淺談C02焊絲中所含合金元素對焊接性能的影響

胡鑫

摘 要 文章首先介紹了焊接的定義以及常見的焊接方法，然后分析了二氧化碳焊絲中所含的錳元素、硅元素、硫元素、鉻元素、磷元素、鈦元素以及鋁元素等對焊接金屬性能的影響。

關(guān)鍵詞 二氧化碳焊絲 合金元素 焊接金屬 性能

二氧化碳焊絲是一種節(jié)材、節(jié)能、高效的焊接材料，焊接以后所形成的的焊縫比較美觀，非常適合應(yīng)用到低合金碳鋼以及低碳鋼焊接中。二氧化碳焊絲的含碳量一般都比較低，不超過0.1%，主要含有錳元素、硅元素、硫元素、鉻元素、磷元素、鈦元素以及鋁元素等。這些元素會在各個方面對二氧化碳焊絲的焊接性能造成影響。

一、焊接概述

（一）焊接定義

焊接指的是兩種或者是兩種以上材質(zhì)在加熱、加壓或兩者并用的條件下讓材料中的原子結(jié)合起來從而實現(xiàn)二者永久性連接的工藝過程。

（二）常見焊接方法

常見的焊接方法包括釬焊、電弧焊、電阻焊、激光焊、電子束焊等。釬焊使用熔點比焊接母材的金屬作為釬料，利用釬料在加熱條件下比焊件先熔化的原理用其潤濕母材并填充其間隙，進而將其與焊件連接在一起；電弧焊以電弧作為熱源，在實際焊接過程中具有應(yīng)用靈活、適用面廣等優(yōu)點；電阻焊指的是在通電條件利用工件與焊接接觸面之間所產(chǎn)生的熱（電阻熱）讓焊件轉(zhuǎn)化為熔化狀態(tài)然后施壓的焊接方法；激光焊則是以聚焦光束作為熱源，在其轟擊工件產(chǎn)生熱量的條件進行焊接；電子束焊則是利用聚焦的高速電子來轟擊焊接表面讓其瞬間熔化然后形成焊接接頭。

二、二氧化碳焊絲中所含合金元素對焊接性能的影響

二氧化碳漢四中含有的合金元素主要有錳元素、硅元素、硫元素、鉻元素、磷元素、鈦元素以及鋁元素等。

（一）錳元素對焊接性能的影響

錳元素在焊絲中的主要作用是防止氧與鐵元素發(fā)生化合作用，單獨使用的時候，生成的二氧化錳密度比較大，約為15.11克/立方米，并且也不會輕易從熔池里浮出。此外，焊絲中的錳元素還可以通過化合作用生成硫化錳達到脫硫的目的，進而減輕硫元素引起的熱裂紋效應(yīng)。錳元素是一種重要的淬透性元素，會對焊接金屬的人性產(chǎn)生很大影響，具體表現(xiàn)為：當焊絲中的錳元素含量小于0.05%時，焊接金屬的韌性比較高，而當其含量大于3%以后，焊接金屬灰變得比較脆，因此，為了確保焊接金屬的強度與韌性，一般需要將二氧化碳焊絲中的錳元素含量控制在0.6%到1.8%范圍內(nèi)。

（二）硅元素對焊接性能的影響

硅元素是焊絲中最常使用的一種脫氧元素，同時還可以將熔池中的氧化亞鐵還原成鐵。但是單獨使用的時候，會生成二氧化硅，其熔點非常高并且是非常細小的顆粒狀，因此容易導(dǎo)致焊縫夾渣問題。

（三）硫元素對焊接性能的影響

在鋼中，硫的存在形式一般為硫化鐵，其以網(wǎng)狀形式分布在晶粒的邊界，因而使得鋼的韌性被大大降低。在焊接過程中容易出現(xiàn)硫的熱脆性現(xiàn)象，主要原因就是鐵與氧化鐵的共晶溫度為985℃，而焊接一開始的溫度在1000℃以上，因而會造成鐵和硫化鐵共晶被熔化進而導(dǎo)致開裂問題。硫的熱脆性容易讓鋼在焊接時產(chǎn)生熱裂紋，所以一般都需要對鋼中的留言含量進行嚴格控制。此外，由于硫化錳的蘇醒比較好，因此可以有效消除硫帶來的有害作用，因此雖然其含量不可超標，但少量還是比較有利的。

（四）鉻元素對焊接性能的影響

鋼中的鉻元素可以有效提高鋼的硬度與強度，同時其韌性與塑性也不會發(fā)生太大變化。同時鉻元素的耐腐蝕以及耐酸能力都比較強，因此一般的鋼中都會含有一定量的鉻元素，大約在13%左右。此外，鉻的內(nèi)熱型以及抗氧化能力都比較強，在耐熱鋼中也應(yīng)用得比較廣泛。焊絲中含有一定量的鉻元素可以在焊接時提高焊接金屬的機械性能。但是當鋼中鉻與鎳含量的比值在2.2到2.3之間時很容易導(dǎo)致碳化物的產(chǎn)生進而為氧化鉻的形成創(chuàng)造條件，導(dǎo)致焊接難以進行。

（五）磷元素對焊接性能的影響

磷在鋼中可以產(chǎn)生強化作用，提高鋼的硬度與強度，此外，也可以提高其抗腐蝕性能，但是隨著其含量的增加，鋼的韌性與塑性也會隨之明顯下降，并且這種影響在低溫時尤其明顯，被稱作冷跪傾向。由此可知，其含量過高會對焊接產(chǎn)生不利影響，比如增加鋼焊縫的敏感性等，因此我們需要控制其含量。

（六）鈦元素對焊接性能的影響

鈦也是一種脫氧元素，其與氮合成以后還可以起到固氮作用，焊接金屬抗氮氣孔的能力也會隨之得到提升。此外，如果焊縫組織中鈦元素的含量適當，還可以達到細化焊縫組織的目的。

（七）鋁元素對焊接性能的影響

將鋁作為脫氧劑不僅可以抑制氧化鐵的生成，還能有效避免熔池中產(chǎn)生一氧化碳反應(yīng)的發(fā)生。此外，其還可以與氮發(fā)生化合作用起到固氮的作用，減少氮氣孔的出現(xiàn)。但同時需要注意的是，使用鋁元素脫氧可能會引起焊縫夾渣以及焊絲飛濺等問題。再有，焊絲中鋁含量偏高會導(dǎo)致焊接金屬抗裂變能力的下降，但是如果其含量控制得當?shù)脑?，焊接金屬的屈服點、硬度以及抗拉伸強度均會獲得不同程度的提升。

三、結(jié)束語

綜上所述，二氧化碳焊絲中含有非常多的合金元素，并且每一種都會對焊接金屬的性能造成一定影響。為了確保焊接金屬的硬度、強度、韌性、屈服點、抗裂化性能以及抗氧化性能并避免出現(xiàn)焊縫夾渣、焊縫敏感性過高、熱裂紋效應(yīng)等問題，在實際焊接過程中，需要對焊絲中各合金元素的含量進行控制。

參考文獻：

[1]馮向陽.油船貨油艙用耐蝕鋼焊接接頭耐蝕性的研究[D].西安建筑科技大學 ，2012.

[2]李華其.海洋平臺用EQ56、EQ70高強鋼焊接性及焊接工藝研究[D].江蘇科技大學 ，2012.

[3]王軍.鋁合金光纖激光及其復(fù)合焊接的等離子體行為與工藝研究[D].華中科技大學，2012.

[4]王術(shù)軍.合金元素對鋁合金/鋼熔—釬焊接頭組織與性能的影響[J].山東大學，2013（05）.

（作者單位：新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學院）