焊条的加热及熔化.doc

不锈钢水箱焊条的加热及熔化 焊条的加热熔化过程是指在焊接热源的作用下，焊条熔化形成熔滴和熔渣的过程，其中焊芯熔化以后形成熔滴，药皮熔化以后形成熔渣，熔滴和熔渣均由焊条端部向熔池过渡，而且在药皮发生熔化之前析出气体，如c02、co、H2等。焊条的加热和熔化特性对焊条电弧焊接工艺过程、冶金过程、焊接质量和生产率等有很大的影响。 (1)焊芯的加热 在焊条电弧焊时，加热和熔化焊条的能量有电阻热、焊接电弧传给焊条端部的热能和化学反应产生的热能。 电阻热 焊接电流通过焊芯所产生的电阻热与焊接时的电流密度、电阻和焊接时间有关。在正常的焊接工艺参数下对焊条电弧焊来说，电阻的预热作用并不太大，但当在电流密度过大，超出工艺参数的条件下施焊时，电阻热会明显地增加(与电流密度平方成正比)，使焊芯和药皮温升过高，引起不良后果，如药皮发红开裂，使某些成分过早分解、过早脱落，造成电弧燃烧不稳定，丧失保护和冶金反应能力，使焊缝成形质量变坏，甚至产生气孔等焊接缺陷。在相同电流密度下，电阻热与电阻大小成正比，例如，Hocr21Nilo不锈钢芯的电阻比低碳钢芯H08A大。试验表明，当130A的电流分别通过44mm的上述两种焊芯时，其温升分别为917和523。 研制高效不锈钢焊条的试验结果表明，焊条药皮的组成，对焊芯与药皮的温升有着很大的影响。这是因为调整焊条药皮的组成，可以改变熔滴的过波特性。例如，可使粗熔滴的短路过渡改变为细熔滴的渣壁过渡，这不仅提高了焊条的熔化速度，缩短了焊条的熔化时间，更重要的是由于熔滴短路的减少，有效地减小了焊接有效电流，使电阻热减少，从而降低了焊芯与药皮的温度。电弧热用于加热和解化焊条的电弧热功率，仅为全部功率的20一27。这部分热功率，部分用于熔化药皮与焊芯，使焊条端部的液体金属过热和蒸发；另一部分传导到焊芯的深处，使焊芯和药皮温度升高。沿焊芯轴线方向测量药皮表面温度的结果表明，电弧加热所形成的温度场范围很窄，一般集中在焊条端部lomm以内，说明焊条的熔化主要依靠电弧热。沿焊条长度方向药皮表面温度的分布如图3l所示。化学反应热 在一般情况下化学反应热接小，仅占1一3，可忽略不计。(2)焊条药皮的熔化和过渡 焊条药皮可以采用氧化物、碳园盐、有机物、氟化物、铁合金等数十种原材料粉末，按照一定的配方混合而成。焊条药皮的作用是在焊接过程形成具有合适的熔点、强度、密度、碱度等物理化学性能的熔渣，保证电弧稳定燃烧、使熔滴金属容易过渡、在电弧区和熔池周围造成一种气氛、保护焊接区域、获得良好的焊缝成形与性能等。 根据原材料在药皮中的作用，可分为稳弧剂(如长石、水玻璃、金红石、钻白大理石、云母、钻铁矿、还原钻铁矿等)、造渣剂(如大理石、萤石、白云石等)、脱氧剂(又称还原剂)、造气剂(如大理石、白云石、碳酸钡、木粉、淀粉、纤维索、树脂等)、合金剂(如锰铁、硅铁、铬铁、铂铁、钒铁、优铁、则铁、稀土硅铁等或纯金属，如金属锰、金属铬、锦粉、钨粉等)、增塑剂(如云母、白泥、钦白粉、滑石粉、固体水玻璃、纤维家等)、貉结剂(钾、钠及其混合水玻璃及酚醛树脂、树胶等)。酸性焊条药皮含有大量Ti02、si03等酸性造渣物及一定数量碳酸盐等，熔渣氧化性强，熔渣碱度系数小于l。酸性焊条焊接工艺性好，电弧稳定，可交流、室流两用，飞溅小，熔渣流动性和脱渣性好，熔渣多呈玻璃状、较疏松、焊缝外表美观。酸性焊条含有较多的二氧化硅、氧化铁，氧化性较强，焊缝金属氧含量较高，合金元家烧损较多，合金过渡系数较小，熔敷金属含氢量也较高，因而焊缝金属塑性和韧性较低。 碱性焊条药皮中含有大量的碱性造渣物(大理石、萤石等)，并含有一定数量的脱氧剂和渗合金剂。碱性焊条主要靠碳酸盐(如cacox等)分解出coz作保护气体，弧柱气氛中的氢分压较低，而且茧石中的氮化钙在高温时与氢结合成氟化氢(HF)，降低了焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称低氢型焊条。 从总体上来说，在焊条工艺性能上，酸性焊条比碱性焊条好；在焊条冶金性能上，碱性焊条比酸性焊条好。药皮的温度、熔化及过波特点对焊接化学冶金反应有重要的影响。在一般情况下，药皮的导热性比焊芯小得多，再加上药皮表面的散热作用，造成沿焊条端部横断面的温度分布很不均匀，等温线由焊芯内过渡到药皮内发生突然的转折，如图32所示。因此，在焊条端药皮的熔化石均匀，因而形成了所谓的套筒，药皮的熔点越高，厚度越大，套筒越长。药皮套筒的长度对焊接工艺性能、化学反应和熔滴过渡形态等有较大影响。药皮熔化所形成的熔渣，一般说有两种过渡形式：一是包桓在金属熔滴的外面或被夹在熔滴内，同金属熔浦一起过渡到熔池；二是熔谊直接从焊条端部流入熔池或以漓状直接落入熔他。前者熔滴与熔渣很好地接触，所以二者间的冶金反应能得以充分进行。当药皮厚度较大时也可能会出现第二种过渡形式，在这种情况下，直接流入熔他的那一部分熔渣没有与熔滴直接接触，因而在进入熔他之前，二者之间不可能发生冶金反应，只有进入熔池以后与熔池金属发生冶金反应。关于熔渣温度，一般认