第二節(jié)焊接化學(xué)冶金過(guò)程

1、目標(biāo)群體教學(xué)時(shí)間授課教師教學(xué)日期2h課程領(lǐng)域焊接專(zhuān)業(yè)課焊接工藝學(xué)主要行為第五章 金屬熔焊過(guò)程部分行為第二節(jié) 焊接化學(xué)冶金過(guò)程2教學(xué)目標(biāo)專(zhuān)業(yè)能力目標(biāo)：1、掌握焊接區(qū)內(nèi)氣體及對(duì)焊縫區(qū)的保護(hù)；2、了解焊縫金屬的合金化及中硫和磷的控制。方法能力目標(biāo)：1、具有較強(qiáng)的理論聯(lián)系實(shí)際的能力；2、刻苦鉆研，精益求精，認(rèn)真做事的工作態(tài)度。社會(huì)能力目標(biāo)：1、具有較強(qiáng)的安全意識(shí)和環(huán)保意識(shí)；2、具有良好的職業(yè)素質(zhì)和職業(yè)道德；3、具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和良好的人際交往能力。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：1、焊接區(qū)內(nèi)氣體及對(duì)焊縫區(qū)的保護(hù)；2、焊縫金屬中硫和磷的控制。難點(diǎn)：抽象的概念和理論分析怎樣形象地傳達(dá)給學(xué)生，讓學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化

2、為充分理解。教學(xué)方法和手段黑板板書(shū)，課堂提問(wèn)，互動(dòng)教學(xué)教學(xué)用具掛圖、機(jī)件、多媒體設(shè)備教學(xué)內(nèi)容與組織組織教學(xué)復(fù)習(xí)導(dǎo)入講授新課第五章 金屬熔焊過(guò)程第二節(jié) 焊接化學(xué)冶金過(guò)程2五、焊接區(qū)內(nèi)氣體六、對(duì)焊縫區(qū)的保護(hù)七、焊縫的合金化八、焊縫金屬中硫和磷的控制課堂小結(jié)布置作業(yè)教學(xué)后記組織教學(xué)：組織紀(jì)律、清點(diǎn)人數(shù)、填寫(xiě)教學(xué)日志復(fù)習(xí)導(dǎo)入：1、焊條金屬熔滴及熔池；2、焊接過(guò)程中熔渣與金屬的作用。講授新課：第五章 金屬熔焊過(guò)程第二節(jié) 焊接化學(xué)冶金過(guò)程2五、焊接區(qū)內(nèi)氣體焊接區(qū)內(nèi)的氣體是由CO2、H2O、N2、H2、O2、金屬和熔渣的蒸氣以及它們分解和電離的產(chǎn)物組成的混合物。對(duì)焊接質(zhì)量影響最大的是CO2、H2O、N2、H

3、2、O2。研究焊接區(qū)內(nèi)的來(lái)源、產(chǎn)生、成分及其分布對(duì)于氣相與熔化金屬的相互作用具有重要意義。1、氣體的來(lái)源和產(chǎn)生來(lái)源：（1）焊接材料； （2）氣體介質(zhì)； （3）焊絲和母材表面上的油銹等雜質(zhì)； （4）金屬和熔渣的蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體。 2、氮與金屬作用 來(lái)源：主要是焊接區(qū)周?chē)目諝?。有兩種情況： （1）不與氮發(fā)生作用的金屬，即不能熔解氮又不形成氮化物，可用N作為保護(hù)氣體。 （2）與氮發(fā)生作用的金屬，即能溶解氮又能形成氮化物，這種情況下就要防止焊縫金屬的氮化。氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響：（1）形成氣孔。熔池結(jié)晶時(shí)，氫的溶解度突然降低，當(dāng)來(lái)不及析出就形成氣孔；（2）影響焊縫力學(xué)性能。氮與鐵等形成的化合物以針狀?yuàn)A雜物

4、形式存在于焊縫金屬中，使焊縫硬度提高，塑性和韌性下降，影響焊縫影響焊縫力學(xué)性能。控制焊縫含氮量的因素及措施： （1） 加強(qiáng)對(duì)焊區(qū)金屬的保護(hù)如氣一渣保護(hù)、渣保護(hù)、氣體保護(hù)、抽真空等是減少氮浸入的主要措施。（2） 采取正確的焊接工藝規(guī)范，盡量采用短弧焊，以減少氮的浸入。采用直流反接也可以減少焊縫中的含氮量。（3） 進(jìn)行冶金處理，增加焊絲或藥皮中的含碳量可降低焊縫中的含氮量。3、氫與金屬的作用 來(lái)源：焊條藥皮、焊劑、焊絲藥芯中水分，藥皮中有機(jī)物為、焊件表面雜質(zhì)（銹、油）空氣中水分。氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響：（1）形成氣孔。熔池結(jié)晶時(shí)，氫的溶解度突然降低，當(dāng)來(lái)不及析出就形成氣孔；（2）產(chǎn)生白點(diǎn)和氫脆。鋼在焊

5、縫含氫量時(shí)，常常會(huì)在拉斷面上出現(xiàn)如魚(yú)目狀，直徑為0.53mm白色圓形斑點(diǎn)，稱(chēng)為白點(diǎn)。氫在室溫下使鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象叫氫脆；3) 產(chǎn)生冷裂紋。焊縫含氫量高時(shí)容易產(chǎn)生冷裂紋?？刂坪缚p含氫量的措施： （1) 限制焊接材料的含氫量，藥皮成分，焊前按規(guī)定烘干焊條、焊劑等焊接材料； （2) 嚴(yán)格清理工件及焊絲：去銹、油污、吸附水分； （3) 進(jìn)行冶金處理，選用低氫焊條，直流反接，短弧操作； （4) 焊后脫氫處理。 焊后立即將焊件加熱到250350C，保溫26h，使焊縫中金屬加速擴(kuò)散溢出，降低焊縫和熱影響區(qū)的含氫量。4、氧與金屬的作用 氧的來(lái)源：（1）電弧中的氧化性氣體；（2）空氣中的氧氣浸入；（3）焊

6、劑、藥皮中的高價(jià)氧化物；（4）焊件表面的的鐵銹、水等的分解物。氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響： （1) 機(jī)械性能下降，尤其是沖擊韌性降低明顯；（2) 化學(xué)性能變差，如抗腐蝕性能變差； （3) 產(chǎn)生氣孔、合金元素?zé)龘p；（4) 工藝性能變差，影響焊接過(guò)程穩(wěn)定，產(chǎn)生飛濺。 控制焊縫含氧量的措施：（1）加強(qiáng)保護(hù)，如采用短弧焊、選用氣體保護(hù)（合適氣體流量）或真空保護(hù)等，防止空氣浸入；（2）認(rèn)真清理焊件表面的水分、油污、鐵銹等，按規(guī)定溫度烘干焊條焊劑等焊接材料；（3）對(duì)焊縫進(jìn)行有效的脫氧。在焊條、焊絲中加入一些合金元素去除或減少已經(jīng)浸入熔池中的氧。脫氧方式主要有：先期脫氧：藥皮反應(yīng)區(qū)發(fā)生在藥皮加熱階段，與熔滴不發(fā)生直

7、接關(guān)系；沉淀脫氧：溶滴、熔池內(nèi)進(jìn)行的的脫氧。（1）Mn的脫氧：FeO+Mn=MnO+Fe；（2）Si的脫氧：2FeO+Si=SiO2+2Fe；（3）硅錳聯(lián)合脫氧；（4）擴(kuò)散脫氧：FeO從熔池?cái)U(kuò)散到熔渣從而降低焊縫金屬含氧量。酸性焊條以擴(kuò)散脫氧為主：酸性氧化物SiO2+FeO=FeOSiO2；TiO2+FeO=FeOTiO2；堿性焊條以沉淀脫氧為主:CaO是強(qiáng)堿性氧化物，很難實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散脫氧。六、焊縫的合金化1、合金化焊縫金屬的合金化就是將所需要的合金元素由焊接材料通過(guò)焊接冶金過(guò)程過(guò)渡到焊縫金屬中去的反應(yīng)，也稱(chēng)為滲合金。2、合金化的目的（1） 補(bǔ)償焊接過(guò)程中由于合金元素?zé)龘p和蒸發(fā)造成的損失；（2）

8、改善組織，消除缺陷，提高性能，如加入錳可以消除硫引起的熱裂紋；（3） 通過(guò)向焊縫金屬滲入母材不含或含量少的合金元素，來(lái)獲得特種性能（如耐磨性、紅硬性、耐熱性、耐蝕性等）。3、合金化的方式有兩種方法：通過(guò)焊芯過(guò)渡：應(yīng)用合金焊條、焊絲或帶極，應(yīng)用合金粉未；通過(guò)藥皮過(guò)渡：應(yīng)用藥芯焊絲或藥芯焊條，應(yīng)用合金藥皮或粘結(jié)焊劑。 在生產(chǎn)上應(yīng)用較廣的是通過(guò)藥皮過(guò)渡。通常是采用低碳鋼（H08、H08A）焊條藥皮中加入合金劑，從而達(dá)到合金化的目的。七、對(duì)焊縫區(qū)的保護(hù)1、光焊絲焊接時(shí) 合金元素氧化損失大、易產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)致塑性韌性下降，不實(shí)用。2、保護(hù)方法 藥皮、焊劑、藥芯、保護(hù)氣體、自保護(hù)等。一般惰性氣體保護(hù)效果較好

9、。幾乎每一種熔焊方法都是為了加強(qiáng)對(duì)焊接區(qū)保護(hù)而發(fā)展和完善起來(lái)的。表歸納了目前熔焊方法中采用的幾種保護(hù)方式。除自保護(hù)外，其余都是把空氣與焊接區(qū)機(jī)械地隔離開(kāi)來(lái)。保護(hù)方式熔焊方式氣體保護(hù)氣焊、TIG、MIG、MAG、等離子弧焊熔渣保護(hù)埋弧焊、電渣焊渣氣保護(hù)電弧焊真空保護(hù)真空電子束焊自保護(hù)焊絲種含有電子束焊八、焊縫金屬中硫和磷的控制1、焊縫中硫的危害和控制硫的來(lái)源：主要來(lái)自母材、焊條、焊絲、藥皮、焊劑等。焊縫中硫的危害：（1）生成低熔點(diǎn)共晶，產(chǎn)生熱裂紋。焊縫中的硫主要是以FeS和MnS形式存在，MnS在液態(tài)金屬中溶解度很小，且容易排除入渣，即使不能排除，而留在焊縫中，也呈球狀分布于焊縫中，因而對(duì)焊縫影

10、響不大。焊縫中FeS最為有害。FeS可以無(wú)限低溶解在液態(tài)金屬中，而固態(tài)鐵中溶解度很低，因此，熔池凝固時(shí)FeS析出，并與-Fe、FeO等以形成共晶，尤其是焊接高Ni合金時(shí)形成的NiS熔點(diǎn)更低，這些低熔點(diǎn)共晶呈液態(tài)薄膜聚集在晶界，導(dǎo)致晶界處開(kāi)裂，產(chǎn)生熱裂紋。（2）當(dāng)含C量高時(shí)，會(huì)促進(jìn)S的偏析，降低沖擊韌性和抗腐蝕性。 控制硫的措施：（1）限制焊接材料中含硫量，如母材、焊絲、藥皮或焊劑中的硫的含量是主要措施；（2）焊接過(guò)程中采用熔渣脫硫和元素脫硫，但脫硫效果較差。熔渣脫硫：就是利用熔渣中的堿性氧化物進(jìn)行脫硫：FeS+MnO=Fe+MnS+FeO；FeS+CaO=Fe+CaS+FeO。脫硫產(chǎn)物MnS

11、、CaS等進(jìn)入熔渣被排除，從而達(dá)到達(dá)到脫硫目的。元素脫硫：就是在液態(tài)金屬中加入一些對(duì)硫親和力比鐵大的元素Mn,使Fe從FeS中還原出來(lái)：FeS+Mn=Fe+MnS。MnS不溶于金屬而進(jìn)入熔渣達(dá)到脫硫目的。2、焊縫中磷的危害及控制磷的來(lái)源：主要來(lái)自母材、焊條、焊絲、藥皮、焊劑等。磷的危害： （1）生成低熔點(diǎn)共晶Fe3P Fe，產(chǎn)生熱裂紋。在液態(tài)鐵中可溶解較多的磷，主要以Fe2P和 Fe3P的形式存在。同硫一樣，F(xiàn)e3P Fe聚集在晶界，導(dǎo)致晶界處開(kāi)裂，產(chǎn)生熱裂紋。（2）產(chǎn)生冷裂紋。磷化物Fe2P、Fe3P、Ni3P等會(huì)消弱晶粒間的結(jié)合力，且它本身又硬而脆，因此增加了焊縫金屬的冷脆性，使沖擊韌性下降，造成冷裂紋。 控制磷的措施：（1）限制母材、填充金屬、藥皮和焊劑中的含磷量（主要來(lái)源 ：藥皮和焊劑中的錳礦 ）；（2）焊接過(guò)程中脫磷采用兩步，但脫磷效果較差。第一步：將P氧化成P2O5：2Fe2P+ 5FeO= P2O5+9Fe2Fe3P+ 5FeO= P2O5+11Fe第二步：置換脫磷。就是利用熔渣中的堿性氧