埋弧焊焊接焊缝中硫(S)磷(P)的危害与控制方法


1.焊缝金属中硫、磷的危害性

硫和磷是钢中有害杂质。通常母材和焊丝(芯)的含硫、磷量都很低,对焊缝金属不会带来危害。但是焊条药皮或焊剂的某些原材料中常含有相当数量的硫和磷,在焊接过程中过渡到焊缝金属中就会造成危害。

(1)硫的危害

埋弧焊产生结晶裂纹


硫在钢中主要以FeS和MnS的形式存在。其中FeS的危害性最大。因为它与液态铁几乎无限互溶,而在室温下即在固态铁中的溶解度很小,仅为0.015%~0.02%。熔池凝固时它容易偏析,以低熔点共晶Fe+FeS(熔点为985℃)或FeS+FeO(熔点为940℃)的形式呈片状或链状分布于晶界。因此增加了焊缝金属结晶裂纹的倾向,同时还会降低冲击韧度和抗腐蚀性。钢中含有镍时,硫的有害作用严重,因硫与镍形成NiS,而NiS又与Ni形成熔点更低(664℃)的共晶NiS+Ni,产生结晶裂纹的倾向更大。当钢焊缝中含碳量增加时,会促进硫的偏析,增加硫的危害性。

(2)磷的危害

磷会增加焊缝金属的冷脆性



磷在液态铁中溶解度很大,并以Fe2P和Fe3P的形式存在,但磷在固态铁中的溶解度只自千分之几。磷与铁和镍可形成低熔点共晶,如Fe3P+Fe(熔点1050℃),Ni3P+Fe(熔点880℃)。当熔池快速凝固时,磷易发生偏析。磷化铁常分布于晶界,减弱了晶粒间的结合力,而且它本身既硬又脆。增加了
,即冲击韧度降低,脆性转变温度升高。

2.硫的控制

主要从两方面着手:先是采取工艺措施限制硫的来源,然后再采取冶金措施把焊缝金属中的硫通过熔渣排出去。

(1)限制焊接材料中的含硫量


限制焊接材料中的含硫量



焊缝中的硫来自母材、焊丝、药皮和焊剂。母材含硫量一般较低,所以须限制的主要是焊丝、药皮或焊剂中的含硫量。
低碳钢及低合金钢焊丝的w(S)应小于0.03%~0.04%;合金钢焊丝小于0.025%~0.03%,不锈钢焊丝应小于0.02%。
药皮、药芯或焊剂用的原材料,如锰矿、赤铁矿、钛铁矿、锰铁等均含有一定量的硫。尽量选用含硫量低的原材料,必须使用含硫量过高的材料时,应预先进行处理,如采用焙烧的办法,以降低到要求范围内。

(2)用冶金方法脱硫

用冶金方法脱硫



选择对硫亲和力比铁大的元素进行脱硫。最常用的脱硫剂是锰,反应产物MnS不溶下钢液,故大部分进入熔渣,少量残留在焊缝中,以点状弥散分布,危害较小。熔池温度降低、平衡常数K增大,有利于脱硫。但温度低的熔池后部,冷却快,反应时间短,却不利于去硫,故需增加熔池中的含锰量才能取得较好的去硫效果。
熔碴中的碱性氧化物,如MnO、CaO等电能脱硫,生成的CaS和MnS不溶于钢液而进入熔清,增加渣中的MnO和CaO的含量,减少FeO的含量,有利于脱硫。渣中加入CaF2能降低渣的粘度,有利于S扩散,同时形成易挥发物SF6,也有利于脱硫。
增加熔渣的碱度可提高脱硫能力,目前常用焊条药皮和焊剂的碱度都不高(一般B<2),其脱硫能力有,焊接普通钢能满足要求,用于焊接w(S)<0.014%的精炼钢,则需提高药皮或焊剂的碱性。

3.磷的控制


和控制硫一样,首先限制磷的来源,然后再用冶金方法去磷。母材和焊丝(芯)经过冶炼一般磷含量都较低,都在有关标准规定范围内,所以关键在于限制制造焊条药皮、药芯或焊剂中所用原材料的含磷量。锰矿是焊缝增磷的主要来源,通常w(P)=0.22%,其存在形式为(MnO)3P2O5。

磷一旦进入液态金属,应采用冶金脱磷

磷一旦进入液态金属



第一步FeO将磷氧化生成P2O5,第二步使之与渣中的碱性氧化物生成稳定的磷酸盐。增加熔渣的碱度可减少焊缝的含磷量,但当碱度B>2.5时,则影响很小。在碱性渣中加入CaF2有利于脱磷,因caF2在渣中形成Ca2+使渣中P2O5的活度下降。此外,CaF2降低渣的粘度,有利于物质扩散。但是,由于焊接熔渣的碱度受焊接工艺性能制约而不能过分增大,同时碱性渣不允许含有较多的FeO,否则使焊缝增氧,不利于脱硫,所以碱性渣脱磷效果并不理想。酸性渣虽含有较多的FeO,有利于磷的氧化,但因碱度低,其脱磷能力更不如碱性渣。总之,焊接时脱磷比脱硫更难,要控制焊缝含磷,主要是严格限制焊接材料中的含磷量。

以上就是豫林焊材为您总结的埋弧焊焊接焊缝中硫(S)磷(P)的危害与控制方法。
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