低合金鋼氣保焊焊絲殘餘Al對焊縫氫氣孔的影響

   時間:2014-03-11 14:57:14
低合金鋼氣保焊焊絲殘餘Al對焊縫氫氣孔的影響簡介
     摘要: 低合金鋼氣保焊實芯焊絲中的殘餘Al對焊縫金屬氫氣孔的影響,既取決於焊絲的合金體系,又與保護……
低合金鋼氣保焊焊絲殘餘Al對焊縫氫氣孔的影響正文
  

摘要: 低合金鋼氣保焊實芯焊絲中的殘餘Al對焊縫金屬氫氣孔的影響,既取決於焊絲的合金體系,又與保護氣體氧化性的強弱有關。含有一定量殘餘Al的低合金耐熱鋼焊絲在80%Ar+20%CO2富氬混合氣體保護焊工藝條件下,其焊縫金屬極易產生氫氣孔。
關鍵詞: 焊絲 鋁 氫氣孔

0 前 言
氣孔是焊接科研和生產中經常遇到的一種焊接缺陷。焊縫金屬中氣孔的存在不僅削弱焊接結構件的有效斷面,而且顯著降低焊縫金屬的強度和韌性,同時也會造成應力集中,對動載強度和疲勞強度更為有害。促使焊縫產生氣孔的因素是多種多樣的,如焊絲和被焊金屬坡口表面上的鐵鏽、油污或其它雜質,焊條、焊劑在使用前沒有經過烘乾或烘乾不足,焊接區域沒有得到充分的保護,焊接參數或焊接材料選擇不當等。不同的因素促使焊縫產生不同類別、不同形態的氣孔,如氫氣孔、氮氣孔、一氧化碳氣孔等。焊縫金屬中氣孔產生的根本原因是在焊接電弧高溫下大量溶解於熔滴和熔池金屬的氣體原子在熔池結晶時,由於溶解度的突然下降,使得氣體原子處於過飽和狀態,反應生成的氣體分子由於不溶於金屬而在液態金屬中形成氣泡。當氣泡向外逸出的速度小於熔池的結晶速度時,就在焊縫中形成了氣孔[1]。對於熔化極CO2氣體保護焊和富氬混合氣體保護焊來說,如果焊接區域受到良好保護,並且焊接參數選擇得當,那麼焊縫金屬中產生的氣孔大多為氫氣孔。這是因為,用於保護焊接區域不受空氣侵害的CO2氣體大都是釀酒廠或酒精廠的副產品,不可避免地含有或多或少的水分或其它含氫物質,同時混合氣體中的氬氣也常含有水分。如果保護氣體中的水分和其它含氫物質的總含量超過一定限度,那麼焊縫金屬中氫氣孔的產生將是必然的[2]。但是,如果保護氣體中的水分和其它含氫物質的含量按相關標準要求被控制在一定的範圍內,那麼CO2氣體保護焊和富氬混合氣體(80%Ar+20%CO2)保護焊焊縫金屬中一般不會產生氫氣孔。這是因為CO2氣體在電弧高溫下將發生分解反應(CO2 = CO + O),分解出來的原子態氧具有較強的氧化性,與氣相中的[H]反應生成不溶於液體金屬的OH,從而有效地阻止焊縫中氫氣孔的產生[3]。本文要闡述的是,針對低合金耐熱鋼熔化極80%Ar+20%CO2混合氣體保護焊,雖然保護氣體中的水分或其它含氫物質的含量按相關標準要求被控制在一定的範圍內,並且焊絲及被焊金屬坡口表面無銹、油污或其它雜質,同時焊接工藝參數的選擇得當,但是如果不嚴格控制焊絲中的殘餘Al含量,那麼焊縫金屬中也將產生大量的氫氣孔。

1 試驗條件
試驗採用兩種保護氣體,一種是氧化性較強的二氧化碳氣體,另一種是氧化性相對較弱的富氬混合氣體(80%Ar+20%CO2)。所用的二氧化碳氣體是某酒精廠生產的專門用於焊接生產的市售氣體,符合GB/T6052-93規定的優等品。
試驗選用兩類合金體系的低合金鋼實芯焊絲,一類是以Cr-Mo為主要合金元素的低合金耐熱鋼焊絲,另一類是Mn-Ni-Mo高強度鋼焊絲。這些試驗焊絲都因在焊絲鋼的冶鍊過程中沒採取必要的控制措施而含有一定量的殘餘Al,但是Al含量符合GB/T8110-1995"氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲"對低合金高強鋼焊絲殘餘Al的規定,即不超過0.10%[4]。
試驗方法是,在經過打磨而露出金屬光澤、材質為16Mn、厚度為12mm的試板上,用上述兩類合金體系的直徑為1.2mm的實芯焊絲在CO2和80%Ar+20%CO2兩種氧化性強弱不同的保護氣體下,按表1所示的焊接規範參數進行水平位置單道自動焊。焊后,首先用肉眼觀察焊縫表面是否存在可見氣孔;然後打磨焊縫,對焊縫金屬內部產生的氣孔數量進行統計。殘餘Al含量符合GB/T8110-1995之規定且又各不相同的6種試驗焊絲的主要合金成分及殘餘Al含量,見表2。其中編號為C1~C5的5種焊絲是以Cr-Mo為主要合金元素的低合金耐熱鋼焊絲,編號為M6的焊絲為沒有添加Cr合金元素的Mn-Ni-Mo低合金高強鋼焊絲。

表1 焊接規範參數

焊絲直徑焊接電流電弧電壓焊接速度干伸長度氣體流量1.2mm270A28V5.5mm/s18mm18L/min

表2 試驗焊絲主要合金元素及殘餘Al的含量(wt.%)

編號C SiMnCrMoVWNiAlC10.0970.791.531.250.560.38//0.008C20.0850.681.491.210.570.34//0.027C30.0790.701.551.230.510.39//0.040C40.0770.771.632.370.670.410.49/0.060C50.0800.80 1.501.260.55///0.080M60.0850.761.470.46//0.800.085

2 試驗結果
殘餘Al含量互不相同、分屬兩類合金體系的6種試驗焊絲在氧化性強弱不同的CO2氣體和80%Ar+20%CO2富氬混合氣體保護下進行施焊,其焊縫金屬是否產生氫氣孔或產生氫氣孔數量的多少,見表3。
從表3不難看出焊絲殘餘Al含量對氣體保護焊焊縫金屬氫氣孔產生的影響,它不但與焊絲殘餘Al含量的高低有關,而且取決於焊絲的合金系統,同時還與所採用的保護氣體的氧化性有密不可分的關係。在氧化性較強的二氧化碳氣體保護下焊接,無論是對於以Cr-Mo為主要合金元素的低合金耐熱鋼焊絲C1~C5,還是對於沒有添加Cr合金元素的Mn-Ni-Mo低合金高

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