焊接過程合金元素的氧化與脫氧

二氧化碳焊過程中，在電弧的高溫作用下，氣罩內(nèi)有40%-60%的二氧化碳進(jìn)行如下分解：二氧化碳分解為一氧化碳和二分之一氧氣。溫度越高，分解越強(qiáng)烈。二氧化碳高溫分解產(chǎn)生的一氧化碳，一般說來在焊接條件下不溶于熔化的液態(tài)金屬中，也不與金屬發(fā)生作用。但是二氧化碳分解的放出的氧氣在高溫下進(jìn)一步分解：氧氣分解為O和O。 這種分解亦稱“解離”。當(dāng)電弧溫度為5 000K時(shí)，氧氣的解離度高達(dá)96.5%。因此，在有電弧時(shí)，氣罩內(nèi)不是單一的二氧化碳?xì)怏w，而是二氧化碳，CO，氧氣和O的混合物，越靠近電弧，溫度越高，分解產(chǎn)物氧氣，O，CO的濃度越高；而越遠(yuǎn)離電弧中心，越靠近氣罩的邊緣，則二氧化碳的成分越高。可見二氧化碳?xì)怏w在電弧高溫下有強(qiáng)烈的氧化性。 在低于金屬（鋼材）熔點(diǎn)溫度(1 500℃)時(shí)，二氧化碳?xì)怏w本身對Fe及合金元素Si，Mn等進(jìn)行氧化，如：二氧化碳+Fe 反應(yīng)生成FeO+CO ；2個(gè)氧氣 +Si反應(yīng)生成二氧化硅+2CO ； 二氧化碳+Mn 反應(yīng)生成氧化錳+CO。 這種氧化在熔池金屬周圍未熔化區(qū)域或凝固的焊縫表面上發(fā)生，屬于表面氧化，進(jìn)行的激烈程度較低，對電弧、熔池和焊縫沒有大的影響。 在高溫電弧區(qū)內(nèi)，焊絲末端、熔滴和熔池的金屬與氧原子或氧氣分子發(fā)生氧化反應(yīng)：O+Fe反應(yīng)生成FeO;2O+Si反應(yīng)生成二氧化硅；O+Mn反應(yīng)生成MnO；O+C反應(yīng)生成CO。 氧化反應(yīng)的程度則取決于合金元素在焊接區(qū)的濃度和它們對氧的親和力。在二氧化碳電弧中，Ni，Cr，Mo過渡系數(shù)最高，燒損最少，Si，Mn的過渡系數(shù)則較低，燒損較多，而且它們中的相當(dāng)一部分要耗于熔池中的脫氧。Al，Ti，Nb等元素的過渡系數(shù)更低，燒損比Si，Mn還要多。 通過上述反應(yīng)，使金屬中的合金元素Si，Mn，C等元素受到氧化燒損，特別是焊縫中的合金元素含量減低，必然對焊縫機(jī)械性能構(gòu)成影響。 反應(yīng)生成物二氧化硅和MnO將以復(fù)合物MnO．SiOz（一種硅酸鹽，熔點(diǎn)1 270℃，密度3.6 g/cm3）的形式，積成大塊漂浮出熔池，薄薄地蓋在焊縫表面，成為熔渣。生成的CO氣體，因具有表面性質(zhì)（這時(shí)C的氧化反應(yīng)是在液體金屬的表面進(jìn)行的）而逸出到氣箱中，不會(huì)引起焊縫氣孔，只是使C元素?zé)龘p。 生成的FeO一小部分成雜質(zhì)浮于熔池表面；另一部分熔人液態(tài)金屬中，進(jìn)一步與液態(tài)金屬內(nèi)部的合金成分發(fā)生反應(yīng)使其氧化。比如與液態(tài)金屬內(nèi)部的C元家產(chǎn)生如下反應(yīng)：FeO+C反應(yīng)生成Fe+CO。 反應(yīng)的生成物CO是在液態(tài)金屬內(nèi)部形成的，如果不能及時(shí)逸出金屬表面，就將殘留在焊縫中形成氣孔。另外，生成的CO電弧高溫作用下急劇膨脹，使熔滴爆破而引起金屬飛濺。 合金元索燒損、CO氣孔、焊接飛濺是COz焊的三個(gè)主要問題。其中的焊接飛濺問題還與其他因素有關(guān)，必須采取相應(yīng)解決措施。 本文參考《焊接工藝》一書。