氮气脱氧催化剂(CO2焊丝中所含合金元素对焊接性能的影响)

Posted 2023-05-30

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氮气脱氧催化剂(CO2焊丝中所含合金元素对焊接性能的影响)

CO2气体保护焊镀铜焊丝是一种高效、节能、节材的焊接材料，焊锋成型美观，适用于低碳钢和低合金钢的焊接。执行标准为＜GB/T8110-1995＞，其型号为H08Mn2SiA、H04Mn2SiTiA、H04Mn2SiAlTiA等。CO2焊丝，其含碳量都较低，大多都在0.1%以下，同时含有Si、Mn、S、P、Cr、AI、Ti、Mo、V等合金元素。这些合金元素对焊接性能有何影响，下面分别说明；

硅（Si）元素对焊接性有何影响？

硅是焊丝中最常用的脱氧元素，它可以防止铁与氧化合，并可在熔池中还原FeO。但是单独用硅脱氧，生成的SiO2熔点高（约1710℃），且生成物的颗粒小，难以从熔池中浮出，易造成焊缝金属夹渣。

锰（Mn）元素对焊接性有何影响？

锰的作用与硅相似，但脱氧能力比硅稍差一些。单独用锰脱氧，生成的MnO密度较大（15．11g／cm3），也不易从溶池中浮出。在焊丝中含锰，除了脱氧作用外，还能和硫化合生成了硫化锰（MnS），并被除去（脱硫），故可降低由硫引起的热裂纹的倾向。

由于单独用硅和锰脱氧，都难以除去脱氧的生成物。故目前多采用硅锰联合脱氧，使生成的SiO2和MnO复合成硅酸盐（MnO·SiO2）。MnO·SiO2的熔点低（约1270℃）且密度小（约3．6g / cm3），在熔池中能凝聚成大块熔渣而浮出，达到良好的脱氧效果。

锰也是钢材中的重要合金元素，也是重要的淬透性元素，它对焊缝金属的韧性有很大影响。

当Mn含量＜0．05％时焊缝金属的韧性很高；

当Mn含量＞3％后又很脆；

当Mn含量 = 0．6～1．8％时，焊缝金属有较高的强度和韧性。

硫（S）元素对焊接性有何影响？

硫在钢中常以硫化铁的形式存在，并呈网状分布在晶粒边界，因而显著地降低钢的韧性。铁加硫化铁的共晶温度较低（985℃），因此，在进行热加工时，由于加工开始温度一般为1150～1200℃，而铁和硫化铁共晶已经熔化，从而导致加工时开裂，这种现象就是所谓“硫的热脆性”。硫的这种性质使钢在焊接时产生热裂纹。因此，一般在钢中对硫的含量都严格加以控制。普通碳素钢、优质碳素钢以及高级优质钢的主要区别就在于硫、磷含量的多少。

前面提到，锰有脱硫作用，这是因为锰可与硫形成高熔点（1600℃）的硫化锰（MnS），它呈粒状分布于晶粒内。在热加工时，硫化锰有足够的塑性，因而消除了硫的有害作用。因此钢中保持一定的含锰量是有益的。

磷（P）元素对焊接性有何影响？

磷在钢中能全部溶于铁素体内。它对钢的强化作用仅次于碳，使钢的强度和硬度增加，磷能提高钢的抗腐蚀性能，而塑性和韧性则显著降低。特别在低温时影响更为严重，这称为磷的冷跪倾向。故它对焊接不利，增加钢的裂缝敏感性。作为杂质，磷在钢中的含量也要加以限制。
铬（Cr）元素对焊接性有何影响？

铬能提高钢的强度和硬度而塑性和韧性降低不大。铬具有很强的耐蚀、耐酸的能力，所以奥氏体不锈钢中一般都含有较多的铬（13%以上）。铬还具有很强的抗氧化能力和耐热性。因此，铬在耐热钢中应用也很广，如12CrMo、15CrMo 5CrMo 等钢中都含有一定量的铬。

铬是奥氏体钢的重要组成元素和铁素体化的元素，它在合金钢中能提高在高温时的抗氧化能力和机械性能。在奥氏体不锈钢中，当铬镍的总量为40％，Cr／Ni = 1时，有热裂缝倾向；当Cr／Ni = 2．7时，就没有热裂缝倾向。所以一般18－8型钢中Cr／Ni = 2．2～2．3左右时，铬在合金钢中就容易产生碳化物，使合金钢导热变差，容易产生氧化铬，使焊接造成困难。

铝（AI）元素对焊接性有何影响？

铝是强烈的脱氧元素之一，故用铝作脱氧剂，不仅可少产生FeO，且易于使FeO还原，有效地抑制在熔池中产生的CO气体的化学反应，提高抗CO气孔的能力。另外，铝还能和氮化合而起固氮作用，故也能减少氮气孔。但是用铝脱氧，生成的AI2O3熔点很高（约2050℃），以固态存在熔池中，容易引起焊缝夹渣。同时，含铝的焊丝容易引起飞溅，铝的含量过高还会降低焊缝金属抗热裂能力，因而焊丝中含铝量必须严格控制，不宜过多。若在焊丝中含铝量控制适当，则在焊缝金属的硬度、屈服点、抗拉强度均稍有提高。

钛（Ti）元素对焊接性有何影响？，

钛也是一种强烈的脱氧元素，且也能和氮化合成TiN而起固氮作用，提高焊缝金属抗氮气孔的能力。

若Ti和B（硼）在焊缝组织中含量适当，可以使焊缝组织得到细化。

钼（Mo）元素对焊接性有何影响？

钼在合金钢中能提高钢的强度、硬度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向，提高高温强度、蠕变强度及持久强度、含钼小于0．6％时，可以提高塑性，减少产生裂纹的倾向，提高冲击韧性。钼有促进石墨化的倾向。故一般含钼的耐热钢如16Mo、12CrMo、15CrMo等含钼量约在0．5％左右。钼在合金钢中的含量在0．6 ～1．0％时，钼会使合金钢的塑性和韧性下降，增加合金钢的淬火倾向。

钒（V）元素对焊接性有何影响？

钒可提高钢的强度，细化晶粒，降低晶粒长大倾向，提高淬硬性。钒是较强烈的碳化物形成元素，所形成的碳化物在650℃以下都是稳定的。有时效硬化作用。钒的碳化物具有高温稳定性，因而能提高钢的高温硬度。钒能够改变碳化物在钢中的分布状况，但是钒容易生成难熔的氧化物，增加了气焊和气割的困难。一般焊缝中含钒量在0．11％左右时，可以起到固氮作用，变不利为有利。

一、基本知识
1.什么叫焊接?
答：两种或两种以上材质(同种或异种),通过加热或加压或二者并用,来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫焊接.
2.什么叫电弧？
答：由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象—叫电弧。
〈1〉按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。
〈2〉按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧（如等离子弧）。
〈3〉按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。
3.什么叫母材？
答：被焊接的金属---叫做母材。　
4.什么叫熔滴？
答：焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴---叫做熔滴。
5.什么叫熔池？
答：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分---叫做熔池。
6.什么叫焊缝？
答：焊接后焊件中所形成的结合部分。
7.什么叫焊缝金属？
答：由熔化的母材和填充金属（焊丝、焊条等）凝固后形成的那部分金属。
8.什么叫保护气体？
答：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体---保护气体。
9.什么叫焊接技术？
答：各种焊接方法、焊接材料、焊接工艺以及焊接设备等及其基础理论的总称—叫焊接技术。
10.什么叫焊接工艺？它有哪些内容？
答：焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。内容包括：焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。
11.什么叫CO2焊接？
答：用纯度> 99.98% 的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊—称为CO2焊。
12.什么叫MAG焊接？
答：用混合气体75--95% Ar + 25--5 % CO2 ，（标准配比：80%Ar + 20%CO2 ）做保护气体的熔化极气体保护焊—称为MAG焊。
13.什么叫MIG焊接？
答：〈1〉用高纯度氩气Ar≥ 99.99%做保护气体的熔化极气体保护焊接铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属；
〈2〉用98% Ar + 2%O2 或95%Ar + 5%CO2做保护气体的熔化极气体保护焊接实心不锈钢焊丝的工艺方法--称为MIG焊。
〈3〉用氦+氩惰性混合气做保护的熔化极气体保护焊。
14.什么叫TIG（钨极氩弧焊）焊接？
答：用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊。
15.什么叫SMAW（焊条电弧焊）焊接？
答：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。
16.什么叫碳弧气刨？
答：使用碳棒作为电极，与工件间产生电弧，用压缩空气（压力0.5—0.7Mpa）将熔化金属吹除的一种表面加工的方法。常用来焊缝清根、刨坡口、返修缺陷等。
17.为什么CO2焊比焊条电弧焊效率高？
答：〈1〉CO2焊比焊条电弧焊熔化速度和熔化系数高1-3倍；
〈2〉坡口截面比焊条减小50%，熔敷金属量减少1/2；
〈3〉辅助时间是焊条电弧焊的50%。
三项合计：CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.02--3.88倍
18.为什么CO2焊接接头比焊条电弧焊的焊接接头质量好？
答：CO2焊缝热影响区小，焊接变形小；CO2焊缝含氢量低（≤1.6ML/100g），气孔及裂纹倾向小；CO2焊缝成形好，表面及内部缺陷少，探伤合格率高于焊条电弧焊。
19.为什么CO2焊比焊条电弧焊的综合成本低？
答：〈1〉坡口截面积减少36-54%, 节省填充金属量；
〈2〉降低耗电量65.4%；
〈3〉设备台班费较焊条电弧焊降低67-80%，降低成本20-40%；
〈4〉减少人工费、工时费，降低成本10-16%；
〈5〉节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用；
综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低 39.6-78.7%,平均降低59%。
20.什么叫低频脉冲？适用哪些焊接？
答：脉冲频率在0.5—30Hz的脉冲电弧叫作低频脉冲焊接。主要用于不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊。
21.什么叫中频脉冲？适用哪些焊接？
答：脉冲频率在30-500Hz的脉冲电弧叫作中频脉冲焊接。由于具有电弧压缩效应，电弧集中，挺度好，主要用于薄件不锈钢、钢和钛等有色金属的TIG焊和不锈钢和铝及铝合金的MIG焊。
22.为什么CO2焊接有飞溅？
答：焊丝端部的熔滴与熔池短路接触（短路过渡），由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，产生飞溅。CO2焊机的输出电抗器和波形控制可以将飞溅降低至最小程度。
23.为什么MIG/MAG大电流焊接才能实现射流过渡，无飞溅？
答：MIG/MAG焊接时，各种金属均具有短路过渡转变为射流过渡的临界电流值（如：φ1.2碳钢、不锈钢焊丝，电流I≥260—280A），此时电弧呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接。
24.为什么MIG/MAG小电流焊接要用带脉冲的电源才能实现射流过渡，无飞溅？答：MIG/MAG焊接，焊接电流低于临界电流值时，采用带脉冲的电源，其脉冲电流大于临界电流值，电弧也能呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接（如：使用松下AG2/GE2脉冲MIG/MAG焊机，φ1.2碳钢、不锈钢、铝及铝合金焊丝在电流I≥80A时已实现脉冲射滴过渡，其脉冲电流Ip≥350A）。
二、焊接材料
1. 什么叫焊接材料？包括哪些内容？
答：焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、气体、电极、衬垫等。
2.什么叫焊丝？
答：焊接时作为填充金属，同时用来导电的金属丝—叫焊丝。分实心焊丝和药芯焊丝两种。常用的实心焊丝型号：ER50-6（牌号：H08Mn2SiA）。
3.为什么MAG焊接接头比CO2焊接接头的冲击韧性高？
答：MAG焊接时，活性气体仅为20%，焊丝中的合金元素过渡系数高，焊缝的冲击韧性高。CO2焊活性气体为100%，焊丝中的锰、硅合金元素联合脱氧，其合金元素过渡系数略低，焊缝的冲击韧性不如MAG焊高。如唐山神钢MG-51T焊丝（相当于ER50-6）其常温冲击韧性值：MAG： 160J；CO2： 110J。
4.什么叫药芯焊丝？
答：由薄钢带卷成圆形钢管，同时在其中填满一定成分的药粉，经拉制而成的一种焊丝。
5.为什么药芯焊丝用CO2气体保护？
答：按保护方式区分药芯焊丝有两种类型：药芯气保焊丝和药芯自保焊丝。药芯气保焊丝一般用CO2气体作保护，属于气渣联合保护形式，焊缝成形好，综合机械性能高。
6.为什么药芯焊丝焊缝表面会出压痕气孔？
答：因药芯焊丝是由薄钢带卷成的管状焊丝，属于有缝焊丝；空气中的水分会通过缝隙侵入药芯，焊药潮湿（无法烘干），造成焊缝有压痕气孔。
7.为什么对CO2气体纯度有技术要求？
答：一般CO2气体是化工生产的副产品，纯度仅为99.6%左右，含有微量的杂质和水分，会给焊缝带来气孔等缺陷。焊接重要产品一定要选用CO2纯度≥99.8%的气体，焊缝气孔少，含氢量低，抗裂性好。
8.为什么对氩气纯度有较高技术要求？
答：目前市场上有三种氩气：普氩（纯度99.6%左右）、纯氩（纯度99.9%左右）、高纯氩（纯度99.99%），前两种可焊接碳钢和不锈钢；焊接铝及铝合金、钛及钛合金等有色金属一定要选用高纯氩；避免焊缝及热影响区被氧化无法进行焊接。
9.为什么TIG焊喷嘴有大小多种规格？
答：有4—8﹟五种规格喷嘴，焊接碳钢可选用4—5﹟喷嘴，焊接不锈钢和铝及铝合金应选用6—7﹟大喷嘴，以加强焊缝及热影响区的保护范围。焊接钛及钛合金等有色金属应选用7—8﹟更大的喷嘴，才能防止焊缝及热影响区被氧化。
10.什么叫酸性焊条？
答：药皮中含有多量酸性氧化物的焊条，如结422（E4303）、结502（E5003）等交直流两用电焊条。
11.什么叫碱性焊条？
答：药皮中含有多量碱性氧化物同时含有氟化物的焊条，如结507（E5015）、结506（E5016）等电焊条。
12.什么叫纤维素型（下向立焊专用）焊条？
答：药皮中含有多量有机物的焊条，管道及薄板结构下向立焊专用。
〈1〉如E6010（相当于E4310、J425G）适用于打底焊、热焊、填充焊。
〈2〉E8010（相当于E5511、J555）适用于热焊、填充焊、盖面焊层。
一般用低氢下向焊条盖面焊； E7048（相当于J506X）焊缝外形整洁、美观。
13.为什么焊前焊条要严格烘干？
答：焊条往往会因吸潮而使工艺性能变坏，造成电弧不稳、飞溅增大，并容易产生气孔、裂纹等缺陷。因此，焊条使用前必须严格烘干。一般酸性焊条的烘干温度150--200℃，时间1小时；碱性焊条的烘干温度350--400℃，时间1--2小时，烘干后放在100--150℃的保温箱内，随用随取。