焊接冶金学-焊接化学冶金.ppt

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1、第二章焊接化学冶金1第一节 焊接化学冶金的特殊性第二节 焊接区内气体与金属的作用第三节 焊接熔渣对金属的作用 第四节 焊缝金属的净化与合金化第二章第二章-焊接化学冶金焊接化学冶金2重点内容重点内容1、焊接化学冶金过程特点2、气相对金属的作用（H）3、熔渣的作用性质4、焊接化学冶金的一般规律5、合金过渡问题3焊接化学冶金过程：熔化焊时，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。要点：各种物质包括气体、液态金属、熔渣。2-1 2-1 焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金的特殊性4普通化学冶金过程和焊接化学普通化学冶金过程和焊接化学冶金过程对比冶金过程对比普通化学冶金过程是对金属熔炼加工过程，放在特定

2、的炉中进行。焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当高炉。二者共同点二者共同点：金属冶炼加工。5不同点：不同点：1）原材料不同 普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。焊金材料：焊条、焊丝、焊剂等。2）目的不同 普冶：提炼金属；焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能6熔池的形成熔池的形成 熔池为半椭球，几何尺寸为L=P2IU 其中，P2是比例系数，取决于焊接方法和规范。I是焊接电流，U是焊接电压，上式适用于点状热源。789以低碳钢为例光焊丝在空气中无保护下焊接，其结果是：电弧不稳，飞溅严重，气孔多，工艺性能不好焊缝含0、N量过高。Mn、C量下降，焊接时合金元素烧损严重机械性能下降。

3、一、焊接区金属的保护一、焊接区金属的保护1.无保护的危害101、气保护 2、渣保护3、气渣联合保护4、真空保护5、自保护2.保护的方式和效果11气保护气保护 用于保护熔池和溶用于保护熔池和溶滴的气体应是滴的气体应是惰性气惰性气体体，并在高温下不分，并在高温下不分解，或是解，或是活性的不溶活性的不溶于金属液体的双原子于金属液体的双原子气体气体(CO2)。12CO2气体气体COCO2 2为无色无味气体，密度是空气的为无色无味气体，密度是空气的1.51.5倍，在常温下很稳定，但在高倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。温下易分解。COCO2 2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池

4、气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。和电弧方面，效果良好。但但COCO2 2气体为氧化性气体，在高温下将分解为气体为氧化性气体，在高温下将分解为COCO和和O O2 2：COCO2 2 CO+OCO+O2 2所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。氩气氩气氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很

5、稳定。氩弧焊一般要求氩气纯度氩弧焊一般要求氩气纯度达达99.9%99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可，我国生产的工业纯氩，其纯度可达达99.9%99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。，完全合乎氩弧焊的要求。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。影响焊缝质量。13熔渣保护熔渣保护 利用焊剂、药芯或药利用焊剂、药芯或药皮熔化形成的熔渣起到皮熔化形成的熔渣起到保护作用。对于埋弧焊保护作用。对于埋弧焊来讲，焊剂及其熔渣的来讲，焊剂及其熔渣的保护效果很好。保护效果很好。防止金属氧化和吸气防止金属氧化和吸气另一方面

6、向熔池过渡合另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能金元素，提高焊缝性能 还可以减少散热，提高还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射生产率，防止强光辐射 14 焊剂是由焊剂是由SiO2，MnO、MgO及及CaF等组等组成的硅酸盐。成的硅酸盐。焊剂保护的效果焊剂保护的效果形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。缝韧性。延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。利于气孔、夹渣的析出。15渣渣-气联合保护气联合保护 通过药皮或药芯中的造

7、通过药皮或药芯中的造渣剂和造气剂在焊接过程渣剂和造气剂在焊接过程中形成熔渣和气体而共同中形成熔渣和气体而共同起到保护作用。起到保护作用。利用渣的良好的冶金反利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气应和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔弧作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药池保护效果。如焊条的药皮及二氧化碳加药芯。皮及二氧化碳加药芯。1617真空保护真空保护真空度高于真空度高于0.0133Pa0.0133Pa的真空室内进行电子束的真空室内进行电子束焊接，保护效果最理想的。焊接，保护效果最理想的。18自保护自保护 通过化学反应防止氧和氮进入

8、焊缝的冶通过化学反应防止氧和氮进入焊缝的冶金保护办法。具体而言，自保护就是通过金保护办法。具体而言，自保护就是通过在焊丝中加入脱氧剂和脱氮剂，使由空气在焊丝中加入脱氧剂和脱氮剂，使由空气进入熔化金属的氧和氮反应生成氧化物和进入熔化金属的氧和氮反应生成氧化物和氮化物，并使其成渣。氮化物，并使其成渣。19二、焊接化学冶金的反应区二、焊接化学冶金的反应区1 1、药皮反应区、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200)焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。以手手工电弧焊工电弧焊为例，加以讨论 1)水分蒸发：100 吸附水的蒸发，200400 结晶水的去除，化合水在更高温

9、度下析出2)某些物质分解:形成Co，CO2，H2O，O2等气体3)铁合金氧化：先期氧化，降低气相的氧化性20212 2）熔滴反应区）熔滴反应区指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 特点特点:).温度高：18002400).与气体、熔渣的接触面积大：100010000 cm2/kg).时间短速度快:0.01-0.1s;0.0001-0.001s).熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.223 3熔池反应区熔池反应区1）反应速度低熔池T16001900低于熔滴T；比表面积，接触面积小3001300cm2/kg；时间长，手工焊38秒埋弧焊625s2）熔池温度不均匀的突出特点熔池前斗部分发生金属熔

10、化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应3）具有一定的搅拌作用促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。23熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部。241）液态金属密度差引起自由对流运动2）表面张力差强迫对流运动3）熔池中各种机械力搅拌熔池运动状态熔池运动状态25三、焊接化学冶金系统的不平衡三、焊接化学冶金系统的不平衡1.多相的反应系统焊接化学冶金过程是分区域进行的，而且在同一区域的不同部位的反应方向和速度也是不同的。2.不平衡的反应系统26 2-2 2-2 焊接区内气体与金属的作用焊接区内气体与金属的作用

11、一、焊接区内的气体一、焊接区内的气体 （一）气体的种类（一）气体的种类、来源及供给途径来源及供给途径1.1.种类：种类：金属及熔渣蒸气2.2.来源：来源：1)焊接材料 2)气体介质 3)焊丝和母材表面上的油锈等杂质。4)金属和熔渣的蒸发产生的气体273.3.供给途径：供给途径：一部分是直接输入或侵入的原始气体；一部分是直接输入或侵入的原始气体；另一部分是通过物化反应所生成的气体。另一部分是通过物化反应所生成的气体。1)有机物的分解和燃烧:纤维素的氧化分解2)碳酸盐和高价氧化物的分解2829高价氧化物主要有Fe2O3和MnO2，它们在焊接过程中发生逐级分解生成大量的O2，增强了气氛的氧化性。30

12、3)物质的蒸发及冶金反应物质的蒸发主要取决于其本身的沸点或饱合蒸气压。在一定的温度下，沸点越低或饱合蒸气压越高的物质越容易蒸发。Zn、Mg、Pb、MnKF、LiF、NaF4)直接输入或侵入N2、O2、H2O31二、气体的分解和气相的组分二、气体的分解和气相的组分 （一）气体的分解（一）气体的分解 气体在焊接电弧的高温作用下将进一步分解，从而对气体与金属的相互作用产生显著的影响。CO2、H2O和N2、H2、O2、F2将分解为简单气体、个原子或离子与电子。这些反应单均为吸热反应。分解度是指已分解的分子数与原有分子的总数之比，其大小与气体的种类和温度有关。32双原子气体的分解度与温度的关系分解度（）

13、33（二）气相的组分（二）气相的组分 气相的组分与焊接方法气相的组分与焊接方法、焊接材料和焊接规、焊接材料和焊接规范有关。范有关。用低氢型焊条焊接时，气相中含用低氢型焊条焊接时，气相中含H H2 2、H H2 2OO很少。很少。埋弧焊时气相中埋弧焊时气相中COCO2 2、HOHO2 2少，气相的氧化性少，气相的氧化性很小；焊条电弧焊时气相中很小；焊条电弧焊时气相中COCO2 2、HOHO2 2较多，较多，气相的氧化性增大。气相的氧化性增大。34二、气体二、气体 与金属的作用与金属的作用1.1.气体在金属中的溶解；气体在金属中的溶解；N2、H2和O22.2.气体与金属的化学反应。气体与金属的化学

14、反应。CO2、H2O和O2（一）气体在金属中的溶解(1)(1)溶解反应热力学溶解反应热力学双原子气体在金属中的溶解机理：双原子气体在金属中的溶解机理：气体分子分解为原子，然后从金属表面层向金属气体分子分解为原子，然后从金属表面层向金属深处溶解。深处溶解。35双原子溶解反应双原子溶解反应:双原子溶解度双原子溶解度:单原子溶解反应单原子溶解反应:单原子溶解度单原子溶解度:单原子溶解单原子溶解过程更为简单和直接，过程更为简单和直接，只需只需原子穿过金属表面层向金属深处溶解。原子穿过金属表面层向金属深处溶解。36（2）氮在金属中的溶解来源：来源：主要是焊接区周围的空气。氮的溶解度随着温度升高而增大，在

15、2200时达到最大值 37氮在金属中的溶解机制1）双原子形式溶于液态金属 2）单原子原子形式溶于液态金属 3）以NO形式溶入 4）以氮离子形式溶入381)1)、氢在金属中的溶解及其影响因素、氢在金属中的溶解及其影响因素来来源源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯中水分，药皮中有机物为、焊件表面杂质（锈、油）空气中水分 第一类能形成稳定氢化物金属 第二类不形成稳定氢化物的金属（3）氢在金属中的溶解39氢的溶解机制焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态 氢以原子或质子形式溶入（气保焊）以 溶入（电渣焊）氢通过熔渣向金属中溶解时，氢先溶于熔渣，然后再以 向金属中过渡40此时的溶解反应为吸热反应，故溶解度随着温

16、度的升高而增大，并在一定温度下达到最大值 氢在金属中的溶解度与温度的关系41弧焊时氢的溶解度要大于平方根定律计算值。因为氢原子和氢离子的存在。42Ti、Zr、Nb提高H的溶解度；Si、C、Al降低H的溶解度432).焊缝金属中的氢及其扩散 扩散氢：氢以原子或质子形式存在的并可在金属晶格中自由扩散。残余氢（剩余氢）：氢原子扩散聚集到金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物的边缘空隙中，结合成分子不能自由扩散。总含氢量=扩散氢剩余氢44经焊后放置，一部分扩散氢会转变为参预氢或从焊缝表面逸出，故扩散氢减少，残余氢增加，总氢量降低。45（4）氧在金属中的溶解1).以原子氧形式溶解2).以FeO形式溶解4

17、6（二）氧化气体对金属的氧化（二）氧化气体对金属的氧化 气相中氧化气体与金属相互作用1).氧化还原反应方向的判据 分解压就是氧化物分解反应达到平衡状态时氧的分压，其数值越高，氧化物越易分解，金属越不易被氧化。金属被氧化金属被还原47Cao、MgO、Al2O3分解压最小，最稳定；FeO的分解压较高，稳定性差。然而，FeO能溶于液态铁中，其分解压大为减少，使铁易于被氧化。482).自由氧对金属的氧化 3).CO2对金属的氧化4).H2O气对金属的氧化5).混合气体对金属的氧化49在Ar+O2的氧化能力比Ar+CO2大。在所有混合气体中随着O和CO2含量的增加，合金元素的挠损量、焊缠中非金属夹杂物和

18、氧的含量都增加，因此焊缝金属的力学性能。采用氧化性混合气体焊接时，应根据其氧化能力的大小选择含有合适脱氧剂的焊丝。501-3 1-3 熔渣与金属的作用熔渣与金属的作用 熔渣：熔渣：电焊条药皮，药芯和焊剂溶化及化学反应生成的由多种物质组成的复杂体系，是调整和控制焊缝金属成分和性能的前提和基础。一、焊接熔渣一、焊接熔渣（一）熔渣的作用、成分及分类（一）熔渣的作用、成分及分类1.熔渣的作用熔渣的作用1).机械保护作用2).冶金处理作用 净化、合金化3).工艺性能改善作用稳弧、成形512.熔渣的种类和成分熔渣的种类和成分1).熔渣成分：熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、硼酸盐类组成是多种化学组成的复杂体

19、系。2).熔渣分为三类熔渣分为三类第一类盐型熔渣,CaF2-NaF氧化性小主要用于焊接铝、钛等活性金属第二类盐-氧化物型熔渣，CaO-SiO2-CaF2氧化性较小，有较好的除氢效果。主要用于焊接合金钢及低碳钢。E4303(J507),第三类氧化物型熔渣，MnO-SiO2，具有较强的氧化性。E5015(J422),TiO2-SiO2-CaO52（二）熔渣结构理论（二）熔渣结构理论液态熔渣的结构有三种理论：分子理论分子理论和离子理论离子理论及及分子分子-离子共存理论离子共存理论 1.分子理论:可简明的定性为解释熔渣与金属之间的冶金反应,但不能解释一些重要现象，如导电性、电解等。1).液态熔渣由自由

20、氧化物及其复合物的分子组成液态熔渣由自由氧化物及其复合物的分子组成 自由氧化物自由氧化物:SiO:SiO2 2,CaOCaO ,Al,Al2 2O O3 3 氧化物复合物：氧化物复合物：SiOSiO2 2CaOCaO532).2).自自由由氧氧化化物物与与其其复复合合氧氧化化物物处处于于化化合合与与分解的平衡状态。分解的平衡状态。当Tk自由氧化物浓度复合物浓度熔渣活性Tk自由氧化物浓度复合物浓度熔渣活性3).只有自由氧化物才能与金属作用只有自由氧化物才能与金属作用542.离子理论：熔渣的离子理论是在研究熔渣电化学性质的基础上提出的。与分子理论相比，更接近熔渣的实际情况。1).熔滴是由简单和复杂

21、的离子组成的电中性溶液负电性大的元素以阴离子形式存在负电性小的元素以阳离子形式存在 碱性渣中 少，氧以自由氧离子形式存在酸性渣中 多，形式复杂的离子.之间形成离子团，极性键结合.552).离子的分布，聚集和相互作用取决于它的综离子的分布，聚集和相互作用取决于它的综合矩合矩 综合矩综合矩=Z/r r=Z/r r=其子其子ZZ离子电荷（静电单位）离子电荷（静电单位）rr离子半径离子半径离离子子综综合合矩矩越越大大，静静电电场场愈愈强强，与与其其它它离离子子作作用用力愈大力愈大如如 综合矩最大综合矩最大负离子综合矩最大.二者可结合成或更复杂的离子当综合矩r综合矩5657盐盐型型简简单单结结构构均均匀

22、匀溶溶液液，氧氧化化型型熔熔渣渣(J422)具具有有复复杂杂网网状状，结结构构的的化化学学成成分分更更不不均均匀匀的的离离子子溶溶液液，盐盐-氧氧化化物物型型(J507)比比较较复复杂杂的的化化学成分微观不均的离子溶液。学成分微观不均的离子溶液。3).3).液液态态熔熔渣渣与与金金属属之之间间相相互互作作用用的的过过程程是是原原子子与离子交换电荷的过程与离子交换电荷的过程离子理论离子理论由于离子交换电荷、运动、形成电流由于离子交换电荷、运动、形成电流.3.3.分子离子共存理论：分子离子共存理论：58（三）熔渣的性质与其结构的关系1.1.熔渣的碱度熔渣的碱度分子理论认为熔渣中的氧化物按其性质可分

23、为三类1).酸性氧化物 SiO2 TiO2 P2O52).碱性氧化物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO3).中性氧化物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O359根据分子理论碱度的定义为：式中CaO、MgO、CaF2、SiO2等以质量百分数计B11碱(B11.3,才是真正的碱性渣）B11酸B11中60离子理论对碱度定义液态熔渣中自由氧离子的浓度定义为碱度液态熔渣中自由氧离子的浓度定义为碱度。-渣中第k 种氧化物的摩尔分数 -渣中第k 种氧化物的碱度系数;B20碱B20 酸B2=0中612.2.熔渣的粘度：是指熔渣内部的各层之熔渣的粘度：是指熔渣内部的各层之间包相对运动时的内

24、摩擦力。间包相对运动时的内摩擦力。(1)熔渣成分对粘度的影响酸性渣SiO2多,Si-O阴离子结构复杂，粘度大O2-多,Si-O阴离子结构简单，粘度小碱性渣CaO多,熔渣中易出现未熔化的固相颗粒，粘度大无论是酸性还是碱性渣，加入CaF2，粘度都下降62(2)温度对粘度的影响长渣:T,SiO2,Si-O短渣:T,低氢型焊条的熔渣633.3.熔渣的表面张力熔渣的表面张力实际上是气相与熔渣间的界面张力或相互接触的比表面能。化学键能越大表面张力越大.离子键:K2ONa2OCaOMgOBaOMnOFeO（表面张力大）共价键:SiO2TiO2P2O5（表面张力小）644.4.熔渣的熔点熔渣的熔点药皮熔点:药

25、皮熔化温度药皮开始熔化的温度称为造渣温度熔渣熔点:固态熔渣熔化温度熔渣的熔点要与被焊的母材以及所用的焊丝或焊芯的熔点相匹配，焊接熔渣的熔点一般应比焊缝金属的熔点低200450，药皮的造渣温度一般应比焊缝金属的熔点低100250焊接钢的熔点在1150-135065（一）置换氧化：指被焊金属与其他金属或非金属的氧化物发生置换反应而导致的氧化(SiO2)+2FeSi+2FeOlgKSi=lg(FeO)2Si/(SiO2)=-13460/T+6.04T反应向右进行(MnO)+Fe=Mn+FeOlgKMn=lg(FeO)Mn/(MnO)=-6600/T+3.16二、活性熔渣对焊缝金属的氧化二、活性熔渣对

26、焊缝金属的氧化置换氧化和扩散氧化66活性熔渣对金属的氧化能力与其活性系数AF有关。对于熔炼焊剂而言，活性系数AF与焊剂组成物的质量分数w和焊剂的碱度B1有关，即AF0.6高活性AF=0.30.1低活性AF=0.6-0.3活性能AF0.1惰性6768二、活性熔渣对焊缝金属的氧化二、活性熔渣对焊缝金属的氧化（二）扩散氧化:是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使金属增氧。L=w(FeO)/wFeO酸性饱和SiO2lgL=4906/T-1.877碱性的饱和CaOlgL=5014/T-1.980温度越高，L越小，说明FeO在高温时易向钢液中分配。因此，扩散氧化主要在熔滴阶段和熔池的高温区。在相同温度

27、下，碱性渣比酸性渣易使FeO向钢液中分配。69在一定的温度下，增加熔渣中FeO的含量，FeO将向钢液中扩散，从而使焊缝中含氧量增加。70三、焊缝金属的脱氧三、焊缝金属的脱氧先期脱氧，沉淀脱氧，扩散脱氧（一）脱氧的目的和选择脱氧的原则(1)脱氧剂对氧的亲和力 Mn，Si，Ti，Al(2)脱氧产物的物理性质 脱氧产物不溶于液态金属；脱氧产物不溶于液态金属；熔点低，在焊接时最好为液态。熔点低，在焊接时最好为液态。这样的物理性质有利于脱氧产物在液态金属中聚合成大的质点，快速上浮到熔渣中。71三、焊缝金属的脱氧三、焊缝金属的脱氧（二）先期脱氧药皮反应区，碳酸盐分解为O2和CO2 温度低，先期脱氧的效果不

28、充分72（三）沉淀脱氧：是指溶解在液态金属中的脱氧剂将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中的脱氧方式。主要在熔滴和熔池中进行。常用的脱氧剂为Mn、Si1.Mn的脱氧Mn+FeO=Fe+(MnO)放热反应，主要在熔池尾部的低温区。SiO2,TiO2与MnO生成复合物有利于脱氧73酸性渣中含有较多的SiO2和TiO2，它们能与脱氧产物MnO生成复合物MnOSiO2和MnOTiO2742.Si的脱氧Si+2FeO(SiO2)+2Fe提高熔渣的碱度有利于脱氧。然而，脱氧产物SiO2熔点高，易成为夹渣，不能单独用来脱氧3.Si/Mn联合脱氧Mn和Si质量之比介于37，脱氧产物Mn

29、O与SiO2生成硅酸盐MnOSiO,有利于脱氧反应。MnOSiO的密度小，熔点低，易上浮75（四）扩散脱氧：是指被焊金属的氧化物通过扩散从液态金属进入熔渣，从而降低焊缝含氧量的一种方式。脱氧的程度由分配定律决定。(1)扩散脱氧的效果主要与温度和熔渣的性质有关L=(FeO)/FeOT L，FeO易向熔渣过渡在相同温度下，酸性渣比碱性渣易使Fe向熔渣中分配(2)扩散脱氧是不充分在熔池的尾部进行的，导致扩散脱氧76（一）氮对焊接质量的影响（一）氮对焊接质量的影响1)促进焊缝中气孔的形成，金属凝固时氮气来不及逸出；2)改变焊缝的力学性能，氮能提高焊缝的强度和硬度，但会使焊缝的塑性和韧性降低；3)时效脆

30、化，针状氮化物Fe4N，造成塑性和韧性下降。加入Ti，Al可形成稳定的化合物，可抑制这种脆化现象。1-4 1-4 焊缝金属的净化与合金焊缝金属的净化与合金一一 氮对焊接质量的影响及控制氮对焊接质量的影响及控制7778（二）焊缝含氮量的控制措施（二）焊缝含氮量的控制措施1 1）、机机械械保保护护：气一渣保护、渣保护、气体保护、抽真空。对于适渣型焊条：保护效果取决于药皮的数量及成分 2 2）、焊接工艺规范影响）、焊接工艺规范影响：U,I,直流反接3 3）、焊丝成分的影响）、焊丝成分的影响 ：增加焊丝或药皮中的Ti的含量可生成稳定的氮化物；增加含碳量可降低氮在金属中的溶解度。79二、氢对焊接质量的影

31、响及控制二、氢对焊接质量的影响及控制暂态现象：脆化、白点、经时效、热处理可消除 永久现象：气孔、改变组织、显微斑点、冷裂纹、不可消除 1)1)、氢氢脆脆 溶解在金属晶格中氢扩散聚集到显微空腔里形成分子氮，产生很高的压力（一）氢对焊接质量的影响（一）氢对焊接质量的影响802)2)、白点、白点 肉眼可见，直径0.53mm中心处有气孔或小的夹渣，外围有塑性裂断的痕迹，象鱼眼似的也称“鱼眼”.产生原因：产生原因：白点是在塑性变形阶段产生的。“诱捕理论诱捕理论”解释：解释：焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙,好象“陷阱”一样.捕捉氢原子，并在其中结合成氢分子,在拉伸试验中“陷阱”中的氢分子被吸附.由于

32、塑性变形新产生的微裂纹表面上,分解成原子氢,原子氢扩散到微裂纹金属晶格内,引起金属脆化。813)3)、气孔、气孔结晶时,析出的分子氢来不及从液态金属中逸出4)4)、产生冷裂纹、产生冷裂纹82（二）控制氢的措施（二）控制氢的措施1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分 2)、严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分 83843)、冶金脱氢处理 在焊材加入氟化物酸性焊条里加入萤石碱性焊条里加入萤石85863)、冶金脱氢处理 增加焊接材料的氧化性在焊接材料中加入稀土元素碲(Te)、钇(Y)87884)、调整焊接规范 降低电流，可减少熔滴的比表面积；直流反接。5)、焊后脱氢处理加热温度越高，保温时间越长，

33、脱氢越明显8990（一）氧对焊接质量的影响（一）氧对焊接质量的影响1).机械性能下降2).化学性能变差3).产生气孔CO合金元素烧损4).工艺性能变差（二）防止措施（二）防止措施一防，二脱三、氧对焊接质量的影响及控制三、氧对焊接质量的影响及控制9192四、焊缝金属中硫和磷的控制四、焊缝金属中硫和磷的控制（一）焊缝中硫的危害及控制（一）焊缝中硫的危害及控制1.硫的危害(FeFeS)988，(FeOFeS)940(NiS+Ni)6372.控制硫的措施（1）限制焊接材料中含硫量93(CaO)FeS(CaS)(FeO)(MnO)FeS(MnS)(FeO)锰脱硫Mn+FeS=(MnS)+FeLgK=82

34、20/T-1.86TK有利于脱硫(MgO)FeS(MgS)(FeO)碱性氧化物脱硫（2）用冶金方法脱硫94（二）焊缝中磷的危害及控制（二）焊缝中磷的危害及控制1.磷的危害 2.控制磷的措施（1）限制焊接材料中含磷量（2）脱硫反应a）.FeO将磷氧化生成P2O5b）.使之与渣中的碱性氧化物生成稳定的磷酸盐2Fe3P+5(FeO)+3(CaO)=(CaO)3.P2O3+11Fe2Fe3P+5(FeO)+4(CaO)=(CaO)4.P2O3+11Fe95(一一)、合金过渡的目的及方式、合金过渡的目的及方式1)目的:补偿元素损失;改善焊缝;特殊性能2)方式：1.应用合金焊丝或带极 成分均匀；成分不易调

35、整，工艺复杂，成本高。2.应用合金药皮或粘结焊剂 工艺简单，成本低；成分不均匀。3.应用合金粉未或药芯 成分易调整；成分不均匀，工艺复杂。五、焊缝金属中的合金化五、焊缝金属中的合金化96（二）合金过渡系数用及其影响因素（二）合金过渡系数用及其影响因素（1）合金过渡系数）合金过渡系数式中 -合金元素过渡系数w(Md)-合金元素在熔敷金属中含量 w(Me)-合金元素原始含量97（2）过渡系数的影响因素）过渡系数的影响因素 1.合金元素的物化性质沸点越低，蒸发损失越大，越小Cu、Ni、Co、Fe、W、Mo、Cr、Mn、V、Si、Ti、Zr、Al1600合金元素对氧的亲和力由左到右增强 2.合金元素的

36、含量 合金元素的含量,但增加一定时,趋于定值。9899（2）过渡系数的影响因素）过渡系数的影响因素 3.合金剂的粒度 合金剂粒度，比表面积，氧化损失，4.药皮和焊剂的物理性质药皮或焊剂的氧化势合金元素与其氧化物共存时,合金元素与其氧化物与渣的酸碱性相同时,5.药皮重量系数 Kb 100（三）熔合比及焊缝成分的控制（三）熔合比及焊缝成分的控制焊缝的熔合比mb焊缝中熔化母材所占的质量md焊缝中熔敷金属质量熔合比是指局部熔化的母材与焊缝金属的比值。101本本章小结章小结 本章以手工电弧焊焊接低碳钢和低合金钢的冶金问题为重点，从热力学的角度来阐明焊接化学冶金的一般规律。也讨论了熔渣对金属的作用、合金过

37、渡的几种形式及影响因素。102思考题1.焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？2.焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？1033.什么是长渣和短渣？其适用性有何不同？P64 4.测得熔渣的化学成分为：CaO 41.94%、CaF228.34%、SiO223.76%、FeO 5.78%、TiO27.23%、Al2O33.57%、MnO3.74%、(Na2O+K2O)4.25%，计算熔渣的碱度B1，并判断该渣的酸碱性。1045.论述焊接熔渣对金属的氧化途径及影响因素。6.焊缝金属脱氧的途径有哪些？脱氧效果如何？1057.氢对焊接质量有那些影响?如何加以控制。8.论述硫和磷对焊接接头的危害及控制措施？106本章本章结束结束107