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1、第七章第七章 液态金属与气相的相互作用液态金属与气相的相互作用第八章液态金属与气相的相互作用现在学习的是第1页，共49页pp焊接或熔炼过程中，焊接或熔炼过程中，焊接或熔炼过程中，焊接或熔炼过程中，液态金属液态金属液态金属液态金属会与各种气体发生相互会与各种气体发生相互会与各种气体发生相互会与各种气体发生相互作用，从而作用，从而作用，从而作用，从而对焊件或铸件的性能对焊件或铸件的性能对焊件或铸件的性能对焊件或铸件的性能产生影响。深入了解气产生影响。深入了解气产生影响。深入了解气产生影响。深入了解气体的体的体的体的来源来源来源来源及其与金属的及其与金属的及其与金属的及其与金属的相互作用相互作用相互
2、作用相互作用机制，对于控制金属机制，对于控制金属机制，对于控制金属机制，对于控制金属中气体的含量，提高铸件或焊件的质量至关重要。中气体的含量，提高铸件或焊件的质量至关重要。中气体的含量，提高铸件或焊件的质量至关重要。中气体的含量，提高铸件或焊件的质量至关重要。现在学习的是第2页，共49页第一节第一节 气体的来源与产生气体的来源与产生第二节第二节 气体在金属中的溶解气体在金属中的溶解第三节第三节 氧化性气体对金属的氧化氧化性气体对金属的氧化第四节第四节 气体的控制措施气体的控制措施现在学习的是第3页，共49页第一节第一节 气体的来源与产生气体的来源与产生一、焊接区内的气体来源一、焊接区内的气体来
3、源二、铸造过程中的气体来源二、铸造过程中的气体来源现在学习的是第4页，共49页一、焊接区内的气体来源一、焊接区内的气体来源N2、H2、O2CO2 和和 H2O 焊接区的气体焊接区的气体焊条药皮、焊剂、焊芯焊条药皮、焊剂、焊芯的造气剂的造气剂高价氧化物及有机物的分解气体高价氧化物及有机物的分解气体母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分空气中的气体、水分空气中的气体、水分保护气体及其杂质气体保护气体及其杂质气体直接进入直接进入间接分解间接分解现在学习的是第5页，共49页1 1有机物的分解和燃烧有机物的分解和燃烧2 2碳酸盐和高价氧化物的分解碳酸盐和高价氧化物的分解3 3材
4、料的蒸发材料的蒸发 4 4、气体的分解、气体的分解现在学习的是第6页，共49页1有机物的分解和燃烧有机物的分解和燃烧 焊条药皮中的淀粉、焊条药皮中的淀粉、焊条药皮中的淀粉、焊条药皮中的淀粉、纤维素、糊精等有机物纤维素、糊精等有机物纤维素、糊精等有机物纤维素、糊精等有机物（造气、粘接、增塑剂）（造气、粘接、增塑剂）（造气、粘接、增塑剂）（造气、粘接、增塑剂）热氧化分解反应热氧化分解反应 220250以上发生，以上发生，800左右完全分解左右完全分解 CO2、CO、H2、烃和水气、烃和水气 如纤维素的热氧化分解反应：如纤维素的热氧化分解反应：（C6H10O5）m7/2m O2（气）（气）6m CO
5、2（气）（气）5m H2（气）（气）酸性焊条药皮中有机物的含量较高。酸性焊条药皮中有机物的含量较高。现在学习的是第7页，共49页2碳酸盐和高价氧化物的分解碳酸盐和高价氧化物的分解 碳酸盐（碳酸盐（碳酸盐（碳酸盐（CaCOCaCO3 3、MgCOMgCO3 3 及及及及 BaCOBaCO3 3 等）的分解等）的分解等）的分解等）的分解 CaCOCaCO3 3=CaO+=CaO+COCO2 2 MgCO MgCO3 3=MgO+=MgO+COCO2 2（545 910）（325 650）碱性焊条药皮中碳酸盐的含量较高。碱性焊条药皮中碳酸盐的含量较高。高价氧化物（高价氧化物（Fe2O3 和和 MnO
6、2）的分解）的分解 （在某些酸性焊条药皮中含量较高）（在某些酸性焊条药皮中含量较高）6 Fe2O3=4 Fe3O4+O2 2 Fe3O4=6 FeO+O2 4 MnO2=2 Mn2O3+O2 6 Mn2O3=4 Mn3O4+O2现在学习的是第8页，共49页表表表表7-2 7-2 7-2 7-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分低氢型焊条低氢型焊条低氢型焊条低氢型焊条焊接时，气相中焊接时，气相中焊接时，气相中焊接时，气相中H H2 2和和和和H H2 2OO的含量很少，故称的含量很少，
7、故称的含量很少，故称的含量很少，故称“低氢型低氢型低氢型低氢型”；酸性焊条酸性焊条酸性焊条酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中焊接时氢含量均较高，其中焊接时氢含量均较高，其中焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条纤维素型焊条纤维素型焊条纤维素型焊条的最大。的最大。的最大。的最大。药药 皮皮 类类 型型气相成分（体气相成分（体积积分数）分数）/%/%备备 注注COCOCOCO2 2H H2 2H H2 2O O高高钛钛型（型（J421J421）46.746.75.35.334.534.513.513.5焊焊条在条在110110烘干烘干2h2h钛钙钛钙型（型（J422J422）50.750.75.95.
8、937.537.55.75.7钛铁矿钛铁矿型（型（J423J423）48.148.14.84.836.636.610.510.5氧化氧化铁铁型（型（J424J424）55.655.67.37.324.024.013.113.1纤维纤维素型（素型（J425J425）42.342.32.92.941.241.212.612.6低低氢氢型（型（J427J427）79.879.816.916.91.81.81.51.5现在学习的是第9页，共49页3材料的蒸发材料的蒸发pp 焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发焊接过程中，除了焊接材料和母材表面
9、的水分发生蒸发焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发生蒸发，形成相当多的蒸气。生蒸发，形成相当多的蒸气。生蒸发，形成相当多的蒸气。生蒸发，形成相当多的蒸气。金属材料中金属材料中金属材料中金属材料中ZnZn、MgMg、PbPb、MnMn 氟化物中氟化物中氟化物中氟化物中AlFAlF3 3、KFKF、LiFLiF、NaFNaFpp 后果：后果：后果：后果：合金元素的损失；合金元素的损失；合金
10、元素的损失；合金元素的损失；产生焊接缺陷；产生焊接缺陷；产生焊接缺陷；产生焊接缺陷；增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。极易蒸发极易蒸发 现在学习的是第10页，共49页编编 号号反反 应应 式式 /kJ.mol/kJ.mol编编 号号反反 应应 式式 /kJ.mol/kJ.mol1 1F F2 2F FF F2702706 6COCO2 2COCO1/2O1/2O2 2282.8282.82 2H H2 2H HH H433.9433.97 7H H2 2O OH
11、 H2 21/2O1/2O2 2483.2483.23 3H H2 2H HH H+e e174517458 8H H2 2O OOHOH1/2H1/2H2 2532.8532.84 4O O2 2O OO O489.9489.99 9H H2 2O OH H2 2O O977.3977.35 5N N2 2N NN N711.4711.41010H H2 2O O2H2HO O1808.31808.34、气体的分解pp简单气体（指简单气体（指简单气体（指简单气体（指N N2 2、H H2 2、OO2 2、F F2 2等双原子气体）的分解等双原子气体）的分解等双原子气体）的分解等双原子气体）的
12、分解 ；pp复杂气体（指复杂气体（指复杂气体（指复杂气体（指COCO2 2和和和和H H2 2OO等）的分解，分解产物在高温下还可进一等）的分解，分解产物在高温下还可进一等）的分解，分解产物在高温下还可进一等）的分解，分解产物在高温下还可进一步分解和电离。步分解和电离。步分解和电离。步分解和电离。现在学习的是第11页，共49页分分解解度度温度温度 T/KCO2分解时气相的平衡成分分解时气相的平衡成分与温度的关系与温度的关系气气相相体体积积分分数数/%温度温度 T/K 双原子气体分解度双原子气体分解度与温度与温度的关系（的关系（P00.1MPa）现在学习的是第12页，共49页图图7-3 H2O分
13、解形成的气相成分与温度的关系（分解形成的气相成分与温度的关系（P00.1MPa）温度温度 T/103K气气相相体体积积分分数数/%现在学习的是第13页，共49页二、铸造过程中的气体来源二、铸造过程中的气体来源pp1 1气体的来源气体的来源气体的来源气体的来源 铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型。铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型。铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型。铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型。pp熔炼过程熔炼过程熔炼过程熔炼过程 气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、气体主要来自各种炉料、炉气、炉
14、衬、工具、气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、COCO2 2、COCO、SOSO2 2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。p浇注过程浇注过程 浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金属。使
15、气体进入液态金属。p铸型铸型 来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。即使烘干的铸型在来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。即使烘干的铸型在浇注前也会吸收水分，并且粘土在液态金属的热作用下其浇注前也会吸收水分，并且粘土在液态金属的热作用下其结晶水还会分结晶水还会分解解。此外，有机物（粘结剂等）的燃烧也会产生大量气体。此外，有机物（粘结剂等）的燃烧也会产生大量气体。现在学习的是第14页，共49页p p高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气 ：p p造型材料中的碳及有机物燃烧，产生造型材料中
16、的碳及有机物燃烧，产生造型材料中的碳及有机物燃烧，产生造型材料中的碳及有机物燃烧，产生COCO和和和和COCO2 2气体：气体：气体：气体：p p砂型组分分解：砂型组分分解：砂型组分分解：砂型组分分解：p p树脂砂中的尿素、乌洛托品树脂砂中的尿素、乌洛托品树脂砂中的尿素、乌洛托品树脂砂中的尿素、乌洛托品(CH(CH2 2)6N)6N4 4 等在高温下，首先分解生等在高温下，首先分解生等在高温下，首先分解生等在高温下，首先分解生成成成成NHNH3 3，然后继续分解：，然后继续分解：，然后继续分解：，然后继续分解：p p还有烷烃的分解还有烷烃的分解还有烷烃的分解还有烷烃的分解 ：现在学习的是第15
17、页，共49页u u气相平衡与铸型内气体的成分气相平衡与铸型内气体的成分1 1）经氧化经氧化经氧化经氧化-分解反应后，在铸型与液态合金液界面处的气分解反应后，在铸型与液态合金液界面处的气分解反应后，在铸型与液态合金液界面处的气分解反应后，在铸型与液态合金液界面处的气体主要有体主要有体主要有体主要有H H2 2OO、H H2 2、COCO、COCO2 2等，在一定温度下，它们之间可等，在一定温度下，它们之间可等，在一定温度下，它们之间可等，在一定温度下，它们之间可以达到平衡。以达到平衡。以达到平衡。以达到平衡。2 2）铸型内气体的成分随造型材料、温度、浇注后的时间而变）铸型内气体的成分随造型材料、
18、温度、浇注后的时间而变）铸型内气体的成分随造型材料、温度、浇注后的时间而变）铸型内气体的成分随造型材料、温度、浇注后的时间而变化。化。化。化。一般铸型内气体的成分为一般铸型内气体的成分为一般铸型内气体的成分为一般铸型内气体的成分为H H2 2、COCO、COCO2 2 、OO2 2 ，在含氮的树脂砂铸，在含氮的树脂砂铸，在含氮的树脂砂铸，在含氮的树脂砂铸型中还有少量的型中还有少量的型中还有少量的型中还有少量的N N2 2。粘结剂为粘结剂为粘结剂为粘结剂为有机物有机物有机物有机物的铸型，浇注后型内的铸型，浇注后型内的铸型，浇注后型内的铸型，浇注后型内OO2 2迅速降低迅速降低迅速降低迅速降低，H
19、 H2 2的相对含量的相对含量的相对含量的相对含量增加增加增加增加；浇注温度高浇注温度高浇注温度高浇注温度高，铸型内，铸型内，铸型内，铸型内自由碳含量高自由碳含量高自由碳含量高自由碳含量高，有助于形成，有助于形成，有助于形成，有助于形成还原性气氛还原性气氛还原性气氛还原性气氛；反之，；反之，；反之，；反之，N N2 2和氧化性气体和氧化性气体和氧化性气体和氧化性气体OO2 2、COCO2 2含量较高含量较高含量较高含量较高。现在学习的是第16页，共49页第二节第二节 气体在金属中的溶解气体在金属中的溶解 在焊接和熔铸过程中，与液态金属接触的气体可分为简在焊接和熔铸过程中，与液态金属接触的气体可
20、分为简在焊接和熔铸过程中，与液态金属接触的气体可分为简在焊接和熔铸过程中，与液态金属接触的气体可分为简单气体和复杂气体两大类。前者如单气体和复杂气体两大类。前者如单气体和复杂气体两大类。前者如单气体和复杂气体两大类。前者如H H2 2、N N2 2、OO2 2等，后者等，后者等，后者等，后者如如如如COCO2 2、H H2 2OO、COCO等。本节主要讨论等。本节主要讨论等。本节主要讨论等。本节主要讨论 H2、N2 和和 O2 在在在在金属中的溶解规律。金属中的溶解规律。金属中的溶解规律。金属中的溶解规律。一、气体的溶解过程一、气体的溶解过程二、气体的溶解度二、气体的溶解度现在学习的是第17页
21、，共49页一、气体的溶解过程一、气体的溶解过程pp 原子或离子状态原子或离子状态原子或离子状态原子或离子状态 直接溶入直接溶入直接溶入直接溶入液态金属；液态金属；液态金属；液态金属；分子状态分子状态分子状态分子状态的气体的气体的气体的气体 先分解先分解先分解先分解为原子或离子之后再溶解到为原子或离子之后再溶解到为原子或离子之后再溶解到为原子或离子之后再溶解到液态金属中。液态金属中。液态金属中。液态金属中。pp 双原子气体溶入金属液的两种方式：双原子气体溶入金属液的两种方式：双原子气体溶入金属液的两种方式：双原子气体溶入金属液的两种方式：吸附吸附吸附吸附 分解分解分解分解 溶入溶入溶入溶入 分解
22、分解分解分解 吸附吸附吸附吸附 溶入溶入溶入溶入 现在学习的是第18页，共49页双原子气体溶入金属液的两种方式双原子气体溶入金属液的两种方式 温度不够高或气体难以分解时温度不够高或气体难以分解时温度不够高或气体难以分解时温度不够高或气体难以分解时 焊接温度下氢、氧等气体的溶解焊接温度下氢、氧等气体的溶解焊接温度下氢、氧等气体的溶解焊接温度下氢、氧等气体的溶解现在学习的是第19页，共49页二、气体的溶解度二、气体的溶解度 pp溶解度溶解度 在一定温度和压力条件下，气体溶入金在一定温度和压力条件下，气体溶入金在一定温度和压力条件下，气体溶入金在一定温度和压力条件下，气体溶入金属的饱和浓度。属的饱和
23、浓度。属的饱和浓度。属的饱和浓度。溶解度溶解度S的的影响因素影响因素 气体种类气体种类合金成分合金成分温度温度与压力与压力现在学习的是第20页，共49页1温度和压力的影响温度和压力的影响pp理想气体溶解度的平方根定律：理想气体溶解度的平方根定律：理想气体溶解度的平方根定律：理想气体溶解度的平方根定律：ppP Px x 为为为为气体分压气体分压气体分压气体分压，P Px x 溶解度溶解度溶解度溶解度 ppK Kx x 为常数，取决于为常数，取决于为常数，取决于为常数，取决于温度温度温度温度和和和和金属金属金属金属的种类。的种类。的种类。的种类。现在学习的是第21页，共49页 金属吸收气体为吸热金
24、属吸收气体为吸热金属吸收气体为吸热金属吸收气体为吸热反应，溶解度随温度的反应，溶解度随温度的反应，溶解度随温度的反应，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收升高而增加；金属吸收升高而增加；金属吸收升高而增加；金属吸收气体为放热反应，溶解气体为放热反应，溶解气体为放热反应，溶解气体为放热反应，溶解度随温度的上升而降低。度随温度的上升而降低。度随温度的上升而降低。度随温度的上升而降低。气体溶解度与热效应和温度的关系气体溶解度与热效应和温度的关系1吸热溶解吸热溶解 2放热溶解放热溶解溶溶解解度度温度温度12 金属发生相变时，由金属发生相变时，由于金属组织结构的变化，于金属组织结构的变化，气体的溶解度将发
25、生突气体的溶解度将发生突变。液相比固相更有利变。液相比固相更有利于气体的溶解。于气体的溶解。当金属由液相转变当金属由液相转变为固相时，溶解度的为固相时，溶解度的突然下降将对铸件和突然下降将对铸件和焊件中气孔的形成产焊件中气孔的形成产生直接的影响。生直接的影响。现在学习的是第22页，共49页氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向 气体气体金金 属属 与与 合合 金金溶解反溶解反应类应类型型形成化合物形成化合物倾倾向向氮氮铁铁和和铁铁基合
26、金基合金吸吸热热反反应应能形成能形成稳稳定氮化物定氮化物AlAl、TiTi、V V、ZrZr等金属及合金等金属及合金放放热热反反应应氢氢FeFe、NiNi、AlAl、CuCu、MgMg、CrCr、CoCo等金属及合金等金属及合金吸吸热热反反应应能形成能形成稳稳定定氢氢化物化物TiTi、ZrZr、V V、NbNb、TaTa、ThTh等金属及合金等金属及合金放放热热反反应应不能形成不能形成稳稳定定氢氢化物化物2、氮、氢、氧在金属中的溶解度现在学习的是第23页，共49页氮、氢在铁中的溶解度氮、氢在铁中的溶解度（PN2 PH2=0.1MPa）氮、氢在金属凝固时溶解度陡降。氮、氢在奥氏体中的溶解度大于铁
27、素体。氮、氢在液态铁中的溶解度随温度升高而增大。在铁的气化温度附近，气体溶解度陡降。现在学习的是第24页，共49页SH/mL.(100g)-1T/图图7-9 氢在不同金属中的溶解度随温度的变化（氢在不同金属中的溶解度随温度的变化（pH20.1MPa）a）I类金属类金属 b）II类金属类金属a）SH/mL.(100g)-1T/b）第II类金属吸氢过程是放热反应，因此随着温度的升高，氢的溶解度减小，现在学习的是第25页，共49页温度温度 T/溶溶解解度度SO/%氧在金属中的溶解度氧在金属中的溶解度与温度的关系与温度的关系氧在液态铁中的溶解度随温度升高而增大现在学习的是第26页，共49页3、合金成分
28、对溶解度的影响 氢在二元系铁合金中的溶解度（1600）氢溶解度SH/ml.(100g)-1合金元素含量wMe/%氮在二元系铁合金中的溶解度（1600）合金元素含量wMe/%氮溶解度SN/液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则降低气体的溶解度。现在学习的是第27页，共49页第三节第三节 气体对金属的氧化气体对金属的氧化 主要讨论主要讨论主要讨论主要讨论OO2 2、COCO2 2、H H2 2OO等气体对金属的氧化。等气体对金属的氧化。等气体对金属的氧化。等气体对金属的氧化。一、金属氧化还原方向的判据一、金属氧
29、化还原方向的判据二、氧化性气体对金属的氧化二、氧化性气体对金属的氧化现在学习的是第28页，共49页一、金属氧化还原方向的判据pp 在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，采用采用采用采用金属氧化物的分解压金属氧化物的分解压金属氧化物的分解压金属氧化物的分解压 P Po o2 2作为金属是否被氧化的判据。作为金属是否被氧化的判据。作为金属是否被氧化的判据。作为金属是否被氧化的判据。2 MeO 2 MeO 2Me +O 2Me +O2 2p
30、p若氧在金属氧氧化物系统中的实际分压为若氧在金属氧氧化物系统中的实际分压为若氧在金属氧氧化物系统中的实际分压为若氧在金属氧氧化物系统中的实际分压为PoPo2 2，则，则，则，则:PoPo2 2 P Po o2 2 时，金属被氧化；时，金属被氧化；时，金属被氧化；时，金属被氧化；Po Po2 2=P Po o2 2 时，处于平衡状态；时，处于平衡状态；时，处于平衡状态；时，处于平衡状态；Po Po2 2 P Po o2 2 时，金属被还原。时，金属被还原。时，金属被还原。时，金属被还原。现在学习的是第29页，共49页pp金属氧化物的分解压是温度金属氧化物的分解压是温度金属氧化物的分解压是温度金属
31、氧化物的分解压是温度的函数，它随温度的升高而的函数，它随温度的升高而的函数，它随温度的升高而的函数，它随温度的升高而增加。增加。增加。增加。pp除了除了除了除了 Ni Ni 和和和和 Cu Cu 外，在同样外，在同样外，在同样外，在同样温度下，温度下，温度下，温度下，FeOFeO的分解压最大，的分解压最大，的分解压最大，的分解压最大，即最不稳定。即最不稳定。即最不稳定。即最不稳定。FeOFeO为为为为纯凝聚纯凝聚纯凝聚纯凝聚相相相相时，其分解压为：时，其分解压为：时，其分解压为：时，其分解压为：图图7-14 自由氧化物分解压与温度的关系自由氧化物分解压与温度的关系T/Lg pO2/101.3k
32、PaMoO现在学习的是第30页，共49页pp式中式中式中式中 P Poo2 2 是液态铁中是液态铁中是液态铁中是液态铁中FeOFeO的分解压；的分解压；的分解压；的分解压；FeO FeO 是溶解在液态铁中的是溶解在液态铁中的是溶解在液态铁中的是溶解在液态铁中的 FeO FeO 浓度；浓度；浓度；浓度；FeOFeOmaxmax是液态铁中是液态铁中是液态铁中是液态铁中 FeO FeO 的饱和浓度。的饱和浓度。的饱和浓度。的饱和浓度。pp由式（由式（由式（由式（7-157-15）可以看出，由于）可以看出，由于）可以看出，由于）可以看出，由于 FeO FeO 溶于液态铁中，使其分解压减溶于液态铁中，使
33、其分解压减溶于液态铁中，使其分解压减溶于液态铁中，使其分解压减小，致使小，致使小，致使小，致使 Fe Fe 更容易氧化。更容易氧化。更容易氧化。更容易氧化。p 计算得知，在高于铁熔点的温度下计算得知，在高于铁熔点的温度下 Po2 很小，例如温很小，例如温度为度为1800，液态铁中，液态铁中 FeO 的质量分数为的质量分数为1时，时，Po2=1.510-8 MPa，说明气相中只要存在微量的氧，即可，说明气相中只要存在微量的氧，即可使铁氧化。使铁氧化。p 通常情况下通常情况下FeO溶于液态溶于液态 铁中，这时其分解压为：铁中，这时其分解压为：现在学习的是第31页，共49页二、氧化性气体对金属的氧化
34、1、自由氧对金属的氧化自由氧对金属的氧化2、CO2 对金属的氧化对金属的氧化3、H2O 对金属的氧化对金属的氧化4、混合气体对金属的氧化混合气体对金属的氧化现在学习的是第32页，共49页1、自由氧对金属的氧化pp气相中气相中气相中气相中 OO2 2 的分压超过的分压超过的分压超过的分压超过 P P o o2 2 时，将使时，将使时，将使时，将使 Fe Fe 氧化：氧化：氧化：氧化：Fe +O Fe +O2 2=FeO+=FeO+26.97 kJ/mol26.97 kJ/mol Fe +O=FeO+515.76 Fe +O=FeO+515.76 kJ/molkJ/molpp由反应的热效应看，由反
35、应的热效应看，由反应的热效应看，由反应的热效应看，原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈。pp除了铁以外，钢液中其它对氧亲和力比铁大的元素也会发除了铁以外，钢液中其它对氧亲和力比铁大的元素也会发除了铁以外，钢液中其它对氧亲和力比铁大的元素也会发除了铁以外，钢液中其它对氧亲和力比铁大的元素也会发生氧化，如：生氧化，如：生氧化，如：生氧化，如：C +O C +O2 2 =CO=CO Si +O Si +O2 2 =（SiOSiO2 2）Mn +O Mn +O2 2 =（MnOMnO）现在学习的是第33页，共49页纯纯
36、COCO2 2高温分解得到的平衡气相成分和气相中氧的分压高温分解得到的平衡气相成分和气相中氧的分压 P Po o2 2 随温度升高，气相的氧化性增加。随温度升高，气相的氧化性增加。随温度升高，气相的氧化性增加。随温度升高，气相的氧化性增加。2、CO2对金属的氧化温度温度/K/K18001800200020002200220025002500300030003500350040004000气相成分气相成分(体体积积分数分数 )/COCO2 299.3499.3497.7497.7493.9493.9481.1081.1044.2644.2616.6916.695.925.92COCO0.440.
37、441.511.514.044.0412.6012.6037.1637.1655.5455.5462.7262.72O O2 20.220.220.760.762.022.026.306.3018.5818.5827.7727.7731.3631.36气相中氧的分气相中氧的分压压 p pO2O2/101.325kPa/101.325kPa2.22.21010-3-37.67.61010-3-32.022.021010-2-26.36.31010-2-218.5818.581010-2-227.7727.771010-2-231.3631.361010-2-2PPO2 O2 FeOFeOmaxm
38、ax/101.325kPa/101.325kPa3.813.811010-9-91.081.081010-7-71.351.351010-6-65.35.31010-5-5当温度高于当温度高于当温度高于当温度高于3000K3000K时，时，时，时，COCO2 2的氧化性超过了空气。的氧化性超过了空气。的氧化性超过了空气。的氧化性超过了空气。温度高于铁的熔点以后，温度高于铁的熔点以后，温度高于铁的熔点以后，温度高于铁的熔点以后，P Po o2 2 远大于远大于远大于远大于PPo o2 2高温下高温下CO2对液态铁和其他许多金属来说均为活泼的氧化剂。对液态铁和其他许多金属来说均为活泼的氧化剂。现在
39、学习的是第34页，共49页ppCOCO2 2与液态铁的反应式和平衡常数为：与液态铁的反应式和平衡常数为：与液态铁的反应式和平衡常数为：与液态铁的反应式和平衡常数为：CO CO2 2 Fe Fe CO CO FeO FeO pp温度升高时，平衡常数温度升高时，平衡常数温度升高时，平衡常数温度升高时，平衡常数K K增大，反应向右进行，促使铁氧化。增大，反应向右进行，促使铁氧化。增大，反应向右进行，促使铁氧化。增大，反应向右进行，促使铁氧化。计算表明，即使气相中只有少量的计算表明，即使气相中只有少量的计算表明，即使气相中只有少量的计算表明，即使气相中只有少量的 COCO2 2，对铁也有很大的氧，对铁
40、也有很大的氧，对铁也有很大的氧，对铁也有很大的氧化性。因此，用化性。因此，用化性。因此，用化性。因此，用COCO2 2作保护气体只能防止空气中氮的侵入，作保护气体只能防止空气中氮的侵入，作保护气体只能防止空气中氮的侵入，作保护气体只能防止空气中氮的侵入，不能避免金属的氧化。不能避免金属的氧化。不能避免金属的氧化。不能避免金属的氧化。pp 用用用用COCO2 2 作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。现在学习的是第35页，共49页3、H2O对金属的氧化
41、ppH H2 2O O 气与气与气与气与 Fe Fe 的反应式和平衡常数为：的反应式和平衡常数为：的反应式和平衡常数为：的反应式和平衡常数为：H H2 2OO气气气气 Fe Fe FeO FeO H H2 2 可见，可见，可见，可见，温度越高，温度越高，温度越高，温度越高，H H2 2O O 的氧化性越强的氧化性越强的氧化性越强的氧化性越强。在液态铁存在的温度，在液态铁存在的温度，在液态铁存在的温度，在液态铁存在的温度，H H2 2O O 气的氧化性比气的氧化性比气的氧化性比气的氧化性比 COCO2 2 小小小小。但。但。但。但应注意，应注意，应注意，应注意，H H2 2OO气除了使金属氧化外
42、，气除了使金属氧化外，气除了使金属氧化外，气除了使金属氧化外，还会提高气相中还会提高气相中还会提高气相中还会提高气相中 H H2 2 的分压，导致金属增氢的分压，导致金属增氢的分压，导致金属增氢的分压，导致金属增氢。现在学习的是第36页，共49页4、混合气体对金属的氧化pp焊接电弧空间的气相焊接电弧空间的气相焊接电弧空间的气相焊接电弧空间的气相是由多种气相成分混是由多种气相成分混是由多种气相成分混是由多种气相成分混和而成。对于不同的和而成。对于不同的和而成。对于不同的和而成。对于不同的焊接方法与焊材情况焊接方法与焊材情况焊接方法与焊材情况焊接方法与焊材情况下，焊接区气相会有下，焊接区气相会有下
43、，焊接区气相会有下，焊接区气相会有不同的组成。不同的组成。不同的组成。不同的组成。O/g.(100g)-1，wO/%ArCO2CO2，O2/%O2/%不同气体保护焊对于熔敷金属中含氧量的影响见下图。不同气体保护焊对于熔敷金属中含氧量的影响见下图。熔敷金属中熔敷金属中O与保护气体成分的关系与保护气体成分的关系 实线实线O 虚线虚线wO(焊丝焊丝H08Mn2Si 1.6mm 母材低碳钢母材低碳钢)现在学习的是第37页，共49页表表表表7-2 7-2 7-2 7-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分碳钢焊条电弧焊焊接区室温时
44、的气相成分低氢型焊条低氢型焊条低氢型焊条低氢型焊条焊接时，气相中焊接时，气相中焊接时，气相中焊接时，气相中H H2 2和和和和H H2 2OO的含量很少，故称的含量很少，故称的含量很少，故称的含量很少，故称“低氢型低氢型低氢型低氢型”；酸性焊条酸性焊条酸性焊条酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中焊接时氢含量均较高，其中焊接时氢含量均较高，其中焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条纤维素型焊条纤维素型焊条纤维素型焊条的最大。的最大。的最大。的最大。药药 皮皮 类类 型型气相成分（体气相成分（体积积分数）分数）/%/%备备 注注COCOCOCO2 2H H2 2H H2 2O O高高钛钛型（型（J421
45、J421）46.746.75.35.334.534.513.513.5焊焊条在条在110110烘干烘干2h2h钛钙钛钙型（型（J422J422）50.750.75.95.937.537.55.75.7钛铁矿钛铁矿型（型（J423J423）48.148.14.84.836.636.610.510.5氧化氧化铁铁型（型（J424J424）55.655.67.37.324.024.013.113.1纤维纤维素型（素型（J425J425）42.342.32.92.941.241.212.612.6低低氢氢型（型（J427J427）79.879.816.916.91.81.81.51.5酸性焊条电弧焊电
46、弧空间的氧化性远大于碱性。酸性焊条电弧焊电弧空间的氧化性远大于碱性。现在学习的是第38页，共49页第四节第四节 气体的影响与控制气体的影响与控制一、气体对金属质量的影响二、气体的控制措施现在学习的是第39页，共49页一、气体对金属质量的影响 残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于气体元素在金属中的存在状态气体元素在金属中的存在状态气体元素在金属中的存在状态气体元素在金属中的存在状态。室温下室温下 N、H、O 在金属中的溶解度极低，在金属中的溶解度极低
47、，残留在接头中的残留在接头中的 HR易导致延迟裂纹和氢脆。易导致延迟裂纹和氢脆。固溶态固溶态化合物化合物独立气相独立气相弥散状（氮化物）弥散状（氮化物）块状（氧化物、氮化物）块状（氧化物、氮化物）强化、脆化强化、脆化 夹杂夹杂气孔（氢气孔，氮气孔，气孔（氢气孔，氮气孔，CO气孔）气孔）现在学习的是第40页，共49页二、气体的控制措施 1限制气体的来源 2控制工艺参数3冶金处理现在学习的是第41页，共49页1限制气体的来源pp氮主要来源于空气氮主要来源于空气氮主要来源于空气氮主要来源于空气，它一旦进入液态金属，去除就比较困，它一旦进入液态金属，去除就比较困，它一旦进入液态金属，去除就比较困，它一
48、旦进入液态金属，去除就比较困难。因此，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止难。因此，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止难。因此，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止难。因此，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止空气与金属接触。空气与金属接触。空气与金属接触。空气与金属接触。熔炼时造渣覆盖（真空、惰性气体）保护；熔炼时造渣覆盖（真空、惰性气体）保护；焊接时，惰性气体或气渣联合保护。焊接时，惰性气体或气渣联合保护。p 氢主要来源于水分氢主要来源于水分，包括原材料（炉料、造渣材料、母材、焊接材料，包括原材料（炉料、造渣材料、母材、焊接材料等）本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及铁
49、锈或氧化膜中的结晶等）本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及铁锈或氧化膜中的结晶水、化合水等。材料内的水、化合水等。材料内的碳氢化合物碳氢化合物和材料表面的和材料表面的油污油污等也是氢的重要等也是氢的重要来源。来源。p 氧主要来源于焊材或矿石，氧主要来源于焊材或矿石，在焊接要求比较高的合金钢和活泼金在焊接要求比较高的合金钢和活泼金属时，应属时，应尽量选用不含氧或氧含量少的焊接材料尽量选用不含氧或氧含量少的焊接材料，如采用高纯度的惰性，如采用高纯度的惰性保护气体，采用低氧或无氧的焊条、焊剂等。保护气体，采用低氧或无氧的焊条、焊剂等。限制措施为焊材存放中防吸潮、焊前烘干和去油污。限制措施为焊材存放
50、中防吸潮、焊前烘干和去油污。现在学习的是第42页，共49页2控制工艺参数pp增大电弧电压时，保护效果变差，液态金属与空气的接触增大电弧电压时，保护效果变差，液态金属与空气的接触增大电弧电压时，保护效果变差，液态金属与空气的接触增大电弧电压时，保护效果变差，液态金属与空气的接触机会增多，使焊缝中氮、氧的含量增加。因此，应尽量采机会增多，使焊缝中氮、氧的含量增加。因此，应尽量采机会增多，使焊缝中氮、氧的含量增加。因此，应尽量采机会增多，使焊缝中氮、氧的含量增加。因此，应尽量采用用用用短弧焊短弧焊短弧焊短弧焊。p 焊接电流增加时，焊接电流增加时，熔滴过渡频率增加熔滴过渡频率增加，气体与熔滴作用时间缩