焊接冶金學(xué)-焊接化學(xué)冶金

1、1第二章焊接化學(xué)冶金2第一節(jié) 焊接化學(xué)冶金的特殊性第二節(jié) 焊接區(qū)內(nèi)氣體與金屬的作用第三節(jié) 焊接熔渣對金屬的作用 第四節(jié) 焊縫金屬的凈化與合金化第二章第二章- -焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金3重點內(nèi)容重點內(nèi)容1、焊接化學(xué)冶金過程特點2、氣相對金屬的作用（H）3、熔渣的作用性質(zhì)4、焊接化學(xué)冶金的一般規(guī)律5、合金過渡問題4 焊接化學(xué)冶金過程：熔化焊時，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用的過程。要點：各種物質(zhì)包括氣體、液態(tài)金屬、熔渣。 2-1 2-1 焊接化學(xué)冶金的特殊性焊接化學(xué)冶金的特殊性5普通化學(xué)冶金過程和焊接化學(xué)普通化學(xué)冶金過程和焊接化學(xué)冶金過程對比冶金過程對比 普通化學(xué)冶金過程是對金屬熔煉加工過

2、程，放在特定的爐中進行。 焊接化學(xué)冶金過程是金屬在焊接條件下，再熔煉的過程，焊接時焊縫相當(dāng)高爐。 二者共同點二者共同點：金屬冶煉加工。6不同點：不同點：1）原材料不同 普冶材料：礦石、焦炭、廢鋼鐵等。 焊金材料：焊條、焊絲、焊劑等。 2）目的不同 普冶：提煉金屬；焊冶：對金屬再熔煉，以滿足構(gòu)件性能7熔池的形成熔池的形成 熔池為半橢球，幾何尺寸為L=P2IU 其中，P2是比例系數(shù)，取決于焊接方法和規(guī)范。I是焊接電流，U是焊接電壓，上式適用于點狀熱源 。8910以低碳鋼為例光焊絲在空氣中無保護下焊接，其結(jié)果是：電弧不穩(wěn)，飛濺嚴(yán)重，氣孔多，工藝性能不好焊縫含0、N量過高。Mn、C量下降，焊接時合金元

3、素?zé)龘p嚴(yán)重機械性能下降。一、焊接區(qū)金屬的保護一、焊接區(qū)金屬的保護 1.無保護的危害111、氣保護 2、渣保護3、氣渣聯(lián)合保護4、真空保護5、自保護2.保護的方式和效果12氣保護氣保護 用于保護熔池和溶用于保護熔池和溶滴的氣體應(yīng)是滴的氣體應(yīng)是惰性氣惰性氣體體，并在高溫下不分，并在高溫下不分解，或是解，或是活性的不溶活性的不溶于金屬液體的雙原子于金屬液體的雙原子氣體氣體( (CO2) )。13CO2氣體氣體 COCO2 2為無色無味氣體，密度是空氣的為無色無味氣體，密度是空氣的1.51.5倍，在常溫下很穩(wěn)定，但在倍，在常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下易分解。高溫下易分解。 COCO2 2氣體密度大，受熱后

4、體積膨脹大，所以在隔離空氣保護焊接熔池氣體密度大，受熱后體積膨脹大，所以在隔離空氣保護焊接熔池和電弧方面，效果良好。和電弧方面，效果良好。 但但COCO2 2氣體為氧化性氣體，在高溫下將分解為氣體為氧化性氣體，在高溫下將分解為COCO和和O O2 2： COCO2 2 CO + OCO + O2 2 所以二氧化碳在高溫時有強烈的氧化性。所以二氧化碳在高溫時有強烈的氧化性。氬氣氬氣 氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，氬氣是一種理想的保護氣體。應(yīng)，因此，氬氣是一種理想的保護氣體。 由于氬弧溫度高，因此一旦引

5、燃，電弧就很穩(wěn)定。由于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。 氬弧焊一般要求氬氣純度達氬弧焊一般要求氬氣純度達99.9%99.9%，我國生產(chǎn)的工業(yè)純氬，其純度，我國生產(chǎn)的工業(yè)純氬，其純度可達可達99.9%99.9%，完全合乎氬弧焊的要求。，完全合乎氬弧焊的要求。 氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則就會氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則就會影響焊縫質(zhì)量。影響焊縫質(zhì)量。14熔渣保護熔渣保護 利用焊劑、藥芯或藥利用焊劑、藥芯或藥皮熔化形成的熔渣起到皮熔化形成的熔渣起到保護作用。對于埋弧焊保護作用。對于埋弧焊來講，焊劑及其熔渣的來講，焊劑及其熔渣的保護效果很好

6、。保護效果很好。 防止金屬氧化和吸氣防止金屬氧化和吸氣 另一方面向熔池過渡合另一方面向熔池過渡合金元素，提高焊縫性能金元素，提高焊縫性能 還可以減少散熱，提高還可以減少散熱，提高生產(chǎn)率，防止強光輻射生產(chǎn)率，防止強光輻射 15 焊劑是由焊劑是由SiO2，MnO、MgO及及CaF等組等組成的硅酸鹽。成的硅酸鹽。焊劑保護的效果焊劑保護的效果 形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜，使熔池與空氣形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜，使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊縫韌性。縫韌性。 延長熔池存在時間，加強了冶金反應(yīng)，有延長熔池存在時間，加強了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾渣的析出。利于氣

7、孔、夾渣的析出。16渣渣- -氣聯(lián)合保護氣聯(lián)合保護 通過藥皮或藥芯中的造通過藥皮或藥芯中的造渣劑和造氣劑在焊接過程渣劑和造氣劑在焊接過程中形成熔渣和氣體而共同中形成熔渣和氣體而共同起到保護作用。起到保護作用。 利用渣的良好的冶金反利用渣的良好的冶金反應(yīng)和焊縫成型特點以及氣應(yīng)和焊縫成型特點以及氣體的優(yōu)良電弧熱效率和穩(wěn)體的優(yōu)良電弧熱效率和穩(wěn)弧作用，可獲得良好的熔弧作用，可獲得良好的熔池保護效果。如焊條的藥池保護效果。如焊條的藥皮及二氧化碳加藥芯。皮及二氧化碳加藥芯。1718真空保護真空保護真空度高于真空度高于0.0133Pa0.0133Pa的真空室內(nèi)進行電子的真空室內(nèi)進行電子束焊接，保護效果最理想

8、的。束焊接，保護效果最理想的。19自保護自保護 通過化學(xué)反應(yīng)防止氧和氮進入焊縫的冶通過化學(xué)反應(yīng)防止氧和氮進入焊縫的冶金保護辦法。具體而言，自保護就是通過金保護辦法。具體而言，自保護就是通過在焊絲中加入脫氧劑和脫氮劑，使由空氣在焊絲中加入脫氧劑和脫氮劑，使由空氣進入熔化金屬的氧和氮反應(yīng)生成氧化物和進入熔化金屬的氧和氮反應(yīng)生成氧化物和氮化物，并使其成渣。氮化物，并使其成渣。20二、焊接化學(xué)冶金的反應(yīng)區(qū)二、焊接化學(xué)冶金的反應(yīng)區(qū)1 1、藥皮反應(yīng)區(qū)、藥皮反應(yīng)區(qū)：指焊條受熱后，直到焊條藥皮熔點前發(fā)生的一些反應(yīng)。(100-1200)焊接方法不同，冶金反應(yīng)階段也不同。以手手工電弧焊工電弧焊為例，加以討論 1)

9、 水分蒸發(fā)：100 吸附水的蒸發(fā)，200400 結(jié)晶水的去除，化合水在更高溫度下析出2) 某些物質(zhì)分解:形成Co，CO2，H2O，O2等氣體3) 鐵合金氧化 ：先期氧化，降低氣相的氧化性21222 2）熔滴反應(yīng)區(qū)）熔滴反應(yīng)區(qū) 指熔滴形成、長大、脫離焊條、過渡到整個熔池 特點特點: : ).溫度高：18002400).與氣體、熔渣的接觸面積大 ：100010000 cm2/kg).時間短速度快 :0.01-0.1s;0.0001-0.001s).熔渣和熔滴金屬進行強烈的攪拌,混合. 233 3熔池反應(yīng)區(qū)熔池反應(yīng)區(qū) 1）反應(yīng)速度低熔池T 16001900低于熔滴T ；比表面積，接觸面積小30013

10、00cm2/kg；時間長，手工焊38秒埋弧焊6 25s2）熔池溫度不均勻的突出特點熔池前斗部分發(fā)生金屬熔化和氣體的吸收,利于吸熱反應(yīng)熔池后斗部分發(fā)生金屬凝固和氣體的析出,利于放熱反應(yīng)3）具有一定的攪拌作用促進焊縫成分的均勻化，有助于加快反應(yīng)速度，有益于氣體和夾渣物的排除。然而，沒有熔滴階段激烈。24熔池中部溫度最高，頭部次之，其次是尾部。251）液態(tài)金屬密度差引起自由對流運動2）表面張力差強迫對流運動3） 熔池中各種機械力攪拌熔池運動狀態(tài)熔池運動狀態(tài) 26三、焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)的不平衡三、焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)的不平衡 1.多相的反應(yīng)系統(tǒng) 焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域進行的，而且在同一區(qū)域的不同部位的反應(yīng)

11、方向和速度也是不同的。2.不平衡的反應(yīng)系統(tǒng)27 2-2 2-2 焊接區(qū)內(nèi)氣體與金屬的作用焊接區(qū)內(nèi)氣體與金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體 （一）氣體的種類（一）氣體的種類、來源及供給途徑來源及供給途徑22222NOOHHCOCO、1. 1.種類：種類： 金屬及熔渣蒸氣2.2.來源：來源：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 283.3.供給途徑：供給途徑： 一部分是直接輸入或侵入的原始氣體；一部分是直接輸入或侵入的原始氣體； 另一部分是通過物化反應(yīng)所生成的氣體。另一部分是通過物化反應(yīng)所生成的氣體。1)有機物的分解和燃燒:纖維

12、素的氧化分解2)碳酸鹽和高價氧化物的分解32CaCOCaOCO61052222()71210mC H OmOmCOmH32MgCOMgOCO23lg (/)8920/7.54p COCaCOT 23lg(/)5785/6.27p COMgCOT 29302334264Fe OFe OO高價氧化物主要有Fe2O3和MnO2，它們在焊接過程中發(fā)生逐級分解生成大量的O2，增強了氣氛的氧化性。34226Fe OFeOO223242MnOMn OO2334264Mn OMn OO34226Mn OMnOO313)物質(zhì)的蒸發(fā)及冶金反應(yīng)物質(zhì)的蒸發(fā)主要取決于其本身的沸點或飽合蒸氣壓。在一定的溫度下，沸點越低或

13、飽合蒸氣壓越高的物質(zhì)越容易蒸發(fā)。Zn、Mg 、 Pb 、 MnKF 、 LiF 、 NaF4)直接輸入或侵入 N2、O2、H2O32二、氣體的分解和氣相的組分二、氣體的分解和氣相的組分 （一）氣體的分解（一）氣體的分解 氣體在焊接電弧的高溫作用下將進一步分解，從而對氣體與金屬的相互作用產(chǎn)生顯著的影響。CO2、H2O和N2、H2、O2、F2將分解為簡單氣體、個原子或離子與電子。這些反應(yīng)單均為吸熱反應(yīng)。 分解度是指已分解的分子數(shù)與原有分子的總數(shù)之比，其大小與氣體的種類和溫度有關(guān)。33雙原子氣體的分解度與溫度的關(guān)系分解度（）34（二）氣相的組分（二）氣相的組分 氣相的組分與焊接方法氣相的組分與焊接方

14、法、焊接材料和焊接規(guī)、焊接材料和焊接規(guī)范有關(guān)。范有關(guān)。 用低氫型焊條焊接時，氣相中含用低氫型焊條焊接時，氣相中含H H2 2、H H2 2OO很少很少。埋弧焊時氣相中。埋弧焊時氣相中COCO2 2 、 HOHO2 2少，氣相的氧化少，氣相的氧化性很?。缓笚l電弧焊時氣相中性很??；焊條電弧焊時氣相中COCO2 2 、 HOHO2 2較多較多，氣相的氧化性增大。，氣相的氧化性增大。35二、氣體二、氣體 與金屬的作用與金屬的作用1. 1.氣體在金屬中的溶解；氣體在金屬中的溶解； N2、H2和O22.2.氣體與金屬的化學(xué)反應(yīng)。氣體與金屬的化學(xué)反應(yīng)。 CO2、H2O和O2（一）氣體在金屬中的溶解(1) (

15、1) 溶解反應(yīng)熱力學(xué)溶解反應(yīng)熱力學(xué)雙原子氣體在金屬中的溶解機理：雙原子氣體在金屬中的溶解機理：氣體分子分解為原子，然后從金屬表面層向金屬氣體分子分解為原子，然后從金屬表面層向金屬深處溶解。深處溶解。36雙原子溶解反應(yīng)雙原子溶解反應(yīng): :雙原子溶解度雙原子溶解度: : 22XX22()()()S XK Xp X單原子溶解反應(yīng)單原子溶解反應(yīng): :單原子溶解度單原子溶解度: : XX()() ()S XK X p X 單原子溶解單原子溶解過程更為簡單和直接，過程更為簡單和直接，只需只需原子穿過金屬表面層向金屬深處溶解。原子穿過金屬表面層向金屬深處溶解。37（2）氮在金屬中的溶解來源：來源：主要是焊接

16、區(qū)周圍的空氣。 氮的溶解度隨著溫度升高而增大，在2200時達到最大值 38氮在金屬中的溶解機制 1）雙原子形式溶于液態(tài)金屬 2）單原子原子形式溶于液態(tài)金屬 3）以NO形式溶入 4）以氮離子形式溶入391) 1)、氫在金屬中的溶解及其影響因素、氫在金屬中的溶解及其影響因素來源：來源：焊條藥皮、焊劑、焊絲藥芯中水分，藥皮中有機物為、焊件表面雜質(zhì)（銹、油）空氣中水分 第一類能形成穩(wěn)定氫化物金屬 第二類不形成穩(wěn)定氫化物的金屬 （3）氫在金屬中的溶解40氫的溶解機制 焊接區(qū)為氫可以處于分子、原子和離子狀態(tài) 22()2()H OOOH 氫以原子或質(zhì)子形式溶入（氣保焊） 以 溶入 （電渣焊）氫通過熔渣向金屬

17、中溶解時，氫先溶于熔渣，然后再以 向金屬中過渡OH2()2()2 2FeOHFeOHOH41 此時的溶解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故溶解度隨著溫度的升高而增大，并在一定溫度下達到最大值 氫在金屬中的溶解度與溫度的關(guān)系42 弧焊時氫的溶解度要大于平方根定律計算值。因為氫原子和氫離子的存在。 43Ti、Zr 、 Nb提高H的溶解度；Si 、 C 、 Al 降低H的溶解度 442).焊縫金屬中的氫及其擴散 擴散氫：氫以原子或質(zhì)子形式存在的并可在金屬晶格中自由擴散。 殘余氫（剩余氫）：氫原子擴散聚集到金屬的晶格缺陷，顯微裂紋和非金屬夾雜物的邊緣空隙中，結(jié)合成分子不能自由擴散。 總含氫量=擴散氫剩余氫45經(jīng)焊后放

18、置，一部分擴散氫會轉(zhuǎn)變?yōu)閰㈩A(yù)氫或從焊縫表面逸出，故擴散氫減少，殘余氫增加，總氫量降低。46（4）氧在金屬中的溶解 1).以原子氧形式溶解 2).以FeO形式溶解 maxlg( )6320/2.734SOT 47（二）氧化氣體對金屬的氧化（二）氧化氣體對金屬的氧化 氣相中氧化氣體與金屬相互作用1).氧化還原反應(yīng)方向的判據(jù) 分解壓就是氧化物分解反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時氧的分壓，其數(shù)值越高，氧化物越易分解，金屬越不易被氧化。 金屬被氧化 金屬被還原2(/)nmp OMe O22()(/)nmp Op OMe O22()(/)nmp Op OMe O48Cao、MgO、Al2O3分解壓最小，最穩(wěn)定；FeO的

19、分解壓較高，穩(wěn)定性差。然而，F(xiàn)eO能溶于液態(tài)鐵中，其分解壓大為減少，使鐵易于被氧化。 492).自由氧對金屬的氧化 3).CO2對金屬的氧化 4).H2O氣對金屬的氧化 5).混合氣體對金屬的氧化 FeO(FeO)1Fe2OFeOFe2FeOCO 22FeHOFeOH氣50 在Ar+O2的氧化能力比Ar+CO2大。在所有混合氣體中隨著O和CO2含量的增加，合金元素的撓損量、焊纏中非金屬夾雜物和氧的含量都增加，因此焊縫金屬的力學(xué)性能。采用氧化性混合氣體焊接時，應(yīng)根據(jù)其氧化能力的大小選擇含有合適脫氧劑的焊絲。511-3 1-3 熔渣與金屬的作用熔渣與金屬的作用 熔渣：熔渣：電焊條藥皮，藥芯和焊劑溶

20、化及化學(xué)反應(yīng)生成的由多種物質(zhì)組成的復(fù)雜體系，是調(diào)整和控制焊縫金屬成分和性能的前提和基礎(chǔ)。 一、焊接熔渣一、焊接熔渣 （一）熔渣的作用、成分及分類（一）熔渣的作用、成分及分類 1.熔渣的作用熔渣的作用 1).機械保護作用 2).冶金處理作用 凈化、合金化 3). 工藝性能改善作用 穩(wěn)弧、成形522.熔渣的種類和成分熔渣的種類和成分1).熔渣成分：熔渣成分：大體由氧化物、氯化物、硼酸鹽類組成是多種化學(xué)組成的復(fù)雜體系。 2).熔渣分為三類熔渣分為三類 第一類 鹽型熔渣, CaF2-NaF氧化性小主要用于焊接鋁、鈦等活性金屬 第二類 鹽-氧化物型熔渣，CaO-SiO2-CaF2氧化性較小，有較好的除氫

21、效果。主要用于焊接合金鋼及低碳鋼。E4303(J507), 第三類 氧化物型熔渣，MnO-SiO2，具有較強的氧化性。E5015(J422),TiO2-SiO2-CaO53（二）熔渣結(jié)構(gòu)理論（二）熔渣結(jié)構(gòu)理論 液態(tài)熔渣的結(jié)構(gòu)有三種理論： 分子理論分子理論和離子理論離子理論及及分子分子- -離子共存理論離子共存理論 1.分子理論:可簡明的定性為解釋熔渣與金屬之間的冶金反應(yīng),但不能解釋一些重要現(xiàn)象，如導(dǎo)電性、電解等。 1).液態(tài)熔渣由自由氧化物及其復(fù)合物的分子組成液態(tài)熔渣由自由氧化物及其復(fù)合物的分子組成 自由氧化物自由氧化物: SiO: SiO2 2 , , CaO CaO , Al, Al2 2

22、O O3 3 氧化物復(fù)合物：氧化物復(fù)合物：SiOSiO2 2CaOCaO542).2).自由氧化物與其復(fù)合氧化物處于化合與自由氧化物與其復(fù)合氧化物處于化合與分解的平衡狀態(tài)。分解的平衡狀態(tài)。)()()(22OSOCOSOCkiaia當(dāng)Tk自由氧化物濃度復(fù)合物濃度熔渣活性Tk自由氧化物濃度復(fù)合物濃度熔渣活性22aiaiC OS OC O S OQ3).只有自由氧化物才能與金屬作用只有自由氧化物才能與金屬作用() eeFOCFCO552.離子理論：熔渣的離子理論是在研究熔渣電化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上提出的。與分子理論相比，更接近熔渣的實際情況。 1).熔滴是由簡單和復(fù)雜的離子組成的電中性溶液2OSi負電性大

23、的元素以陰離子形式存在負電性小的元素以陽離子形式存在 堿性渣中 少，氧以自由氧離子形式存在酸性渣中 多，形式復(fù)雜的離子. 之間形成離子團，極性鍵結(jié)合.2.F Cl O2.Ca K Fe2OSi2O44OSi693OSiOSi562).離子的分布，聚集和相互作用取決于它的離子的分布，聚集和相互作用取決于它的綜合矩綜合矩 綜合矩綜合矩=Z/r r=Z/r r=其子其子ZZ離子電荷（靜電單位）離子電荷（靜電單位） rr離子半徑離子半徑離子綜合矩越大，靜電場愈強，與其它離子作用離子綜合矩越大，靜電場愈強，與其它離子作用力愈大力愈大如如 綜合矩最大綜合矩最大110 nm,/TrZr4Si負離子 綜合矩最

24、大.二者可結(jié)合成或更復(fù)雜的離子當(dāng)綜合矩 r綜合矩2O44SiO5758鹽型簡單結(jié)構(gòu)均勻溶液鹽型簡單結(jié)構(gòu)均勻溶液，氧化型熔渣，氧化型熔渣(J422)具有復(fù)雜網(wǎng)狀，結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分更不均勻的具有復(fù)雜網(wǎng)狀，結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分更不均勻的離子溶液，鹽離子溶液，鹽-氧化物型氧化物型(J507)比較復(fù)雜的化比較復(fù)雜的化學(xué)成分微觀不均的離子溶液。學(xué)成分微觀不均的離子溶液。 3).3).液態(tài)熔渣與金屬之間相互作用的過程是原液態(tài)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子與離子交換電荷的過程離子理論離子理論由于離子交換電荷、運動、形成電流由于離子交換電荷、運動、形成電流.)(2 2)(24SiFeFeSi4

25、2422SiOSiOO3.3.分子離子共存理論：分子離子共存理論：59（三）熔渣的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系1.1.熔渣的堿度熔渣的堿度分子理論認為熔渣中的氧化物按其性質(zhì)可分為三類1).酸性氧化物 SiO2 TiO2 P2O52).堿性氧化物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO3).中性氧化物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O360根據(jù)分子理論堿度的定義為：111miiinjjja wBa w2221223220.0180.0150.0060.014()0.007()0.0170.005()CaOMgOCaFNa OK OMnOFeOBSiOAl OTiOZrO式中CaO、MgO

26、、CaF2、SiO2 等以質(zhì)量百分數(shù)計B11 堿 (B11.3,才是真正的堿性渣） B1 1 酸 B1 1 中61離子理論對堿度定義液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度定義為堿度液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度定義為堿度。- 渣中第k 種氧化物的摩爾分數(shù) - 渣中第k 種氧化物的堿度系數(shù);B20 堿B20 酸B2 = 0 中21nkkkBa xkakx622.2.熔渣的粘度：是指熔渣內(nèi)部的各層之熔渣的粘度：是指熔渣內(nèi)部的各層之間包相對運動時的內(nèi)摩擦力。間包相對運動時的內(nèi)摩擦力。(1)熔渣成分對粘度的影響 酸性渣 SiO2多, Si-O陰離子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粘度大 O2-多, Si-O陰離子結(jié)構(gòu)簡單，粘度小堿性渣 C

27、aO多, 熔渣中易出現(xiàn)未熔化的固相顆粒，粘度大 無論是酸性還是堿性渣，加入CaF2，粘度都下降63(2)溫度對粘度的影響長渣:T, SiO2, Si-O短渣:T, 低氫型焊條的熔渣643.3.熔渣的表面張力熔渣的表面張力實際上是氣相與熔渣間的界面張力或相互接觸的比表面能?；瘜W(xué)鍵能越大表面張力越大.離子鍵: K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO（表面張力大）共價鍵: SiO2 TiO2 P2O5（表面張力小）654.4.熔渣的熔點熔渣的熔點藥皮熔點:藥皮熔化溫度藥皮開始熔化的溫度稱為造渣溫度熔渣熔點:固態(tài)熔渣熔化溫度熔渣的熔點要與被焊的母材以及所用的焊絲或焊芯的熔點相匹配，焊

28、接熔渣的熔點一般應(yīng)比焊縫金屬的熔點低200450，藥皮的造渣溫度一般應(yīng)比焊縫金屬的熔點低100250焊接鋼的熔點在1150-135066（一）置換氧化：指被焊金屬與其他金屬或非金屬的氧化物發(fā)生置換反應(yīng)而導(dǎo)致的氧化(SiO2) +2FeSi+2FeOlgKSi=lg(FeO)2Si/(SiO2)=-13460/T+6.04T反應(yīng)向右進行(MnO)+Fe=Mn+ FeOlgKMn= lg( FeO)Mn/(MnO)=-6600/T+3.16二、活性熔渣對焊縫金屬的氧化二、活性熔渣對焊縫金屬的氧化置換氧化和擴散氧化67 活性熔渣對金屬的氧化能力與其活性系數(shù)AF有關(guān)。對于熔煉焊劑而言，活性系數(shù)AF與焊

29、劑組成物的質(zhì)量分數(shù)w和焊劑的堿度B1有關(guān)，即AF0.6 高活性 AF=0.30.1低活性AF=0.6-0.3 活性能 AF 0.1惰性22222311 ()0.5 ()0.4 ()0.4 ()0.42()/FAw SiOw TiOw ZrOw Al OB w MnOB6869二、活性熔渣對焊縫金屬的氧化二、活性熔渣對焊縫金屬的氧化（二）擴散氧化:是指熔渣中的氧化物通過擴散進入被焊金屬而使金屬增氧。L=w(FeO)/wFeO酸性飽和SiO2 lgL= 4906/T -1.877堿性的飽和CaO lgL=5014/T -1.980 溫度越高，L越小，說明FeO在高溫時易向鋼液中分配。因此，擴散氧化

30、主要在熔滴階段和熔池的高溫區(qū)。在相同溫度下，堿性渣比酸性渣易使FeO向鋼液中分配。70在一定的溫度下，增加熔渣中FeO的含量，F(xiàn)eO將向鋼液中擴散，從而使焊縫中含氧量增加。71三、焊縫金屬的脫氧三、焊縫金屬的脫氧先期脫氧，沉淀脫氧，擴散脫氧（一）脫氧的目的和選擇脫氧的原則(1) 脫氧劑對氧的親和力 Mn，Si，Ti，Al(2)脫氧產(chǎn)物的物理性質(zhì) 脫氧產(chǎn)物不溶于液態(tài)金屬；脫氧產(chǎn)物不溶于液態(tài)金屬；熔點低，在焊接時最好為液態(tài)。熔點低，在焊接時最好為液態(tài)。這樣的物理性質(zhì)有利于脫氧產(chǎn)物在液態(tài)金屬中聚合成大的質(zhì)點，快速上浮到熔渣中。72三、焊縫金屬的脫氧三、焊縫金屬的脫氧（二）先期脫氧藥皮反應(yīng)區(qū)， 碳酸鹽

31、分解為O2和CO2 溫度低，先期脫氧的效果不充分222nmnMemOMe O2nmnMemCOMe OmCO73（三）沉淀脫氧：是指溶解在液態(tài)金屬中的脫氧劑將被焊金屬及其合金從其氧化物中還原出來，并使脫氧產(chǎn)物浮到熔渣中的脫氧方式。主要在熔滴和熔池中進行。常用的脫氧劑為Mn、Si1. Mn的脫氧Mn+FeO=Fe+(MnO) 放熱反應(yīng)，主要在熔池尾部的低溫區(qū)。SiO2,TiO2 與MnO生成復(fù)合物有利于脫氧74酸性渣中含有較多的SiO2和TiO2，它們能與脫氧產(chǎn)物MnO生成復(fù)合物MnO SiO2和MnO TiO2752. Si的脫氧Si+2FeO (SiO2) +2Fe提高熔渣的堿度有利于脫氧。

32、然而，脫氧產(chǎn)物SiO2熔點高，易成為夾渣，不能單獨用來脫氧. Si/Mn聯(lián)合脫氧Mn和 Si質(zhì)量之比介于37，脫氧產(chǎn)物MnO與SiO2生成硅酸鹽MnOSiO,有利于脫氧反應(yīng)。 MnOSiO的密度小，熔點低，易上浮76（四）擴散脫氧：是指被焊金屬的氧化物通過擴散從液態(tài)金屬進入熔渣，從而降低焊縫含氧量的一種方式。脫氧的程度由分配定律決定。(1) 擴散脫氧的效果主要與溫度和熔渣的性質(zhì)有關(guān)L=(FeO)/FeO T L ，F(xiàn)eO易向熔渣過渡在相同溫度下，酸性渣比堿性渣易使Fe向熔渣中分配(2) 擴散脫氧是不充分在熔池的尾部進行的，導(dǎo)致擴散脫氧77 （一）氮對焊接質(zhì)量的影響（一）氮對焊接質(zhì)量的影響 1)

33、促進焊縫中氣孔的形成，金屬凝固時氮氣來不及逸出；2)改變焊縫的力學(xué)性能，氮能提高焊縫的強度和硬度，但會使焊縫的塑性和韌性降低；3)時效脆化，針狀氮化物Fe4N，造成塑性和韌性下降。加入Ti，Al可形成穩(wěn)定的化合物，可抑制這種脆化現(xiàn)象。1-4 1-4 焊縫金屬的凈化與合金焊縫金屬的凈化與合金一一 氮對焊接質(zhì)量的影響及控制氮對焊接質(zhì)量的影響及控制7879（二）焊縫含氮量的控制措施（二）焊縫含氮量的控制措施 1 1）、機械保護）、機械保護：氣一渣保護、渣保護、氣體保護、抽真空。對于適渣型焊條：保護效果取決于藥皮的數(shù)量及成分 2 2）、焊接工藝規(guī)范影響）、焊接工藝規(guī)范影響 ： U , I, 直流反接3

34、 3）、焊絲成分的影響）、焊絲成分的影響 ： 增加焊絲或藥皮中的Ti的含量可生成穩(wěn)定的氮化物； 增加含碳量可降低氮在金屬中的溶解度。80二、氫對焊接質(zhì)量的影響及控制二、氫對焊接質(zhì)量的影響及控制 暫態(tài)現(xiàn)象：脆化、白點、經(jīng)時效、熱處理可消除 永久現(xiàn)象：氣孔、改變組織、顯微斑點、冷裂紋、不可消除 1) 1)、氫脆、氫脆 溶解在金屬晶格中氫擴散聚集到顯微空腔里形成分子氮，產(chǎn)生很高的壓力（一）氫對焊接質(zhì)量的影響（一）氫對焊接質(zhì)量的影響812)2)、白點、白點 肉眼可見，直徑0.53mm中心處有氣孔或小的夾渣，外圍有塑性裂斷的痕跡，象魚眼似的也稱“魚眼”. 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：白點是在塑性變形階段產(chǎn)生的。

35、“誘捕理論誘捕理論”解釋：解釋：焊縫中的氣孔及非金屬夾雜物邊緣的空隙,好象“陷阱”一樣.捕捉氫原子，并在其中結(jié)合成氫分子,在拉伸試驗中“陷阱”中的氫分子被吸附.由于塑性變形新產(chǎn)生的微裂紋表面上,分解成原子氫,原子氫擴散到微裂紋金屬晶格內(nèi),引起金屬脆化。 823)3)、氣孔、氣孔 結(jié)晶時,析出的分子氫來不及從液態(tài)金屬中逸出4)4)、產(chǎn)生冷裂紋、產(chǎn)生冷裂紋83（二）控制氫的措施（二）控制氫的措施 1)、限制焊接材料的含氫量，藥皮成分 2)、嚴(yán)格清理工件及焊絲：去銹、油污、吸附水分 84853)、冶金脫氫處理 在焊材加入氟化物酸性焊條里加入螢石堿性焊條里加入螢石222CaFHCaHF222CaFH

36、OCaOHF2423232CaFSiOCaSiOSiF433HSFHSiiFF42224H OSiSHiOFF22222Na O nSiOH ONaOHnSiO222()2NaOHCaFCa OHNaF22322NaFH OCONaCOHF86873)、冶金脫氫處理 增加焊接材料的氧化性在焊接材料中加入稀土元素 碲 (Te)、 釔(Y)2COHCOOHOHOH222OHOH88894)、調(diào)整焊接規(guī)范 降低電流，可減少熔滴的比表面積；直流反接。5)、焊后脫氫處理 加熱溫度越高，保溫時間越長，脫氫越明顯9091（一）氧對焊接質(zhì)量的影響（一）氧對焊接質(zhì)量的影響 1).機械性能下降2).化學(xué)性能變差

37、3).產(chǎn)生氣孔CO合金元素?zé)龘p4).工藝性能變差 （二）防止措施（二）防止措施 一防，二脫 三、氧對焊接質(zhì)量的影響及控制三、氧對焊接質(zhì)量的影響及控制 9293四、焊縫金屬中硫和磷的控制四、焊縫金屬中硫和磷的控制（一）焊縫中硫的危害及控制（一）焊縫中硫的危害及控制1.硫的危害(FeFeS) 988，(FeOFeS) 940 (NiS+Ni) 637 2.控制硫的措施（1）限制焊接材料中含硫量94(CaO)FeS(CaS)(FeO)(MnO)FeS(MnS)(FeO)錳脫硫Mn+FeS=(MnS)+FeLgK=8220/T-1.86 T K 有利于脫硫(MgO)FeS(MgS)(FeO)堿性氧化物脫硫（