浅谈C02焊丝中所含合金元素对焊接性能的影响

胡鑫

摘 要 文章首先介绍了焊接的定义以及常见的焊接方法，然后分析了二氧化碳焊丝中所含的锰元素、硅元素、硫元素、铬元素、磷元素、钛元素以及铝元素等对焊接金属性能的影响。

关键词 二氧化碳焊丝 合金元素 焊接金属 性能

二氧化碳焊丝是一种节材、节能、高效的焊接材料，焊接以后所形成的的焊缝比较美观，非常适合应用到低合金碳钢以及低碳钢焊接中。二氧化碳焊丝的含碳量一般都比较低，不超过0.1%，主要含有锰元素、硅元素、硫元素、铬元素、磷元素、钛元素以及铝元素等。这些元素会在各个方面对二氧化碳焊丝的焊接性能造成影响。

一、焊接概述

（一）焊接定义

焊接指的是两种或者是两种以上材质在加热、加压或两者并用的条件下让材料中的原子结合起来从而实现二者永久性连接的工艺过程。

（二）常见焊接方法

常见的焊接方法包括钎焊、电弧焊、电阻焊、激光焊、电子束焊等。钎焊使用熔点比焊接母材的金属作为钎料，利用钎料在加热条件下比焊件先熔化的原理用其润湿母材并填充其间隙，进而将其与焊件连接在一起；电弧焊以电弧作为热源，在实际焊接过程中具有应用灵活、适用面广等优点；电阻焊指的是在通电条件利用工件与焊接接触面之间所产生的热（电阻热）让焊件转化为熔化状态然后施压的焊接方法；激光焊则是以聚焦光束作为热源，在其轰击工件产生热量的条件进行焊接；电子束焊则是利用聚焦的高速电子来轰击焊接表面让其瞬间熔化然后形成焊接接头。

二、二氧化碳焊丝中所含合金元素对焊接性能的影响

二氧化碳汉四中含有的合金元素主要有锰元素、硅元素、硫元素、铬元素、磷元素、钛元素以及铝元素等。

（一）锰元素对焊接性能的影响

锰元素在焊丝中的主要作用是防止氧与铁元素发生化合作用，单独使用的时候，生成的二氧化锰密度比较大，约为15.11克/立方米，并且也不会轻易从熔池里浮出。此外，焊丝中的锰元素还可以通过化合作用生成硫化锰达到脱硫的目的，进而减轻硫元素引起的热裂纹效应。锰元素是一种重要的淬透性元素，会对焊接金属的人性产生很大影响，具体表现为：当焊丝中的锰元素含量小于0.05%时，焊接金属的韧性比较高，而当其含量大于3%以后，焊接金属灰变得比较脆，因此，为了确保焊接金属的强度与韧性，一般需要将二氧化碳焊丝中的锰元素含量控制在0.6%到1.8%范围内。

（二）硅元素对焊接性能的影响

硅元素是焊丝中最常使用的一种脱氧元素，同时还可以将熔池中的氧化亚铁还原成铁。但是单独使用的时候，会生成二氧化硅，其熔点非常高并且是非常细小的颗粒状，因此容易导致焊缝夹渣问题。

（三）硫元素对焊接性能的影响

在钢中，硫的存在形式一般为硫化铁，其以网状形式分布在晶粒的边界，因而使得钢的韧性被大大降低。在焊接过程中容易出现硫的热脆性现象，主要原因就是铁与氧化铁的共晶温度为985℃，而焊接一开始的温度在1000℃以上，因而会造成铁和硫化铁共晶被熔化进而导致开裂问题。硫的热脆性容易让钢在焊接时产生热裂纹，所以一般都需要对钢中的留言含量进行严格控制。此外，由于硫化锰的苏醒比较好，因此可以有效消除硫带来的有害作用，因此虽然其含量不可超标，但少量还是比较有利的。

（四）铬元素对焊接性能的影响

钢中的铬元素可以有效提高钢的硬度与强度，同时其韧性与塑性也不会发生太大变化。同时铬元素的耐腐蚀以及耐酸能力都比较强，因此一般的钢中都会含有一定量的铬元素，大约在13%左右。此外，铬的内热型以及抗氧化能力都比较强，在耐热钢中也应用得比较广泛。焊丝中含有一定量的铬元素可以在焊接时提高焊接金属的机械性能。但是当钢中铬与镍含量的比值在2.2到2.3之间时很容易导致碳化物的產生进而为氧化铬的形成创造条件，导致焊接难以进行。

（五）磷元素对焊接性能的影响

磷在钢中可以产生强化作用，提高钢的硬度与强度，此外，也可以提高其抗腐蚀性能，但是随着其含量的增加，钢的韧性与塑性也会随之明显下降，并且这种影响在低温时尤其明显，被称作冷跪倾向。由此可知，其含量过高会对焊接产生不利影响，比如增加钢焊缝的敏感性等，因此我们需要控制其含量。

（六）钛元素对焊接性能的影响

钛也是一种脱氧元素，其与氮合成以后还可以起到固氮作用，焊接金属抗氮气孔的能力也会随之得到提升。此外，如果焊缝组织中钛元素的含量适当，还可以达到细化焊缝组织的目的。

（七）铝元素对焊接性能的影响

将铝作为脱氧剂不仅可以抑制氧化铁的生成，还能有效避免熔池中产生一氧化碳反应的发生。此外，其还可以与氮发生化合作用起到固氮的作用，减少氮气孔的出现。但同时需要注意的是，使用铝元素脱氧可能会引起焊缝夹渣以及焊丝飞溅等问题。再有，焊丝中铝含量偏高会导致焊接金属抗裂变能力的下降，但是如果其含量控制得当的话，焊接金属的屈服点、硬度以及抗拉伸强度均会获得不同程度的提升。

三、结束语

综上所述，二氧化碳焊丝中含有非常多的合金元素，并且每一种都会对焊接金属的性能造成一定影响。为了确保焊接金属的硬度、强度、韧性、屈服点、抗裂化性能以及抗氧化性能并避免出现焊缝夹渣、焊缝敏感性过高、热裂纹效应等问题，在实际焊接过程中，需要对焊丝中各合金元素的含量进行控制。

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（作者单位：新乡职业技术学院）