药芯焊丝焊接冶金

药芯焊丝焊接冶金的有关问题华中科技大学材料科学与工程学院桂赤斌一、关于药芯焊丝渣系如同好的熔渣可以炼好钢焊接熔渣决定了药芯焊丝的焊接性能与质量熔渣的主成分架构称为渣系渣系是药芯配方设计依托焊接炼钢二、我国药芯焊丝渣系概况我国药芯焊丝所采用的渣系概况生产厂家主要生产品种所采用的渣系武汉铁锚民品YJ501，钛型★；军品HH907FCW，钛-氟-原位反应型●天津金桥民品YJ501，钛型★北京安泰民品YJ501，钛型★天津三英民品YJ501，钛型★北京大红门民品YJ507，碱性▲广东福维德民品GW-66V,钛-氟-原位反应型●绝大多数厂家的主要产品：钛型渣系★（全位置型）北京大红门的主要产品：碱性渣系▲（非全位置型）武汉铁锚的军品与广东福维德的民品：钛-氟-原位反应型●（全位置型）以及其它的渣系……。1、▲碱性渣系的冶金特点碱性渣系冶金分析早期的药芯焊丝依托碱性渣系（CaF2－SiO2－CaO）碱性渣系由于有CaF2除氢，加上碱度较高，使得其抗裂、抗气孔性优良，且韧性较好。但由于碱性渣系不能全位置焊接，一直发展很缓慢。碱性渣系×∨性能要求全位置焊接抗裂、抗气孔碱性渣系冶金分析2、★钛型渣系的冶金特点钛型渣系冶金分析80年代日本人发明钛型渣系（TiO2－SiO2－Al2O3）后，实现了全位置焊接，且工艺性能十分优秀。各国对此进行跟踪研究，我国也不例外。药芯焊丝才得到飞速发展。但钛型渣系药芯焊丝始终存在抗裂、抗气孔性差的问题。性能要求全位置焊接抗裂、抗气孔钛型渣系∨×钛型渣系冶金分析由于氢是裂纹、气孔的根源，必须最大限度去氢而去氢的最有效手段是渣系引入氟化物F+H→HF↑但氟化物却②夺取电子使电弧不稳定①降低熔渣粘度破坏立向上焊接←立向上焊接钛型渣系冶金分析因此，钛型渣系药芯焊丝为维持全位置焊接性及追求电弧柔和性而基本放弃用氟化物去氢。这样一来，钛型渣系药芯焊丝的去氢能力大为降低。这是其抗裂、抗气孔性差的实质所在。加上我国基本都是有缝型药芯焊丝，焊丝开真空包装后便开始吸潮，这就使得焊缝的含氢量进一步提高。钛型渣系冶金分析能源工程、压力容器工程以及桥梁工程等领域目前以不同方式拒绝使用钛型药芯焊丝的理由就在这里。这样一来，钛型药芯焊丝基本在造船市场的局面没有改变。这几年所发生的船舶药芯焊丝焊缝产生延迟裂缝以及船厂用药芯焊丝在车间底漆板上自动角焊频出气孔的原因也在这里。钛型渣系冶金分析在药芯中减少造渣剂，可极大增强焊接熔渣的透气能力而降低焊缝的含氢量，从而增强药芯焊丝的抗裂、抗气孔能力——这便导致了金属粉型药芯焊丝。但在CO2气保护条件下，金属粉型药芯焊丝与碱性药芯焊丝一样，不具备全位置焊接性，从而不为市场所普遍接受。钛型渣系冶金分析3、●钛-氟-原位反应渣系冶金特点钛-氟-原位反应渣系冶金分析钛-氟-原位反应渣系引入氟化物去氢。但不可避免问题也是：氟化物夺取电子破坏电弧稳定性；氟化物破坏全位置焊接性。钛-氟-原位反应渣系冶金分析原位反应的引入较好地解决了氟化物的引入与这两者之间的矛盾。由于利用了氟化物去氢，军用HH907FCW药芯焊丝的熔敷金属扩散氢达到超低氢水平，即水银法4ml/100g。钛-氟-原位反应渣系冶金分析有缝药芯焊丝必须解决开包吸潮的问题，这样才能做到真正意义上的抗裂、抗气孔的问题。钛-氟-原位反应渣系冶金分析在焊丝制作时，可以通过高温将药芯中矿物分子的吸附水、结晶水去除；如果不对这些失水的矿物分子实行有效的屏蔽，它们对水具有极强的吸引力，将把这些被除掉的水重新吸回来。成品焊丝一旦再吸水则无法去除。吸水键含结晶水矿物失结晶水矿物矿物再吸水钛-氟-原位反应渣系冶金分析必须在烘焙时同步对失水矿物分子进行屏蔽将熔点低于除水温度Tc的屏蔽组分（如Li2CO3等）与矿物组分一起加热到除水温度Tc并保温在保温过程中，屏蔽组分变成液态，包裹矿物分子，矿物中的水脱出，穿过液态屏蔽层进入大气降温过程中，液态屏蔽层凝固，形成保护Tc保温降温含结晶水矿物失结晶水矿物被包裹不再吸水矿物钛-氟-原位反应渣系冶金分析上述药芯处理工艺的引入，加上坚持利用氟化物去氢，使得药芯焊丝不仅做到超低氢，而且还耐吸潮：军用HH907FCW药芯焊丝熔敷金属的扩散氢为4ml/100g（水银法），达到超低氢；军用HH907FCW药芯焊丝抗吸潮——放置24h后仅为4.3ml/100g（水银法），仍然保持超低氢。钛-氟-原位反应渣系冶金分析“夹杂物冶金”在非调质钢焊缝韧化中的积极作用钛-氟-原位反应渣系冶金分析近年来兴起的所谓“氧化物冶金（OxidesMetallurgy）”新方法的重要思路，是利用非金属夹杂物诱导晶内铁素体形核，细化晶粒，提高组织的强度和韧性。对于屈服强度级别不超过440MPa的非调质船体钢焊缝金属来说，利用主要以氧化夹杂物为核心形核的针状铁素体来达到韧化是合适的。钛-氟-原位反应渣系冶金分析这里涉及夹杂物的选择问题。在焊缝金属中，所形成夹杂物往往是复合型的。焊缝中的不同类型的夹杂物的热膨胀系数α与奥氏体基体是不同的，与奥氏体基体之间的热膨胀系数差别最大，这将使其周围的奥氏体在冷却阶段产生较大的应变，由此促进针状铁素体的形核。钛-氟-原位反应渣系冶金分析因此，活用复合化合物——在焊缝中刻意制造这些可以刺激针状铁素体组织生长，是韧化非调质船体钢焊缝金属的冶金手段之一。军用HH907FCW药芯焊丝选择了与与奥氏体基体之间的热膨胀系数差别较大的复合夹杂物来促进针状铁素体的生长，从而达到韧化。钛-氟-原位反应渣系冶金分析微合金化元素Nb、V对焊缝韧性的有害作用与冶金对策钛-氟-原位反应渣系冶金分析微合金化元素Nb、V由母材引入焊缝焊缝金属中的Nb对其韧性的有害作用为较多的研究者所共识。用HH907FCW药芯焊丝焊接含微Nb的连铸907A钢时，熔敷金属的-40℃冲击功满足≥34J的指标要求，而对接接头焊缝的-40℃冲击功却时有不满足≥34J的指标要求。这是由于焊缝金属含有从母材进入的微量Nb——减少焊缝中针状铁素体的含量。钛-氟-原位反应渣系冶金分析当今药芯焊丝的制作，所有原材料的含C量已经很低，如所用主材料的钢带的含C量往往降至0.03（wt%）以下。原材料中C含量的降低，加上焊缝中的强碳化物形成元素的存在，使得焊缝中的微量Nb以碳化物（NbC）析出的可能性降低。这样一来，将增加微量Nb的固溶效果。而Nb的固溶将刺激脆性组织板条铁素体的生长，削弱韧性组织针状铁素体的生长，导致韧性，特别是低温韧性的恶化。钛-氟-原位反应渣系冶金分析针对这种情况，应合理运用C的微合金化，以实现Nb：C符合NbC的化学计量比，以减少Nb的固溶。HH907FCW药芯焊丝的改进研究实践证明，这样做是有效的。并且，大线能量焊接时，韧性提高更多。这是由于大线能量所导致的冷却速度减慢，使得NbC有更多析出而脱离固溶态，从而削弱固溶Nb的有害作用。钛-氟-原位反应渣系冶金分析顺便指出，有关船厂在用HH907FCW药芯焊丝焊接连铸907A钢时，以尽量减少熔合比（即小规范不摆动焊接）以达到保证焊缝金属韧性。这是基于同样的道理，即减少熔合比将降低母材中的微量Nb的溶入焊缝对焊缝韧性的破坏作用。钛-氟-原位反应渣系冶金分析谢谢大家！