焊接理論基礎(chǔ)焊接化學(xué)冶金

焊接理論基礎(chǔ)焊接化學(xué)冶金第一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2相關(guān)問題1、何謂焊接？2、為什么要實(shí)施材料的焊接？3、材料焊接時(shí)發(fā)生了什么變化？3、焊接理論基礎(chǔ)解決什么問題?4、如何學(xué)習(xí)焊接理論基礎(chǔ)課程？第二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日3第一章焊接化學(xué)冶金

對(duì)象：焊接區(qū)內(nèi)各物質(zhì)之間在高溫下的相互作用過程主要內(nèi)容：冶金反應(yīng)與焊縫金屬成分、性能之間的變化規(guī)律。包括：1）焊接化學(xué)冶金特點(diǎn)：焊條與熔池、金屬與氣體、冶金反應(yīng)及其與焊接工藝的關(guān)系2）氣相對(duì)金屬的作用3）熔渣與金屬的作用4）合金化第三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日4第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

熱能：

電阻熱：預(yù)熱焊條。

不銹鋼焊條：控制焊條長度

電阻熱：焊接電流通過焊芯時(shí)產(chǎn)生的電阻熱電弧熱：焊接電弧傳給焊條端部的熱量化學(xué)反應(yīng)熱：藥皮部分化學(xué)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量有利：提高焊條熔化速率不利：焊條與藥皮溫度過高：飛濺、藥皮開裂或脫落冶金作用能力第四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日5第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

熱能：

電弧熱：加熱焊條的主要能源

qe:用于加熱和熔化焊條的功率

ηe:焊條加熱有效系數(shù)（0.2~0.27）

U：電弧電壓

I：電弧電流電阻熱電弧熱化學(xué)反應(yīng)熱焊條端部藥皮表面溫度：600℃第五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日6第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

2、焊條金屬的熔化速度（2）焊條金屬的熔化速度

焊條金屬的平均熔化速度：

gM=G/t=αpIgM----焊條金屬的平均熔化速度（g/h)αp----焊條的熔化系數(shù)[g/(A·h)]G----熔化的焊芯質(zhì)量(g)t----電弧燃燒的時(shí)間(h)

（1）焊條熔化速度不均

高速攝影：焊芯熔化具滴狀、周期性特征大電流焊接：焊接終了時(shí)的熔化速度提高30%左右第六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日7第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

2、焊條金屬的熔化速度

焊條金屬的平均熔敷速度：

gD=GD/t=αHI

gD----焊條的平均熔敷速度

GD

----熔敷到焊縫金屬中的金屬質(zhì)量

αH----焊條的熔敷系數(shù)

gM≠gD第七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日8第八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日9第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

2、焊條金屬的熔化速度gM≠gD損失（飛濺、氧化、蒸發(fā)等）系數(shù)：

Ψ=(G-GD)/G=(gM-gD)/gD=1-αH/αPαH=(1-Ψ)αPαH----焊條的熔敷系數(shù)

αp----焊條的熔化系數(shù)第九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日10第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

2、焊條金屬的熔化速度

光焊絲：熔化速度不均——熔滴較大時(shí)，傳熱條件惡化，固態(tài)焊絲得到的熱量減少焊條：熔化速度近似不變?nèi)刍俣?增加電弧在焊條端部析出的熱功率——極性獲得具有高過渡頻率的細(xì)熔滴過渡活性位置：液滴與固態(tài)焊絲面處藥皮中加入鐵粉電阻熱提高焊條熔化速度:第十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日11第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

2、焊條金屬的熔化速度

3、焊條金屬熔滴及過渡特性

焊接過程穩(wěn)定性、飛濺、焊縫成型金屬——熔渣——?dú)怏w相互作用過程動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)焊接熱輸入，控制焊縫金屬的結(jié)晶過程，改變性能提高焊條熔化速度需考慮的問題：

過渡的熔滴質(zhì)量熔滴脫落后焊條端部剩下的液態(tài)金屬的質(zhì)量熔滴過渡頻率過渡周期將近終了時(shí)熔滴的質(zhì)量第十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日12第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成(一）焊條的加熱熔化

1、焊條的加熱

2、焊條金屬的熔化速度

3、焊條金屬熔滴及過渡特性短路過渡、顆粒過渡、附壁過渡、射流過渡、旋轉(zhuǎn)射流過渡。堿性焊條：短路過渡和大顆粒過渡；酸性焊條：細(xì)顆粒過渡和附壁過渡。熔滴過渡形式

第十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日13第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)3、焊條金屬熔滴及過渡特性短路過渡：短弧焊時(shí)，熔滴尺寸較大，與熔池接觸、短路

過程：熔滴長大短路縮頸縮頸暴斷，熔滴進(jìn)入熔池重燃電弧顆粒過渡：電弧較長時(shí)，熔滴尺寸較大時(shí)自行脫落，不與熔池接觸熔滴過渡形式

第十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日14第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)3、焊條金屬熔滴及過渡特性附壁過渡：熔滴沿著焊條端部的藥皮套筒壁進(jìn)入熔池射流過渡：熔滴細(xì)，f大，熔滴沿焊絲軸向高速熔池運(yùn)動(dòng)，過渡穩(wěn)定，飛濺小，焊縫成型美觀，絲端變尖旋轉(zhuǎn)射流過渡：

f

約300滴/s熔滴尺寸？熔滴存在時(shí)間？熔滴過渡形式

第十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日15第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)3、焊條金屬熔滴及過渡特性

1)熔滴過渡形式熔滴的比表面積S：熔滴的表面積與其質(zhì)量之比。

S=Ag/ρVg=4πR2/(4/3πR3ρ)=3/Rρ

R---熔滴的半徑

Ag---熔滴的表面積

Vg---熔滴的體積2）熔滴的比表面積和作用時(shí)間I↑,R↓,S↑，利于冶金反應(yīng)進(jìn)行。R↓增大焊接電流、藥皮中加入表面活性物質(zhì)第十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日16第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)3、焊條金屬熔滴及過渡特性

1)熔滴過渡形式

熔滴的比表面積S：熔滴與周圍介質(zhì)的平均相互作用時(shí)間：定義：熔滴的平均質(zhì)量與一個(gè)周期內(nèi)焊芯的平均熔化速度之比。2）熔滴的比表面積和作用時(shí)間τ---熔滴的存在時(shí)間m0---熔滴脫落后殘留在焊條端部的液態(tài)金屬質(zhì)量mtr---過渡的熔滴質(zhì)量τcp---0.01~1s，取決于焊接方法、規(guī)范、電流極性、焊接材料等第十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日17電流極性正極性：工件接正極，2/3的能量位于陽極區(qū)（工件），熔深大反極性：工件接負(fù)極，有表面清理作用（焊接鋁、鎂時(shí)使用）交流：中間狀態(tài)

第十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日18電流極性反極性的表面清理作用

第十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日19第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)3、焊條金屬熔滴及過渡特性

1)熔滴過渡形式

2）熔滴的比表面積和作用時(shí)間藥皮熔化----熔渣：包裹在熔滴外面或以滴狀與熔滴一起直接流入熔池熔渣平均溫度：1900K3)熔滴的溫度沿長度方向分布不均勻，與焊接電流、焊絲直徑等有關(guān)

焊接電流，熔滴溫度

焊絲直徑，熔滴溫度實(shí)測手工電弧焊碳鋼焊條：2100-2700KFig.1-2第十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日20第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成（一）焊條的加熱熔化

（二）熔池的形成熱源作用母材局部熔化熔池熔池——在母材上由熔化的焊條金屬和母材組成的具有一定的幾何形狀的液體金屬第二十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日21第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成（一）焊條的加熱熔化（二）熔池的形成

注意：熔池的形狀、尺寸、溫度、存在時(shí)間、金屬的流動(dòng)狀態(tài)？第二十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日22第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成（一）焊條的加熱熔化（二）熔池的形成

1、熔池的形狀和尺寸

熔池的形狀:

穩(wěn)定狀態(tài)下為半橢球形對(duì)于點(diǎn)狀熱源，其幾何尺寸為

L=P2IU

P2---比例系數(shù)，取決于焊接方法和規(guī)范（表1-2）

I

---焊接電流

U

---焊接電壓L第二十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日23第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成（一）焊條的加熱熔化（二）熔池的形成

1、熔池的形狀和尺寸

熔池的形狀:

穩(wěn)定狀態(tài)下為半橢球形一般情況：熔池上表面形狀復(fù)雜，表面積取決于焊接方法和工藝規(guī)范，約1~4cm2，比表面積約為（0.3~13）×10-3m2/kgL第二十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日24第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成（一）焊條的加熱熔化（二）熔池的形成

1、熔池的形狀和尺寸

2、熔池的質(zhì)量和存在時(shí)間

熔池的存在時(shí)間：按熔池的長度和焊接速度：

tmax=L/v

按熔池的質(zhì)量：tcp=mp/(ρvAw)

tcp---熔池的平均存在時(shí)間

mp---熔池的質(zhì)量

AW---焊縫的橫截面積熔池的質(zhì)量：手弧焊：0.6~16g埋弧焊：＜100gL第二十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日25第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)（二）熔池的形成

1、熔池的形狀和尺寸

2、熔池的質(zhì)量和存在時(shí)間

3、熔池溫度

分布不均勻：熔池中部溫度最高，頭部次之，其次是尾部

平均溫度：與被焊材料性質(zhì)、形狀和尺寸有關(guān)第二十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日26第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)（二）熔池的形成

1、熔池的形狀和尺寸

2、熔池的質(zhì)量和存在時(shí)間

3、熔池溫度

4、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

熔池內(nèi)部強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)熱量質(zhì)量傳輸熔池形狀、結(jié)晶、氣體和夾雜物的吸收、聚集和析出、化學(xué)成分的均勻性、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)流動(dòng)形式：自動(dòng)對(duì)流運(yùn)動(dòng)：液體金屬的密度差別引起（溫度不均）強(qiáng)迫對(duì)流運(yùn)動(dòng)：表面張力差別引起（溫度、表面張力）攪拌運(yùn)動(dòng)：熱源的各種機(jī)械力引起：熔滴下落的沖擊力、電磁力、氣流的吹力、熔池金屬的蒸發(fā)產(chǎn)生的反作用力、離子的沖擊力第二十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日274、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)浮力：

T，ρ，

a處溫度較高，b處溫度較低，重力引起b點(diǎn)較重金屬下沉2）洛倫茲力：鎢極氬弧焊正極性：電流向鎢極（熔池表面中心）收斂，產(chǎn)生向下、向內(nèi)的洛倫茲力，液體金屬沿熔池軸向下推。3）表面張力梯度引起的剪切應(yīng)力：

T，γa處溫度較高，γ

?。籦處溫度較低，γ

大；b點(diǎn)金屬將a點(diǎn)金屬向外拉。4）等離子流產(chǎn)生的剪切應(yīng)力：等離子體沿著熔池表面高速向外移動(dòng)，第二十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日284、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)第二十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日294、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)第二十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日304、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)第三十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日314、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

有表面活性劑時(shí)，熔池表面邊緣的較冷液體金屬具有較低的表面張力，熔池表面中心的較熱液體金屬具有較高的表面張力；外側(cè)金屬被拉向中心，有利于從熱源到熔池底部的對(duì)流傳熱，即更有效地將熱量從熱源帶到熔池底部，曾加了熔池深度。第三十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日324、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表面張力引起第三十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日334、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)激光束在中心加熱，表面張力降低，則液體表面向兩側(cè)流動(dòng)。第三十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日344、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加入C2H5COOK，表面張力降低；激光束在中心加熱，C2H5COOK分解導(dǎo)致中心處濃度降低，表面張力提高，則液體表面向內(nèi)流動(dòng)。第三十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日354、熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1）液態(tài)金屬的流動(dòng)速度：熔池液態(tài)金屬的平均流速：30~80m/h（鎢極氬弧焊焊鈦合金）熔池底部液態(tài)金屬的流速：約為焊接速度的10~20倍。2）影響熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的因素：焊接工藝參數(shù)、焊接材料成分、電極直徑及傾斜角、饋電位置等3）熔池運(yùn)動(dòng)優(yōu)勢(shì)：焊縫均勻性氣體和非金屬夾雜的外逸第三十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第三十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日37第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)（一）保護(hù)的必要性光焊絲熔化焊：焊縫中[N2]約0.105~0.218%[O2]約0.105~0.218%

Mg、C減少低碳鋼無保護(hù)焊時(shí)焊縫的性能（表1-5）

第三十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日38第一章焊接化學(xué)冶金

（一）保護(hù)的必要性（二）保護(hù)的方式和效果

1、保護(hù)方式：氣體、熔渣機(jī)械保護(hù)

（1）氣渣聯(lián)合保護(hù)（2）渣保護(hù)（3）氣保護(hù)（4）真空保護(hù)（5）自保護(hù)：焊絲（芯）中含脫氧劑、脫氮?jiǎng)┑鹊谝还?jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)第三十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日39第一章焊接化學(xué)冶金

（一）保護(hù)的必要性（二）保護(hù)的方式和效果

1、保護(hù)方式：氣體、熔渣機(jī)械保護(hù)

2、保護(hù)效果：第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)（1）埋弧焊：表1-7（2）氣體保護(hù)焊：（3）焊條手工電弧焊、藥芯含絲：圖1~6、1~7（4）真空保護(hù)第三十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日40第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件焊接冶金過程是客觀存在的，是焊縫形成過程中的必然伴隨過程。焊接化學(xué)冶金是分區(qū)域連續(xù)進(jìn)行的，焊接方法不同，冶金反應(yīng)階段也不同。以手工電弧焊為例，加以討論

第四十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日41第一章焊接化學(xué)冶金

（一）藥皮反應(yīng)區(qū)：指焊條受熱后，直到焊條藥皮熔點(diǎn)前發(fā)生的一些反應(yīng)。第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件主要物理化學(xué)反應(yīng)：1)水分蒸發(fā)：＞100℃，吸附水；200~400℃，白泥、白云母片中的結(jié)晶水被排除2)某些物質(zhì)分解：有機(jī)物（木粉、纖維素等）分解和燃燒，CO、CO2H2等，碳酸鹽（CaCO3)、高價(jià)氧化物（Fe2O3)CO2

、O2等

獲得氣體保獲效果焊條烘干溫度控制：不應(yīng)過高3)鐵合金氧化：＞600℃時(shí)

——降低了藥皮成渣后對(duì)金屬的氧化性能——先期脫氧第四十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日42第一章焊接化學(xué)冶金

（一）藥皮反應(yīng)區(qū)：（二）熔滴反應(yīng)區(qū)

指焊條受熱后，直到焊條藥皮熔化前發(fā)生的一些反應(yīng)。含熔滴形成、長大、過渡到熔池整個(gè)階段，特點(diǎn)是：第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件1、溫度高，過熱度大：平均溫度活性斑點(diǎn)處（電子或離子轟擊區(qū)）——接近焊芯材料沸點(diǎn)（2800℃），過熱度達(dá)300~600℃2、比表面積大：液態(tài)金屬與氣體、熔渣接觸面積大（多相反應(yīng)，反應(yīng)界面大）:103~104cm2/kg，約為煉鋼的1000倍3、各相之間的反應(yīng)時(shí)間短焊條末端s

弧柱區(qū)：——不利于平衡第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件第四十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日43第一章焊接化學(xué)冶金

（一）藥皮反應(yīng)區(qū)：（二）熔滴反應(yīng)區(qū)

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件1、溫度高，過熱度大2、比表面積大3、各相之間的反應(yīng)時(shí)間短4、熔滴金屬與熔渣混合程度高（電磁力、氣體吹力）——反應(yīng)激烈熔渣包裹熔滴、熔滴內(nèi)部有熔渣質(zhì)點(diǎn)相互包裹，溫度高，反應(yīng)劇烈，對(duì)焊縫成分影響大熔滴反應(yīng)區(qū)主要反應(yīng)：氣體的分解與溶解、金屬的蒸發(fā)、金屬及其合金的氧化和還原、焊縫金屬的合金化等第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件第四十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日44第一章焊接化學(xué)冶金

（一）藥皮反應(yīng)區(qū)：（二）熔滴反應(yīng)區(qū)（三）熔池反應(yīng)區(qū)：熔池金屬凝固前

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)一、焊條熔化及熔池形成二、焊接過程中對(duì)金屬的保護(hù)三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件1）熔池T1600～1900℃低于熔滴T比表面積2)接觸面積小3～1303）時(shí)間長手工焊3～8秒埋弧焊6—25s4）攪拌沒有熔滴階段激烈5）熔池溫度不均勻的突出特點(diǎn)第四十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日45思考題1.焊接化學(xué)冶金與煉鋼相比，在原材料方面和反應(yīng)條件方面主要有哪些不同？原材料不同：普冶材料：礦石、焦炭、廢鋼鐵等。焊冶材料：焊條，焊絲，焊劑等。反應(yīng)條件：1)焊條熔化和過渡特性以及熔池的物理參數(shù)，不僅對(duì)焊接工藝和生產(chǎn)率有很大影響，而且對(duì)焊接冶金也有顯著影響。2)焊接過程中必須對(duì)焊接區(qū)內(nèi)的金屬進(jìn)行保護(hù)，這是焊接化學(xué)冶金的特點(diǎn)。3)焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域（或階段）連續(xù)進(jìn)行的，且各區(qū)的反應(yīng)條件也有較大的差異，因而也就影響到各區(qū)反應(yīng)進(jìn)行的可能性、方向、速度和限度。4)焊接化學(xué)冶金過程與焊接工藝條件有密切的關(guān)系。改變焊接工藝條件必然引起冶金反應(yīng)條件的變化，因而就影響到冶金反應(yīng)的過程。5)焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的高溫多相反應(yīng)系統(tǒng)。根據(jù)焊接方法不同，組成系統(tǒng)的相也不同。6)焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)的不平衡性是焊接化學(xué)冶金過程的又一特點(diǎn)。第四十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日46第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體

氣體的來源氣體與金屬相互作用機(jī)制氣體與接頭質(zhì)量的影響氣體的控制措施焊接過程中的氣體在熔焊中，除了在真空條件下，液態(tài)金屬與氣體的相互作用難以避免，且具有形式多樣（物理、化學(xué)）、溫度高、時(shí)間短、非平衡等特點(diǎn)。第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體

第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程特點(diǎn)第四十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氣體的來源直接進(jìn)入焊接材料（焊條藥皮、焊劑、藥芯焊絲中的造氣劑、高價(jià)氧化物、水分）周圍的氣氛（保護(hù)氣體及其雜質(zhì)、侵入的空氣）被焊材料表面污染（銹、氧化皮、油污、吸附水）1.直接進(jìn)入焊接材料的烘干及被焊材料的表面清理第四十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氣體的來源2.反應(yīng)進(jìn)入藥皮反應(yīng)區(qū)有機(jī)物（淀粉、纖維素等造氣劑和涂料增塑劑）的分解燃燒——CO2、CO、H2、烴和H2O碳酸鹽分解（金屬氧化物、CO2）高價(jià)氧化物的的逐級(jí)分解（低價(jià)金屬氧化物、O2）含CaCO3的焊條烘干溫度不超過450℃，含CaCO3的不超過3000℃。

含有機(jī)物的焊條烘干溫度控制在150℃左右，不超過200℃。第四十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氣體的來源3.材料的蒸發(fā)焊接材料與被焊材料中低沸點(diǎn)物質(zhì)（氟化物、低熔點(diǎn)金屬組元）和Fe有益成分的損失：鎳基高溫合金中Al的燒損Zn，Mg，Pb，Mn高能束焊接：電子束焊焊縫中的氣孔形成原因？廢氣中的金屬蒸汽污染第四十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體（一）氣體的來源第一章焊接化學(xué)冶金

（二）氣體分解氣體存在的狀態(tài)1.簡單氣體的分解電弧高溫是導(dǎo)致氣體分解的直接原因雙原子分子原子離子+電子H2、O2、N2分解反應(yīng)的難易程度標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的熱效應(yīng)定性推測參見p32表1-11吸熱原子鍵斷開第五十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體（一）氣體的來源第一章焊接化學(xué)冶金

（二）氣體分解雙原子氣體的分解度與溫度的關(guān)系（p0=101kPa）=[Kp/(Kp+4p0)]1/2分解度：分解的分子數(shù)與原有分子總數(shù)之比在焊接溫度（5000K），氫氣和氧氣的分解度很大，即以原子形式存在；氮?dú)庖苑肿有问酱嬖凇５谖迨豁?，共一百四十二頁?022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體（一）氣體的來源（二）氣體分解第一章焊接化學(xué)冶金

（三）氣相的成分及分布光譜法和色譜法測試焊接過程中氣體的成分氣體的成分和數(shù)量隨焊接方法、規(guī)范、焊條或焊劑的種類不同而變化。CO,CO2,H2,H2O,N2，O2，金屬，熔渣蒸汽等的混合物。各種氣體分子、原子和離子在電弧中的分布不均勻。第五十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體第一章焊接化學(xué)冶金

二、氮對(duì)金屬的作用氮的主要來源：焊接區(qū)周圍的空氣不與氮發(fā)生作用的金屬：

銅、鎳等，可用氮?dú)獗Ｗo(hù)；可與氮發(fā)生作用的金屬：

鐵、鈦等，形成穩(wěn)定的氮化物，需防氮化。氮在金屬中的溶解如何實(shí)現(xiàn)？第五十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氮在金屬中的溶解氣體的溶解過程：純化學(xué)溶解氣體分子向氣體-金屬界面運(yùn)動(dòng)氣體被金屬表面吸附氣體在金屬表面分解成原子原子穿過界面向金屬內(nèi)部擴(kuò)散雙原子氣體X2的溶解過程示意圖第五十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氮在金屬中的溶解焊接過程中氮的溶解電流極性對(duì)氮的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和溶解的影響a）直流反接b）直流正接雙原子分子的電離；電弧電場的作用，可使直流反接的接頭中溶入更多的N、H、O等元素過熱度大局部活性和熔滴吸收氣體氣體的活性高電流極性對(duì)氮的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和溶解的影響a）直流反接b）直流正接第五十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氮在金屬中的溶解氣體的溶解度：在一定溫度和壓力條件下，氣體溶入金屬的飽和濃度，稱為該條件下氣體的溶解度。雙原子氣體溶解度S與溫度、壓力的關(guān)系：式中：K0為常數(shù)；p為氣體分壓；ΔH為氣體溶解熱；

R為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度第五十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氮在金屬中的溶解溫度和壓力對(duì)溶解度的影響：壓力的影響溫度一定時(shí)，雙原子氣體溶解度與其分壓得平方根成正比（平方根定律）式中：K為氣體溶解反應(yīng)的平衡常數(shù)溫度的影響氣體溶解為吸熱過程ΔH為正T溶解度氣體溶解為放熱過程ΔH為負(fù)T溶解度（氮?dú)猓p小分壓可減小溶解度）第五十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氮在金屬中的溶解相變的影響氮和氫在鐵中的溶解度與溫度的關(guān)系[p（N2

）=0.1MPa；p（H2）=0.1MPa]第五十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氮在金屬中的溶解合金成分對(duì)溶解度的影響一般而言，合金元素的增加可提高氣體的溶解度，但若能形成穩(wěn)定的（氮、氫、氧）化合物，則會(huì)減小氣體的溶解度。氫、氮、氧在二元系鐵合金中的溶解度（1600℃）HNO第五十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氮在金屬中的溶解

其他因素的影響電流極性的影響氣體的交互作用O的存在提高電壓，促進(jìn)N+在陰極的溶解，提供氧化性氛圍，減少N的溶解NO降低N的分壓電流極性對(duì)氮的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和溶解的影響a）直流反接b）直流正接第六十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用（一）氮在金屬中的溶解第一章焊接化學(xué)冶金

（二）氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響氮在碳鋼焊縫中是有害元素！

促使焊縫產(chǎn)生氣孔

高溫時(shí)溶解度大，冷卻時(shí)析出，形成氣孔降低焊縫金屬的塑性和韌性

可提高強(qiáng)度、硬度，針狀氮化物促使焊縫金屬時(shí)效脆化

過飽和的氮逐漸析出，形成針狀氮化物焊接材料中添加適量的氮化物形成元素，鈦、鋁、鋯等。第六十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用（一）氮在金屬中的溶解第一章焊接化學(xué)冶金

（二）氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響第六十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用（一）氮在金屬中的溶解（二）氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響第一章焊接化學(xué)冶金

1.焊接區(qū)保護(hù)的影響

（三）影響焊縫含氮量的因素及控制措施氮的主要來源：焊接區(qū)周圍的空氣各種焊接方法的保護(hù)效果不同！P36-表1-13低氫型手工電弧焊、埋弧焊焊條藥皮的保護(hù)作用取決于要皮的成分和數(shù)量。

在藥皮中加入造氣劑，形成氣渣聯(lián)合保護(hù)。藥芯焊絲的保護(hù)效果取決于保護(hù)成分的含量和形狀系數(shù)。

隨單位長度藥芯焊絲腔體內(nèi)金屬帶的重量與外殼金屬帶重量之比的增加而改善。第六十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用（一）氮在金屬中的溶解（二）氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響第一章焊接化學(xué)冶金

2.焊接工藝參數(shù)的影響

（三）影響焊縫含氮量的因素及控制措施增加電壓，保護(hù)變壞

電弧長度增加，氮與熔滴的作用時(shí)間增加。采用短弧焊。增加電流，焊縫金屬含氮量減少

熔滴過渡頻率增加，氮與熔滴的作用時(shí)間縮短。焊接速度對(duì)焊縫含氮量的影響不大

第六十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用（一）氮在金屬中的溶解（二）氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響第一章焊接化學(xué)冶金

3.合金元素的影響

（三）影響焊縫含氮量的因素及控制措施增加焊絲或藥皮中的含碳量可以降低焊縫中的含氮量C能降低N在鐵中的溶解度；

C氧化生成CO、CO2加強(qiáng)了保護(hù)；

C氧化引起的熔液沸騰有利于N的逸出。鈦、鋁、鋯和稀土元素對(duì)氮的親和力較大

形成穩(wěn)定的氮化物，進(jìn)入熔渣。自保護(hù)第六十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

焊接時(shí)氫主要來源于焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)及電弧周圍空氣中的水蒸氣。

三、氫對(duì)金屬的作用溶解的途徑（一）氫在金屬中的溶解

溶解的機(jī)構(gòu)焊接區(qū)的氫可以處于分子、原子和離子狀態(tài)以氫原子溶入液態(tài)金屬；

以H+

溶入液態(tài)金屬；以[OH]-

溶入液態(tài)金屬。

通過氣相與液態(tài)金屬的界面以原子或質(zhì)子形式溶入（氣保焊）；通過渣層溶入金屬（電渣焊）；混合方式：以上兩種方式都有（手工電弧焊和埋弧焊）。第六十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

焊接時(shí)氫主要來源于焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)及電弧周圍空氣中的水蒸氣。

氫與金屬的作用：

第一類能形成穩(wěn)定氫化物金屬：

Zr，Ti，V，Ta，Nb等放熱反應(yīng)；較低溫度吸氫少，高溫吸氫多；

第二類不形成穩(wěn)定氫化物的金屬：Al，F(xiàn)e，Ni，Cu，Cr，Mo等吸熱反應(yīng)，氫能溶與此類金屬中。（一）氫在金屬中的溶解

第六十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

氫通過熔渣向金屬擴(kuò)散：以O(shè)H-離子存在

（一）氫在金屬中的溶解

含自由氧離子的渣：渣中含有氟化物時(shí)：當(dāng)熔渣中自由氧離子O2-↑時(shí)，水的溶解度增大，[H]↑水的溶解度較小，[H]小水的溶解度減小，[H]小第六十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

氫通過熔渣向金屬過渡：

（一）氫在金屬中的溶解

此時(shí)，氫的濃度取決于：氣相中氫和水蒸氣的分壓熔渣的堿度

氟化物的含量金屬中的含氧量第六十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

氫通過氣相向金屬過渡：

（一）氫在金屬中的溶解

氫的溶解度與其在氣相中的分壓成正比式中：為氫溶解的平衡常數(shù)；為給定溫度下氫的分解度；為分子和原子氫的分壓分子氫的溶解度（平方根規(guī)律）分子及原子氫的溶解度式中：為氫溶解的平衡常數(shù)；為分子氫的分壓氫分子氫分子和原子第七十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

氫在金屬中溶解度的影響因素：

（一）氫在金屬中的溶解

1）溫度和在氣相中的分壓2）組織及相組成3）合金元素提高氫含量的元素：Ti,Zr,Nb影響不大的元素：Mn,Ni,Cr,Mo降低氫含量的元素：C，Si，Al4）氧含量：表面活性元素，可降低氫在金屬表面的吸附。第七十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解第一章焊接化學(xué)冶金

氫在金屬中的存在形式：

（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散

1）擴(kuò)散氫：H,H-,H+

形式存在，間隙固溶，自由擴(kuò)散

80—90%2）殘余氫：H2分子形式存在，晶格缺陷、微裂紋、非金屬夾雜邊緣等陷阱，不可擴(kuò)散

總含氫量=擴(kuò)散氫＋殘余氫溫度T01020304050601020304050總氫量擴(kuò)散氫殘余氫t/s[H]/[mL?(100g)-1]焊縫中的含氫量與焊后放置時(shí)間的關(guān)系第七十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解第一章焊接化學(xué)冶金

（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散

氫在焊縫中分布：

（1）氫沿長度方向的分布基本均勻但火口處含氫量較高。（2）氫沿焊接接頭橫斷面的分布與母材成分、組織及焊縫金屬的類型有關(guān)。（擴(kuò)散到近縫區(qū)及母材深處）（3）母材與焊縫的匹配氫的溶解度：A＜M＜

第七十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

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（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響

金屬和合金焊接時(shí)，氫是有害的！

（1）氫脆：使室溫的鋼的塑形嚴(yán)重下降，強(qiáng)度幾乎不變?cè)颍簹湓訑U(kuò)散到金屬中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的顯微空腔中，以氫氣分子存在，造成空腔內(nèi)很高的壓力，導(dǎo)致金屬變脆。（2）白點(diǎn)（魚眼）：氫含量高的碳鋼和低合金鋼拉伸、彎曲斷面上的銀白色圓形脆性斷點(diǎn)（0.3~5mm）特征：白點(diǎn)周圍為塑性斷口，中心有小夾雜物或氣孔，材料塑性下降。

原因：白點(diǎn)是在塑性變形階段產(chǎn)生的?！罢T捕理論”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(yàn)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(kuò)散到微裂紋金屬晶格內(nèi),引起金屬脆化。第七十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散第一章焊接化學(xué)冶金

（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響

（3）氣孔：當(dāng)鋼中含過量的氫，凝固時(shí)由于溶解度的突然下降，過飽和氫發(fā)生反應(yīng)形成氫氣分子，形成氣泡，未及時(shí)逸出則形成氣孔。2[H]=H2(4)冷裂紋：焊接接頭冷卻到較低溫度產(chǎn)生的一種裂紋。三大主要因素：鋼種的淬硬傾向；焊接接頭氫含量及分布；接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)。擴(kuò)散氫起決定作用氫致裂紋！第七十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響第一章焊接化學(xué)冶金

（四）控制氫的措施

1限制焊接材料中的含氫量：降低制造焊條、焊劑和藥芯焊絲用的各種材料的含氫量；制造焊條、焊劑和藥芯焊絲時(shí)提高烘培溫度（不可過高）；焊條、焊劑的防潮處理（保存、制造）；焊接材料在使用前烘干處理。第七十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響第一章焊接化學(xué)冶金

（四）控制氫的措施

2清除焊絲和焊件表面上的雜質(zhì)：鐵銹、油污、吸附水；氧化膜（Al(OH)3，Mg(OH)2）機(jī)械方法清除；化學(xué)方法清除。第七十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響第一章焊接化學(xué)冶金

（四）控制氫的措施

3冶金處理：降低氣相中氫的分壓可以減少氫在液態(tài)金屬中的溶解度。形成穩(wěn)定的不溶于液態(tài)金屬的氫化物，如HF,OH和其他穩(wěn)定氫化物。（1）在要皮和焊劑中加入氟化物CaF2渣中含有氟化物時(shí)：水的溶解度減小，[H]小渣中含有CaF2和SiO2時(shí)：第七十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響（四）控制氫的措施第一章焊接化學(xué)冶金

3冶金處理：（2）控制焊接材料的氧化還原勢(shì)熔池中的氫平衡濃度：增加熔池中的含氧量或氣相的氧化性可以減少熔池中氫的平衡濃度降低氣相中的氫分壓低氫型焊條要皮中含較多的碳酸鹽；氬弧焊保護(hù)氣中加入5%左右的氧氣；藥皮中加入Fe2O3。第七十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響（四）控制氫的措施第一章焊接化學(xué)冶金

3冶金處理：（3）在藥皮或焊芯中加入微量的稀土或稀散元素藥皮中加入微量的碲或硒可大幅度降低擴(kuò)散氫含量；藥皮中加入微量的稀土元素釔，即可降低擴(kuò)散氫含量，又可提高焊縫韌性。稀散元素：鎵(Ga)、鍺(Ge)、硒(Se)、鎘(Cd)、銦(In)、碲(Te)、錸(Re)、鉈(Tl)。稀土元素：化學(xué)元素周期表中鑭系元素——鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、钷(Pm）、釤(Sm）、銪(Eu）、釓(Gd）、鋱(Tb）、鏑(Dy）、鈥(Ho）、鉺(Er）、銩(Tm）、鐿(Yb）、镥(Lu），以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的兩個(gè)元素——鈧(Sc）和釔(Y）共17種元素，稱為稀土元素第八十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響（四）控制氫的措施第一章焊接化學(xué)冶金

4控制焊接工藝參數(shù)：手工電弧焊時(shí)：增大電流使熔滴吸收的氫量增加；增加電弧電壓使焊縫含氫量有某些減小。電流種類和極性：直流反接<直流正接<交流原因？

原因？

第八十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用（一）氫在金屬中的溶解（二）焊縫金屬中氫的擴(kuò)散（三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響（四）控制氫的措施第一章焊接化學(xué)冶金

5焊后脫氫處理：焊后把焊件加熱到一定溫度，促使氫擴(kuò)散外逸。

350度1小時(shí)保溫，可將大部分?jǐn)U散氫去除；對(duì)奧氏體鋼焊縫進(jìn)行脫氫處理效果不大（？）。第八十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體二、氮對(duì)金屬的作用三、氫對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

四、氧對(duì)金屬的作用金屬與氧的相互作用

不溶解氧，但焊接時(shí)發(fā)生劇烈氧化的金屬

Al,Mg等

能有限溶解氧，且焊接過程中也發(fā)生氧化

Fe，Ni，Cu，Ti等生成的氧化物可以溶解于相應(yīng)的金屬第八十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用第一章焊接化學(xué)冶金

（一）氧在金屬中的溶解存在形式：原子氧和FeO氧在液態(tài)鐵中的溶解度隨溫度的升高而增大。合金元素的作用：

氧在液態(tài)鐵中的溶解度隨合金元素量的增加而降低。氧在-Fe中幾乎不溶解；焊縫金屬和鋼中所含的氧大部分以氧化物和硅酸鹽夾雜物形式存在。第八十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解第一章焊接化學(xué)冶金

（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化1、金屬氧化還原方向的判斷依據(jù)：在金屬、金屬氧化物和氧化性氣體組成的系統(tǒng)里：

＞時(shí)，金屬被氧化；＝時(shí)，處于平衡狀態(tài)；＜時(shí)，金屬被還原。氧化物的分解壓隨溫度的升高而增大。CaOMgOAl2O3ZrO2TiO2MnOSiO2Cr2O3P2O5FeONiOCuO0-10-20-30-40-50-60-70-806006001200160020002200T/oC1gPo2×101.3kPaMoO自由氧化物的分壓與溫度的關(guān)系:金屬-氧-金屬氧化物系統(tǒng)中氧的實(shí)際分壓第八十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化第一章焊接化學(xué)冶金

1、金屬氧化還原方向的判斷FeO純凝聚相的分解壓FeO在液態(tài)鐵中的分解壓式中，p(O2)為液態(tài)鐵中FeO的分解壓；[FeO]為溶解在液態(tài)鐵中的FeO的含量；[FeO]max是液態(tài)鐵中FeO的飽和含量FeO溶于液態(tài)鐵中，使其的分解壓進(jìn)一步減??；致使Fe更易被氧化。第八十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第一章焊接化學(xué)冶金

2、氧化性氣體對(duì)金屬的氧化第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化氧化性氣體：O2、CO2、H2O極強(qiáng)的氧化性(1)自由氧手工電弧焊無氣保時(shí)，=21.3kPa（空氣中氧的分壓）

>>(FeO）有氣保時(shí)，>(FeO）鐵氧化第八十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第一章焊接化學(xué)冶金

2、氧化性氣體對(duì)金屬的氧化第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化（2）CO2溫度/K1800200022002500300035004000氣相成分（體積分?jǐn)?shù)）（%）CO299.3497.7493.9481.1044.2616.795.92CO0.441.514.0412.6037.1655.5462.72O20.220.762.026.3018.5827.7731.36氣相中氧的分壓Po2/101.325kPa2.2×10-37.6×10-32.0×10-26.3×10-218.58×10-227.77×10-231.36×10-2飽和時(shí)FeO分解壓Po2/101.325kPa3.8×10-91.0×10-71.3×10-65.3×10-5———純CO2

分解得到的平衡氣相成分第八十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第一章焊接化學(xué)冶金

2、氧化性氣體對(duì)金屬的氧化第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化（2）CO2CO2

與液態(tài)鐵的反應(yīng)式及平衡常數(shù)導(dǎo)致導(dǎo)致Fe被氧化程度CO2保護(hù)可防N，但不能去O采用含Si,Mn高的焊絲或藥芯焊絲，以利于脫氧。第八十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第一章焊接化學(xué)冶金

2、氧化性氣體對(duì)金屬的氧化第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化（3）H2O

增氫增氧H2O氣與液態(tài)鐵的反應(yīng)式及平衡常數(shù)溫度增加H2O的氧化性也會(huì)增強(qiáng)；H2O的氧化性較CO2弱；H2O還會(huì)使金屬增氫；第九十頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第一章焊接化學(xué)冶金

2、氧化性氣體對(duì)金屬的氧化第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化（4）混合氣體Ar+O2Ar+CO2CO2+O2Ar+O2CO2+O2Ar+CO210030405020Arφco2，φo2(100%)每100g焊縫金屬反應(yīng)的總氧量0.10.20.30.40.50.6CO2φo2(100%)∑O和焊縫含氧量O與保護(hù)氣體成分的關(guān)系實(shí)線—∑O虛線—O在CO2與O2體積分?jǐn)?shù)相同的條件下，Ar+O2的氧化能力比Ar+CO2大；Ar+15%O2（體積分?jǐn)?shù)）的氧化能力與純CO2相當(dāng)。在氧化性混合氣體焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)其氧化能力的大小選擇含合適的脫氧劑的焊絲。第九十一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第一章焊接化學(xué)冶金

（三）氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化隨著焊縫含氧量的增加，其強(qiáng)度、塑性、韌性都明顯下降。溶解在熔池里的氧與碳發(fā)生反應(yīng)，生成CO，可導(dǎo)致氣孔。氧燒損鋼中的有益合金元素，使焊縫性能變壞。

CO受熱膨脹，熔滴易爆炸，造成飛濺。減少焊縫含氫量，改進(jìn)電弧特性第九十二頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第一章焊接化學(xué)冶金

第一章焊接化學(xué)冶金

（四）控制氧的措施第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用四、氧對(duì)金屬的作用（一）氧在金屬中的溶解（二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化（三）氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響純化焊接材料高純度的惰性氣體保護(hù)；低氧或無氧氣焊條、焊絲；真空焊接。

控制焊接工藝參數(shù)電弧電壓（短弧焊）；焊接方法；熔滴過渡特性；電流種類等脫氧冶金方法進(jìn)行脫氧第九十三頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日第九十四頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日一、熔渣的作用與形成（一）熔渣的作用與分類1、熔渣的作用機(jī)械保護(hù)作用：密度小于液態(tài)金屬，浮于液態(tài)金屬上方，防止氣相中H、N、O和S進(jìn)入液態(tài)金屬，避免合金元素的燒損，渣殼防止高溫固態(tài)焊縫受空氣的有害作用冶金處理：通過與液態(tài)金屬的一系列化學(xué)反應(yīng)，去除金屬中的有害雜質(zhì)（O、S、P、H），吸附、溶解液態(tài)金屬中的氧化物夾雜，過渡有益的元素改善成形工藝性能作用：幫助引弧、穩(wěn)弧、減少飛濺、改善脫渣性能及焊縫外觀成形。重熔、精煉焊縫填充金屬（電渣焊）阻隔、保護(hù)吸毒、填養(yǎng)益弧、益形有利強(qiáng)氧化性渣可使液態(tài)金屬增氧；增加了焊接過程的工作量（烘干、除渣）不利第一章焊接化學(xué)冶金

第一節(jié)：焊接化學(xué)冶金過程的特點(diǎn)第二節(jié)：氣相對(duì)金屬的作用第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用第九十五頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2、熔渣的成分與分類鹽型熔渣：氟化物、氯化物和不含氧的化合物

CaF2-NaF、CaF2-BaCl-NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2-MgF2-CaF2-LiF。氧化性很小，適用于鋁、鈦等化學(xué)活性金屬鹽-氧化物型熔渣：氟化物和金屬氧化物

CaF2-CaO-Al2O3、CaF2-CaO-SiO2、CaF2-MgO-Al2O3-SiO2

氧化性較少，適用于重要的低合金高強(qiáng)鋼、合金鋼及合金氧化物型熔渣：弱堿金屬氧化物，應(yīng)用最普遍

MnO-SiO2、FeO-MnO-SiO2、CaO-TiO2-SiO2等。較強(qiáng)的氧化性，適用于用于低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼的焊接第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（一）熔渣的作用與分類第九十六頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日藥皮焊條電弧焊時(shí)的熔渣與藥皮藥皮造渣劑（碳酸鹽、金屬氧化物、氟化物）鈦鐵礦、金紅石、大理石、云母造氣劑（纖維素、淀粉、碳酸鹽）保護(hù)氣造渣焊條的分類酸性（非低氫型）焊條堿性（低氫型）焊條碳酸鹽CaF2造氣、造渣除氫、造渣硅酸鹽、鈦酸鹽造渣碳酸鹽、有機(jī)物造氣、造渣3、熔渣的來源與構(gòu)成第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（一）熔渣的作用與分類第九十七頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日熔渣結(jié)構(gòu)理論熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論

熔渣結(jié)構(gòu)的離子理論（二）熔渣結(jié)構(gòu)與堿度第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（一）熔渣的作用與分類第九十八頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日1、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論（1）液態(tài)熔渣是自由狀態(tài)化合物和復(fù)合狀態(tài)化合物的分子所組成（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（2）氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài)

自由狀態(tài)化合物氧化物氟化物硫化物復(fù)合狀態(tài)化合物硅酸鹽：FeO·SiO2、MnO·SiO2、鈦酸鹽：FeO·TiO2、CaO·TiO2鋁酸鹽：MgO·Al2O3、(CaO)3·Al2O3酸性氧化物：SiO2、TiO2、ZrO堿性氧化物：CaO、MgO、MnO、FeO、Na2O復(fù)合氧化物放熱反應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合硅酸鐵(FeO)2SiO2自由FeO（最早、應(yīng)用廣泛、導(dǎo)電性等無法解釋）第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（二）熔渣結(jié)構(gòu)與堿度第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（二）熔渣結(jié)構(gòu)與堿度第九十九頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日2、熔渣結(jié)構(gòu)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。簡單正離子：Ca2+、Mn2+、Mg2+、Fe2+簡單負(fù)離子：F-、O2-、S2-

復(fù)雜負(fù)離子：SiO4-、Si3O96-、AlO3-

離子離子半徑/nm綜合矩×102(C/cm)離子離子半徑/nm綜合矩×102(C/cm)K+0.1333.61Ti4+0.06828.2Na+0.0955.05Al3+0.05028.8Ca2+0.1069.0Si4+0.04147.0Mn2+0.09110.6F-0.1333.6Fe2+0.08311.6PO43-0.2765.2Mg2+0.07812.9S2-0.1745.6Mn3+0.07020.6SiO44-0.2796.9Fe3+0.06721.5O2-0.1327.3離子的綜合矩（0℃）+第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（二）熔渣結(jié)構(gòu)與堿度第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（二）熔渣結(jié)構(gòu)與堿度第一百頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日陽離子中Si4+，陰離子中的O2-的綜合矩最大，兩者極易結(jié)合為復(fù)雜的硅氧離子團(tuán)SiO44-，隨著渣中酸性氧化物SiO2的增加或堿性氧化物的減少，形成了結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，尺寸更大的SiO44-，對(duì)熔渣的物理性能產(chǎn)生重要影響。SiO44-SiOSi2O76-Si2O96-Si4O128-Si6O1812-硅氧離子團(tuán)結(jié)構(gòu)圖第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作用一、熔渣的作用與形成（二）熔渣結(jié)構(gòu)與堿度第一百零一頁，共一百四十二頁，2022年，8月28日（3）

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。

氧化還原反應(yīng)進(jìn)入熔渣進(jìn)入金屬離子理論：分子理論：離子理論較分子理論出現(xiàn)的晚，更為合理；但尚缺乏完整的模型，以及系統(tǒng)的熱力學(xué)資料，故目前的應(yīng)用受到了限制。第一章焊接化學(xué)冶金

第三節(jié)熔渣及其對(duì)金屬的作