焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响.精品文档.焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响焊管?第29卷第4期?2006年7月?89?焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响马长权编译(宝鸡石油钢管有限责任公司,陕西宝鸡721008)摘要:从焊剂的组成,冶金性能,化学性能,溶解0含量等方面,阐述了焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响.指出焊剂的性能及MnO,SiO,FeO等对焊缝中的溶解0含量影响很大,可改变焊缝的冲击韧性和脆性转变温度.关键词:埋弧焊;焊剂;熔渣;焊缝;活度;匹配中图分类号:TG445文献标识码:A文章编号:10013938(2006)040

2、089031焊剂的物理性能及作用在埋弧焊过程中,熔融焊剂具有一定的物理性能方可使用,例如熔点,粘度,稳弧性,成型性,脱渣性,适应电流的范围等指标,因此,焊剂的成分必须限制在一定的范围内.一般情况下熔炼焊剂由氧化物和氟化物组成,如MnO,SiO2,CaO,MgO,A1203,TiO2,CaF2和Na,F,但在烧结焊剂中,也可能含有脱氧剂和合金化元素.从冶金方面来看,为了保证焊缝的质量,我们不希望焊剂中含有SiO成分,但是为了获得一定粘度及焊接所需电流,必须添加SiO.同时焊剂中含有大量CaO成分,但其范围也受其它组分的影响,过多时熔渣的粘度太小,不能使用.焊剂中的CaO,MgO,A10,易吸潮,

3、焊接时容易产生气孔,MnO有利于提高焊速和熔深,减少焊剂对铁锈和气孔的敏感程度,但是,它也可使焊剂承受电流的能力下降.2焊剂的冶金性能焊剂的冶金性能,是由熔渣,焊丝,母材相互反应来确定的,一般情况下可用下式来表达:MxOy+yFe.-xM+yFeO.(1)反应式中MxOy可以是焊剂中的金属氧化物,也可以是焊剂中的其它非金属氧化物,M是焊缝中的某种元素.当这个反应达到或接近平衡时,应符合下式KFe酱KFeO,(2)等式中MxOy和FeO是熔渣中这些氧化物的含量;M,Fe为焊缝中Fe和其它元素的含量;KM为常数,仅取决于温度.由于焊缝金属主要由Fe元素组成,其它元素的含量很少,因此Fe的含量可以看

4、作1.同时也有这样的反应进行FeOFe+0,(3)当达到平衡时-KFeFeO-O,(4)式中:0为平衡状态下,焊缝中溶解0的含量.考虑到焊缝中存在c,也有下列反应发生0+CCO,(5)平衡状态下,反应式为K=Kc_O,(6)(6)式中,LCOJ口J以为体积分数或压力,在大气条件下,CO的压力为定值,接近于1个大气压(10Pa).综上所述,当这些反应达到平衡时,可以得出下列关系式面CaO面MnO9O?焊管2006年7月FeO=K=0,(7a)当用活度代替含量时,上式也成立.由于各物质之间的物理及化学反应相互影响,这些值存在一些差别,但仍然可以用它们定性描述反应方向.在埋弧焊焊接条件下,焊剂成分变

5、化以及焊缝金属中元素的含量变化很小,上式可更加有效描述相互之间成分的变化及反应的方向.在(7a)式中,由于CaO,MgO,A1203这些物质非常稳定,所以,元素Ca,Mg,A1不可能从熔渣过渡到焊缝中,换句话说,一部分Mn,Si,C和Fe进行的反应对焊缝成分起着决定性作用.因此,式(7a)可以简化为iFe0Kc.(7b)LJ当反应达到平衡时,这些值依赖于开始时成分的含量以及熔渣与金属的比例,而焊接参数影响着熔渣与金属的比值.因此,即使同一种焊剂,焊丝和板材,焊缝形状,焊缝最后的成分也不一定相同.然而,焊接参数不影响熔渣中的氧化物,焊缝中元素的过渡及烧损趋势.另一方面,对于同一种焊剂和焊接参数来

6、说,反应方向还依赖于焊丝,板材的成分.Mn,Si烧损或过渡还要结合一定的焊接参数,板材,焊丝来讨论.从(7b)式可得出下列结论:(1)增加焊剂中MnO的含量,可提高熔渣中SiO,FeO的含量,增加焊缝中Mn,0的含量,降低si,c含量,反之同样.(2)增加焊剂中SiO的含量,可以提高熔渣中MnO,FeO的含量,增加焊缝中si,c的含量,降低Mn和c的含量.(3)同时按一定比例增加焊剂中MnO,SiO:的含量,一般情况下,可导致Mn,si的含量同时增加.然而超过或低于一定比例,Mn,si的含量也可能下降,但0的含量总是增加,而C的含量总是减少.从(7b)式同样可以得出以下结论:(1)增加焊丝中M

7、n元素的含量,可导致焊缝中si,Mn的含量提高,0的含量降低.同时可导致熔渣中MnO的含量增加,SiO:,FeO的含量降低.(2)增加焊丝中si元素的含量,可导致焊缝中Mn,c含量增加,0的含量降低.同时可导致熔渣中SiO的含量增加,MnO和FeO的含量降低.总之,增加焊剂中MnO或SiO的含量,或增加MnO和SiO的总含量,焊缝中Mn和Si的总含量以及0含量也同时增加;另一方面,增加焊丝中Mn,Si的含量或Mn和Si的总含量,焊缝中Mn和Si的总含量增加,0的含量下降.焊缝中增加相同的Mn,si含量,对0含量下降程度影响却不同.由于Mn,Si及溶解0对焊缝韧性有害,从冶金观点上来看,最佳的焊

8、剂应该是含有尽可能低的MnO和SiO的焊剂,可以达到最理想的冶金中性.这就意味着,不管焊丝板材的化学成分如何,焊缝及板材的化学成分变化可能是最小的.在埋弧焊条件下,焊剂不可能完全是冶金中性的,因此都会发生焊缝中元素的过渡或烧损现象,在多道焊条件下,元素的烧损及过渡是逐渐积累的,达到一定程度,焊缝可以达到冶金中性.在一定条件下,焊丝,焊剂匹配可导致焊缝中的元素烧损及过渡,但此规律不适应于多道焊接.在实际条件下,总是有一些C烧损及渗Si现象发生.si除了作为合金化元素之外,一般情况下焊缝都不需要它,但焊丝中有时si的含量大于0.15%除外.大多数焊剂可向焊缝中渗Mn,而有一些焊剂也能导致Mn的烧损

9、,焊丝中Mn的含量一般保持在0.5%2%之间或更高.3焊剂的化学性能焊剂中的氧化物一般分为碱性,中性,酸性.碱性氧化物可分解出0,例如:CaOCa一+0,(8)酸性氧化物可结合0,例如:SiO2+20Si04.(9)中性氧化物有上述两种特性,有时反应程度依赖于整个熔渣的化学成分,这些反应也趋于平衡.在相同含量情况下,分解出0一越多,碱性越第29卷第4期马长权编译:焊剂对埋弧焊焊缝金属冶金性能的影响强;结合O一越多,酸性越强.在熔融焊剂中,CaO是强碱性氧化物,SiO是强酸性氧化物.这就表明,只要有足够多的O卜,si0几乎全部形成SiO.SiO一与SiO反应,可形成复杂离子,碱性氧化物的存在使得

10、部分SiO在冶金性能上表现不活泼,换句话说,该焊剂可以获得一种较低SiO焊剂的性能,以此方式表现出它的冶金性能.虽然CaO不直接参与冶金反应,但通过化学结合SiO,间接地对冶金反应有强烈的影响.CaO.BaO和碱土性氧化物为强碱性氧化物,Mgo也是一种强碱性氧化物,但比CaO碱性要弱.这就表明,更高比例的Mgo:SiO比值,也可获得相似的结果,A1O3,MnO,FeO为中性氧化物,而MnO的活度不受CaO,SiO的影响.4溶解0对焊缝冲击韧性的影响溶解0对冲击韧性有很大的影响,这个结论主要来自于下面事实:降低酸性氧化物的含量,即降低氧的含量,可提高韧性;反之一样.如高碱性焊剂,中性焊剂,酸性焊

11、剂所焊接的焊缝韧性就证明了这一点.5结论在埋弧焊条件下,焊剂的性能以及其中的活性成分MnO,SiO和FeO,对焊缝中的溶解O的含量有很大影响,从而改变焊缝的冲击韧性和脆性转变温度.译自WeldingResearchSupplement)2005年第3期译者简介:马长权(1965一),男,高级工程师,主要从事焊接材料研究与开发工作,发表论文10多篇.收稿日期:20060322修改稿收稿日期:200604一o6编辑:郑一维川气出川管线工程首批7.1万吨钢管将在沙市钢管厂进行生产江汉油田沙市钢管厂承揽的中石化十一五规划重点建设项目川气出川管线工程首批7.1万吨钢管将于七月份开始生产.其中,5.8万吨

12、直缝埋弧焊管是该厂直缝埋弧焊管生产线自建成投产以来批量最大的产品,对提高产品市场占有率有着极其重要的意义.作为国内主要的油气输送钢管制造企业之一,该厂在九五和十五期间曾先后为塔指沙漠管线,陕京天然气管线和西气东输工程生产了近8万吨优质钢管,在长输管线建设方面积累了丰富的经验.川气出川管线西起四川达州,东至山东东明,是中石化为优化能源结构,缓解天然气供应压力的一项重要战略举措.管线按照设计要求要多次穿越高山峡谷,大江大河,所用钢管管径大,壁厚高,有多项技术指标创国内管线生产记录,生产难度极大.该厂从今年三月起先后用国内三大钢厂轧制的板材为川气出川管线进行了三次生产试制,经过西安管材研究所检测,钢管试制结果完全满足管线建设要求.为适应高钢级钢管生产的需要,该厂对两条制管作业上的主要设备进行了技术改造,攻克了几十项技术难题,不仅提高了制管机组的作业率,还增强了钢管成型和焊接质量的稳定性.(摘自中国管道商务网)