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1、第第2 2章焊接化学冶金章焊接化学冶金第1页，此课件共85页哦2.1 2.1 焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金过程：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。焊缝成分、组织和性能 焊接工艺性能 焊接缺陷要点：各种物质包括气体、液态金属、熔渣。目的：分析材料的焊接性、选择焊接材料和制定焊接工艺焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程第2页，此课件共85页哦普通化学冶金过程和焊接化学冶金过程对比普通化学冶金过程和焊接化学冶金过程对比普通化学冶金过程是对金属熔炼加工过程，在放牧特定的炉中进行。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
2、共同点：金属冶炼加工。第3页，此课件共85页哦不同点：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 2）目的不同）目的不同普冶：提炼金属；焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能第4页，此课件共85页哦2.1.1 2.1.1 焊接区金属的保护焊接区金属的保护1 1、保护的必要性。无保护时，受空气的作用：、保护的必要性。无保护时，受空气的作用：1 1）焊缝成分显著变化。）焊缝成分显著变化。O O、NN，C C和和ME(ME(烧损、蒸发烧损、蒸发)2 2）焊缝力学性能降低。）焊缝力学性能降低。塑性和韧性塑性和韧性 3 3）焊接工艺性能）焊接工艺性能 电弧稳定性电
3、弧稳定性、焊接飞溅、焊接飞溅 焊接成型焊接成型、气孔、气孔 第5页，此课件共85页哦第6页，此课件共85页哦2 2、保护方式、保护方式 1）气渣联合保护 2）渣保护 3）气保护 4）真空保护 5）自保护第7页，此课件共85页哦第8页，此课件共85页哦第9页，此课件共85页哦第10页，此课件共85页哦2.1.2 2.1.2 焊接化学冶金的反应区焊接化学冶金的反应区焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。以手焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。以手工电弧焊为例，加以讨论。工电弧焊为例，加以讨论。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的区域。1)水分蒸发：注意温度（P46）2)某些
4、物质分解：有机物、无机物分解产生CO2、CO、H2、O2 3)铁合金氧化：完成先期脱氧第11页，此课件共85页哦第12页，此课件共85页哦2、熔滴反应区 指熔滴形成.长大.脱离焊条.过渡到熔池之前的区域。特点特点:P46 P46).温度高：温度最高).与气体、熔渣的接触面积大).时间短速度快).熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.第13页，此课件共85页哦3、熔池反应区1）反应速度低。（1）熔池温度较低。T 16001900低于熔滴T；（2）比表面积小。3001300cm2/kg（3）熔池存在时间长。手工焊38秒，埋弧焊625s2）搅拌没有熔滴阶段激烈3）熔池温度不均匀的突出特点（反应不同步）
5、熔池前半部分发生金属熔化和气体的吸收熔池前半部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应，利于吸热反应，熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应利于放热反应。第14页，此课件共85页哦2.1.3 2.1.3 焊接化学冶金系统的不平衡性焊接化学冶金系统的不平衡性1、多相的反应系统反应温度高，多相参与反应：焊条电弧焊（111）：液-渣-气三个相；埋弧焊（12）：液-渣2个相；气保焊：气-液2个相。不平衡的反应系统第15页，此课件共85页哦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2.2.1 焊接区内的气体1、气体的种类和来源1 1）
6、种类）种类:N N2 2、H H2 2、O O2 2、H H2 2O O、COCO2 2、金属及熔渣蒸气。2）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重要影响重要影响第16页，此课件共85页哦3 3）气体的供给途径）气体的供给途径途径：直接输入或侵入；物化反应生成（1）有机物的分解和燃烧；2（C6H10O5）m+7mO2=12mCO2+10mH2焊条烘干温度：酸性焊条；（2）碳酸盐和高价氧化物的分解；碱性焊条（含大量CaCO3、MgCO3）（3）物质的蒸发和冶金反应；影响因素：沸点（饱和蒸汽压）（4）直接输入或侵入。输入：保护气体：
7、CO2、Ar、He等 侵入：有害气体：N2、O2、H2O 来源：空气介质 保护气体中的杂质 第17页，此课件共85页哦第18页，此课件共85页哦2 2、气体的分解和气相的组分、气体的分解和气相的组分1）气体的分解多原子（CO2、H2O）、双原子（N2、H2、O2、F2）简单气体、单原子或离子与电子（吸热反应）：气体-液态金属第19页，此课件共85页哦第20页，此课件共85页哦第21页，此课件共85页哦2 2）气相的组分）气相的组分多种气体组成多种气体组成P51 P51 表表2-62-6第22页，此课件共85页哦第23页，此课件共85页哦2.2.2 2.2.2 气体与金属的作用气体与金属的作用
8、1 1、氮对金属作用、氮对金属作用 2 2、氢对金属作用、氢对金属作用 3、氧对金属作用氧对金属作用 第24页，此课件共85页哦补充知识补充知识金属在高温加工过程中，即使采取了一定的保护措施，但总是难免要和一些气体相接触。这些气体主要来自周围大气或加热炉的炉气以及被加工金属表面与加工工具表面的氧化膜、吸附水、油污及一些有机物等在加热过程中分解放出的气体，此外加工中所用的辅助材料(如炉料中的矿石、溶剂、焊条药皮、焊剂和各种涂料等)也能放出气体，其中能引起金属中气体杂质(N、H、O)含量增加的气体有N2、H2、O2和水蒸汽H2O、SO2、CO2等。第25页，此课件共85页哦但这些分子状态的气体都不
9、能直接溶入金属，只有分解成氮、氢、氧的原子或离子后才能溶入金属，而金属在高温加工时刚好为它们的分解和溶入创造了有利的条件。在大多数情况下，气体对于金属及合金的性能和零部件质量均有不良影响。例如：溶解于钢及铜合金中的氢，易使合金形成细小的裂纹而变脆，产生所谓“氢病”；溶解在合金中的氧、氮等气体通常也都使合金的强度特别是塑性大大降低。第26页，此课件共85页哦此外，液态金属气体间的反应是在熔融状态下金属精炼时重要的基本反应体系之一，因此，研究气体在液态金属和合金中溶解和析出的规律，从而制定减少合金吸气及对合金脱气的措施，对于进一步提高合金的质量，保证得到健全合格的产品，具有十分重要的意义。气体与液
10、态金属的作用：A 溶解。N2、H2、O2B 化学反应。与氧化性气体CO2、H2O、O2等作用金属及合金元素烧损。第27页，此课件共85页哦气体溶解度和气体的溶解在一定的温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓度，叫作该条件下气体的溶解度。气体溶解度常用每100克金属含有的气体在标准状态下的体积来表示（即cm3/100g），有时也用溶解气体对金属的重量百分数（%）表示，它们之间的换算关系是：氢：1.0cm3/100g=0.00009%=0.9ppm氮：1.0cm3/100g=0.00125%=12.5ppm氧：1.0cm3/100g=0.00143%=14.3ppm第28页，此课件共85页哦气体在
11、金属中的溶解，亦即金属吸收气体可由以下四个过程组成：气体分子撞击到金属表面 在高温金属表面上气体分子离解为原子状态 气体原子被吸附在金属表面 气体原子扩散进入金属内部前三个过程是吸附过程，最后一个是扩散过程。金属吸收气体时，实际上这四个过程是同时存在的，而其中扩散是关键，因为它决定金属的吸气速度。完成上述吸气过程也需要一定时间。在未达到饱和浓度以前，如果金属温度愈高，气体与金属接触时间愈长，吸收气体就愈多，一直达到该状态下饱和浓度为止。第29页，此课件共85页哦溶解反应方程溶解反应方程双原子气体X2：X2=2X平衡时的溶解度单原子气体X：X=X平衡时的溶解度第30页，此课件共85页哦第31页，
12、此课件共85页哦第32页，此课件共85页哦1 1、氮对金属作用、氮对金属作用 来源：来源：主要是焊接区周围的空气。主要是焊接区周围的空气。氮与金属作用有两种情况：A 不与氮发生作用的金属，即不能熔解氮又不形成氮化物，可用N作为保护气体。Cu、Ni 用N2作保护气体。B 与氮发生作用的金属，即能溶解氮又能形成氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。第33页，此课件共85页哦1)1)氮在金属中的溶解氮在金属中的溶解（1）原子形式溶于液态金属（2）以NO形式溶入（3）以氮离子形式溶入(4)双原子气体的溶解满足平方根定律 2 2）氮对焊接质量的影响）氮对焊接质量的影响 （1)时效脆化：包括相析出（F
13、e4N）、应变时效脆化。（2)气孔：N2（3)有利一面：可作为合金元素加入钢中，一般指高合金钢。不锈钢N代镍的奥氏体不锈钢（节约Ni、提高耐点蚀能力）；N代碳的马氏体不锈钢第34页，此课件共85页哦第35页，此课件共85页哦3 3）影响焊缝含氮量的因素及控制措施）影响焊缝含氮量的因素及控制措施（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。各种焊法的保护效果：P72 12最好，其次CO2气保焊（2 2）焊接工艺规范影响）焊接工艺规范影响：短弧 I，熔滴过渡频率增加，N与熔滴作用时间 直流反接，减少N溶解 其它。焊丝直径，直径，熔滴变粗，N；单层焊、多层焊问题 P72（3 3）
14、脱）脱N N剂。剂。AlAl、TiTi、ZrZr、ReRe：脱氧、脱：脱氧、脱N N（4 4）焊焊丝丝成成分分的的影影响响 。增加焊丝或药皮中的含碳量可降低焊缝中的含氮量：降低N的溶解度；C氧化形成CO、CO2保护作用；氧化时的沸腾搅拌作用。第36页，此课件共85页哦2 2、氢对金属的作用、氢对金属的作用 1 1）氢在金属中的溶解）氢在金属中的溶解（1 1）来来源源：焊焊条条药药皮皮、焊焊剂剂、焊焊丝丝药药芯芯中中水水分分，药药皮皮中中有有机机物物、焊焊件件表表面面杂杂质质（锈锈、油油）空空气气中中水分水分 第第一一类类能能形形成成稳稳定定氢氢化化物物金金属属（ZrZr、TiTi、V V、Ta
15、Ta、NbNb）：增增加加氢氢在在液液态态金金属属中中的的溶溶解解度度；这这类类金金属属的吸氢反应是放热反应。的吸氢反应是放热反应。较低温度吸氢较低温度吸氢。脆化问题：如焊接钛合金。脆化问题：如焊接钛合金。第第二二类类不不形形成成稳稳定定氢氢化化物物的的金金属属（AlAl、FeFe、NiNi、CuCu、CrCr、MoMo）：但氢能溶于这类金属及合金中。）：但氢能溶于这类金属及合金中。溶解反应为吸热反应。溶解反应为吸热反应。液态金属吸氢液态金属吸氢第37页，此课件共85页哦（2 2）溶解方式）溶解方式焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态氢以原子形式溶入氢以
16、原子形式溶入以以 OHOH-溶入溶入 以以 H H+溶入溶入溶解满足平方根定律、线性规律溶解满足平方根定律、线性规律 第38页，此课件共85页哦（3）的影响因素氢与金属用的特点，把金属分为两类 与氢形成稳定氢化物的金属 Zr、Ti、V、Ta、Nb不与氢形成稳定氢化物的金属 Fe、Ni、Ca、Cr、Mo温度T。T，H，熔滴、熔池合金元素的影响：氢在铁中溶解度受合金元素影响 P54图2-11晶格类型的影响。fcc大于bcc第39页，此课件共85页哦2 2）焊缝金属中的氢及其扩散）焊缝金属中的氢及其扩散（1 1）存在形式）存在形式 扩扩散散氢氢：氢氢以以原原子子或或质质子子形形式式存存在在的的并并可
17、可在在金金属属晶晶格格中中自自由由扩扩散散。残残余余氢氢（剩剩余余氢氢）：氢氢原原子子扩扩散散聚聚集集到到金金属属的的晶晶格格缺缺陷陷，显显微微裂裂纹纹和和非非金金属属夹夹杂杂物物的的边边缘缘空空隙隙中中，结结合成分子不能自由扩散。危害最大合成分子不能自由扩散。危害最大 总含氢量总含氢量=扩散氢剩余氢扩散氢剩余氢 H=HH=HD D+H+HR R第40页，此课件共85页哦（2 2）扩散规律）扩散规律时间时间T T，HHD D HHR R，HH所有的熔焊方法增氢：所有的熔焊方法增氢：CO2CO2气保焊氢最低气保焊氢最低111111中，低氢焊条的氢低中，低氢焊条的氢低氢在不同组织中扩散系数不同氢在
18、不同组织中扩散系数不同 bcc bcc，fcc fcc 奥氏体焊缝：显著降低熔合区的氢含量奥氏体焊缝：显著降低熔合区的氢含量原因：溶氢能力强，扩散系数小原因：溶氢能力强，扩散系数小对预防冷裂纹有好处。对预防冷裂纹有好处。第41页，此课件共85页哦3 3）H H对焊接质量的影响对焊接质量的影响暂态现象：脆化、白点。经焊后脱氢处理可消除 永久现象：气孔、冷裂纹。不可消除 氢氢脆脆 氢在室温附近，氢溶解在金属晶格中，引起钢的塑性严重下降现象。前提：在塑性变形过程中产生；2H H2原因：变形位错运动、堆积形成显微空腔 溶解在金属晶格的H沿位错运动方向扩散汇集显微空腔H2显微空腔压力 金属变脆 第42页
19、，此课件共85页哦 白点：H22H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”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的金属晶格内,引起金属脆化。第43页，此课件共85页哦 气孔气孔 氢气孔 产生冷裂纹产生冷裂纹第44页，此课件共85页哦4 4）控制氢的措施）控制氢的措施（1）控制氢的来源 限制焊接材料的含氢量，药皮成分 严格
20、清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分（2）冶金处理 焊材中加氟化物：CaF2 增加焊接材料的氧化性：CO2、药皮中Fe2O3（高温分解出O2）焊材中加入Re。第45页，此课件共85页哦（3 3）工艺措施）工艺措施调整焊接工艺参数 a I ，b 直流反接电源焊后脱氢处理第46页，此课件共85页哦3 3、氧对金属的作用、氧对金属的作用1）氧在金属中的溶解（氧的来源：氧化物、气体）氧在金属中的溶解（氧的来源：氧化物、气体）（1）以原子氧形式溶解；（2）以FeO形式溶解 2 2）金属被氧化的途径）金属被氧化的途径 气相中氧化气体与金属相互作用：（1）自由氧对金属的氧化（2）CO2对金属的氧化（3）H2
21、O气对金属的氧化（4）混合气体对金属的氧化第47页，此课件共85页哦3）氧对焊接质量的影响 （1）机械性能下降：尤其韧性 还可引起热脆、冷脆和时效硬化（2）导电、导磁和抗腐蚀性能下降；（3）产生CO气孔、合金元素烧损；（4）工艺性能变差 电弧稳定性降低 4）防止措施）防止措施 一防二脱 第48页，此课件共85页哦2.3 2.3 焊接熔渣对金属的作用焊接熔渣对金属的作用熔渣：熔渣：电焊条药皮、焊剂溶化形成的金属及非金属氧化物及复合物。1、焊接熔渣焊接熔渣 1 1）熔渣的作用、成分及分类）熔渣的作用、成分及分类 （1 1）熔渣的作用）熔渣的作用 机械保护作用。隔绝空气：防O、N化 冶金处理作用。净
22、化和渗合金 改善工艺性能。稳弧、防飞溅、成型好 第49页，此课件共85页哦（2）熔渣的成分和分类熔渣成分熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、氟化物、硼酸盐类组成是多种化学组成的复杂体系。熔渣分为三类熔渣分为三类 第一类 氧化物型 第二类 盐氧化物型 第三类 盐型 第50页，此课件共85页哦（3 3）熔渣的微观结构（结构理论）熔渣的微观结构（结构理论）液态熔渣的结构有两种理论：分子理论分子理论和离子理论离子理论 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。第51页，此课件共85页哦分子理论分子理论A 液态熔渣由自由氧化物及其复合物的分子组成液态熔渣由
23、自由氧化物及其复合物的分子组成B 氧化物之间成盐反应服从质量作用定律氧化物之间成盐反应服从质量作用定律 CaO+SiOCaO+SiO2 2 CaOSiO2+Q 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第52页，此课件共85页哦C 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（FeO）+Mn=（MnO）+Fe（FeO）+C=Fe+COD D 各氧化物之间的化学亲和力可近似用生成复合物各氧化物之间的化学亲和力可近似用生成复合物时的热效应来衡量时的热效应来衡量第53页，此课件共85页哦E E 液态熔渣是理想的熔体液态熔渣是理想的熔体-服从理想溶液定律服从
24、理想溶液定律分子理论可简明的定性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。第54页，此课件共85页哦离子理论A 熔滴是由简单和复杂的离子组成的中性溶液负电性大的元素以负离子形式存在F-、Cl-、O2-负电性小的元素以正离子形式存在Ca2+、K+、Fe+、Fe2+复合离子SiO4-、Si、P、Al负电性极大，与O离子组成复合阴离子。B 离子的分布聚集和、相互作用取决于它的综合矩。综合矩=Z/r r=10-8cm其中Z离子电荷（静电单位）r离子半径离子综合矩越大，静电场愈强，与其它离子作用力愈大，综合矩如 Si4+综合矩最大；O2-为7.8第55页，此课件共85页哦二
25、者可结合成或更复杂的离子 当综合矩 r综合矩盐型熔渣结构简单、成分均匀溶液；氧化型具有复杂网状结构、化学成分更不均匀的离子溶液；盐氧化物型比较复杂的结构、化学成分不均的离子溶液。C 液态熔渣与金属之间相互作用的过程是原子与离子交换电荷的过程离子理论离子理论分子理论分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.第56页，此课件共85页哦分子分子-离子理论离子理论熔渣是复杂的体系，既有分子又有离子复合离子的分解（不稳定）：所以熔渣是由Me2+、Me+，非金属离子O2-、F-、S2-SiO2及硅酸盐和磷酸盐等具有共价键的化合物分子组成。第57页，此课件共85页哦（4 4）
26、熔渣的性质与其结构的关系）熔渣的性质与其结构的关系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为三类：A 酸性氧化物 SiO2 TiO2 P2O5B 碱性氧化物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeOC 中性氧化物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3第58页，此课件共85页哦分子理论定义的碱度（分子理论定义的碱度（B B1 1）B1：熔渣中碱性氧化物/酸性氧化物精确公式：P62判据：B11，碱性渣；B11，酸性渣 B1=1，中性渣第59页，此课件共85页哦离子理论定义的碱度（离子理论定义的碱度（B2B2）定义为自由氧离子的活度判据与分子理论相同第60页，此课件共
27、85页哦熔渣的粘度熔渣的粘度A A 温度对粘度的影响温度对粘度的影响长渣长渣:T:T短渣短渣:T:TB B 熔渣成分对粘度的影响熔渣成分对粘度的影响CaFCaF2 2 CaO SiO CaO SiO2 2CaFCaF2 2：在酸性渣、碱性渣中，降：在酸性渣、碱性渣中，降低粘度低粘度CaOCaO：增加碱性渣粘度，降低酸性渣粘：增加碱性渣粘度，降低酸性渣粘度度SiOSiO2 2：增加酸性渣粘度，降低碱性：增加酸性渣粘度，降低碱性渣粘度渣粘度第61页，此课件共85页哦C C 熔渣的表面张力熔渣的表面张力实际气相与熔渣间的界面张力实际气相与熔渣间的界面张力.键能越大表面张力越大键能越大表面张力越大.金
28、属键（离子键）金属键（离子键）:K:K2 2O NaO Na2 2O CaO MgO BaO O CaO MgO BaO MnO FeO MnO FeO 表面张力大表面张力大共价键共价键:SiO:SiO2 2 TiO TiO2 2 P P2 2O O5 5 表面张力小表面张力小第62页，此课件共85页哦D D 熔渣的熔点熔渣的熔点熔渣的熔点：固态渣开始熔化的温度。熔渣的熔点：固态渣开始熔化的温度。熔渣的熔点熔渣的熔点-母材、焊芯（焊丝）熔点相匹配母材、焊芯（焊丝）熔点相匹配过高过高熔渣与液态金属反应不充分，易形成夹渣；对液态金熔渣与液态金属反应不充分，易形成夹渣；对液态金属的压迫作用属的压迫作
29、用成型成型过低过低熔渣覆盖性能熔渣覆盖性能；焊缝表面粗糙不平；全位置焊接；焊缝表面粗糙不平；全位置焊接熔渣的熔点比焊缝金属的熔点低熔渣的熔点比焊缝金属的熔点低200-450200-450；对焊条药皮而言，造渣温度（药皮开始熔化温度）比熔渣的熔对焊条药皮而言，造渣温度（药皮开始熔化温度）比熔渣的熔点高点高100-200100-200。造渣温度造渣温度，套筒长度，套筒长度，电弧稳定性，电弧稳定性，焊缝成分不，焊缝成分不均匀。造渣温度均匀。造渣温度，保护效果，保护效果，电弧挺度，电弧挺度造渣温度比焊芯熔点低造渣温度比焊芯熔点低100-250100-250。焊接钢，熔渣熔点在焊接钢，熔渣熔点在1150
30、-13501150-1350第63页，此课件共85页哦2 2、活性熔渣对焊缝金属的氧化活性熔渣对焊缝金属的氧化对金属有两种氧活性熔渣对焊缝金属的氧化对金属有两种氧化形式：置换氧化、扩散氧化化形式：置换氧化、扩散氧化1 1）置换氧化）置换氧化（1）冶金反应(SiO2)+2FeSi+2(FeO)T反应向右进行-吸热反应:T,KSilgKSi=(FeO)2Si/(SiO2)=-13460/T+6.04(MnO)+Fe=Mn+（FeO）lgKMn=(FeO)Mn/(MnO)=-6600/T+3.16（FeO）含义：FeO存在渣中、液态金属中第64页，此课件共85页哦（2 2）影响因素）影响因素熔渣的活
31、性系数AF：AF0.6 高活性 AF=0.30.1低活性AF=0.6-0.3 活性 AF 0.1惰性温度（T）。由冶金反应式：T,K反应向右进行熔渣对金属的氧化主要发生在高温区：熔滴反应区、熔池反应区的前部。熔池的后部将发生FeO的还原，即脱氧反应。第65页，此课件共85页哦2 2）扩散氧化）扩散氧化(1)扩散氧化的分配系数对钢铁材料焊接而言（111、12），FeO即可（FeO），又可FeO。FeO在两相中的含量由分配定律决定：L-分配系数W（FeO）-FeO在熔渣中的质量分数WFeO-FeO在液态金属中的质量分数第66页，此课件共85页哦（2 2）分配系数的影响因素）分配系数的影响因素温度T
32、L,FeO，FeO在高温下，更易向钢液中分配。即扩散氧化发生在熔滴和熔池的高温区。在焊接条件下，L1，FeO在熔渣中的分配量总大于液态金属。熔渣的酸碱性。在相同温度下，碱性渣的L在FeO总量相同时，碱性渣的焊缝含氧量较高解释用碱性焊条施焊时，对工件表面氧化皮和铁锈清理的重要性。SiOSiO2 2饱和酸性渣饱和酸性渣CaO饱和酸性渣饱和酸性渣第67页，此课件共85页哦3 3、焊缝金属的脱氧、焊缝金属的脱氧1）脱氧的目的和选择脱氧剂的原则（1）目的：减弱被焊金属及其合金的氧化程度；被氧化的焊缝金属及其合金元素从其氧化物中还原出来。（2）脱氧剂选择原则对氧的亲和力。Mn、Si、Al、Ti脱氧产物的物
33、理性质。a 不溶于液态金属；b 密度小于液态金属；c 熔点低（焊接条件下最好为液态）其它影响。与氧亲和力大与氧亲和力大第68页，此课件共85页哦2 2）先期脱氧）先期脱氧（1）脱氧反应。在药皮反应区，脱氧剂与高价氧化物和碳酸盐分解出的O和CO2反应。（2）脱氧效果。与脱氧剂的种类、数量、粒度及焊接参数有关。因先期脱氧与熔滴不发生直接关系，反应温度较低、传质条件差，所以脱氧效果。先期脱氧消耗掉的脱氧剂是与氧亲和力较大的金属：Ti、Al第69页，此课件共85页哦3 3）沉淀脱氧）沉淀脱氧在熔滴、熔池反应区内进行的的脱氧方式：脱氧剂与金属及其合金发生氧化、还原反应金属及其合金从其氧化物中被还原，脱氧
34、剂被氧化，氧化产物浮到熔渣中。沉淀脱氧是焊缝金属主要的脱氧方式。（1）Mn脱氧影响因素：a 温度T。T，利于沉淀脱氧 沉淀脱氧发生在熔池尾部的低温区域 b Mn、（MnO）c 熔渣酸碱性。酸性熔渣利于Mn脱氧。降低了（MnO）的活度第70页，此课件共85页哦（2 2）SiSi脱氧脱氧影响因素：a 温度。同Mn b Si（SiO2）量 c 熔渣酸碱性。碱性渣利于Si脱氧 d 一般不单独用Si脱氧。（SiO2）熔点高；难于聚合第71页，此课件共85页哦（3 3）Si-MnSi-Mn联合脱氧联合脱氧Mn：Si（加入比例）：37（MnO）+（SiO2）（MnO）.（SiO2）（MnO）.（SiO2）:
35、密度小；熔点低；在钢液中处于液态，易于聚合成大质点。碱性焊条的主要脱氧方式。第72页，此课件共85页哦4 4）扩散脱氧）扩散脱氧扩散氧化的逆过程。脱氧程度受分配系数L的影响。影响因素：a 温度T。b 熔渣性质。酸、碱性渣。c 脱氧特点。渣-液态金属界面进行 熔池尾部的低温区（脱氧的共性）脱氧效果第73页，此课件共85页哦4 4、焊缝金属中硫和磷的控制1）焊缝中硫的危害及控制焊缝中硫的危害及控制（1 1）硫的危害）硫的危害 FeSFeS夹杂；夹杂；Fe-FeSFe-FeS低熔共晶低熔共晶 a a 热脆性；热脆性；b b 耐腐蚀性降低；耐腐蚀性降低；c c 焊接热裂纹焊接热裂纹 NiSNiS。Ni
36、-NiSNi-NiS低熔共晶低熔共晶焊接热裂纹倾向更大。焊接热裂纹倾向更大。C C的影响。的影响。C C加剧了加剧了S S的危害。的危害。第74页，此课件共85页哦（2 2）S S的控制的控制限制材料中含硫量（焊材、母材）。用冶金方法脱硫。Mn脱硫脱硫产物MnS不溶于钢液中，少部分MnS进入到液态金属中形成夹杂：MnS熔点高；MnS粒状弥散分布所以MnS的危害影响因素：a 温度T b Mn量第75页，此课件共85页哦 碱性氧化物脱硫碱性氧化物脱硫影响因素a（MnO）、（CaO）、（MgO）或（FeO）b 提高熔渣的碱度C 渣中加CaF 渣的黏度降低，S2-的扩散能力加强；形成易挥发的SF6。第
37、76页，此课件共85页哦 稀土元素脱硫稀土元素脱硫熔渣的碱度值不高，所以脱硫能力有限。Re第77页，此课件共85页哦2 2）磷的危害及控制）磷的危害及控制（1）危害冷脆性和结晶裂纹。含镍较多的钢，危害更大。加剧结晶裂纹钢中C含量增加，P的危害加大。（2）控制：一防二脱预防。从材料，包括焊材和母材。冶金脱磷。分两步受熔渣碱度的影响：冶金脱磷效果有限。第78页，此课件共85页哦2.4 2.4 焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化1 1、合金过渡的目的及方式、合金过渡的目的及方式1）目的:补尝;改善;特殊性能2）方式：（1）应用合金焊丝或带极优点：a 成分均匀、稳定；b 合金损失小缺点：a 成分不易调整
38、；b 制造工艺复杂、成本高（2）应用合金粉未或药芯焊丝、药芯焊条优点：a 得到任意成分的焊缝金属；b 合金损失小缺点：a 成分不均匀；b 制造工艺复杂（3）应用合金药皮或粘结焊剂优点：工艺简单、成本低；缺点：成分不均匀；合金利用率低第79页，此课件共85页哦2 2、合金过渡系数及影响因素、合金过渡系数及影响因素1）合金过渡系数（1）概念：合金元素的过渡系数W(Md)：合金元素在熔敷金属中的实际质量分数W(Me):合金元素在焊接材料中的原始质量分数（2）应用。P80-81第80页，此课件共85页哦2 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、饱和蒸汽压。,蒸发损失,
39、过渡系数合金元素对氧的亲和力。a Mn、Si、Al、Ti：加入Al、Ti，提高Mn、Si的过渡系数。b 对氧亲和力比Fe小的元素，如Cu、Ni，几乎无氧化损失，过渡系数；c 对氧亲和力比Fe大的元素，如Mn、Si、Al、Ti，过渡系数，尤其Al、Ti（低氧、无氧焊接环境：无氧焊剂、惰性气体保护）第81页，此课件共85页哦（2 2）合金元素的含量和合金剂的粒度）合金元素的含量和合金剂的粒度合金元素的含量，过渡系数；合金元素的含量过渡系数维持不变（残留损失）合金剂的粒度，比表面积，氧化损失过渡系数（3）药皮和焊剂的物化性质。氧化性，氧化损失，过渡系数（4）药皮的重量系数和焊剂的熔化率重量系数、焊剂
40、的熔化率，过渡系数（氧化损失、残留损失）。（5）焊接方法及工艺参数。Ar弧焊，合金元素过渡系数最大。第82页，此课件共85页哦3 3、熔合比及焊缝成分的控制、熔合比及焊缝成分的控制1）熔合比的概念（）有两种算法。（1）按质量。：熔合比（%）mb：焊缝中熔化的母材所占的质量md：焊缝中熔敷金属所占的质量（2）按面积。A Ab b-焊缝横截面上母材所占面积焊缝横截面上母材所占面积A Ad d-焊缝横截面上熔敷金属所占面积焊缝横截面上熔敷金属所占面积A Af f-焊缝横截面总面积焊缝横截面总面积第83页，此课件共85页哦（3 3）两者的关系）两者的关系当熔敷金属与母材密度相同时，两者计算结果相同。当熔敷金属与母材密度不相同时：按质量算的准确讲，应为稀释率按面积算的准确讲，应为熔合比熔合比的定义：焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。准确的讲-母材熔合比。反映的是母材成分对焊缝金属成分的影响。第84页，此课件共85页哦2 2）焊缝金属中合金元素含量计算）焊缝金属中合金元素含量计算依据熔合比，可以计算焊缝金属中合金元素含量：式中：w(Mw)-焊缝中某合金元素的质量分数 w(Mb)-母材中该合金元素的质量分数 w(Md)-熔敷金属中该合金元素的质量分数结合过渡系数公式：可见，控制焊缝化学成分的两个途径：a 调整焊材成分；b 控制工艺改变熔合比及过渡系数第85页，此课件共85页哦