具有下列的岩石相:CaF25CaO•Al2O3MgO•Al2O3;(Fe•MnO•Cr2O3.中间层主要是以尖晶石(Fe•MnO•Cr2O3和(Fe•MnO•V2O5成分为主。它们的晶格常数与磁铁矿(Fe3O4)相似,会与α-Fe晶格相连接。由于这个中间层才使熔渣与金属间牢固地黏着。


熔渣-焊缝金属间胶质强度与α-FeFeO晶格、钢所含元素的氧化物晶体构造有关。当两种晶格相差很小时,胶质强度大,脱渣性能不好。例如,焊接含NbTi元素的钢材时,由于氧化物TiONbO的晶格尺寸与α-Fe的晶格尺寸要比FeO接近,所以当焊丝或母材中含有TiNb时,就会使脱渣性能变坏。


熔渣-金属界面的氧化和扩散作用


由于熔渣-金属界面上合金元素选择性氧化和扩散作用,就在金属界面上产生晶格点缺陷(空位)和线缺陷(位错),这些缺陷处就变成熔渣定向结晶的中心,在焊缝金属基础上给这种中间层化合物的晶体外延取向成长造成了有利条件。所以当金属表面上的空位和位错密度提高时,渣壳就不易脱落。


由于熔渣-金属相互反应的结果,比铁对氧具有大的亲和力的元素向熔渣-金属间相互掺合,生长结构状的熔渣层,使脱渣变坏。增加冷却速度使熔渣的活性下降,避免和减少合金的氧化,或许成为此种脱渣不良的方法之一。


熔渣与金属表面张力


很多试验结果证明,影响脱渣性能的主要元素之一是熔渣与焊缝金属的化学反应,显然熔渣和金属的表面张力以及相间张力对这种化学反应的强弱有很大的影响。因为这两种物理性能决定了液态熔渣对金属的润湿能力。提高相间张力σ-渣会使熔渣与金属的接触边缘角增大,相应地降低了熔渣对金属的润湿能力,也就降低了化学反应能力,使产生的化学结合力(附着力)降低。


W金属熔渣-


式中W——熔渣-金属之间的黏着力,dyn/cm(达因/厘米);


σ金属——金属表面张力;


σ熔渣熔渣的表面张力;


σ-渣金属与熔渣的界面张力。


焊缝金属与熔渣的表面张力越小,以及它们之间的界面张力越大,W黏越小,脱渣越容易。当W黏大于900dyn/cm时,渣壳与焊缝金属表面黏结牢固,不易脱落。


在研制新焊剂时,应该知道各种氧化物的表面张力σi因数及相间张力σ-渣和黏着力,计算熔渣和焊缝金属的结合强度,获得良好的熔渣物理性能。


熔渣与金属的线胀系数


焊剂的脱渣性能还与熔渣的线胀系数有关。焊后冷却过程中熔渣与金属的线胀系数相差愈大,氧化膜中间破裂的机会增加,熔渣愈容易脱落。


硅酸盐中Si-O键强度很大,相邻的四面体的连接不规则,各四面体之间几乎不发生作用,因而硅酸盐的线胀系数较小。


SiO2中加入TiO2后,其线胀系数会不断下降,甚至可达到负值。这是因为[TiO4]四面体进入结构中后,离子键增大,因而结构牢固。当TiO2含量增大时,SiTi之间的氧可能产生较强烈的横向振动,会促使正离子相互接近,因而出现负的线胀系数。


从这一观点出发,焊剂中加入TiO2组分,会脱渣性能。氧化物键强度愈小,离子的场强愈小,对线胀系数影响愈大。


低碳钢的线胀系数为(11.9-13×10-6,高合金钢的线胀系数为(14-18×10-6.熔渣的线胀系数与被焊金属的差别愈大,脱渣性能愈好。


熔渣的相变应力


熔渣成分中的相变应力对脱渣性能也起到重要作用。SiO2由高温冷却到低温共有四个相变过程,每个过程都发生原子的重新排列,与此同时伴随有体积的变化,产生应力,使中间层破坏。一般SiO2含量较高时,熔渣是容易脱落的。


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