王冠周 王瓊鳳 海南省技師學(xué)院機(jī)械工程系

超低氫焊條的研究
——焊條藥皮配比對(duì)焊縫含氫量的影響

王冠周 王瓊鳳 海南省技師學(xué)院機(jī)械工程系

焊縫金屬中可擴(kuò)散氫含量對(duì)焊接金屬冷脆有著重要影響，為避開(kāi)產(chǎn)生焊接冷裂紋，焊接高強(qiáng)度鋼時(shí)應(yīng)采用超低氫焊條。本文主要論述通過(guò)對(duì)藥皮組成物進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗涂刂破浜?，以及具體介紹如何運(yùn)用采用物理方法和化學(xué)方法調(diào)整焊縫組織，致使改進(jìn)焊接工藝。因此，為了更進(jìn)一步提高高強(qiáng)鋼的抗裂能力及降低預(yù)熱溫度，研制超低氫焊條是一種有效的途徑，這也是我國(guó)焊條科研的重要項(xiàng)目之一。

焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，強(qiáng)度越高的鋼，要求焊縫中的含氫量越低，否則會(huì)產(chǎn)生冷裂紋，因此，通常采用超低氫堿性焊條。但是，即使采用低氫焊條，有時(shí)也難以防止這些裂紋的產(chǎn)生。低合氫高強(qiáng)鋼的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，鋼的等級(jí)也隨之提高，厚板的采用也在加大，因此，如何降低焊縫金屬含氫量成為關(guān)鍵問(wèn)題。超低氫高韌性系列焊條配方主要采用CaF2-CaO-TiO2渣系。在藥皮中加入一定量的鐵粉后，熔渣中的FeO根據(jù)分配率向液體金屬擴(kuò)散，導(dǎo)致焊縫金屬中的含氧量增加，使其降低缺口韌性。

1 大理石與焊縫擴(kuò)散氫含量

大理石作為造渣劑和造氣劑，因?yàn)榇罄硎泻?5%的碳酸鈣，碳酸鈣在545℃開(kāi)始分解為氧化鈣，和二氧化碳。大量的二氧化碳?xì)怏w，增強(qiáng)了電弧氣氛的氧化性。對(duì)焊接工藝性和焊接冶金反應(yīng)有著較大的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以得出當(dāng)熔渣中的CaO/SiO2+TiO2的值在2~2．5為最佳。

2 鐵粉與焊縫擴(kuò)散氫含量

為提高熔敷效率，藥皮中需要加入大量鐵粉。鐵粉的品質(zhì)對(duì)焊縫的性能影響很大，如鐵粉的顆粒度和鐵粉的成分，雜質(zhì)等，以及鐵粉的物理性能，均影響焊條的壓涂性和熔敷金屬可擴(kuò)散氫的含量，需要加以選擇和控制。

3 云母與焊縫擴(kuò)散氫含量

在藥皮中加入云母，可提高焊條壓涂時(shí)的藥皮塑性。云母作為一種硅酸鹽，含有4%左右的結(jié)構(gòu)水，對(duì)焊縫中的可擴(kuò)散氫含量有著直接影響。若是減少云母的加入量，焊縫中可擴(kuò)散氫含量也就降低，但涂壓性能也因此降低。

采用合成氟金云母代替天然云母，可以降低焊縫可擴(kuò)散氫含量的同時(shí)，藥皮也能具有良好的涂壓性能。合成氟金云母在焊接高溫時(shí)分解出氟，氟與電弧氣氛中的氫或水蒸氣反應(yīng)生成HF，因此降低焊縫金屬中的含氫量。

4 稀土鎂與焊縫擴(kuò)散氫含量

隨著藥皮稀土鎂含量的增加，焊縫擴(kuò)散氫含量減少。稀土鎂具有強(qiáng)烈的吸氫作用。稀土鎂在室溫下吸收氫，溫度在250℃~300℃時(shí)，與氫作用發(fā)生反應(yīng)，形成氧化物，當(dāng)溫度再高時(shí)，氧化物又會(huì)被分解。由此可知，稀土鎂不能在高溫中除氫。我們認(rèn)為稀土鎂之所以能去氫是由于在焊接過(guò)程中稀土金屬過(guò)渡到熔池中，在熔池金屬冷卻過(guò)程中，稀土金屬吸收了熔池金屬中的氫生成的穩(wěn)定的氰化物而去除了氫。稀土鎂越多則過(guò)渡到熔池中的稀土金屬也就越多，去氫效果也就會(huì)更加的顯著。

5 螢石與焊縫擴(kuò)散氫含量

螢石的主要作用也是造渣，但也有稀渣的作用，他含有92%的氟化鈣，氟化鈣有強(qiáng)烈的去氫作用，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。

隨著藥皮中螢石的含量的增加，焊縫擴(kuò)散氫含量減少，這是由于氟化鈣和水蒸汽及氫直接發(fā)生反應(yīng)。同樣氟化氫也不溶于液態(tài)鋼，故可以減少焊縫擴(kuò)散氫含量。但是藥皮中螢石的含量不能太多，否則會(huì)使電弧燃燒不穩(wěn)定，并產(chǎn)生過(guò)多的有毒氣體。

6 硅鐵與焊縫擴(kuò)散氫含量

硅鐵主要起著合金化和脫氧作用。日本超低氫焊條中加入1．7%的硅鐵，雖然這有去氫的作用。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也證實(shí)了這一點(diǎn)。

最初隨硅鐵的含量的增加，焊接擴(kuò)散氫含量也增加，當(dāng)硅鐵增加到某一數(shù)值后，在繼續(xù)增加硅鐵的含量，焊縫擴(kuò)散氫含量反而會(huì)下降，這是因?yàn)楫?dāng)硅鐵的加入量較少時(shí)，隨著硅鐵含量的增加，電弧氣氛的氧化性減弱，從而使反應(yīng)都減弱，焊縫擴(kuò)散氫含量增加，但是硅鐵的加入量較大時(shí)，由于硅鐵被氧化城二氧化硅的濃度增大，則通過(guò)一些反應(yīng)去氫的可能性就會(huì)增大。

另一方面，硅鐵的含量增加時(shí)，過(guò)渡到焊縫金屬中的硅含量就增加，而硅可以使氫在液態(tài)鐵中的溶解度降低，特別是在硅含量較多且顯著超過(guò)其在低碳鋼及低合金鋼中的含量時(shí)，這種影響就更加的明顯了，可以認(rèn)定，合金元素硅與鐵的原子間結(jié)合更加的牢固的組合物，因而降低了作為吸著劑的鐵原子的活性。從而使焊縫擴(kuò)散氫含量降低。雖然焊條藥皮中加入大量硅，能起到去氫的作用，但是焊縫金屬含硅量過(guò)高時(shí)，會(huì)使焊縫金屬性變得更加的脆，機(jī)械性能也會(huì)隨之下降，所以在焊條藥皮中，加入的硅鐵含量必須全面的綜合的進(jìn)行考慮。此外硅鐵必須鈍化，因?yàn)榻?jīng)過(guò)鈍化的硅鐵，硅鐵中固有的氫的含量會(huì)降低，從而使焊縫擴(kuò)散氫含量大大的下降。

7 結(jié)束語(yǔ)

（1）降低焊接電弧氣氛中的氫分壓，是研制超低氫焊條的核心問(wèn)題，也是我們目前需要克服和攻克的第一大技術(shù)難題，為此必須嚴(yán)格控制氫的來(lái)源，從而就可以降低焊縫擴(kuò)散氫含量。

（2）藥皮中的大理石、螢石、合成氟金云母，烘焙云母，硅鐵具有去氫的作用，并且直接影響著焊縫擴(kuò)散氫含量。

（3）烘焙云母完全可以代替合成氟金云母，既然降低焊縫擴(kuò)散氫含量，又能降低焊條的成本。

（4）稀土金屬能降低焊縫擴(kuò)散氫含量，同時(shí)又能改善焊縫的機(jī)械性能，是一種制造超低氫焊條很有前景的材料。至于稀土金屬的種類和加入量對(duì)超低氫焊條的影響我們已經(jīng)有啦更進(jìn)一步的研究。

[1]李榮雪主編.金屬材料焊接工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版2008：32-41

[2]王曉東主編.洛陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)[N].河南：科學(xué)出版社2002,23（2）：15-23