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1、焊接过程中,焊接区内充满大量气体。
用酸性焊条焊接时,主要气体成分是CO、H2、H2O;用碱性焊条焊接时,主要气体成分是CO、CO2;埋弧焊时,主要气体成分是CO、H2。
焊接区内的气体主要来源于以下几方面:一是为了保护焊接区域不受空气的侵入,人为地在焊接区域添加一层保护气体,如药皮中的造气剂(淀粉、木粉、大理石等)受热分解产生的气体、气体保护焊所采用的保护气体(CO2气体、Ar气)等;其次是用潮湿的焊条或焊剂焊接时,析出的气体、保护不严而侵入的空气、焊丝和母材表面上的杂质(油污、铁锈、油漆等)受热产生的气体,以及金属和熔渣高温蒸发所产生的气体等。
2、氮、氢、氧对焊缝金属的作用和影响
⑴氮 氮主要来自焊接区域周围的空气。手弧焊时,堆焊金属中约含有0.025%的氮。氮是提高焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素,也是在焊缝中产生气孔的主要原因之一。
⑵氢 氢主要来源于焊条药皮、焊剂中的水分、药皮中的有机物,焊件和焊丝表面上的污物(铁锈、油污)和空气中的水分等。各种焊接方法均使焊缝增氢,只是增氢的程度不同:手弧焊时用纤维素药皮焊条焊得的焊缝含氢量比母材高出70倍;只有采用低氢型焊条施焊时,焊缝的含氢量才比较低;而用CO2气体保护焊时,含氢量最低。
氢使焊缝金属的塑性性严重下降,促使在焊接接头中产生气孔和延时裂纹,并且还会在拉伸试样的断面上形成白点。
⑶氧 氧主要来源于空气、药皮和焊剂中的氧化物、水分及焊接材料表面的氧化物。随着焊缝中含氧量的增加,其强度、硬度和塑性会明显下降,还能引起金属的热脆、冷脆和时效硬化,并且也是焊缝中形成气孔(CO气孔)的主要原因之一。
总之,进入焊缝金属中的氮、氢、氧都是属于有害的元素。
3、对焊接区域要进行保护方法
熔焊
对焊接区域进行保护的目的是防止空气侵入熔滴和熔池,减少焊缝金属中的氮、氧含量。保护的方式有下列三种:
⑴气体保护 例如,气体保护焊时采用保护气体(CO2、H2、Ar)将焊接区域与空气隔离起来。
⑵渣保护 在熔池金属表面覆盖一层熔渣使其与空气分开隔离,如电渣焊、埋弧焊。
⑶气—渣联合保护 利用保护气体和熔渣同时对熔化金属进行保护,如手弧焊。
4、 减少焊缝金属中的含氧量
对焊接区域进行保护、防止空气与熔化金属进行接触是控制焊缝金属中含氧量的重要措施,但是不能根本解决问题,因为氧还可以通过许多其它渠道进入焊缝中,要彻底堵塞这些渠道事实上是不可能的,因此目前只能采取措施,对已进入熔化金属中的氧进行脱氧处理。
5、焊缝金属常用的脱氧方法
利用熔渣或焊芯(丝)金属与熔化金属相互作用进行脱氧,是焊缝金属常用的脱氧办法。
⑴扩散脱氧 当温度下降时,原先熔解于熔池中的FeO会不断地向熔渣进行扩散,从而使焊缝中的含氧量下降,这种脱氧方法称为扩散脱氧。
如果熔渣中有强酸性氧化物SiO2、TiO2等,它们会与FeO生成复合物,其反应式为
(SiO2+FeO)= FeO·SiO2
(TiO2+FeO)= FeO·TiO2
反应的结果使熔渣中的自由FeO减少,这就使熔池金属中的[FeO]不断地向渣中扩散,焊缝金属中的含量因此得以减少。
酸性熔渣(如焊条J422、焊剂HJK431熔化所成的熔渣)中含有较多量的SiO2、TiO,所以其脱氧方法主要是扩散脱氧。但是在焊接条件下,由于熔池冷却速度快,熔渣和液体金属相互作用的时间短,扩散脱氧进行得很不充分,因此用酸性焊条(剂)焊成的焊缝,其含氧量还比较高,焊缝金属的塑性和韧性也比较低。