金属熔化焊基础教案焊接冶金基础有害元素对焊缝金属的作用及其控制.wps

《金属熔化焊基础教案焊接冶金基础有害元素对焊缝金属的作用及其控制.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属熔化焊基础教案焊接冶金基础有害元素对焊缝金属的作用及其控制.wps（22页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、金属熔化焊基础教案焊接冶金基础有害元素对焊缝金属的作用及其控制授课题目第五节 有害元素对焊缝金属的作用及其控制 教研室主任 教务科长 授课时数授课方法授课教师 授课班级与时间 教学目标熟练掌握氢、氮、氧对焊缝金属的作用及控制教学重点氢、氮、氧的控制措施教学难点氢、氮、氧对焊缝金属的作用教学内容、方法及过程复习提问：复习提问：熔渣的作用有哪些新课讲解新课讲解：板书板书：一、焊接区内的气体焊接区内充满大量气体，这些气体不断地与熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分与力学性能。所以首先了解焊接区内其他的来源与组成，侧能进一步研究它们与熔化的金属的作用问题板书板书：二、焊接区内的气体的来源与

2、组成焊接区内的气体的主要来自以下几个方面。1、来自焊接材料焊条药皮、焊剂与药芯中都含有数量不同的造气剂2、来自热源周围的空气焊条药皮中或焊剂中的早期所产生的气体，并不能完全排除电弧区内的空气。焊条电弧焊时，侵入电弧中的空气约占电弧区气体的3%。3、来自焊丝和母材表面的杂志焊丝与母材在运输和生产过程中，表面上沾染的油渍、油漆、吸附的水分、铁锈等，在受热后都将分解而析出气体，并进入焊接区内。4、来自于高温蒸发产生的气体焊接时，因为焊接区的温度往往超过金属的沸点，致使焊接区出现金属和熔渣的蒸发，形成的蒸气而进入气相。板书板书：一、氢对焊缝金属的作用及控制。氢主要来自焊条药皮和焊剂中的有机物，结晶水或

3、吸附水、母材与焊条表面的油污、铁锈以及空气中的水分等。1、氢与熔池中金属的作用在碳钢与低合金钢中，氢不会形成稳定的化学物，而主要以原子的形式溶解在熔池中，。此外，氢在 相中的溶解度大大高于在 相中的溶解度。能够在焊缝金属中自由扩散运动的氢称为扩散氢。不能继续扩散而残留在金属中，这部分氢叫做残余氢。板书板书：2、氢对焊接质量的影响。氢是还原性气体，它在电弧气氛中有助于减少金属的氧化，在氩弧焊焊接高合金钢时，氩气中加入少量的氢可以改善焊接工艺性能。但在大多数情况下，氢是有害的。1）氢脆金属中因吸收氢而导致塑性严重下降的现象称为氢脆。氢脆的特点是使金属的塑性明显下降，而对强度的影响不大，氢脆往往会造

4、成结构的整体破坏。经过脱氢处理钢的力学性能可以恢复。2）白点对于碳钢和低合金钢焊缝，如含氢量较高，则常常在其拉伸或弯曲试件的断面上，出现银白色圆形局部脆断电，称为白点。3）形成气孔当熔池中吸收了大量氢时，在结晶过程中就会聚集而成气泡，如果气泡在焊缝完全凝固前来不及浮出，就会在金属中形成空间，即气孔。4）产生冷裂纹冷裂纹是焊接接头冷却道较低温度或在室温放置一定时间后，在焊接接头中产生的一种裂纹，其危害很大。氢是促使产生冷裂纹的主要愿意之一综上所述，氢对焊接质量的影响可以分为两种类型，一类是经过时效或热处理可以消除的，如氢脆，称为暂态现象；另一类则是一旦出现即无法消除的，如气孔、裂纹等，称为永久现

5、象。2、控制氢的措施氢对焊接质量有严重的危害，为保证焊接质量。 必须采取措施减少焊缝中的焊氢量，常用的措施有。（1）限制焊接材料中的氢的来源。其一，对焊条、 焊剂在使用前进行严格的烘干，这是最有效的措施油漆是低氢型焊条。其二，在存放焊接材料时，加强防潮。（2）消除焊丝和焊件表面上的杂质焊丝或焊件坡口表面上的铁锈、油污、吸附的水分以及其他含氢物质是增加焊缝含氢量的主要原因之一，甚至可能引起气孔的产生。因此，焊前应仔细的清理。为了防止焊丝生锈，通常采用表面镀铜处理。（3）冶金处理通过化学反应降低电弧气氛中氢的分压，从而降低氢在液体金属中的溶解度。（4）控制焊接参数焊接参数对焊缝中的焊氢量有明显的影

6、响，（5）焊后热处理焊后对焊件进行加热可使扩散氢排出焊后加热焊件，促使氢扩散外逸，从而减少接头中含氢量的工艺叫脱氢处理。实验表明，焊后加热到350保温 1h扩散氢几乎可以全部排出。生产中脱氢处理一般为加热 300400保温 1h。板书板书：二、氮对焊缝金属的作用及控制氮主要来自于电弧周围的空气。根据氮与金属作用的特点，大致可分为两种情况。一种是不与氮发生作用的金属。如铜和镍等。特闷既不溶解氮，又不形成氮化物，因此焊接这一类金属可用氮作为保护气体；另一类是与氮发生作用的金属，如铁、 锰、 钛、 铬等。 他们既能溶解氮，又能与氮形成氮化物，焊接这一类金属及其合金时，防止焊缝金属的氮化是一个重要的问

7、题。1、氮在金属中的溶解（1）以原子形式溶入（2）通过NO 形式溶入（3）通过离子形式溶入2、氮对焊接质量的影响（1）形成气孔在碳钢焊缝中，氮是有害的杂质，它是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。液态金属在高温时可以溶解大量的氮，而在其凝固时氮的溶解度突然下降。 这时饱和的氮以气泡的形式从熔池相外逸出，当焊缝金属的结晶速度大于它的逸出速度时，就形成气孔（2）降低焊缝金属的力学性能。氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、 降低塑性和韧性的元素。（3）时效脆化时效：是指金属和合金从高温快冷或经过一定的冷加工变形后其性能随时间改变的现象。氮是促使焊缝金属时效脆化的元素。3、消除氮的有害作用的常用措施（1

8、）加强机械保护（2）合理选用焊接参数（3）在焊丝中加入一定量的氮化物形成元素由于氮主要来自于空气，因此加强机械保护是控制焊缝中含氮量的主要措施氧对焊缝金属的作用与脱氧反应板书板书：三、样对焊缝金属的作用与脱氧反应氧化还原反应贯穿焊接冶金过程的基本反应可以认为氧化作用发生于化学冶金反应的各个阶段，而且不能完全避免的，因此，抑制氧的不利影响，必须以冶金处理为主要措施氧既能溶解于铁和钢中的合金元素形成氧化物，在焊缝中，氧主要以氧化物夹杂的形式存在。高温时（560）以上铁的氧化物为FeO。板书板书：1、焊缝金属的氧化板书板书：（1）气相对焊缝金属的氧化焊接低碳钢及低合金钢时，主要考虑铁的氧化板书板书：

9、（2）熔渣对焊缝金属的氧化熔渣对焊缝金属的氧化有两种基本形式板书板书：1）扩散氧化含义：FeO 即可熔于熔渣也可熔于液体金属，所以熔渣中的FeO 可以直接扩散到焊缝 金属中而使之增氧，这就是扩散氧化。板书板书：2）置换氧化含义：焊缝金属与熔渣中容易分解的氧化物发生置换反应的现象叫做置换反应。板书板书：（3）焊件表面氧化物对焊缝金属的氧化板书板书：2、氧对焊缝金属质量的影响焊缝金属中含氧量增加，使其性能与成分发生变化，具体表现：板书板书：（1）焊缝金属的力学性能下降板书板书：（2）导致气孔的产生板书板书：（3）使焊缝中的有益元素烧损板书板书：（4）降低焊缝金属的其他使用性能和加工性能。板书板书：

10、3、焊缝金属的脱氧在正常的焊接条件下，氧主要来自焊条药皮与焊剂原材料及保护气体。 因此控制氧的措施除限制其来源外，主要通过冶金反应进行脱氧熔渣对焊缝金属的脱氧有两种形式，即沉淀脱氧与扩散脱氧。板书板书：（1）沉淀脱氧含义：即通过在焊丝或药皮中加入某种元素，使其在焊接过程中被氧化，从而使被焊金属或合金元素的氧化物还原，而减少焊缝中的含氧量。脱氧的目的是使【FeO】减少此外，脱氧剂必须满足下列条件：1）在焊接温度下，脱氧剂与氧的亲和力应大于被焊金属与氧的亲和力。2）为使脱氧产物能顺利过渡到熔渣中，要求脱氧产物不溶解于液态金属，并且密度比液体金属小。3）脱氧产物的熔点低于焊缝金属，或能与熔渣中的其他

11、化合物结合成熔点较低的复合盐4）脱氧剂本身应对焊缝金属的使用性能及焊接工艺性能无有害作用，且其中硫、磷等杂质含量低。板书板书：（2）扩散脱氧含义：熔池中的FeO 按照分配定律过渡到熔渣中，从而使焊缝中的氧化铁下降的过程，叫做扩散脱氧。对焊缝中硫、磷的控制板书板书：四、对焊缝中硫磷的控制板书板书：1、对硫的控制焊缝中的硫主要来自与母材、焊芯、焊剂或焊条药皮材料板书板书：硫存在形式：MnS、FeS。控制焊缝中含硫量主要采取以下措施：板书板书：（1）限制硫的来源焊缝中的硫主要来源于三个方面，一是母材其中的硫几乎可以全部过渡到焊缝中去，但母材中的含硫量是比较少的，二是焊丝其中的硫约有70%80%可以过

12、渡到焊缝中去，三是药皮或焊剂，其中的硫约有50%可以过渡到焊缝中，可见，严格控制焊接材料的含硫量是限制焊缝含硫量的关键措施。1）低碳钢及低合金钢焊丝中硫的质量分数小于0.03%0.04%2）合金钢焊丝中硫的质量分数应小于0.025%0.03%3）不锈钢焊丝中硫的质量分数应小于0.02%药皮、 药芯和焊剂的原材料如锰矿、 赤铁矿、 钛铁矿、 锰铁等都含有一定的硫。所以当某些焊硫量降低到要求的范围内。板书板书：（2）冶金处理为减少焊缝含硫量，如同脱氧一样，可选择对硫亲和力比铁大的元素进行脱硫。MnS 几乎不溶于铁而进入熔渣，因此熔池尾部有利于脱硫的进行。但由于冷却速度高，反应难以充分进行，必须加大

13、锰的用量，才能取得较好的效果，也可以采用碱性氧化物。因此，限制硫的来源是控制焊缝中含硫量的主要措施。板书板书：2、对磷的控制磷在低碳钢和大多数的低合金钢是有害的。在液态铁中，磷主要以Fe2P 和Fe3P 的形式存在。磷化铁常分布于晶界、减弱了晶粒之间的结合力，同时它本身即硬又脆，这就增加了焊缝金属的冷脆性，即冲击韧性降低，脆性转变温度升高。焊接奥氏体钢或低合金钢焊缝含碳量高时，磷也是促使形成结晶裂纹。因此有必要限制焊缝的焊磷量。板书板书：（1）限制母材、填充金属、药皮、焊剂中的焊磷量药皮和焊剂中的锰矿石导致焊缝增磷的主要来源。根据焊接区内反应物质的浓度条件、焊剂性质和焊接工艺参数等因素，磷可以

14、由熔渣向焊渣中过度或者相反。当焊剂中磷的质量分数大于0.03%时，磷可以由熔渣向焊缝过渡。因此，减少焊剂中的含磷量可使焊缝含磷量减少。板书板书：（2）脱磷处理脱磷反应分为两步，1)FeO 将磷氧化生成P2O52)使之与碱性氧化物生成稳定磷酸盐由于焊接熔渣的碱度受焊接工艺性能制约，不可过分增大碱性渣不允许含有较多的FeO，否则会使焊缝增氧，不利于脱硫，甚至产生气孔，所以碱性焊接熔渣的托临时很不理想的。酸性焊接熔渣虽然含有较多的FeO，有利于磷的氧化，但因碱度低，所以比碱性熔渣的托磷能力更差。磷的氧化反应时放热的，故在熔池尾部有利于脱磷反应的进行，但温度低使熔渣黏度增大，不利于反应物质扩散，反应速度减小，脱磷效果不好。实际上脱磷比脱硫更困难。目前，限制焊缝中含磷量的主要办法是严格控制原材料的含磷量。小结小结：了解焊缝中硫磷是使焊缝中裂纹缺陷的主要物质对硫磷的控制最主要是从母材以及原材料含硫、磷量入手其次一些冶金反应也可以去除。作业：作业：氮氢氧硫、磷的来源以及控制措施和对焊缝的影响。