超低氫焊條的研究
——焊條藥皮配比對焊縫含氫量的影響

王冠周 王瓊鳳 海南省技師學院機械工程系

超低氫焊條的研究
——焊條藥皮配比對焊縫含氫量的影響

王冠周 王瓊鳳 海南省技師學院機械工程系

焊縫金屬中可擴散氫含量對焊接金屬冷脆有著重要影響，為避開產生焊接冷裂紋，焊接高強度鋼時應采用超低氫焊條。本文主要論述通過對藥皮組成物進行適當的處理和控制其含量，以及具體介紹如何運用采用物理方法和化學方法調整焊縫組織，致使改進焊接工藝。因此，為了更進一步提高高強鋼的抗裂能力及降低預熱溫度，研制超低氫焊條是一種有效的途徑，這也是我國焊條科研的重要項目之一。

焊接低合金高強鋼時，強度越高的鋼，要求焊縫中的含氫量越低，否則會產生冷裂紋，因此，通常采用超低氫堿性焊條。但是，即使采用低氫焊條，有時也難以防止這些裂紋的產生。低合氫高強鋼的應用愈發廣泛，鋼的等級也隨之提高，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鍵問題。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根據分配率向液體金屬擴散，導致焊縫金屬中的含氧量增加，使其降低缺口韌性。

1 大理石與焊縫擴散氫含量

大理石作為造渣劑和造氣劑，因為大理石中含有95%的碳酸鈣，碳酸鈣在545℃開始分解為氧化鈣，和二氧化碳。大量的二氧化碳氣體，增強了電弧氣氛的氧化性。對焊接工藝性和焊接冶金反應有著較大的影響。通過實驗，可以得出當熔渣中的CaO/SiO2+TiO2的值在2~2．5為最佳。

2 鐵粉與焊縫擴散氫含量

為提高熔敷效率，藥皮中需要加入大量鐵粉。鐵粉的品質對焊縫的性能影響很大，如鐵粉的顆粒度和鐵粉的成分，雜質等，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散氫的含量，需要加以選擇和控制。

3 云母與焊縫擴散氫含量

在藥皮中加入云母，可提高焊條壓涂時的藥皮塑性。云母作為一種硅酸鹽，含有4%左右的結構水，對焊縫中的可擴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，可以降低焊縫可擴散氫含量的同時，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分解出氟，氟與電弧氣氛中的氫或水蒸氣反應生成HF，因此降低焊縫金屬中的含氫量。

4 稀土鎂與焊縫擴散氫含量

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

5 螢石與焊縫擴散氫含量

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，氟化鈣有強烈的去氫作用，我們通過實驗也證明了這一點。

隨著藥皮中螢石的含量的增加，焊縫擴散氫含量減少，這是由于氟化鈣和水蒸汽及氫直接發生反應。同樣氟化氫也不溶于液態鋼，故可以減少焊縫擴散氫含量。但是藥皮中螢石的含量不能太多，否則會使電弧燃燒不穩定，并產生過多的有毒氣體。

6 硅鐵與焊縫擴散氫含量

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。我們的實驗結果，也證實了這一點。

最初隨硅鐵的含量的增加，焊接擴散氫含量也增加，當硅鐵增加到某一數值后，在繼續增加硅鐵的含量，焊縫擴散氫含量反而會下降，這是因為當硅鐵的加入量較少時，隨著硅鐵含量的增加，電弧氣氛的氧化性減弱，從而使反應都減弱，焊縫擴散氫含量增加，但是硅鐵的加入量較大時，由于硅鐵被氧化城二氧化硅的濃度增大，則通過一些反應去氫的可能性就會增大。

另一方面，硅鐵的含量增加時，過渡到焊縫金屬中的硅含量就增加，而硅可以使氫在液態鐵中的溶解度降低，特別是在硅含量較多且顯著超過其在低碳鋼及低合金鋼中的含量時，這種影響就更加的明顯了，可以認定，合金元素硅與鐵的原子間結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高時，會使焊縫金屬性變得更加的脆，機械性能也會隨之下降，所以在焊條藥皮中，加入的硅鐵含量必須全面的綜合的進行考慮。此外硅鐵必須鈍化，因為經過鈍化的硅鐵，硅鐵中固有的氫的含量會降低，從而使焊縫擴散氫含量大大的下降。

7 結束語

（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題，也是我們目前需要克服和攻克的第一大技術難題，為此必須嚴格控制氫的來源，從而就可以降低焊縫擴散氫含量。

（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，既然降低焊縫擴散氫含量，又能降低焊條的成本。

（4）稀土金屬能降低焊縫擴散氫含量，同時又能改善焊縫的機械性能，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超低氫焊條的影響我們已經有啦更進一步的研究。

[1]李榮雪主編.金屬材料焊接工藝[M].北京：機械工業出版2008：32-41

[2]王曉東主編.洛陽工學院學報[N].河南：科學出版社2002,23（2）：15-23