焊縫金屬的脫氧、脫硫、脫磷及合金化

1。焊縫金屬的脫氧

氧能以氧化鐵和原子氧形式溶解在液態鐵中，使焊縫金屬的強度、硬度、塑性、韌性及抗蝕能力下降，而且使飛濺、氣孔和冷、熱脆性傾向增大。

（1）先期脫氧 焊條藥皮在加熱過程中進行的脫氧反應叫先期脫氧。其特點是脫氧過程和脫氧產物與熔滴金屬不發生直接關係。並且只是脫去藥皮加熱階段放出的部分氧。

（2）沉澱脫氧 在熔滴和熔池中，利用溶解在液態金屬中的脫氧劑，直接與熔於液態金屬中的FeO作用，把鐵還原出來，這種脫氧方式稱沉澱脫氧。常用的脫氧劑有錳鐵、矽鐵、鈦鐵、鋁鐵等。

1）錳的脫氧 脫氧反應式如下：

Mn+FeO-Fe+MnO

錳脫氧反應後生成的MnO呈鹼性，不熔於鐵，但能與酸性氧化物形成複合物進入熔渣，所以酸性焊條多用錳脫氧。

2）矽的脫氧 脫氧反應式如下：

Si+2FeO-2Fe+SiO2

矽的脫氧能力比錳強，反應後生成SiO2呈酸性，熔點高，黏度大，不利於脫渣，所以常用矽、錳聯合脫氧。使酸性的SiO2與鹼性的氧化物結合，包括氧化亞鐵在內，形成矽酸鹽，進入熔渣中。

3）鈦的脫氧 脫氧反應式如下：

Ti+2FeO——2Fe+TiO2

鈦的脫氧能力極強，脫氧後生成的TiO2不熔於鐵，與FeO或其他鹼性氧化物生成複合物進入熔渣中。

鈦不僅能脫氧，還能去除氮。細化晶粒，改善焊縫金屬的力學效能。

4）鋁的脫氧 脫氧的反應式如下：

2Al+3FeO-3Fe+Al2O3

鋁的脫氧能力比鈦還強，同時還能去除氮，細化焊縫晶粒。

但脫氧產物的熔點極高，達2050℃，極易形成夾渣，引起飛濺，使焊縫成形不良，所以鋁脫氧時數量上應加以限制。

（3）擴散脫氧利用FeO既能溶解在熔池的金屬中，又能溶解在熔渣中的特性，擴散FeO從熔池進入熔渣中，這種方式的脫氧稱為擴散脫氧。

酸性熔渣中由於含有較多的酸性氧化物，所以擴散脫氧是主要脫氧方式。熔渣中加入一定量的錳，可以進一步增強脫氧效果。

鹼性熔渣中含有較多的鹼性氧化物，所以基本上不能進行擴散脫氧，而是用矽、鈦等脫氧劑進行脫氧，錳只起摻合金的作用。

2。焊縫金屬的脫硫

硫是焊縫金屬中極有害的雜質，是焊縫產生熱裂紋的主要原因，硫能引起偏析，降低焊縫金屬的衝擊韌性和耐腐蝕效能。硫在鋼中主要以FeS和MnS兩種硫化物的形態存在。

MnS不溶解於液態鐵中，能在熔渣中排除。

FeS能溶解於液態鐵中，冷卻時，FeS從熔池中析出，並與Fe或FeO形成低熔點共晶，聚集在晶界上，破壞晶粒間的聯絡而引起熱裂紋。

焊接時硫的來源主要來自母材、焊絲、藥皮。脫硫方法有元素脫硫和熔渣脫硫兩種。

元素脫硫常用的脫硫元素是錳，反應式如下：

FeS+Mn-MnS+Fe

脫硫產物MnS不溶於金屬而進入熔渣中。

熔渣脫硫是利用熔渣中的鹼性氧化物進行脫硫，其反應式如下：

FeS+MnO-FeO+MnS

FeS+CaO-FeO+CaS

脫氧產物CaS不溶於金屬，而進入熔渣中被排除。

用CaF2脫硫時，氟能與硫化物生成揮發性的化合物而脫硫。同時，CaF2與SiO2作用產生CaO，CaO又能進一步脫硫。在酸性焊條藥皮形成的熔渣中，有大量的酸性氧化物，能與鹼性的MnO、CaO等氧化物結合成復化物，因此脫硫效果不好。鹼性焊條藥皮形成的熔渣中，有大量的鹼性氧化物、螢石和鐵合金等，因此，脫硫效果好。

3。焊縫金屬的脫磷

磷在鋼中主要以Fe2P和Fe3P的形式存在。Fe3P等能與鐵形成低熔點共晶，聚集於晶界，易引起熱裂紋。更嚴重的是，這些低熔點共晶削弱了晶粒間的結合力，使鋼在常溫或低溫時變脆（即冷脆性），造成冷裂。所以，磷在焊縫金屬中是有害雜質。

脫磷時，要求在熔渣中，同時具有足夠的遊離CaO和FeO，才能有較好的脫磷效果。在鹼性熔渣中，雖有較多的CaO，但FeO含量很少，所以脫磷效果較差。在酸性熔渣中，雖有較多的FeO，但含有的CaO較少，所以脫磷能力更差。因此無論是鹼性熔渣或酸性熔渣，脫磷都較困難，為了減少焊縫中的含磷量，只有限制母材、焊絲、藥皮和焊劑中的含磷量。

4。焊縫金屬的合金化

焊縫金屬的合金化就是把所需的合金元素，透過焊接材料過

渡到焊縫金屬（堆焊金屬）中去，使焊縫金屬成分達到所需的焊接過程中，熔池金屬中的合金元素由於氧化和蒸發而損要求。

失，從而降低了焊縫金屬的合金成分和力學效能。因此，必須根據合金元素的損失情況，向熔池中補充一定量的合金元素。合金

（1）應用合金焊絲利用含合金元素的焊絲再配以藥皮或焊化的方式主要有如下幾種。

劑，使合金元素過渡到焊縫中去。優點是：焊縫成分穩定、均勻、合金損失少。但是某些金屬不宜於軋製、拔絲，所以不能採用這種方式。

（2）應用藥芯焊絲或藥芯焊條 其優點是藥芯中各種合金成分的比例可以任意調整，合金的損失比較少。缺點是不易製造，合金成分難以混合均勻。

（3）應用合金藥皮或陶質焊劑 它的優點是簡單方便，製造容易，但由於氧化損失較大，且有一部分殘留在渣中，故合金利用率低。

（4）應用合金粉末 把一定顆粒度的粉末直接撒在焊件表面上或坡口內，與熔化金屬熔合，進行合金化。其優點是不必經過軋製、拔絲等工序，合金比例可任意配製，合金的損失不大，但焊縫成分的均勻性較差。

（5）應用置換反應 在藥皮或焊劑中放入金屬氧化物，透過熔渣與液態金屬的置換反應過渡合金元素。埋弧焊主要靠這種方式進行合金化。此種方法的缺點是合金化的程度有限，而且還伴隨著焊縫金屬中含氧量的增加。

合金元素在過渡時，有一部分被燒損掉，為了評價合金元素的利用程度，常運用合金過渡係數這一概念，即焊接材料中的合金元素過渡到焊縫金屬中的數量與其原始含量的百分比。影響合金過渡係數的因素很多，其中主要因素有焊接熔渣的酸鹼度、合金元素與氧的親和力等。

焊接熔渣的鹼度越大，越有利於合金元素過渡，合金元素與氧的親和力愈弱，則該合金元素的過渡係數越大。此外，電弧越長，過渡係數越小。所以短弧焊接有利於合金過渡。