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焊接保护气体对冷裂纹的形成有影响吗?

焊接最怕什么?裂纹的产生,因为它将将严重影响焊接构件的机械性能和结构完整性。事实上,裂纹的形式有很多种,例如热裂纹,冷裂纹,再热裂纹等。相对于其他裂纹,冷裂纹的出现更加危险。因为它不是立即产生的,而是在焊接完成后的几小时,几天甚至更长时间才会出现。如果焊接件在投入使用之前没有发现该缺陷,通常会导致灾难性后果。由于这种裂纹经常出现在室温温度,所以我们称之为冷裂纹。

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那么,冷裂纹是怎么形成的呢?

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首先,焊接电弧附近的水分,含氢化合物在电弧高温的作用下分解成氢原子。氢原子能够较好地溶解在液态熔池中。熔池在冷却和凝固过程中,氢原子以过饱和形式存在于焊缝金属中。由于氢原子尺寸较小,焊缝中的过饱和氢原子有向热影响区迁移的倾向。并通过扩散寻找并聚集在晶格中的缺陷和不连续位置。焊接变形引起的残余内应力与聚集氢的共同作用,将晶格的不连续扩大到裂纹尺寸。随着裂纹扩展,使裂纹尖端远离氢聚集点,氢进一步扩散到裂纹尖端促进裂纹继续扩展。

因此,高的扩散氢含量,硬度较高的微观组织,高的焊接残余应力是影响冷裂纹出现的重要因素。而扩散氢的含量,在很大程度上受到了焊接保护气体的影响。

目前,最常用的熔化极气体保护焊焊接方法之一为实芯焊丝气体保护焊(GMAW),主要采用的气体为氩气(Ar)+二氧化碳(CO2)混合气。通过一系列的实验,我们发现,对于GMAW,随着焊接气体中二氧化碳(CO2)成分的增多,熔敷金属扩散氢含量减小。主要原因在于,随着焊接保护气体中二氧化碳含量的增加,氧原子通过分解进入电弧气氛。电弧气氛中的氧含量,可以去除电弧气氛中的单原子氢,有效降低与液态焊缝金属接触的氢气分压。

(注:Arcal 5和Arcal 21为法液空的焊接气体解决方案,是氩气(Ar)+二氧化碳(CO2)混合气。Arcal 5的二氧化碳含量高于Arcal 21。)

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