第二章化學(xué)冶金(2013版)

1、 第三章第三章 第二章第二章焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金n焊接化學(xué)冶金的概念（焊接化學(xué)冶金的概念（P.43） 在熔焊過程中，焊接區(qū)內(nèi)各種物在熔焊過程中，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下液態(tài)金屬、熔渣、氣相質(zhì)之間在高溫下液態(tài)金屬、熔渣、氣相之間相互作用的過程之間相互作用的過程 n研究目的研究目的 在于運(yùn)用這些規(guī)律合理地選擇焊在于運(yùn)用這些規(guī)律合理地選擇焊接材料，控制焊縫金屬的成分和性能使接材料，控制焊縫金屬的成分和性能使之符合使用要求，設(shè)計(jì)創(chuàng)造新的焊接材之符合使用要求，設(shè)計(jì)創(chuàng)造新的焊接材料料 第一節(jié)第一節(jié) 焊接化學(xué)冶金過程的特點(diǎn)焊接化學(xué)冶金過程的特點(diǎn)n焊接化學(xué)冶金的任務(wù)焊接化學(xué)冶金的任務(wù)對(duì)焊接區(qū)實(shí)施保護(hù)，

2、免受空氣侵害對(duì)焊接區(qū)實(shí)施保護(hù)，免受空氣侵害熔化金屬，冶金處理，獲得所要求的熔化金屬，冶金處理，獲得所要求的焊縫成型焊縫成型一、對(duì)焊接區(qū)的保護(hù)一、對(duì)焊接區(qū)的保護(hù)1.光焊絲焊接時(shí)光焊絲焊接時(shí) N 0.1050.218,增加增加2045倍，倍， O 0.140.72,增加增加735倍，倍， Mn、C蒸發(fā)、氧化損失蒸發(fā)、氧化損失易產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)易產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)致塑性韌性下降致塑性韌性下降,光焊絲無保護(hù)的焊接不實(shí)用光焊絲無保護(hù)的焊接不實(shí)用2.保護(hù)方法保護(hù)方法 藥皮、熔渣、藥芯、保護(hù)氣體、自保護(hù)等藥皮、熔渣、藥芯、保護(hù)氣體、自保護(hù)等3.保護(hù)效率保護(hù)效率 與保護(hù)方法有關(guān)，一般惰性氣體保護(hù)效果較好與保護(hù)方法有關(guān)，

3、一般惰性氣體保護(hù)效果較好二、焊接冶金學(xué)反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件（以二、焊接冶金學(xué)反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件（以焊條電弧焊為例）（焊條電弧焊為例）（P.45、46，圖，圖2-3）1.藥皮反應(yīng)區(qū)藥皮反應(yīng)區(qū) （1）產(chǎn)生的氣體）產(chǎn)生的氣體 1001200C：水分蒸發(fā)、分解、氧化：水分蒸發(fā)、分解、氧化 a. 100C 吸附水分蒸發(fā)吸附水分蒸發(fā) b.200400C 排除結(jié)晶水排除結(jié)晶水 c. 400C 排除化合水排除化合水 有機(jī)物的分解和燃燒：產(chǎn)生有機(jī)物的分解和燃燒：產(chǎn)生CO2、CO、 H2 碳酸鹽的分解（大理石碳酸鹽的分解（大理石CaCO3、菱苦土、菱苦土 MgCO3):產(chǎn)生產(chǎn)生CO2 高價(jià)氧化物分解（赤鐵礦高價(jià)氧化

4、物分解（赤鐵礦Fe2O3、錳礦、錳礦 MnO2):產(chǎn)生產(chǎn)生O2（2）產(chǎn)生的氣體對(duì)鐵合金（）產(chǎn)生的氣體對(duì)鐵合金（Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe）的氧化作用）的氧化作用 在溫度大于在溫度大于600C的條件下：的條件下： 2Mn+O2=2MnO Mn+CO2=MnO+CO Mn+H2O=MnO+H2 結(jié)果使氣氛的氧化性降低，達(dá)到先期脫結(jié)果使氣氛的氧化性降低，達(dá)到先期脫氧的作用氧的作用2.熔滴反應(yīng)區(qū)熔滴反應(yīng)區(qū)（1）特點(diǎn)）特點(diǎn) 熔滴溫度高：熔滴溫度高：18002400C，過熱度大，過熱度大 熔滴比表面積大，故接觸面積大：一般熔滴比表面積大，故接觸面積大：一般 比煉鋼時(shí)大比煉鋼時(shí)大1000倍倍 反應(yīng)接

5、觸時(shí)間短：熔滴存在時(shí)間短，內(nèi)反應(yīng)接觸時(shí)間短：熔滴存在時(shí)間短，內(nèi) 部又存在流動(dòng)部又存在流動(dòng) 熔滴金屬與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈混合：熔渣質(zhì)點(diǎn)熔滴金屬與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈混合：熔渣質(zhì)點(diǎn) 尺寸可達(dá)尺寸可達(dá)50m,相互接觸面積大，反應(yīng)物相互接觸面積大，反應(yīng)物 與產(chǎn)物充分交流，反應(yīng)速度加快與產(chǎn)物充分交流，反應(yīng)速度加快 總之，熔滴反應(yīng)區(qū)反應(yīng)時(shí)間較短，但溫總之，熔滴反應(yīng)區(qū)反應(yīng)時(shí)間較短，但溫度高，相互接觸面積大，反應(yīng)最為激烈，對(duì)度高，相互接觸面積大，反應(yīng)最為激烈，對(duì)焊縫的影響最大焊縫的影響最大（2）主要冶金反應(yīng)）主要冶金反應(yīng) 氣體的分解和溶解氣體的分解和溶解 金屬的氧化、還原金屬的氧化、還原 合金化合金化 金屬蒸發(fā)金屬蒸發(fā) 3

6、.熔池反應(yīng)區(qū)熔池反應(yīng)區(qū) （1）物理?xiàng)l件）物理?xiàng)l件 與熔化的母材充分混合與熔化的母材充分混合 熔池的平均溫度較低熔池的平均溫度較低 （16001900C） 比表面積?。ū缺砻娣e?。?130cm3/kg） 時(shí)間從幾時(shí)間從幾s到幾十到幾十s 溫度分布不均勻（在熔池頭部的反應(yīng)溫度分布不均勻（在熔池頭部的反應(yīng) 與熔池尾部的不一樣）與熔池尾部的不一樣） n 熔池反應(yīng)體系中各相濃度接近平衡濃熔池反應(yīng)體系中各相濃度接近平衡濃 度，反應(yīng)速度小度，反應(yīng)速度小 藥皮質(zhì)量系數(shù)藥皮質(zhì)量系數(shù)Kb 大時(shí)大時(shí)，有部分熔渣直，有部分熔渣直 接進(jìn)入熔池，參與并強(qiáng)化熔池反應(yīng)接進(jìn)入熔池，參與并強(qiáng)化熔池反應(yīng) 熔池反應(yīng)物質(zhì)處在連續(xù)更新過

7、程，且熔池反應(yīng)物質(zhì)處在連續(xù)更新過程，且 維持準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)維持準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)（2）化學(xué)條件）化學(xué)條件 熔池反應(yīng)速度小，程度小，對(duì)整個(gè)熔池反應(yīng)速度小，程度小，對(duì)整個(gè)化化 學(xué)冶金過程貢獻(xiàn)小學(xué)冶金過程貢獻(xiàn)小 主要化學(xué)冶金反應(yīng)同熔滴階段，但主要化學(xué)冶金反應(yīng)同熔滴階段，但程程 度和方向有可能改變度和方向有可能改變（3）特點(diǎn)）特點(diǎn) 1.熔合比的影響熔合比的影響 （1）熔合比的定義：熔焊時(shí)，被）熔合比的定義：熔焊時(shí)，被熔化的母材部分在焊道金屬中所占熔化的母材部分在焊道金屬中所占的比例。的比例。 熔合比的數(shù)值，取決于焊接工藝熔合比的數(shù)值，取決于焊接工藝（焊接方法、工藝參數(shù)、坡口類（焊接方法、工藝參數(shù)、坡口類型）、母材

8、、焊材型）、母材、焊材等。等。 三、焊接工藝條件與冶金的關(guān)系三、焊接工藝條件與冶金的關(guān)系（2）熔合比對(duì)焊縫金屬的影響）熔合比對(duì)焊縫金屬的影響 C0= Cb +(1-)Cd C0某元素在焊縫金屬中的原始質(zhì)量百某元素在焊縫金屬中的原始質(zhì)量百 分濃度分濃度 熔合比熔合比 Cb該元素在母材中的質(zhì)量百分濃度該元素在母材中的質(zhì)量百分濃度 Cd該元素在焊條中的質(zhì)量百分濃度該元素在焊條中的質(zhì)量百分濃度 2.熔滴過渡特性的影響熔滴過渡特性的影響 熔滴的過渡特性不同，意味著熔滴階熔滴的過渡特性不同，意味著熔滴階段的反應(yīng)時(shí)間不同段的反應(yīng)時(shí)間不同 ： 細(xì)顆粒時(shí)反應(yīng)時(shí)間短，不充分；細(xì)顆粒時(shí)反應(yīng)時(shí)間短，不充分； 粗顆粒時(shí)

9、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)充分。粗顆粒時(shí)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)充分。 四、焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)及不平衡性四、焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)及不平衡性 1.化學(xué)冶金系統(tǒng)化學(xué)冶金系統(tǒng) 焊條電弧焊、埋弧焊：液態(tài)金屬焊條電弧焊、埋弧焊：液態(tài)金屬熔熔渣渣氣相氣相 氣體保護(hù)焊：氣相氣體保護(hù)焊：氣相液態(tài)金屬液態(tài)金屬 電渣焊：渣電渣焊：渣液態(tài)金屬液態(tài)金屬 2.不平衡性不平衡性 化學(xué)反應(yīng)的不等溫條件，造成了非平衡化學(xué)反應(yīng)的不等溫條件，造成了非平衡焊縫最終成分遠(yuǎn)離凝固平衡溫度下的成分焊縫最終成分遠(yuǎn)離凝固平衡溫度下的成分第二節(jié)第二節(jié) 焊接區(qū)的氣體及熔渣焊接區(qū)的氣體及熔渣1.焊接區(qū)內(nèi)的氣體焊接區(qū)內(nèi)的氣體（1）氣體的來源及產(chǎn)生）氣體的來源及產(chǎn)生 1）來

10、源：焊材本身（造氣劑及高價(jià)氧化物、水）、）來源：焊材本身（造氣劑及高價(jià)氧化物、水）、 鐵銹及油污、空氣侵入（約占鐵銹及油污、空氣侵入（約占3%） 2）產(chǎn)生）產(chǎn)生 有機(jī)物分解有機(jī)物分解:纖維素約纖維素約220250開始分開始分 解，與水玻璃混合時(shí)，分解溫度會(huì)更低，反應(yīng)解，與水玻璃混合時(shí)，分解溫度會(huì)更低，反應(yīng) 產(chǎn)物主要是產(chǎn)物主要是CO2,少量少量CO、及水氣、及水氣 碳酸鹽的分解碳酸鹽的分解 a.空氣中空氣中:分解物分解物 開始開始 劇烈劇烈 CaCO3 545 910 MgCO3 325 650 b.BaCO3分解溫度比分解溫度比CaCO3高高 c.白云石白云石CaMg(CO3)2分解分兩步進(jìn)行

11、：分解分兩步進(jìn)行： CaMg(CO3)2 CaCO3 +MgO+CO2 CaO+CO2 d.焊條烘干溫度：焊條烘干溫度： 含含CaCO3的焊條的焊條 450 含含MgCO3的焊條的焊條 300 含含有機(jī)物有機(jī)物的焊條的焊條 200 高價(jià)氧化物的分解高價(jià)氧化物的分解 Fe2O3Fe3O4+O2 FeO+O2 MnO2 Mn2O3+O2 Mn3O4+O2 MnO+O2 材料的蒸發(fā)材料的蒸發(fā) 沸點(diǎn)較低的沸點(diǎn)較低的Zn、Mn、Pb、Fe、F 化物等化物等（1）簡(jiǎn)單氣體）簡(jiǎn)單氣體 反應(yīng)方程式反應(yīng)方程式 H（kJmol） N2N+N -712.4 O2O+O -489.9 H2H+H -433.9 H2H

12、+H+e （發(fā)生電離）（發(fā)生電離） -1745 單原子氣體三種電離方式：?jiǎn)卧託怏w三種電離方式： 熱電離、碰撞電離、光電離（依次要求的溫度熱電離、碰撞電離、光電離（依次要求的溫度 升高）升高）2.氣體的分解氣體的分解（2）復(fù)雜氣體的分解）復(fù)雜氣體的分解反應(yīng)方程式反應(yīng)方程式 H（kJmol） 分解溫度分解溫度CO2CO+O2 -282.8 （全分解）（全分解）H2OH2+O2 -483.2 4500KH2OOH+ H2 -532.0 4500KH2OH2+O -977.3 更高溫度更高溫度H2O2H+O -1803.3 更高溫度更高溫度（3）氣相的成分及分布（如）氣相的成分及分布（如表表2-6）

13、 主要：主要：CO、H2、H2O、CO2 低氫：低氫：CO、CO2211）作用）作用 機(jī)械保護(hù)機(jī)械保護(hù) 改善工藝性：提高電弧的穩(wěn)定性，減少飛改善工藝性：提高電弧的穩(wěn)定性，減少飛 濺，促進(jìn)脫渣、焊縫成型濺，促進(jìn)脫渣、焊縫成型 冶金處理作用冶金處理作用2 2）成分與分類）成分與分類 鹽型：活性材料及高合金鋼鹽型：活性材料及高合金鋼氧化物、氯化物氧化物、氯化物 鹽鹽- -氧化物：合金鋼氧化物：合金鋼氧化物氧化物 氧化物型：低碳鋼及低合金鋼氧化物型：低碳鋼及低合金鋼氧化物氧化物3.焊接熔渣焊接熔渣3）熔渣結(jié)構(gòu)理論）熔渣結(jié)構(gòu)理論 分子理論：建立于對(duì)凝固熔渣進(jìn)行相及化分子理論：建立于對(duì)凝固熔渣進(jìn)行相及化

14、學(xué)分析的結(jié)果為依據(jù)學(xué)分析的結(jié)果為依據(jù) A.A.要點(diǎn)：要點(diǎn)： a.a.渣由分子組成，分為自由氧化物、結(jié)合氧渣由分子組成，分為自由氧化物、結(jié)合氧化物及化物及 S Smm,F,Fmm等等 b.b.自由氧化物與結(jié)合氧化物處于平衡狀態(tài)，自由氧化物與結(jié)合氧化物處于平衡狀態(tài)，高溫時(shí)自由態(tài)占優(yōu)勢(shì)，低溫時(shí)結(jié)合態(tài)占優(yōu)勢(shì)高溫時(shí)自由態(tài)占優(yōu)勢(shì)，低溫時(shí)結(jié)合態(tài)占優(yōu)勢(shì) c.c.只有自由氧化物才參與和熔融金屬的反應(yīng)只有自由氧化物才參與和熔融金屬的反應(yīng) d.d.液態(tài)熔渣是一種理想熔體，適用于理想液液態(tài)熔渣是一種理想熔體，適用于理想液態(tài)定律態(tài)定律 B.B.優(yōu)點(diǎn)：定性，可簡(jiǎn)單解釋渣與金屬的反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：定性，可簡(jiǎn)單解釋渣與金屬的反應(yīng) C

15、.C.缺點(diǎn)：無法解釋導(dǎo)電性缺點(diǎn)：無法解釋導(dǎo)電性 離子理論（完全離子理論）離子理論（完全離子理論） A.A.要點(diǎn)：要點(diǎn)： a.a.液態(tài)熔渣是由陰陽離子組成的中性材料，液態(tài)熔渣是由陰陽離子組成的中性材料，負(fù)電性為陰離子，負(fù)電性小為陽離子負(fù)電性為陰離子，負(fù)電性小為陽離子 b.b.離子存在綜合矩，其值為離子電荷離子存在綜合矩，其值為離子電荷/ /離子半離子半 徑，綜合矩決定離子的分布、聚集和作用，綜合徑，綜合矩決定離子的分布、聚集和作用，綜合矩越大，靜電場(chǎng)越強(qiáng)，越易于與異號(hào)離子結(jié)合。矩越大，靜電場(chǎng)越強(qiáng)，越易于與異號(hào)離子結(jié)合。在熔渣內(nèi)，綜合矩大的離子結(jié)合形成集團(tuán)（近似在熔渣內(nèi)，綜合矩大的離子結(jié)合形成集團(tuán)

16、（近似有序結(jié)構(gòu)），其中鹽基形成簡(jiǎn)單均勻的離液，氧有序結(jié)構(gòu)），其中鹽基形成簡(jiǎn)單均勻的離液，氧化物則形成復(fù)雜的化物則形成復(fù)雜的 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 c.c.冶金作用是彼此電化學(xué)過程（置換過程）冶金作用是彼此電化學(xué)過程（置換過程） B.B.優(yōu)點(diǎn)：合理的解釋了熔渣的導(dǎo)電性優(yōu)點(diǎn)：合理的解釋了熔渣的導(dǎo)電性 C.C.缺點(diǎn)：缺乏熱力學(xué)資料（所以多用分子論）缺點(diǎn)：缺乏熱力學(xué)資料（所以多用分子論） 熔渣性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系熔渣性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 A.熔渣堿度熔渣堿度B a.分子理論：分子理論： R2O、RO 堿性氧化物（堿性氧化物（K2O、Na2O、 CaO、MgO、BaO、MnO、 FeO ）摩爾數(shù)）摩爾數(shù) R2O

17、2酸性氧化物（酸性氧化物（SiO2、TiO2、 P2O5）摩爾數(shù)）摩爾數(shù) （中性氧化物有（中性氧化物有:Al2O3、Fe2O3、Cr2O3） )O(RRO)O(RB222B1.3為堿性渣，為堿性渣，B1堿性渣，堿性渣，B10,堿性；堿性；B2)222HHHpKS3）焊縫中的氫及其擴(kuò)散）焊縫中的氫及其擴(kuò)散 H、H+、H-存在方式存在方式 a.存在晶格中（間隙固溶體）存在晶格中（間隙固溶體） 殘余氫，殘余氫，由于由于 H半徑小，可擴(kuò)散半徑小，可擴(kuò)散 b.存在缺陷處，形成存在缺陷處，形成H2，不能擴(kuò)散，不能擴(kuò)散 c.形成化學(xué)物、氫化物形成化學(xué)物、氫化物 對(duì)對(duì)FeFe、AlAl、NiNi、CuCu等來

18、說，擴(kuò)散氫占到等來說，擴(kuò)散氫占到8080% 90%90%，對(duì)，對(duì)TiTi來說，大部分形成的是氫來說，大部分形成的是氫化物化物 擴(kuò)散氫的含量隨時(shí)間的變化而逸出或形擴(kuò)散氫的含量隨時(shí)間的變化而逸出或形成成H H2 2, ,危害大危害大4）H對(duì)焊接質(zhì)量的影響對(duì)焊接質(zhì)量的影響 氫脆（室溫脆化）氫脆（室溫脆化） 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)H HH H2 2顯微空腔內(nèi)壓顯微空腔內(nèi)壓氫脆氫脆 白點(diǎn)白點(diǎn) 塑變塑變夾渣或氣孔處夾渣或氣孔處H HH H2 2內(nèi)壓內(nèi)壓白點(diǎn)白點(diǎn) 氣孔氣孔 熔池熔池H H含量較高，結(jié)晶過程析出含量較高，結(jié)晶過程析出H H2 2氣孔氣孔 冷裂紋冷裂紋5）控制氫的措施）控制氫的措施 控制原材料中的控制

19、原材料中的H2O 清除雜質(zhì)及污染清除雜質(zhì)及污染 冶金處理冶金處理 a.氟化物去氫機(jī)理氟化物去氫機(jī)理 酸性渣中：酸性渣中：SiO2活度大活度大 CaF2+ SiO2 CaSiO3+SiF4(氣氣) SiF4+2H SiF2+2HF SiF4+2H2OSiO2（氣（氣)+4HF 堿性渣中堿性渣中 CaF2（氣）（氣）+H2OCaO+2HF CaF2（氣）（氣）+2HCa（氣）（氣）+2HF b.氧化去氫氧化去氫 CO2+H CO+OH O+H OH O2+H22OH c.稀土去氫（稀土去氫（Te、Se等）等） 焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù) a. 焊條電弧焊：焊條電弧焊：IH ;UH ,與與N、O相反相

20、反 b.氣焊：氣焊： IH c.極性：反接最小，正接居中，交流最大極性：反接最小，正接居中，交流最大 焊后去氫處理焊后去氫處理3.氧（氧（O）對(duì)金屬的作用）對(duì)金屬的作用 1）分類）分類 不溶解，只氧化，氧化物不溶于金屬中不溶解，只氧化，氧化物不溶于金屬中 ( (如如Al、Mg等等) ) 既溶解，又氧化，氧化物溶于金屬中既溶解，又氧化，氧化物溶于金屬中 （如（如Fe、Ni、Cu、Ti等）等） 2）來源：周圍空氣污染，材料中的含氧化合）來源：周圍空氣污染，材料中的含氧化合物物 3）溶解）溶解 溶解度：溶解度： （平方根定律）（平方根定律） 影響因素影響因素 T TS S0 0 凝固時(shí)凝固時(shí)S S0

21、 0 =0.16% =0.16% 相時(shí)相時(shí)S S0 0 =0.05% =0.05% 室溫時(shí)室溫時(shí) S S0 0 金屬被氧化金屬被氧化 PO2 ,Fe氧化嚴(yán)重氧化嚴(yán)重 電弧氣氛中電弧氣氛中( (PO2 PO2 ）: : Fe+1/2O2=FeO +26.97kJ/mol Fe+O=FeO +515.76kJ/mol( (更激烈）更激烈） C、Si、Mn的氧化：的氧化： C+1/2O2=CO Si+O2=(SiO2) Mn+1/2O2=(MnO)CO2的氧化的氧化 CO2分解得到分解得到PO2飽和飽和FeO分解壓，分解壓，30003000接近接近 空氣中的氧分壓，即高溫是強(qiáng)氧化劑空氣中的氧分壓，即

22、高溫是強(qiáng)氧化劑 CO2+Fe=CO + FeO lgK=-11576/T+6.855 ,TK 故熔滴階段氧化更激烈，故熔滴階段氧化更激烈， CO2多是必須用多是必須用Si、Mn脫脫氧氧 焊不銹鋼時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)增碳焊不銹鋼時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)增碳: : Cr+CO(CrO3)+3C Al+COAl2O3+C COCO2+C 所以焊不銹鋼時(shí)應(yīng)降低所以焊不銹鋼時(shí)應(yīng)降低CO2的含量，或加入的含量，或加入Cr2O3H2O對(duì)金屬的氧化對(duì)金屬的氧化 H2O+Fe=Fe+H2,lgK=-10200/T+5.5 H2O在液鐵溫度下氧化性比在液鐵溫度下氧化性比CO2小，但小，但H嚴(yán)重影嚴(yán)重影響焊縫的質(zhì)量，故應(yīng)嚴(yán)格控制響焊縫

23、的質(zhì)量，故應(yīng)嚴(yán)格控制H2O的來源的來源混合氣體的氧化混合氣體的氧化 根據(jù)室溫時(shí)氣相成分和氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)根據(jù)室溫時(shí)氣相成分和氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)推算高溫時(shí)氣相成分，求出氧分壓，與氧化物推算高溫時(shí)氣相成分，求出氧分壓，與氧化物的分界壓比較。的分界壓比較。 目前評(píng)價(jià)氣體氧化能力的指標(biāo)：金屬元素的目前評(píng)價(jià)氣體氧化能力的指標(biāo)：金屬元素的氧化損失系數(shù)即焊縫含氧量氧化損失系數(shù)即焊縫含氧量3.熔渣對(duì)金屬的氧化熔渣對(duì)金屬的氧化 1）擴(kuò)散氧化）擴(kuò)散氧化 符合分配定律符合分配定律 分配系數(shù)分配系數(shù): :L=(FeO)/FeO 酸性渣中（酸性渣中（SiO2飽和）：飽和）：lgL=4096/T-1.877 堿性渣中（

24、堿性渣中（CaO飽和）：飽和）：lgL=5014/T-1.980 TL , ,即即FeO向鋼中擴(kuò)散，可見擴(kuò)散氧化主向鋼中擴(kuò)散，可見擴(kuò)散氧化主 要發(fā)生在熔滴過渡階段。堿性渣中，根據(jù)分子要發(fā)生在熔滴過渡階段。堿性渣中，根據(jù)分子 理論，酸性氧化物少，所以理論，酸性氧化物少，所以FeO的活度大。因的活度大。因 此堿性焊條焊接時(shí)，對(duì)銹和氧化皮敏感。但并此堿性焊條焊接時(shí)，對(duì)銹和氧化皮敏感。但并 不意味著堿性焊條焊縫含氧量高，反而是低，不意味著堿性焊條焊縫含氧量高，反而是低， 因?yàn)樗幤ぱ趸瘎?shì)低。因?yàn)樗幤ぱ趸瘎?shì)低。)(FeOFeO擴(kuò)擴(kuò)散散平平衡衡2）置換氧化）置換氧化 熔渣中的熔渣中的SiO2、MnO等發(fā)生以

25、下反應(yīng)：等發(fā)生以下反應(yīng)： （SiO2）+2FeSi+2FeO （MnO）+FeSi+2FeO 2FeO FeO + (FeO) 焊縫增焊縫增Si,Mn，使，使Fe氧化氧化 溫度升高，溫度升高，K ,故置換氧化主要發(fā)生在高溫區(qū)，隨故置換氧化主要發(fā)生在高溫區(qū)，隨 著溫度降低，熔池后部的地溫區(qū)著溫度降低，熔池后部的地溫區(qū)Si、Mn被氧化，被氧化， 生成夾雜生成夾雜 0461346022.)()(lglgTSiOSiFeOK1636600.lgTK 藥皮中含藥皮中含Al、Ti、Cr等強(qiáng)脫氧元素時(shí)，置換脫氧效等強(qiáng)脫氧元素時(shí)，置換脫氧效 果更明顯，高碳高強(qiáng)鋼應(yīng)采用無果更明顯，高碳高強(qiáng)鋼應(yīng)采用無SiO2藥皮

26、藥皮3.焊縫金屬的脫氧焊縫金屬的脫氧 1）脫氧目的：減少焊縫中的氧含量）脫氧目的：減少焊縫中的氧含量 2）選擇脫氧劑的原則）選擇脫氧劑的原則 與與O O的親和力比被焊金屬大的親和力比被焊金屬大( (C、Al、Ti、Mn等）等） 脫氧產(chǎn)物不溶于液態(tài)金屬（密度小于液態(tài)金屬）脫氧產(chǎn)物不溶于液態(tài)金屬（密度小于液態(tài)金屬） 對(duì)焊縫金屬性能、工藝影響小、成本較低對(duì)焊縫金屬性能、工藝影響小、成本較低 3）脫氧方式）脫氧方式 先期脫氧先期脫氧 a.a.在藥皮加熱階段，固態(tài)藥皮中進(jìn)行的脫氧反應(yīng)叫先期脫在藥皮加熱階段，固態(tài)藥皮中進(jìn)行的脫氧反應(yīng)叫先期脫 氧，其特點(diǎn)是脫氧過程和脫氧產(chǎn)物與熔滴不發(fā)生直接關(guān)系氧，其特點(diǎn)是脫

27、氧過程和脫氧產(chǎn)物與熔滴不發(fā)生直接關(guān)系 b. b. Al、Ti、Si、Mn的先期脫氧反應(yīng)為：的先期脫氧反應(yīng)為： Fe2O3+Mn=MnO+2FeO FeO+Mn=MnO+Fe MnO2+Mn=2MnO 2CaCO3+Ti=2CaO+TiO2+2CO 3CaCO3+2Al=3CaO+Al2O3+3CO 2CaCO3+Si=2CaO+SiO2+2CO CaCO3+Mn=CaO+CO+MnO c.反應(yīng)的結(jié)果使氣相的氧化性減弱。由于反應(yīng)的結(jié)果使氣相的氧化性減弱。由于Al 和和Ti對(duì)氧的親和力很大，它們?cè)谙绕诿撗鯇?duì)氧的親和力很大，它們?cè)谙绕诿撗?的過程中絕大部分被燒損，沉淀脫氧的作的過程中絕大部分被燒損，

28、沉淀脫氧的作 用不大用不大 d.C的先期脫氧問題的先期脫氧問題 C易被氧化易被氧化 C+O=CO C+CO2=2CO 加入加入Mn后后 Mn+CO2=MnO+CO CO+Mn=C+MnO 故故C的先期脫氧取決于的先期脫氧取決于Mn/C的比及碳酸鹽當(dāng)量的比及碳酸鹽當(dāng)量 沉淀脫氧沉淀脫氧 a.a.沉淀脫氧是在熔滴和熔池內(nèi)進(jìn)行的，其原沉淀脫氧是在熔滴和熔池內(nèi)進(jìn)行的，其原 理是溶解在液態(tài)金屬中的脫氧劑和理是溶解在液態(tài)金屬中的脫氧劑和FeO直直 接反應(yīng)，把鐵還原，脫氧產(chǎn)物浮出液態(tài)接反應(yīng)，把鐵還原，脫氧產(chǎn)物浮出液態(tài) 金屬金屬 b b.Mn的脫氧反應(yīng)的脫氧反應(yīng) 增加金屬中的含錳量，減少渣中的增加金屬中的含錳

29、量，減少渣中的 MnO，可以提高脫氧效果，可以提高脫氧效果 溫度下降，溫度下降，Mn的脫氧能力增強(qiáng)，故一的脫氧能力增強(qiáng)，故一 般在熔池的后部出現(xiàn)般在熔池的后部出現(xiàn)MnO的夾渣的夾渣 c.Si的脫氧反應(yīng)的脫氧反應(yīng) 提高熔渣的堿度和金屬中的含硅量，可以提高熔渣的堿度和金屬中的含硅量，可以 提高硅的脫氧效果提高硅的脫氧效果 硅的脫氧能力比錳大，生成的硅的脫氧能力比錳大，生成的SiO2熔點(diǎn)熔點(diǎn) 高，通常處于固態(tài)，不易聚合為大的質(zhì)高，通常處于固態(tài)，不易聚合為大的質(zhì) 點(diǎn)；同時(shí)點(diǎn)；同時(shí) SiO2與鋼液的界面張力小，潤(rùn)濕與鋼液的界面張力小，潤(rùn)濕 性好，性好， SiO2不易從鋼液中分離，所以易不易從鋼液中分離，

30、所以易 造成夾雜，因此一般不單獨(dú)用硅脫氧造成夾雜，因此一般不單獨(dú)用硅脫氧 d.硅錳聯(lián)合脫氧硅錳聯(lián)合脫氧 把錳和硅按適當(dāng)比例加入金屬中進(jìn)行聯(lián)把錳和硅按適當(dāng)比例加入金屬中進(jìn)行聯(lián) 合脫氧時(shí)，可以得到較好的脫氧效果合脫氧時(shí)，可以得到較好的脫氧效果 當(dāng)當(dāng)MnSi37時(shí)，脫氧產(chǎn)物時(shí)，脫氧產(chǎn)物 可形成硅酸鹽可形成硅酸鹽MnOSiO2 ,易析出易析出 CO2焊絲常用焊絲常用 擴(kuò)散脫氧擴(kuò)散脫氧 a. L=(FeO)/FeO , TL b.擴(kuò)散脫氧一般發(fā)生在低溫區(qū)，關(guān)鍵在于降擴(kuò)散脫氧一般發(fā)生在低溫區(qū)，關(guān)鍵在于降 低渣中低渣中FeO的活度的活度 第五節(jié)第五節(jié) 焊縫的合金化焊縫的合金化1.合金化的目的及方式合金化的目

31、的及方式 1）目的）目的 補(bǔ)償損失補(bǔ)償損失 改善組織，消除缺陷，提高性能改善組織，消除缺陷，提高性能 獲得特種性能（如獲得特種性能（如耐磨性、紅硬性、耐耐磨性、紅硬性、耐 熱性、耐蝕性等）熱性、耐蝕性等） 2） 方式方式 焊絲、帶極焊絲、帶極 藥芯藥芯 藥皮、焊劑藥皮、焊劑 合金粉合金粉2.合金化過程（藥過渡方式）合金化過程（藥過渡方式） 1）合金劑過渡方式）合金劑過渡方式 合金過渡過程主要是在液態(tài)金屬與熔合金過渡過程主要是在液態(tài)金屬與熔 渣的界面上進(jìn)行的，通過合金元素蒸渣的界面上進(jìn)行的，通過合金元素蒸 氣和離子過渡是很少的氣和離子過渡是很少的 懸浮在渣中的合金劑顆粒還有一部分懸浮在渣中的合金

32、劑顆粒還有一部分 沒有被帶到熔渣與金屬的界面上，通沒有被帶到熔渣與金屬的界面上，通 常稱之為殘留在渣中的損失常稱之為殘留在渣中的損失2）合金化各階段作用）合金化各階段作用 K Kb b0.40.40.4時(shí)：熔滴中的時(shí)：熔滴中的MnMn一定且與一定且與K Kb b無無 關(guān)，焊縫金屬關(guān)，焊縫金屬M(fèi)nMn隨隨K Kb b的增加而增大，的增加而增大， 意味著有一部分熔渣直接與熔池作用意味著有一部分熔渣直接與熔池作用 熔滴合金化程度大，焊縫種成分較均勻；熔滴合金化程度大，焊縫種成分較均勻； 熔池合金化程度增大，成分不均勻性增加熔池合金化程度增大，成分不均勻性增加 3）合金化的物質(zhì)平衡）合金化的物質(zhì)平衡

33、過渡量：過渡量：Md=M原始原始-（M殘留渣中殘留渣中+M氧化及其它氧化及其它） M殘留殘留與原始濃度有關(guān)，與與原始濃度有關(guān)，與Kb有關(guān)，與粒度、密有關(guān)，與粒度、密 度、熔渣成分無關(guān)度、熔渣成分無關(guān) M氧化氧化與藥皮、焊劑氧化性有關(guān)、與原始濃度無與藥皮、焊劑氧化性有關(guān)、與原始濃度無 關(guān)關(guān)3.合金過渡系數(shù)合金過渡系數(shù) 1）定義）定義: =Cd/Ce Cd 熔敷金屬中的實(shí)際含量熔敷金屬中的實(shí)際含量 Ce 合金元素在焊材中的合金元素在焊材中的原始含量原始含量 Ce=（Cew+KbCco） Cew焊芯金屬中的原始含量焊芯金屬中的原始含量 Cco 藥皮金屬中的原始含量藥皮金屬中的原始含量 一般說來通過焊

34、絲過渡系數(shù)大，而通過一般說來通過焊絲過渡系數(shù)大，而通過 藥皮過渡系數(shù)?。ㄓ醒趸袣埩簦┧幤み^渡系數(shù)?。ㄓ醒趸袣埩簦?）影響因素）影響因素 物理化學(xué)性質(zhì)（熔點(diǎn)、活性等）物理化學(xué)性質(zhì)（熔點(diǎn)、活性等） 蒸發(fā)損失蒸發(fā)損失 氧化損失（沸點(diǎn)、與氧的親和力）氧化損失（沸點(diǎn)、與氧的親和力） 與與O親和力大小排序?yàn)椋河H和力大小排序?yàn)椋篊u、Ni、Co、 Fe、W、Mo、Cr、Mn、V、Si、Ti、 Zr、Al 幾個(gè)合金元素同時(shí)合金化時(shí)：無氧則彼此幾個(gè)合金元素同時(shí)合金化時(shí)：無氧則彼此 無關(guān)，有氧彼此相關(guān)無關(guān)，有氧彼此相關(guān) 含量：含量：C Ccoco ,但趨于一個(gè)定值但趨于一個(gè)定值藥皮成分（氧化性）：過渡元素藥皮成分（氧