焊絲中的填充金屬如何影響焊接質量?

用於焊絲含有Si、Mn、S、P、Cr、Al、Ti、Mo、V等合金元素。下面分別解釋這些合金元素如何影響焊接性能。

堆焊焊絲橫幅

矽 (Si)

矽是焊絲常用的脫氧元素,它能防止鐵與氧化結合,並能還原熔池中的FeO。但單獨用矽脫氧,生成的SiO2熔點高(約1710℃),且產品顆粒小,難以從熔池中浮出,易造成焊縫金屬夾渣。

錳 (Mn)

錳的作用與硅相似,但脫氧能力比矽稍差。單獨錳脫氧,生成的MnO密度較大(15.11g/cm3),但也不易從溶解池中浮出。焊絲中的錳,除脫氧外,還能與硫化物結合生成硫化錳(MnS),並被脫除(脫硫),因此可以降低硫引起的熱裂紋傾向。由於矽錳單獨脫氧,很難去除脫氧的產生。 MnO-SiO2熔點低(約1270℃),密度小(約3.6g/cm3),可在熔池中聚結成大渣並浮出,達到良好的脫氧效果。錳也是鋼中重要的合金元素,也是重要的硬化元素,它對焊縫金屬的韌性有很大影響。當Mn含量<0.05%時焊縫金屬韌性非常高;當錳含量 > 3% 且非常脆時;當Mn含量=0.6~1.8%時,焊縫金屬具有較高的強度和韌性。

硫 (S)

硫通常以硫化鐵的形式存在於鋼中,並在晶界處呈網狀分佈,從而顯著降低鋼的韌性。鐵加硫化鐵的共晶溫度低(985℃),因此,在熱加工中,由於加工溫度一般在1150~1200℃,而鐵和硫化鐵的共晶已經熔化,造成加工開裂,這種現像是所謂的“硫熱脆化”。硫的這種性質使得鋼在焊接時發生熱裂。因此,一般嚴格控製鋼中硫的含量。普通碳素鋼、優質碳素鋼和優質碳素鋼的主要區別在於硫、磷含量的多少。如前所述,錳有脫硫作用,因為錳能與硫化錳(MnS)的硫(1600℃)形成高熔點,分佈在晶粒的晶粒中。在熱加工中,硫化錳具有足夠的可塑性,從而消除了硫的有害影響。因此,在鋼中保持一定量的錳是有益的。

磷 (P)

鋼中的磷可以完全溶解在鐵素體中。它對鋼的強化作用僅次於碳,使鋼的強度和硬度增加,磷能提高鋼的耐蝕性,而塑性和韌性顯著降低。尤其是在低溫時衝擊更為嚴重,這就是磷的冷跪傾向。因此,不利於焊接,增加鋼的裂紋敏感性。作為雜質,鋼中磷的含量也應加以限制。

鉻 (Cr)

鉻能提高鋼的強度和硬度,而塑性和韌性不降低。鉻具有很強的耐腐蝕性和耐酸性,所以奧氏體不銹鋼一般含有較多的鉻(13%以上)。鉻還具有很強的抗氧化性和耐熱性。因此,鉻也廣泛用於耐熱鋼,如12CrMo、15CrMo、5CrMo等鋼都含有一定量的鉻[7]。鉻是奧氏體鋼和鐵素體化的重要組成元素,提高合金鋼的抗氧化性和高溫力學性能。在奧氏體不銹鋼中,當鉻鎳總量為40%且Cr/Ni=1時,有熱裂傾向;當 Cr/Ni = 2.7 時,無熱裂紋傾向。所以一般18-8鋼的Cr/Ni=2.2~2.3左右,合金鋼中的鉻容易產生碳化物,使合金鋼的導熱性變差,易產生氧化鉻,從而造成焊接困難。

鋁 (AI)

鋁是強脫氧元素之一,所以用鋁作脫氧劑,不僅能產生較少的FeO,而且容易使FeO還原,有效抑制熔池中產生的CO氣體的化學反應,提高抗CO能力孔隙率。此外,鋁還可以與氮結合,起到固氮作用,因此也可以降低氮的孔隙率。但用鋁脫氧,生成的Al2O3熔點很高(約2050℃),在熔池中呈固態,易造成銲渣。同時,鋁絲容易造成飛濺,鋁含量過高也會降低焊縫金屬抗熱裂的能力,所以必須嚴格控製絲中的鋁含量,不宜過多。如果焊絲中的鋁含量控制得當,焊縫金屬的硬度、屈服點和抗拉強度都會略有提高。

鈦 (Ti)

鈦也是一種強脫氧元素,還可與氮TiN合成並起到固氮作用,提高焊縫金屬抗氮氣孔的能力。如果焊縫組織中Ti和B(硼)含量合適,則焊縫組織可以細化。

鉬 (Mo)

合金鋼中的鉬能提高鋼的強度和硬度,細化晶粒,防止回火脆性和過熱傾向,提高高溫強度、蠕變強度和持久強度,含鉬量小於0.6%,可提高塑性,降低迴火傾向。產生裂紋,提高衝擊韌性。鉬具有促進石墨化的趨勢。因此,一般的含鉬耐熱鋼如16Mo、12CrMo、15CrMo等含鉬量約為0.5%。鉬在合金鋼中的含量在0.6~1.0%,鉬會使合金鋼的塑性和韌性下降,增加合金鋼的淬火傾向。

釩 (V)

釩提高鋼的強度,細化晶粒,降低晶粒長大的趨勢,提高淬透性。釩是一種強碳化物形成元素,形成的碳化物在 650°C 以下是穩定的。它具有時效硬化作用。碳化釩在高溫下是穩定的,因此提高了鋼的高溫硬度。釩能改變碳化物在鋼中的分佈,但釩容易生成難熔的氧化物,增加氣焊和氣割的難度。一般焊縫中釩含量在0.11%左右,可以起到固氮作用,由不利轉有利。

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