焊接熔渣的作用 毕业论文.doc

焊接熔渣的作用 摘 要焊接冶金过程是包括金属、熔渣、气体三者在内的一个体系，熔渣是其中一个极为重要的因素。焊接过程中，焊(钎)剂和非金属夹杂互相溶解，经化学变化形成覆盖于焊(钎)缝表面的非金属物质，形成焊接熔渣。其在焊接冶金过程中有利有弊，为使焊接熔渣起到人们预期的良好作用，关键在于通过调整和控制熔渣的化学成分使其具有合适的物理化学性质。关键词焊接熔渣 焊缝质量 物理化学性质 脱氧 脱硫the effect of welding slagsummarywelding metallurgical process is including metal, slag and gas, a system，and slag is one of the very important factors. during the welding process, welding (bit) agent and non-metallic inclusion dissolve each other, the chemical changes in formation on the surface of the weld seam (bit) are covered with non-metal material, welding slag formation. its deeply in the process of welding metallurgy, to make the welding slag have expectations of good effect, is the key to adjust and control the chemical composition of slag has the appropriate physical and chemical properties.keywordswelding slag weld quality the chemical and physical properties remove oxygen remove sulfur引言在电弧焊过程中，由于电弧高温的作用，使基本金属部分熔化，形成一个凹坑，称为熔池。焊接时，熔池周围充满着大量的气体和熔渣，这些气体、熔渣和液态金属之间不断地进行着复杂的冶金反应，这些反应在很大程度上决定着焊缝金属的质量。本文主要研究熔渣对焊缝的成分和性能的影响。一、熔渣的组成和作用（一）熔渣的组成熔渣是由金属和非金属的氧化物组成的。这些氧化物按照它们的化学性质，可分为三类：1、酸性氧化物，如二氧化硅（sio2）、二氧化钛（tio2）、五氧化二磷（p2o5）、三氧化二硼（b2o3）等。2、碱性氧化物，如氧化钾（k2o）、氧化钠（na2o）、氧化钙（cao）、氧化镁（mgo）、氧化锰（mno）、氧化亚铁（feo）等。3、中性氧化物，氧化铝（al2o3）、氧化铁（fe2o3）、氧化铬（cr2o3）、氧化钒（v2o3）等。它们又称为两性氧化物，即在强酸性熔渣中常常呈弱碱性，而在强碱性熔渣中，常常成弱酸性。上述三类氧化物，在熔渣中主要以复杂的硅酸盐和钛酸盐的形式存在，其次是硝酸盐、磷酸盐、铝酸盐等形式存在。熔渣中除氧化物外，还有氟化物（caf2、naf、kf）、氯化物（kcl、nacl）以及少量硫化物、碳化物等。从上面可以看出，熔渣的成分是复杂的，熔渣呈现酸性或碱性是由其成分决定的，用碱度k来表示熔渣碱性的强弱：（k=各种碱性氧化物的总重量/各种酸性氧化物的总重量）根据实际经验一般规定：当k1.5时称为碱性渣，k1.5时称为酸性渣。（二）熔渣的作用熔渣对保护焊缝质量，具有下列作用。1、机械保护，焊接时形成的熔渣覆盖在溶滴和熔池表面上，将液态金属与空气隔开从而使金属免受有害气体的作用。2、冶金处理，通过熔渣与液态金属之间发生的物理化学反应起到了脱氧、脱硫、脱磷和渗合金等作用，可去除焊缝中有害杂质和调整焊缝金属的成分和性能。3、改善工艺性能，通过熔渣成分的调整可使电弧易引燃燃烧稳定，减少飞溅，并可改善焊缝的成形。（三）熔渣的物理性能为了使熔渣更好的发挥作用，要求熔渣应具有下列物理性能：1、熔渣开始凝固的温度，称为熔渣的熔点。实践证明，熔渣熔点应比金属的熔点稍低，一般在1100-1300范围内，过高或过低都不能起到良好的保护作用。熔渣常常通过调整各种氧化物的配合比例，来获得适合于焊接的熔点。2、焊接时熔渣的粘度越小，流动性越大，就容易从焊缝表面流开，失去保护作用，并会妨碍仰焊、立悍正常进行；相反，熔渣粘度过大，将使冶金反应缓慢，焊缝成形不好，容易夹渣。熔渣的粘度与温度、成分有关。通常把能够迅速凝固的熔渣称为“短渣”，而凝固缓慢，凝固时间拖得较长的熔渣称为“长渣”。3、焊接熔渣冷却后应具有良好的脱渣性。4、焊接时，熔渣与液体金属是混在一起的，因此要求熔渣的密度应小于铁水的密度，以便使熔渣能浮在熔池金属的表面。5、熔渣在液体状态时若能透过和溶解一定量的气体，便可使焊缝金属中含气量减少，不易产生气孔。但透气性过大则失去保护作用。实际上熔渣对各种气体的透气性都很小。 二、熔渣与液体金属之间的相互作用焊接时，熔渣与液体金属之间一直在相互作用，发生一系列物理、化学、冶金反应，使焊缝得到理想的化学成分和机械性能。（一）熔渣对液体金属的氧化作用焊条药皮中所含的氧化物焊接时成为熔渣，并与液体金属混在一起，因而发生氧化作用，氧化方式有两种：1、扩散氧化：当金属氧化物既能溶解在液体金属中，又能溶解在液态熔渣中时，在一定温度下，如果熔渣中氧化亚铁（feo）量增加时，它必然要向液体金属中扩散，从而使焊缝中含氧量增加。2、置换氧化：如采用高锰、高硅焊剂进行焊接，就会使锰、硅还原，从而使液体金属被氧化。mno+fefeo+mn，sio2+2fe2feo+si（二）焊缝金属的脱氧脱氧的目的是尽量减少熔池中的含氧量，使氧对焊缝金属的影响减少到最小的程度。焊缝金属脱氧有下述三个途径：1、先期脱氧：焊接时，在焊条药皮加热的过程中，药皮中的高价氧化物和碳酸盐受热分解，放出氧气。这时药皮中的脱氧剂锰铁、硅铁、铝铁等与氧反应，把氧夺走，成为氧化物，转入熔渣中固定下来。这种争取尽可能早期把氧控制住以免氧与熔化金属发生作用，使金属氧化的脱氧方式为“先期脱氧”。先期脱氧主要是脱去药皮中放出的部分自由氧和co2中的氧，而熔滴中的脱氧还很不充分，因此熔池结晶以前还必须充分脱氧才能保证焊缝质量。通常采用扩散脱氧和沉淀脱氧两种方法。2、扩散脱氧：利用氧化物能溶解于熔渣中的特性，通过扩散使氧化物从熔池金属进入熔渣中，从而降低金属中氧化物浓度的过程，称为扩散脱氧。只有既能溶解于金属熔池中，又能溶解于熔渣中的氧化物，才有条件进行扩散脱氧。例如氧化亚铁就具备这个条件，常用方法是使氧化亚铁形成复杂化合物和在熔渣中加入脱氧剂。由于氧化亚铁可以和酸性氧化物结合成复杂化合物，所以酸性渣可以很好的进行扩散脱氧。在酸性渣中含有大量的二氧化硅，它与氧化亚铁形成铁的硅酸盐。feo+sio2=feosio2，由反应式知道，要减少焊缝金属中的氧化亚铁含量，就必须增加熔渣中sio2的含量，即熔渣酸度越大，扩散脱氧越完全，但酸度过大，会使熔渣粘度增加，扩散缓慢，因此酸度只有控制在1.21.4范围内才具有良好的脱氧能力。此外可用氧化钛部分替代二氧化硅进行扩散脱氧，使熔渣既不降低酸度又可以增加流动性，增加脱氧能力。扩散脱氧必须有较长时间的扩散过程才能有效，而焊接时冷却较快，使效果受到影响，故焊缝脱氧还需沉淀脱氧进一步完成。3、沉淀脱氧：是使进入液体金属的合金元素和金属中的氧或熔池中的氧化亚铁进行反应，生成脱氧产物排到熔渣中去。反应式mfeo+nme=menom+mfe，me加入的脱氧元素，menom脱氧产物。能产生脱氧沉淀的元素有：ca、mg、al、ti、si、mn等，常用的有mn、si、ti等。锰的脱氧化学式：mn+feo=mno+fe，硅的脱氧：2feo+si=sio2+2fe，钛的脱氧2feo+ti=tio2+2fe。实际生产中往往采用某一种脱氧方式为主，其他方式为辅。（三）焊缝金属脱硫焊接时硫主要来自基本金属和焊丝，以及焊条药皮或焊剂的原材料。硫极为有害，它会降低焊缝机械性能，是焊接时产生热裂纹的原因之一，硫会使焊缝金属成分发生偏析，从而引起焊缝金属成分不均匀。硫在钢中的常以硫化锰和硫化铁形式存在。硫化锰容易浮到熔渣中，而硫化铁溶解于铁水中，并在凝固时于晶界上产生铁和硫化铁的低熔点（985）共晶体，当焊缝冷却收缩时，在内应力的作用下导致热裂纹。通常采用的脱硫处理是在酸性熔渣中加入锰和氧化锰，fes+mn=mns+fe，fes+mno=mns+feo，在碱性熔渣中加入氧化钙，fes+cao=cas+feo。（四）焊缝金属的脱磷磷主要来自基本金属、焊丝、焊条药皮和焊剂。磷以氧化物形式存在于钢中，会降低钢的机械性能，尤其是冲击韧性降低特别严重，会引起钢的冷脆性。磷的偏析也会引起焊缝金属的不均匀性。因此应严格控制原材料中含磷量和采取脱磷措施。脱磷是使磷氧化而生成一种稳定的化合物然后进入熔渣中，2fe2p+5feo=p2o5+9fe，2fe3p+5feo=p2o5+11fe，反应物亚磷酸酐将与一些碱性氧化物结合成稳定的化合物从而将磷从焊缝金属中除去。焊接时脱磷较难，只有严格控制原材料中的含磷量才能保证焊缝质量。（五）焊缝金属的渗合金焊接过程中，熔池金属中的合金元素由于氧化蒸发等原因造成损失，因而使焊缝金属的合金成分减少、机械性能下降。根据合金元素损失情况添加一些合金元素的方法称为焊缝金属的渗合金。渗合金不仅可以补偿合金元素的损失，而且可以渗入基本金属不含或少含的合金元素，造成与基本金属成分、组织和性能不同的焊缝金属，以满足对焊缝金属的特殊要求。例如用堆焊的方法来提高焊件表面耐磨、耐蚀、耐热等性能，就是通过渗合金来达到的。根据施焊条件和焊缝金属对合金的种类及数量上的要求，可通过合金焊丝或管状焊丝、陶质焊剂以及氧化还原反应等方式添加合金元素。常用的合金元素有：锰铁、硅铁、铬铁等铁合金，有时用中间合金，如锰硅、硅钙，也可用纯金属，如铝、铬、钨、锰等。如今的焊接技术不仅是一种现代化了的传统加工技术，而且已发展成为一种将