活性SiO在电弧焊钢-渣界面的热电化学冶金行为

摘要

埋弧焊焊剂中的SiO2对钢-渣界面的冶金反应有着重要的影响。熔滴反应区熔渣中的SiO2会导致有益合金元素大量氧化烧损，尤其在使用低碱度熔渣进行焊接时由于SiO2含量较大，问题更为严重。因此若能有效地控制液态熔渣中自由SiO2分子化合物的数量，如设法进一步将活性SiO2与其它造渣物质形成另外一些复合化合物，这无疑对减弱熔渣中SiO2造成的熔滴反应区增氧以及缓解有益合金元素的烧损会起到积极的作用，从而有望解决低碱度熔渣焊接工艺操作性能优良却氧化严重的矛盾。 本文选取有强烈钢-渣两相交互作用特点的埋弧焊接方法，就MgO-CaO-SiO2钢铁冶金中典型的渣系在准稳态焊接过程中发生的钢-渣界面化学冶金反应，基于非平衡热力学理论，对准稳态焊接过程中钢-渣界面的热化学及电化学冶金反应分别作了定量化研究，并以此来探讨活性SiO2在准稳态焊接过程中钢-渣界面的电化学和热化学冶金行为。 研究工作就MgO-CaO-SiO2典型渣系制成的烧结焊剂焊接，用试验的方法对准稳态焊接时的熔滴反应区及熔池反应区液态金属进行非氧化分区快速提取采样，并通过对采样金属进行一系列物理化学测试及微观分析，以获取准稳态焊接过程钢-渣界面化学冶金反应的若干信息；同时根据熔滴反应区、熔池反应区的几何模型，定量研究冶金反应进行的方向及限度。 冶金反应驱动力A的定量计算表明，冶金反应热力学力A/T也随着SiO2含量降低和熔渣碱度的增大呈现负向增大的变化趋势。熔滴反应区由熔渣中SiO2引起液态金属Fe的氧化程度远大于熔池反应区Si引起液态金属中FeO还原的脱氧程度，两者的综合效果总是导致焊接过程的增氧，这是焊接过程增氧的根本原因。用EDX和金相显微镜对熔滴和熔池金属内部夹杂物成分及形貌特征进行了分析，结果也证明了计算结果的正确性。 MgO-CaO-SiO2渣系在直流埋弧焊接钢－渣界面的冶金电化学现象试验结果表明，当采用直流反接（DCEP）时，焊丝末端生长的熔滴金属将由于冶金电化学的增氧作用导致熔滴金属的氧含量升高，而当采用直流正接（DCEN）时，焊丝末端生长的熔滴金属将由于冶金电化学脱氧作用导致熔滴金属的氧含量降低，从而证实焊接过程钢－渣界面存在冶金电化学作用。