气体保护焊焊丝中杂质对焊接质量的影响

CO2气体保护焊焊丝中杂质对焊接质量的影响第1章绪论1.1引言焊接技术是随着铜铁等金属的冶炼生产、各种热源的应用而出现的。古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊、锻焊、铆焊古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊、钎焊和铆焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具、生活器具和武器。19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；1885～1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段。电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。也成为现代焊接工艺的发展开端。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。截至到目前二氧化碳气体保护焊依旧应用在我们现在生产生活中。1.2预防和控制焊丝中杂质对焊接质量的影响的意义焊接生产中对于焊接质量的影响主要分为客观主观两个方面，主观上在于人为操作流程上，通过学习和培训，可以做到有效避免，即使发生不良影响，也相对更容易解决，影响范围也相对小一些。但是客观上焊丝中的杂质对于焊接质量的影响可就不是简单的培训与学习就能解决的，它所带来的影响也不仅仅是小范围的失误，往往都是批量上的生产损失，而且由于材料上的不合格或焊丝杂质含量过大，所带来的技术上的问题，已不是一朝一夕从头再来就能解决的，相对应的技术上的瓶颈也往往束缚着企业乃至行业的发展。1.3本文的主要研究内容本文主要介绍了焊接的发展历史、二氧化碳气体保护焊（一下简称二保焊）的应用优势。介绍论述了二保焊中焊丝杂质的主要成分，通过对二氧化碳气体保护焊焊丝中成分的论述分析，找出影响焊接质量的各类杂质，做到有效消除和尽量避免焊丝中杂质对焊接质量的影响。最后论述了预防或消除焊丝中杂质对焊接质量的影响的防治措施。第2章二氧化碳气体保护焊的概述2.1二氧化碳气体保护焊的简介二氧化碳气体保护焊,它是一种熔化极气体保护电弧焊技术。气体保护电弧焊是采用气体保护焊接区域内的金属,使之不受空气(空气主要成分有79%氮、21%氧)的危害,这种工艺方法简称气电焊。它是在手工电孤焊,埋弧自动焊广泛应用的基础上发展起来的。二氧化碳气体保护焊是迄今为止成本最低的气电焊工艺方法之一,CO2气体价廉易得、生产率高、适应范围大[1]。二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）的保护气体是二氧化碳（有时采用CO2+Ar的混合气体）。由于二氧化碳气体的0热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。2.1.1二氧化碳气体保护焊的优点1．焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊条电弧焊的40~50%。2．生产效率高。其生产率是焊条电弧焊的1~4倍。3．操作简便。明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接。4．焊缝抗裂性能高。焊缝低氢且含氮量也较少。5．焊后变形较小。角变形为千分之五，不平度只有千分之三。6．焊接飞溅小。当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。2.2二氧化碳气体保护焊的分类（1）按机械化程度可分为自动化和半自动化（2）按焊丝直径可分为细丝1.0~1.2中丝1.2~1.4粗丝1.4~1.6（3）按焊丝分类可分为药芯和实心焊丝两种2.3二氧化碳气体保护焊中焊丝的要求2.3.1二氧化碳气体保护焊对焊丝化学成分的要求：（1）焊丝必须含有足够数量的脱氧元素以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气体（2）焊丝的含碳量要低，通常要求0.11%，这样可减少气孔和飞溅。（3）保证焊缝金属具有满意的机械性能和抗裂性能。（4）所用原材料为焊丝钢盘条完全符合国家标准，主要化学成分（%）c0.06-0.15、mn1.40-1.85、si0.80-1.15、p≤0.025、s≤0.035、cu≤0.50.[2]2.3.2二氧化碳气体保护焊对焊丝物理方面的要求：产品质量完全符合国家GB/T8110-1995标准即：焊丝表面光滑平整，无毛刺、划痕、锈蚀和氧化反映，镀铜均匀牢固，翘距≤25mm，挺度适中，使焊丝均匀连续送进焊枪内，抗拉强度≥930mpa，松弛直径≥250mm。目前生产中应用最广的焊丝为H08Mn2SiA焊丝，该焊丝有较好的工艺性能、机械性能及抗热裂纹能力，适用于焊接低碳钢、屈服极限500Mpa的低合金钢和经焊后热处理抗拉强度1200Mpa的低合金高强钢[3]。焊丝表面的清洁程度影响到焊缝金属中含氢量。焊接重要结构应采用机械、化学或加热办法清除焊丝表面的水分和污染物。2.4本章小结二氧化碳气体保护焊是目前黑色金属材料最为重要的一种焊接方式。并且在我国以及全世界范围内应用。二氧化碳气体保护焊中焊丝是其技术关键所在，标准中对其有着详细的化学成分要求和物理性质要求。焊丝中杂质对焊接质量起到至关重要的作用了，而且焊丝中的杂质不仅仅包括焊丝中内部的超标金属和非金属物质，也包含后期运输，储存过程中附在焊丝表层的其他物质。第3章二氧化碳气体保护焊焊丝中杂质对焊接质量的影响3.1二氧化碳气体保护焊焊丝中的主要成分3.1.1焊丝中杂质主要分类二保焊焊丝中杂质主要分为金属杂质和非金属杂质和金属杂质。金属杂质主要包括：Si、Mn、S、P、Cr、AI、Ti、Mo、V等合金元素。非金属杂质则包括C以及焊接过程中产生的氧化物、硫化物等。因为金属杂质在生产过程中无可避免，少量杂质不会对焊接质量产生影响，但是超过国家规定的数值就会对焊接效果，焊接质量产生巨大影响[4]。3.1.2焊丝中所含非金属杂质对焊接质量的影响焊丝中非金属杂质主要包括C以及焊接时高温产生的烟花无和硫化物，这些杂质一般都是操作不当或焊接参数设置错误所产生的，对于焊接质量的影响主要在于于降低焊缝处金属性能，影响焊后工件的刚度或者强度。3.1.3焊丝中所含金属元素对焊接质量的影响对于焊丝中含有Si、Mn、S、P、Cr、AI、Ti、Mo、V等合金元素[5]。这些合金元素对焊接性能有何影响，下面分别说明；硅（Si）硅是焊丝中最常用的脱氧元素，它可以防止铁与氧化合，并可在熔池中还原FeO。但是单独用硅脱氧，生成的SiO2熔点高（约1710℃），且生成物的颗粒小，难以从熔池中浮出，易造成焊缝金属夹渣。锰（Mn）锰的作用与硅相似，但脱氧能力比硅稍差一些。单独用锰脱氧，生成的MnO密度较大（15．11g／cm3），也不易从溶池中浮出。在焊丝中含锰，除了脱氧作用外，还能和硫化合生成了硫化锰（MnS），并被除去（脱硫），故可降低由硫引起的热裂纹的倾向。由于单独用硅和锰脱氧，都难以除去脱氧的生成物。故目前多采用硅锰联合脱氧，使生成的SiO2和MnO复合成硅酸盐（MnO·SiO2）。MnO·SiO2的熔点低（约1270℃）且密度小（约3．6g/cm3），在熔池中能凝聚成大块熔渣而浮出，达到良好的脱氧效果。锰也是钢材中的重要合金元素，也是重要的淬透性元素，它对焊缝金属的韧性有很大影响。当Mn含量＜0．05％时焊缝金属的韧性很高；当Mn含量＞3％后又很脆；当Mn含量=0．6～1．8％时，焊缝金属有较高的强度和韧性[6]。硫（S）硫在钢中常以硫化铁的形式存在，并呈网状分布在晶粒边界，因而显著地降低钢的韧性。铁加硫化铁的共晶温度较低（985℃），因此，在进行热加工时，由于加工开始温度一般为1150～1200℃，而铁和硫化铁共晶已经熔化，从而导致加工时开裂，这种现象就是所谓“硫的热脆性”。硫的这种性质使钢在焊接时产生热裂纹。因此，一般在钢中对硫的含量都严格加以控制。普通碳素钢、优质碳素钢以及高级优质钢的主要区别就在于硫、磷含量的多少。前面提到，锰有脱硫作用，这是因为锰可与硫形成高熔点（1600℃）的硫化锰（MnS），它呈粒状分布于晶粒内。在热加工时，硫化锰有足够的塑性，因而消除了硫的有害作用。因此钢中保持一定的含锰量是有益的。磷（P）磷在钢中能全部溶于铁素体内。它对钢的强化作用仅次于碳，使钢的强度和硬度增加，磷能提高钢的抗腐蚀性能，而塑性和韧性则显著降低。特别在低温时影响更为严重，这称为磷的冷跪倾向。故它对焊接不利，增加钢的裂缝敏感性。作为杂质，磷在钢中的含量也要加以限制。铬（Cr）铬能提高钢的强度和硬度而塑性和韧性降低不大。铬具有很强的耐蚀、耐酸的能力，所以奥氏体不锈钢中一般都含有较多的铬（13%以上）。铬还具有很强的抗氧化能力和耐热性。因此，铬在耐热钢中应用也很广，如12CrMo、15CrMo5CrMo等。钢中都含有一定量的铬[7]。铬是奥氏体钢的重要组成元素和铁素体化的元素，它在合金钢中能提高在高温时的抗氧化能力和机械性能。在奥氏体不锈钢中，当铬镍的总量为40％，Cr／Ni=1时，有热裂缝倾向；当Cr／Ni=2．7时，就没有热裂缝倾向。所以一般18－8型钢中Cr／Ni=2．2～2．3左右时，铬在合金钢中就容易产生碳化物，使合金钢导热变差，容易产生氧化铬，使焊接造成困难。铝（AI）铝是强烈的脱氧元素之一，故用铝作脱氧剂，不仅可少产生FeO，且易于使FeO还原，有效地抑制在熔池中产生的CO气体的化学反应，提高抗CO气孔的能力。另外，铝还能和氮化合而起固氮作用，故也能减少氮气孔。但是用铝脱氧，生成的AI2O3熔点很高（约2050℃），以固态存在熔池中，容易引起焊缝夹渣。同时，含铝的焊丝容易引起飞溅，铝的含量过高还会降低焊缝金属抗热裂能力，因而焊丝中含铝量必须严格控制，不宜过多。若在焊丝中含铝量控制适当，则在焊缝金属的硬度、屈服点、抗拉强度均稍有提高。钛（Ti）钛也是一种强烈的脱氧元素，且也能和氮化合成TiN而起固氮作用，提高焊缝金属抗氮气孔的能力。若Ti和B（硼）在焊缝组织中含量适当，可以使焊缝组织得到细化。钼（Mo）钼在合金钢中能提高钢的强度、硬度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向，提高高温强度、蠕变强度及持久强度、含钼小于0．6％时，可以提高塑性，减少产生裂纹的倾向，提高冲击韧性。钼有促进石墨化的倾向。故一般含钼的耐热钢如16Mo、12CrMo、15CrMo等含钼量约在0．5％左右。钼在合金钢中的含量在0．6～1．0％时，钼会使合金钢的塑性和韧性下降，增加合金钢的淬火倾向。钒（V钒可提高钢的强度，细化晶粒，降低晶粒长大倾向，提高淬硬性。钒是较强烈的碳化物形成元素，所形成的碳化物在650℃以下都是稳定的。有时效硬化作用。钒的碳化物具有高温稳定性，因而能提高钢的高温硬度。钒能够改变碳化物在钢中的分布状况，但是钒容易生成难熔的氧化物，增加了气焊和气割的困难。一般焊缝中含钒量在0．11％左右时，可以起到固氮作用，变不利为有利3.2本章小结在二氧化碳气体保护焊焊丝中，主要影响焊接质量的杂质就是在于生产焊丝过程中所必须加入的金属物质，对其在焊丝中的含量必须严格控制，而且对于不同种类的金属所允许存在的数值也是不尽相同的。第4章如何预防焊丝中杂质对焊接质量的影响4.1焊丝储存方面的预防首先焊丝要选用合乎国家标准的大厂商生产的焊丝。其次对已入库焊丝要注意科学的保养和存放1、产品拆封后，在保质期内你可以直接施焊，不需任何焊前处理。产品出厂包装密封条件下金桥焊条可保存二年以上，拆开包装后注意塑