超低氢焊条的研究<br/>——焊条药皮配比对焊缝含氢量的影响

超低氢焊条的研究
——焊条药皮配比对焊缝含氢量的影响

2017-12-27王冠周王琼凤海南省技师学院机械工程系

数码世界 2017年9期

王冠周王琼凤海南省技师学院机械工程系

超低氢焊条的研究
——焊条药皮配比对焊缝含氢量的影响

王冠周王琼凤海南省技师学院机械工程系

焊缝金属中可扩散氢含量对焊接金属冷脆有着重要影响，为避开产生焊接冷裂纹，焊接高强度钢时应采用超低氢焊条。本文主要论述通过对药皮组成物进行适当的处理和控制其含量，以及具体介绍如何运用采用物理方法和化学方法调整焊缝组织，致使改进焊接工艺。因此，为了更进一步提高高强钢的抗裂能力及降低预热温度，研制超低氢焊条是一种有效的途径，这也是我国焊条科研的重要项目之一。

焊接低合金高强钢时，强度越高的钢，要求焊缝中的含氢量越低，否则会产生冷裂纹，因此，通常采用超低氢碱性焊条。但是，即使采用低氢焊条，有时也难以防止这些裂纹的产生。低合氢高强钢的应用愈发广泛，钢的等级也随之提高，厚板的采用也在加大，因此，如何降低焊缝金属含氢量成为关键问题。超低氢高韧性系列焊条配方主要采用CaF2-CaO-TiO2渣系。在药皮中加入一定量的铁粉后，熔渣中的FeO根据分配率向液体金属扩散，导致焊缝金属中的含氧量增加，使其降低缺口韧性。

1 大理石与焊缝扩散氢含量

大理石作为造渣剂和造气剂，因为大理石中含有95%的碳酸钙，碳酸钙在545℃开始分解为氧化钙，和二氧化碳。大量的二氧化碳气体，增强了电弧气氛的氧化性。对焊接工艺性和焊接冶金反应有着较大的影响。通过实验，可以得出当熔渣中的CaO/SiO2+TiO2的值在2~2．5为最佳。

2 铁粉与焊缝扩散氢含量

为提高熔敷效率，药皮中需要加入大量铁粉。铁粉的品质对焊缝的性能影响很大，如铁粉的颗粒度和铁粉的成分，杂质等，以及铁粉的物理性能，均影响焊条的压涂性和熔敷金属可扩散氢的含量，需要加以选择和控制。

3 云母与焊缝扩散氢含量

在药皮中加入云母，可提高焊条压涂时的药皮塑性。云母作为一种硅酸盐，含有4%左右的结构水，对焊缝中的可扩散氢含量有着直接影响。若是减少云母的加入量，焊缝中可扩散氢含量也就降低，但涂压性能也因此降低。

采用合成氟金云母代替天然云母，可以降低焊缝可扩散氢含量的同时，药皮也能具有良好的涂压性能。合成氟金云母在焊接高温时分解出氟，氟与电弧气氛中的氢或水蒸气反应生成HF，因此降低焊缝金属中的含氢量。

4 稀土镁与焊缝扩散氢含量

随着药皮稀土镁含量的增加，焊缝扩散氢含量减少。稀土镁具有强烈的吸氢作用。稀土镁在室温下吸收氢，温度在250℃~300℃时，与氢作用发生反应，形成氧化物，当温度再高时，氧化物又会被分解。由此可知，稀土镁不能在高温中除氢。我们认为稀土镁之所以能去氢是由于在焊接过程中稀土金属过渡到熔池中，在熔池金属冷却过程中，稀土金属吸收了熔池金属中的氢生成的稳定的氰化物而去除了氢。稀土镁越多则过渡到熔池中的稀土金属也就越多，去氢效果也就会更加的显著。

5 萤石与焊缝扩散氢含量

萤石的主要作用也是造渣，但也有稀渣的作用，他含有92%的氟化钙，氟化钙有强烈的去氢作用，我们通过实验也证明了这一点。

随着药皮中萤石的含量的增加，焊缝扩散氢含量减少，这是由于氟化钙和水蒸汽及氢直接发生反应。同样氟化氢也不溶于液态钢，故可以减少焊缝扩散氢含量。但是药皮中萤石的含量不能太多，否则会使电弧燃烧不稳定，并产生过多的有毒气体。

6 硅铁与焊缝扩散氢含量

硅铁主要起着合金化和脱氧作用。日本超低氢焊条中加入1．7%的硅铁，虽然这有去氢的作用。我们的实验结果，也证实了这一点。

最初随硅铁的含量的增加，焊接扩散氢含量也增加，当硅铁增加到某一数值后，在继续增加硅铁的含量，焊缝扩散氢含量反而会下降，这是因为当硅铁的加入量较少时，随着硅铁含量的增加，电弧气氛的氧化性减弱，从而使反应都减弱，焊缝扩散氢含量增加，但是硅铁的加入量较大时，由于硅铁被氧化城二氧化硅的浓度增大，则通过一些反应去氢的可能性就会增大。

另一方面，硅铁的含量增加时，过渡到焊缝金属中的硅含量就增加，而硅可以使氢在液态铁中的溶解度降低，特别是在硅含量较多且显著超过其在低碳钢及低合金钢中的含量时，这种影响就更加的明显了，可以认定，合金元素硅与铁的原子间结合更加的牢固的组合物，因而降低了作为吸着剂的铁原子的活性。从而使焊缝扩散氢含量降低。虽然焊条药皮中加入大量硅，能起到去氢的作用，但是焊缝金属含硅量过高时，会使焊缝金属性变得更加的脆，机械性能也会随之下降，所以在焊条药皮中，加入的硅铁含量必须全面的综合的进行考虑。此外硅铁必须钝化，因为经过钝化的硅铁，硅铁中固有的氢的含量会降低，从而使焊缝扩散氢含量大大的下降。