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，氣罩內有40%-60%的二氧化碳進行如下分解：二氧化碳分解為一氧化碳和二分之一氧氣。溫度越高，分解越強烈。二氧化碳高溫分解產生的一氧化碳，一般說來在焊接條件下不溶于熔化的液態金屬中，也不與金屬發生作用。但是二氧化碳分解的放出的氧氣在高溫下進一步分解：氧氣分解為O和O。 這種分解亦稱“解離”。當電弧溫度為5 000K時，氧氣的解離度高達96.5%。因此，在有電弧時，氣罩內不是單一的二氧化碳氣體，而是二氧化碳，CO，氧氣和O的混合物，越靠近電弧，溫度越高，分解產物氧氣，O，CO的濃度越高；而越遠離電弧中心，越靠近氣罩的邊緣，則二氧化碳的成分越高?？梢姸趸細怏w在電弧高溫下有強烈的氧化性。 在低于金屬（鋼材）熔點溫度(1 500℃)時，二氧化碳氣體本身對Fe及合金元素Si，Mn等進行氧化，如：二氧化碳+Fe 反應生成FeO+CO ；2個氧氣 +Si反應生成二氧化硅+2CO ； 二氧化碳+Mn 反應生成氧化錳+CO。 這種氧化在熔池金屬周圍未熔化區域或凝固的焊縫表面上發生，屬于表面氧化，進行的激烈程度較低，對電弧、熔池和焊縫沒有大的影響。 在高溫電弧區內，焊絲末端、熔滴和熔池的金屬與氧原子或氧氣分子發生氧化反應：O+Fe反應生成FeO;2O+Si反應生成二氧化硅；O+Mn反應生成MnO；O+C反應生成CO。 氧化反應的程度則取決于合金元素在焊接區的濃度和它們對氧的親和力。在二氧化碳電弧中，Ni，Cr，Mo過渡系數最高，燒損最少，Si，Mn的過渡系數則較低，燒損較多，而且它們中的相當一部分要耗于熔池中的脫氧。Al，Ti，Nb等元素的過渡系數更低，燒損比Si，Mn還要多。 通過上述反應，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，必然對焊縫機械性能構成影響。 反應生成物二氧化硅和MnO將以復合物MnO．SiOz（一種硅酸鹽，熔點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（這時C的氧化反應是在液體金屬的表面進行的）而逸出到氣箱中，不會引起焊縫氣孔，只是使C元素燒損。 生成的FeO一小部分成雜質浮于熔池表面；另一部分熔人液態金屬中，進一步與液態金屬內部的合金成分發生反應使其氧化。比如與液態金屬內部的C元家產生如下反應：FeO+C反應生成Fe+CO。 反應的生成物CO是在液態金屬內部形成的，如果不能及時逸出金屬表面，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焊的三個主要問題。其中的焊接飛濺問題還與其他因素有關，必須采取相應解決措施。 本文參考《焊接工藝》一書。