覆层成分的控制-合金元素的控制

2018-12-26 19:41 作者:管理员8 来源:未知 浏览: 字号:
2.2合金元素的控制
 
    堆焊时,把所需的合金元素通过堆焊材料过渡到覆层中的过程称为合金化。常用的合金化有应用合金焊丝或带极、应用药芯焊丝或药芯焊条、应用合金药皮或粘结焊剂、应用合金粉末等方式。由于填充的堆焊材料在熔池中要与基体材料混合而被稀释,在高温下合金元素要烧损,覆层成分不可能与填充的堆焊材料完全相同。
 
    (1)稀释率及合金过渡系数
 
    1)稀释率在覆层中局部熔化的基材所占的比例称为稀释率,这一比例d可用下式表达:
覆层成分的控制-合金元素的控制1
式中,d为稀释率(熔合比);B为基材在覆层截面中所占面积;f为堆焊填充金属在覆层截面中所占面积。
 
    比值d应具有熔透的意义,d值越大,表示基材熔人覆层中的数量越大,所以常称d为“熔合比”或“冲淡率”。
 
    若暂不考虑由于冶金反应而造成的成分变化,覆层化学成分将取决于稀释率d的大小,在这种情况下,覆层中某一成分二的质量分数设为【X ]wo,其值应为
覆层成分的控制-合金元素的控制2
    为保证覆层获得预定的合金成分,必须控制最小的稀释率,一般希望控制d不超过0.1,且力求整个覆层的熔透深度均匀一致。
 
    2)合金过渡系数在熔焊条件下,不论采用何种具体焊接工艺方法,堆焊材料(填充金属)中的合金成分均不可能毫不损失地转移过渡到覆层中去,而会有或大或小的烧损。为比较不同合金元素的烧损程度,特定义“过渡系数”如下:
覆层成分的控制-合金元素的控制3
    如用焊剂或药芯焊丝的药芯添加合金时,上式中的Kc可称为“药粉率”,即熔化1g焊丝或药芯焊丝钢皮同时熔化的药粉量(g)。
 
    由于通过基材熔人覆层的成分一般可以不考虑其烧损,即烧损率可忽略不计,则覆层实际成分的质量分数【X],可概括为
覆层成分的控制-合金元素的控制4
    若已知d及有关数据,可从以上公式求出合金元素在覆层中的含量,或相反,根据对覆层(或焊缝)金属成分的要求求出合金元素在堆焊填充金属(焊条或焊剂等)中应具有的含量。

    (2)合金过渡系数的控制
 
    熔焊中,合金元素主要损失于氧化、蒸发和渣中的残留。一般说,凡能减少合金元素损失的因素对提高其过渡系数都是有利的。
 
    1)合金元素物理化学性质的影响合金元素的沸点越低,饱和蒸气压越大,焊接时的蒸发损失越大,过渡系数越小。如锰易蒸发,其过渡系数较小。
 
    合金元素对氧的亲和力越大其氧化损失越大,过渡系数越小。例如在1600℃时各元素对氧的亲和力由小至大的顺序为:
覆层成分的控制-合金元素的控制5覆层成分的控制-合金元素的控制6焊接钢时,位于铁左面的元素几乎无氧化损失;位于铁右面靠近铁的元素,氧化损失较小;而右边远离铁的元素其氧化损失严重。如Ti.zr.Al等因对氧的亲和力大一般很难过渡到覆层中去。一般来讲,合金元素过渡系数的大小次序与该元素氧化物标准生成自由焓覆层成分的控制-合金元素的控制7的排列次序是大体一致的。图3.2-4列出的覆层成分的控制-合金元素的控制8与温度的关系可供参考。

    当堆焊填充金属中含有多种合金元素,其中对氧亲和力较大的元素将因其自身的氧化而减少其他元素的氧化损失,提高它们的过渡系数。例如,碱性药皮中加人铝和钦可提高硅和锰的过渡系数。
 
    为了提高合金过渡系数,应尽量避免采用对氧亲和力大的焊接材料。
 
    2)药皮(焊剂)成分的控制药皮或焊剂的成分决定了气相和熔渣的氧化性、熔渣的碱度和粘度等性能,因此对合金过渡系数的影响很大。药皮或焊剂的氧化势越大,则合金过渡系数越小。如表3.2-2所示,赤铁矿和大理石的氧化性最强,甚至超过了空气和CO2,故合金过渡系数最小。由该表可见,除了Si外,其他元素均为烧损情况。相对于焊丝,堆焊熔敷金属增Si,乃是渗Si反应所致,因为焊剂含有Siq20%左右,焊丝中的各元素均可与熔融焊剂(熔渣)中的Si02发生置换反应:
图3.2口4氧化物的AGO与温度T的关系
覆层成分的控制-合金元素的控制9
表3.2-2合金元素的过渡系数
    表3.2-2的数据表明,氧化造成的烧损是明显的,其中Mn的烧损还包括蒸发损失在内。值得指出的是,即使在工业纯氢的焊接条件下也有合金烧损,而在CO2介质中焊接时,由于Co2与熔融金属接触中供氧更为有利,合金成分的烧损比在空气中还要厉害。
 
    试验表明,随着药皮或焊剂中合金元素含量的增加,其过渡系数逐渐增大。最后趋于一定值,如图3.2-5。药皮或焊剂的氧化性和元素对氧的亲和力越大,合金元素含量对过渡系数的影响越大。当合金元素及其氧化物在药皮中共存时,由质量定律可知,能提高该元素的过渡系数。
图3.2-5锰和铬的过渡系数与其在焊剂中含量的关系
    若其他条件相同,当合金元素的氧化物与熔渣的酸碱性相同时,有利于提高过渡系数;而相反时,则会降低过渡系数。
 
    在药皮中合金剂含量不变的情况下,药皮质量系数Kc增加,uf减小(参见图3.2-6)。因为药皮加厚时,合金剂进人金属所通过的平均路程增加,使氧化和残留损失均有所增大。为提高uf值,可采用双层药皮,里面一层主要加合金剂,外层加造气和造渣剂及脱氧剂。
图3.2-6锰的过渡系数与Kc关系
    (3)焊接方法和焊接规范的控制
 
    为了提高合金过渡系数,应尽量避免采用对氧亲和力大的焊接材料,或创造低氧或无氧的焊接条件,如用无氧焊剂、惰性气体保护,甚至在真空中焊接。
 
    在粘接焊剂埋弧焊时,焊剂的熔化率取决于焊接规范。但不论熔化率如何随焊接电流和电压变化,锰和铬的过渡系数总是随焊剂熔化率的增加而减少。反极性焊接时,uf值较小(图3.2-5)。因为反极性时焊剂熔化率接近于1,而正极性时只有 0.45一0.55.

(责任编辑:laugh521521)
文章分享:

-->
标签:
版权所有: 非特殊声明均为本站原创文章,转载请注明出处: 机械资料网