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卓進(jìn)征程 宏我偉業(yè),質(zhì)量管理知識,歡迎各位同仁和我一起來學(xué)習(xí),卓宏公司質(zhì)量保證部 程水養(yǎng) 2010年8月,自我介紹： 程水養(yǎng) 現(xiàn)任卓宏汽車電機(jī)有限公司 質(zhì)保部副部長 江西藍(lán)天職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電一體化專業(yè) 大專學(xué)歷 江西婺源人 工作經(jīng)歷： 1、06.12-08.3浙江飛科電器/飛科剃須刀-檢驗(yàn)員/檢驗(yàn)組長 2、08.3-09.9瑞安甌江電機(jī)/汽車玻璃升降電機(jī)檢驗(yàn)科科長 3、09.9-10.7溫州長江汽車電子/汽車開關(guān)質(zhì)量工程師,一、 質(zhì)量管理活動中常見的英文縮寫,1、QC（IQC、IPQC、OQC）、QE、SQE、QA 2、ISO、TS、QMS 3、APQP、PPAP、MSA、SPC FMEA（S、D、P）、SOP 4、PPM（0公里、三包）,一、熔渣的作用,示例見藥皮焊條電弧焊過程圖。 1. 機(jī)械保護(hù)作用 2. 冶金處理作用 3. 改善成形工藝性能作用,藥皮焊條電弧焊過程,埋 弧 焊 過 程 示 意 圖,1. 機(jī)械保護(hù)作用,熔渣的比重一般輕于液態(tài)金屬，高溫下浮在液態(tài)金屬的表面，使之與空氣隔離，可避免液態(tài)金屬中合金元素的氧化燒損，防止氣相中的氫、氮、氧、硫等直接溶入，并減少液態(tài)金屬的熱損失。熔渣凝固后形成的渣殼覆蓋在焊縫上，可以繼續(xù)保護(hù)處在高溫下的焊縫金屬免受空氣的有害作用。,2. 冶金處理作用,熔渣與液態(tài)金屬之間能夠發(fā)生一系列物化反應(yīng)，從而對金屬與合金成分給予較大影響。適當(dāng)?shù)娜墼煞?，可以去除金屬中的有害雜質(zhì)，如脫氧、脫硫、脫磷和去氫。熔渣還可以起到吸附或溶解液態(tài)金屬中非金屬夾雜物的作用。焊接過程中，可通過熔渣向焊縫中過渡合金。,3. 改善成形工藝性能作用,適當(dāng)?shù)娜墼ɑ蚝笚l藥皮）構(gòu)成，對于熔焊電弧的引燃、穩(wěn)定燃燒、減少飛濺，改善脫渣性能及焊縫外觀成形等焊接工藝性能的影響至關(guān)重要；電弧爐熔煉時，熔渣起到穩(wěn)定電弧燃燒作用；采用熔渣保護(hù)澆鑄可減少鑄件和鑄型間的粘合，提高鑄件表面質(zhì)量并降低內(nèi)應(yīng)力； 熔渣也有不利的作用，如強(qiáng)氧化性熔渣可以使液態(tài)金屬增氧，可以侵蝕爐襯；密度大或熔點(diǎn)過高的熔渣易殘留在金屬中形成夾渣。,二、焊接熔渣的分類與來源,（一） 焊接熔渣的類型 （二） 焊接熔渣的來源,（一） 焊接熔渣的類型,按焊接熔渣的組成物分類： 鹽型熔渣 鹽氧化物型熔渣 氧化物型熔渣,鹽 型 熔 渣,主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成。如： CaF2 NaF 、 CaF2 BaCl2 NaF 、 KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2- MgF2- CaF2-LiF 鹽型熔渣的氧化性很小，主要用于鋁、鈦等活性金屬的焊接。,鹽氧化物型熔渣,主要由氟化物和金屬氧化物組成。如： CaF2 CaO Al2O3 CaF2 CaO SiO2 CaF2 MgO Al2O3 SiO2 這類熔渣的氧化性較小，主要用于重要的低合金高強(qiáng)鋼、合金鋼及合金的焊接。,氧 化 物 型 熔 渣,這類熔渣含有較多的弱堿金屬氧化物，是應(yīng)用最為普遍的一類渣系，如： MnO SiO2 、 FeO MnO SiO2 、 CaO Ti02 SiO2 等。 這類熔渣一般具有較強(qiáng)的氧化性，用于低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼的焊接。,（二）熔渣的來源與構(gòu)成,1、 藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮 2、 埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑,1、藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮,藥皮焊條電弧焊時的熔渣來源于焊條藥皮中的造渣劑，通常包括鈦鐵礦（TiO2FeO）、金紅石（TiO2）、大理石（CaCO3）、白云石（ CaCO3 MgCO3 ）、石英砂（SiO2）、長石、白泥和云母（SiO2Al2O3）等。 焊接過程中造渣劑熔化，形成獨(dú)立熔渣相，覆蓋在熔滴與熔池表面。,表8-1 藥皮焊條電弧焊熔渣的化學(xué)成分舉例,低氫型焊條又稱堿性焊條，主要特點(diǎn)是不含具有造氣功能的有機(jī)物而含大量碳酸鹽和一定數(shù)量的CaF2 。碳酸鹽在加熱分解過程中形成熔渣（CaO或MgO）并放出 CO2 氣體。CaF 除了造渣作用之外，還能減少液態(tài)金屬中的氫含量。,除低氫型焊條外的為酸性焊條，這類焊條藥皮不論是以硅酸鹽為主還是以鈦酸鹽為主，一般不含CaF2 ，含少量碳酸鹽和有機(jī)物。,2、埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑,埋弧焊、電渣焊過程中，堆積在焊件坡口上方的焊劑受熱熔化，形成熔渣，覆蓋在焊接電弧和熔池上方，對熔化金屬起保護(hù)和冶金處理作用。焊劑是與焊絲(或焊帶)配套使用的，焊絲的作用相當(dāng)于焊條中的焊芯，焊劑的作用相當(dāng)于焊條中的藥皮。焊劑與焊絲的合理匹配是決定焊縫金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能的重要因素。 熔煉焊劑 由一些氧化物和氟化物組成； 非熔煉焊劑（燒結(jié)焊劑、粘結(jié)焊劑） 易于實(shí)現(xiàn)焊縫金屬的合金化。,三、鑄造熔煉過程中的熔渣,鋼鐵熔煉熔渣的主要成分有 SiO2、CaO、Al2O3 、FeO、MgO、MnO 等氧化物和少量CaF2 ，其來源為： 生鐵或廢鋼原材料中所含的各種合金元素,熔煉過程中由于氧化而形成的氧化物； 作為氧化劑或冷卻劑使用的礦石和燒結(jié)礦等； 原材料帶入的泥沙或鐵銹；,加入的造渣材料，如石灰、石灰石、螢石、鐵礬土、粘土磚塊等； 浸蝕下來的爐襯耐火材料； 脫氧、脫硫產(chǎn)物。,有色金屬熔煉中熔渣主要來源于熔劑，熔煉中用于除氣、脫氧或去夾雜的熔劑品種繁多。如：鋁合金精煉時采用以NaCl、KCl為主的多種氯化鹽混合成低熔點(diǎn)的熔劑；銅合金精煉時常用的熔劑有木炭、玻璃（Na2OCaO6SiO2）、蘇打（Na2CO3）、石灰（CaO）和硼砂（Na2B4O7）等。,鋼鐵熔煉時的熔渣成分還與具體熔煉方法有關(guān)。,第二節(jié) 渣體結(jié)構(gòu)及堿度,一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論 二、熔渣的離子理論 三、熔渣的堿度,一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論,（1）液態(tài)熔渣是由自由狀態(tài)化合物（包括氧化物、氟化物、硫化物的分子等）和復(fù)合狀態(tài)化合物（酸性氧化物和堿性氧化物生成的鹽）的分子所組成； （2）氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài)； （3）只有渣中的自由氧化物才能與液體金屬和其中的元素發(fā)生作用。如： （FeO）+ C = Fe + CO 而硅酸鐵 (FeO)2SiO2 中的 FeO 不能參與上面的反應(yīng)。,二、熔渣的離子理論,（1）認(rèn)為液態(tài)熔渣是由正離子和負(fù)離子組成的電中性溶液。 （2）離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決于它的綜合矩（離子電荷/離子半徑）。離子的綜合矩越大，說明它的靜電場越強(qiáng)，與異號離子的引力越大。 （3）液體熔渣與金屬之間相互作用的過程，是原子與離子交換電荷的過程。如： Si4 + 2 Fe = 2 Fe2 + Si ,陽離子中Si4 的綜合矩最大，而陰離子中O2-的綜合矩最大，所以二者最易結(jié)合為復(fù)雜的硅氧陰離子SiO44- 。,表8-3 正、負(fù)離子的綜合矩,三、熔渣的堿度,熔渣的氧化能力、粘度等都和熔渣的堿度密切相關(guān)，堿度對液態(tài)金屬的脫硫、脫磷效果也有重要影響。 （一）熔渣堿度的分子理論 （二）熔渣堿度的離子理論,（一）熔渣堿度的分子理論,按照分子理論，熔渣的堿度就是熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值。表示為： 堿性氧化物：K2O、Na2O、CaO、MgO、MnO、FeO等 ， 酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等。 考慮到氧化性強(qiáng)、弱差別，堿度表達(dá)式修正為： 0.018CaO+0.015MgO+0.006CaF2+0.014(K2O+Na2O)+0.007(MnO+FeO) B1 = 0.017SiO2 + 0.005(Al2O3 + TiO2 + ZrO2） 當(dāng)B11為堿性渣，B11為酸性渣，B1=1為中性渣。,（二）熔渣堿度的離子理論,把液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度（或氧離子的活度）定義為堿度。渣中自由氧離子的濃度越大，其堿度越大。計(jì)算式為： Mi 是渣中第 I 種氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)，ai 是該氧化物的堿度系數(shù)。 當(dāng)B20時為堿性渣，B20為酸性渣，B2= 0為中性渣。 表8-4 渣中常見氧化物的ai值,堿性渣的ai為正值，這是因?yàn)閴A性氧化物在液態(tài)渣中產(chǎn)生O2，例如： CaO = Ca2 + O2 而酸性氧化物消耗渣中的O2： SiO2 + 2 O2 = SiO44 因此，堿性渣中O2多，堿度高； 酸性渣中O2少，堿度低。,O2越多，是否意味著氧化性越強(qiáng)？,第三節(jié) 渣相的物理性質(zhì),一、熔渣的凝固溫度與密度 二、熔渣的粘度 三、熔渣的表面張力及界面張力,一、熔渣的凝固溫度與密度,熔渣是一個多元體系，它的液固轉(zhuǎn)變是在一定溫度區(qū)間進(jìn)行的。一般構(gòu)成熔渣的各組元獨(dú)立相的熔點(diǎn)較高，而以一定比例構(gòu)成復(fù)合渣時可使凝固溫度大大降低。 金屬熔煉或熔焊中，要求熔渣的熔點(diǎn)略低于熔煉（或母材）金屬。過高（或過低）的熔渣熔點(diǎn)，都會影響對液態(tài)金屬的保護(hù)效果和焊縫外觀成形。,密度也是熔渣的基本性質(zhì)之一，它影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對位置與相對運(yùn)動速度。密度大的熔渣易滯留于金屬內(nèi)部形成夾雜。選用焊材時，首先要保證所形成的熔渣具有合適的凝固溫度范圍和較低的密度。 表8-5幾種常見化合物的熔點(diǎn)和密度,二、熔渣的粘度,熔渣的粘度是一個較為重要的性能，過大與過小都不理想。 粘度過大的熔渣會降低金屬與熔渣之間的冶金反應(yīng)速度。 粘度過小的熔渣容易流失，影響對熔池（或焊縫）在全位置焊接時的成形和保護(hù)效果。,熔渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)： 一般，液態(tài)熔渣的粘度隨溫度下降而上升，這是由于隨溫度下降，熔渣中離子（或粒子）的聚合度增大，粘度隨之增加。,藥皮焊條電弧焊時，根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化的速率，將熔渣分為“長渣”和“短渣”兩類。 隨溫度增高粘度急劇下降的渣稱為短渣，而隨溫度增高粘度下降緩慢的渣稱為長渣。 短渣在焊縫凝固后迅速凝固，可保證全位置焊縫外觀成型，長渣只能用于平焊位置焊接。,渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。含 SiO2 多的渣結(jié)構(gòu)復(fù)雜， Si-O 陰離子聚合程度大，離子尺寸大，粘度大。在溫度升高時復(fù)雜的 Si-O 離子逐漸破壞，形成較小的 Si-O 陰離子，粘度緩慢下降，因此含 SiO2 多的酸性渣為長渣。堿性渣中離子尺寸小，粘度低，且隨溫度升高離子濃度增大，粘度迅速下降，因此堿性渣為短渣。,含 SiO2 多的熔渣 Si-O 陰離子聚合程度大，復(fù)雜陰離子的尺寸大，粘度大。 在酸性渣中減少 SiO2 ，增加 TiO2 或增加堿性氧化物的含量，都可以使復(fù)雜的 Si-O 陰離子減少，可降低粘度，使渣成為短渣。 渣中加入 CaF2 可起到很好的稀釋作用。堿性渣中 CaF2 能促使 CaO 熔化，降低粘度；酸性渣中CaF2 的 F- 能破壞 Si-O 鍵，減小聚合離子尺寸，降低粘度。因此在焊接熔渣和煉鋼熔渣中常用 CaF2 作為稀釋劑。,三、熔渣的表面張力及界面張力,熔渣的表面張力及熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力對于冶金過程動力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜質(zhì)相的排出有重要影響。它還影響到熔渣對液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護(hù)效果及焊縫外觀成形。 化學(xué)鍵與表面張力 熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力,表面張力的影響因素,溫度 T,化學(xué)鍵與表面張力,原子間鍵能,堿性氧化物（如MgO、CaO、Al2O3、MnO、FeO等）一般為離子鍵化合物，表面張力較大。 酸性氧化物（如SiO2、TiO2等）一般為極性鍵化合物，表面張力較小。 堿度高的渣表面張力大。 在堿性渣中加入酸性氧化物TiO2、SiO2、B2O3等能降低堿性渣的表面張力。 CaF2對降低熔渣表面張力也有顯著作用。,熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力,界面張力小時，熔渣對金屬的覆蓋保護(hù)效果較好；反之則有利于熔渣從液態(tài)金屬中分離。 酸性渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小，對液態(tài)金屬的潤濕性較好，熔渣在鋼液表面易鋪展，對鋼液的保護(hù)效果較好。形成夾雜的傾向較小。,堿性焊條施焊時，覆蓋在熔滴表面的熔渣表面張力較大，易造成熔滴粗化，飛濺增多。 酸性焊條施焊時，過渡的熔滴顆粒較小，飛濺少，焊縫魚鱗紋細(xì)密，外觀成形好。,第四節(jié) 活性熔渣對金屬的氧化,一、熔渣的氧化性 二、擴(kuò)散氧化 三、置換氧化,一、熔渣的氧化性,高溫下覆蓋在液態(tài)金屬表面的熔渣，既有對液態(tài)金屬的保護(hù)作用和促進(jìn)化學(xué)冶金反應(yīng)過程順利進(jìn)行的作用，也有對液態(tài)金屬污染的副作用，其中包括氧化性較強(qiáng)的熔渣對液態(tài)金屬的氧化。 熔渣的氧化（或還原）能力是指熔渣向液態(tài)金屬中傳入氧（或從液態(tài)金屬中導(dǎo)出氧）的能力。氧化性較強(qiáng)的熔渣又稱為活性熔渣。,熔渣的氧化性與 FeO 的活度,熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不穩(wěn)定的氧化物 FeO 量的高低及該氧化物在熔渣中的活度來衡量。 由于熔渣并非理想溶液，渣中氧化鐵的含量并不是參加氧化反應(yīng)時的有效濃度，氧化反應(yīng)是否進(jìn)行與 FeO 在熔渣中的實(shí)際活度 FeO 有關(guān) 。,圖8-4 多元渣系中FeO的等活度曲線 （1600）,對于一定FeO含量的熔渣，當(dāng)熔渣中堿性氧化物與酸性氧化物的含量比（即熔渣堿度）為2時所對應(yīng)的熔渣氧化性最強(qiáng)。,FeO在堿性渣中的活度系數(shù)比在酸性渣中大,熔渣的氧化性與溫度的關(guān)系,已知熔渣成分時，根據(jù)圖8-4查出1600下熔渣中FeO的活度FeO ，再通過下式可以估算出該溫度下熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到平衡時液態(tài)金屬中的含氧量： % O = % O max FeO 式中 % O max 為在純氧化鐵構(gòu)成的熔渣下，與之平衡時液態(tài)金屬中 % O 的極限含量。 % O max 是與溫度有關(guān)的常數(shù)，其關(guān)系式為： 當(dāng)T = 1600 時， % O max = 0.23 。 隨溫度升高，熔渣的氧化性增大。,二、擴(kuò)散氧化,熔渣中的FeO既溶于渣又溶于液態(tài)鋼，在一定溫度下，它在兩相中的平衡濃度符合分配定律：,當(dāng)溫度不變時，增加液態(tài)熔渣中的FeO的含量將會使液態(tài)金屬增氧。 溫度升高時L值減小，即高溫時，F(xiàn)eO更容易向金屬中分配。,焊接過程中的擴(kuò)散氧化,焊接時渣中的FeO對金屬的擴(kuò)散氧化主要是在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)向液態(tài)金屬中過渡的。,在熔池尾部，隨著溫度的下降，液態(tài)金屬中過飽和的氧化鐵會向熔渣中擴(kuò)散，這一過程稱之為擴(kuò)散脫氧。,FeO的分配常數(shù)L與溫度和熔渣的性質(zhì)有關(guān)。 在SiO2飽和的酸性渣中有： 在CaO飽和的堿性渣中有：,比較兩式中 L 值大小可以發(fā)現(xiàn)，在熔渣中含 FeO 相同的情況下，堿性渣時金屬中的FeO含量比酸性渣時大。 即: FeO 在堿性渣中比在酸性渣中更容易向金屬中分配。,而：,不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高。事實(shí)上多數(shù)情況下堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條低。這是由于盡管堿性渣中FeO的活度系數(shù)大，但堿性渣中FeO的含量并不高（見表81），因此堿性渣對液態(tài)金屬的氧化性比酸性渣要小。,實(shí)際擴(kuò)散氧化反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于界面附近FeO的擴(kuò)散速度、接觸界面面積大小與擴(kuò)散反應(yīng)時間。熔焊時由于熔渣在高溫液態(tài)下的存在時間短暫，因此擴(kuò)散氧化程度一般遠(yuǎn)不能達(dá)到平衡狀態(tài)。圖中酸性渣所對應(yīng)的焊縫含氧量高，不僅僅是渣中FeO擴(kuò)散氧化的影響。 煉鋼過程中的擴(kuò)散氧化可以進(jìn)行得較為充分。,三、置換氧化,如果熔渣中含有比較多的易分解的氧化物，便可以與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使金屬氧化，同時發(fā)生原氧化物中金屬元素的還原。例如，用低碳鋼焊絲配合高硅高錳焊劑(如HJ431)埋弧焊時，易發(fā)生如下置換氧化反應(yīng): （FeO） （SiO2）+ 2 Fe = Si + 2 FeO FeO,或 : （MnO） Mn ,置換氧化反應(yīng)與渣中MnO、SiO2、FeO的濃度和液態(tài)金屬中Si、Mn的原始含量有關(guān)。酸性渣對金屬的置換氧化性高于堿性渣。,反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為： （FeO）2Si 13460 lgKSi = = + 6.04 （SiO2） T （FeO）Mn 6600 lgKMn = = + 3.16 （MnO） T 溫度升高，平衡常數(shù)增大，反應(yīng)向右進(jìn)行； 置換氧化反應(yīng)主要發(fā)生在熔滴階段與熔池前部的高溫區(qū)； 液態(tài)金屬的過熱度較低時，KSi明