C02焊的冶金反應與焊接材料的選擇
發布時間:2016-11-10C02焊的冶金反應與焊接材料的選擇
C02氣在高溫下要分解,其分解度與溫度有關,一般在電弧溫度下,其分解度要達到40% - 60%。所以,在電弧氣氛中實際上是CO2、CO、O共存。在高溫下,CO氣體比較穩定,且不溶于液態金屬;而CO2和O則具有很強的氧化性,要引起合金元素的燒損。其主要反應為
CO2十Fe =FeO十CO
2CO2+ Si=SiO2十2CO
CO2+ Mn=MnO+ CO
Fe+O=FeO
Mn+O=MnO
Si+ 2O=SiO2
C十O=CO
這些反應主要是在高溫區,即熔滴中和熔池的前半部進行的。反應所生成的Sio2、Mno包在熔滴的表面或浮在熔池的表面,成為熔渣。生成的Fe0 -部分形成熔渣,男一部分溶人液態金屬中。所生成的co氣體若是在熔滴內部,則由于co氣體的急劇膨脹、逸出,引起爆炸而產生飛濺。這也是CO2焊飛濺較大的
另一個主要原因。這些反應的結果使Si、Mn等合金元素燒損,使液態金屬的含氧量增加。如果不采取有效的脫氧措施,就會降低焊縫金屬的韌性。更為嚴重的是,由于液態金屬中含氧量太大,必然會在熔池的后半部分產生C脫氧反應,
FeO十C =Fe+ CO
所生成的co若來不及逸出,則留在焊縫中形成CO氣孔。由此可見,為了減少co2焊時的飛濺,避免產生CO氣孔,焊接時,必須采取有效的脫氧措施。脫氧效果的好壞與脫氧劑的選擇有很大的關系。前已述及,由于CO2焊時熔池體積小,加上CO2氣體的冷卻作用,使得焊接時熔池的存在時間很短,結晶速度很
快。在這種情況下,選擇的脫氧劑必須滿足下面兩個條件:
1)脫氧后的產物不能是氣體,防止產生氣孔。
N)脫氧產物必須熔點低,密度小,便于從熔池中浮出;否則,易形成氧化物夾雜,影響焊縫金屬的性能。
常用的脫氧元素是si和Mn,它們的脫氧反應為
FeO十Mn=Fe+ MnO
2FeO+Si=2Fe+SiO2
但是,單獨使用Si或Mn的脫氧效果并不理想。單獨使用Mn脫氧,生成的MnO密度較大,為5.llg/cm3不易從熔池中浮出。單獨使用Si脫氧,生成的S102熔點高,為1983K,且為小顆粒狀,也不易浮出熔池。經研究發現,使用si、Mn聯合脫氧效果最好。因為當s與Mn的比例合適時,它們各自的脫氧產物又會聚在一起形成復合物,即
Sio2+ Mno =Mno.Sio2
這種硅酸鹽復合物的熔點低(1543K),密度小(3.llg/cm3)且能凝聚成大塊,易浮出熔池,形成一層薄薄的熔渣覆蓋在焊縫表面。研究還發現,焊絲中Mn與Si的比例等于1.5-3為最佳,即Mn/Si-1.5-3。除Si、Mn外,還可以在焊絲中加入一些Ai、Ti等合金元素作為輔助脫氧劑,以進一步提高脫氧效果,并在一定程度上起到改善焊縫性能的作用。Si和Mn除一部分用于脫氧外,剩余的部分作為合金元素留在焊縫中,合理地選擇焊絲成分是消除co氣孔、保證焊縫性能的關鍵。