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1、关于焊接气体与金属的相互作用第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1 1第一页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2 2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第二页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作
2、用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用3 3第一节第一节 气体的来源与产生气体的来源与产生第三页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4 4一、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焊条条药药皮皮、焊焊剂剂、焊焊芯芯的的造造气气剂剂;高高价价氧氧化化物物及及有有机机物物的的分分解解气气体体;母母材材坡坡口口的的油油污污、油油漆漆、铁铁锈锈、水水分分;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
3、及其杂质气体.直接进入直接进入间接分解间接分解第四页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用5 51 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材料的蒸发材料的蒸发 4 4、气体的分解、气体的分解二、焊接区内的气体产生二、焊接区内的气体产生*第五页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用6 61有机物的分解和燃烧有机物的分解和燃烧 焊条药皮中
4、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（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 CO2(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。第六页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用7 7
5、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（CaCOCaCO3 3、MgCOMgCO3 3 等）的分解等）的分解 CaCOCaCO3 3=CaO+=CaO+COCO2 2 MgCO MgCO3 3=MgO+=MgO+COCO2 2（545545 910910）（325325 650650）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 MnO2）的分解）的分解 6 Fe2O3=4 Fe3O4+O2 2 Fe3O4=6 FeO+O2 4 MnO2=2 Mn2O3+O2 6 Mn2O3=4 Mn3O4+O2第七页，本
6、课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用8 83材料的蒸发材料的蒸发 焊焊接接过过程程中中，除除了了焊焊接接材材料料和和母母材材表表面面的的水水分分发发生生蒸蒸发发外外，金金属属元元素素和和熔熔渣渣的的各各种种成成分分在在电电弧弧高高温温作作用用下下也也会会发发生生蒸蒸发发，形成相当多的蒸气。形成相当多的蒸气。金属材料中金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn 氟化物中氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF 极易蒸发极易蒸发 第八页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体
7、与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用9 9p后果：后果：合金元素的损失；合金元素的损失；产生焊接缺陷；产生焊接缺陷；增加焊接烟尘，污染环境，影响增加焊接烟尘，污染环境，影响 焊工身体健康。焊工身体健康。第九页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1010表表表表3-1 3-1 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
8、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。第十页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用11114、气体的分解、气体的分解 简单气体（指简单气体（指 F2 2、H2、OO2、N2等双原子气体）的分解等双原子气体）的分解；复杂气体
9、（指复杂气体（指CO2和和H2O等）的分解，分解产物在高温下还可等）的分解，分解产物在高温下还可进一步分解和电离。进一步分解和电离。第十一页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1212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）第十二页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属
10、的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1313第十三页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1414第二节第二节 气体在金属中的溶解气体在金属中的溶解 在在焊焊接接过过程程中中，与与液液态态金金属属接接触触的的气气体体可可分分为为简简单单气气体体和和复复杂杂气气体体两两大大类类。前前者者如如H2、N2、O2等等，后后者者如如CO2、H2O、CO等。等。一、气体的溶解过程一、气体的溶解过程 二、气体的溶解度二、气体的溶解度第十四页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊
11、接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1515一、气体的溶解过程一、气体的溶解过程p 原子或离子状态原子或离子状态 直接溶入直接溶入液态金属；液态金属；分分子子状状态态的的气气体体 先先分分解解为为原原子子或或离离子子之后再溶解到液态金属中。之后再溶解到液态金属中。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*：吸附吸附 分解分解 溶入溶入 分解分解 吸附吸附 溶入溶入 第十五页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用
12、1616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 氮溶解过程氮溶解过程氮溶解过程氮溶解过程第十六页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1717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 焊接温度下氢、氧等气体的溶解过程焊接温度下氢、氧等气体的溶解过程焊接温度下氢、氧等气体的溶解过程焊接温度下氢、氧等气体的溶解过程第十七页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互
13、作用1818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 氮溶解过程氮溶解过程氮溶解过程氮溶解过程 氢、氧等气体的溶解过程氢、氧等气体的溶解过程氢、氧等气体的溶解过程氢、氧等气体的溶解过程第十八页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用1919二、气体的溶解度二、气体的溶解度*p溶解度溶解度 在一定压力和温度条件在一定压力和温度条件下，气体溶入金属的饱和浓度。下，气体溶入金属的饱和浓度。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压力与压力与温度温度第十九
14、页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用20201压力和温度的影响压力和温度的影响p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：pPx 为为气体分压气体分压，Px 溶解度溶解度pKx 为常数，取决于为常数，取决于温度温度和和金属金属的种类。的种类。第二十页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2121 金属吸收气体金属吸收气体为为吸热反应吸热反应，溶，溶解度随温度的升解度随温度的升
15、高而增加；金属高而增加；金属吸收气体为吸收气体为放热放热反应反应，溶解度随，溶解度随温度的上升而降温度的上升而降低。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溶溶解解度度温度温度12 金金属属发发生生相相变变时时，由由于于金金属属组组织织结结构构的的变变化化，气气体体的的溶溶解解度度将将发发生生突突变变。液液相相比比固固相相更更有利于气体的溶解。有利于气体的溶解。当金属由液相转当金属由液相转变为固相时，溶解变为固相时，溶解度的度的突然突然下降将对下降将对焊件中焊件中气孔气孔的形成的形成产生产生直接直接的影响。的影响。第二十一页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊
16、接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2222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 2、氮、氢、氧在金属中的溶解度第二十二页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2323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
17、在奥氏体中的溶解度大于铁素体。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。第二十三页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2424温度温度 T/溶溶解解度度SO/%氧在铁中的溶解度氧在铁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第二十四页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2525SH/mL.(100g)-1T/图图 氢在不同金属
18、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(氢的溶解是吸热反应氢的溶解是吸热反应)b）II类金属类金属a）SH/mL.(100g)-1T/b）3 3、合金成分对溶解度的影响、合金成分对溶解度的影响第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。第二十五页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用26263、合金成分对溶解度的影响 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/
19、%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。第二十六页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2727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O2、CO2、H2O等气体等气体对金属的氧化。对金属的氧化。一、金属氧化还原方向的判据一、金属氧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
20、的氧化第二十七页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2828一、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，采用的系统中，采用金属氧化物的分解压金属氧化物的分解压 Po2作为金作为金属是否被氧化的判据。属是否被氧化的判据。2 MeO 2Me +O2pp 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Po2，则，则:Po2 Po2 时，金属被氧化；时，金属被氧化；Po2=Po2 时，处于平衡状态
21、；时，处于平衡状态；Po2 Po2 时，金属被还原。时，金属被还原。第二十八页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用2929 金属氧化物的分解压金属氧化物的分解压是温度的函数，它随温是温度的函数，它随温度的升高而增加。度的升高而增加。除了除了Cu2O和和NiO外，外，在同样温度下，在同样温度下，FeO的的分解压最大，即最不分解压最大，即最不稳定。稳定。FeO为纯凝聚相为纯凝聚相时，其分解压为：时，其分解压为：图图 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
22、.3kPaMoO第二十九页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用3030pp式中式中式中式中 P P o o2 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由上式可以看出，由于由上式
23、可以看出，由于由上式可以看出，由于由上式可以看出，由于 FeO FeO 溶于液态铁中，使其分解压减小，溶于液态铁中，使其分解压减小，溶于液态铁中，使其分解压减小，溶于液态铁中，使其分解压减小，致使致使致使致使 Fe Fe 更容易氧化。更容易氧化。更容易氧化。更容易氧化。p 计计算算得得知知，在在高高于于铁铁熔熔点点的的温温度度下下Po2 很很小小，例例如如温温度度为为1800，液液态态铁铁中中FeO的的质质量量分分数数为为1时时，Po2=1.510-8 MPa，说说明明气气相相中中只只要要存存在在微量的氧，即可使铁氧化。微量的氧，即可使铁氧化。p 通常情况下通常情况下FeO溶于液态溶于液态 铁
24、中，这时其分铁中，这时其分解压为：解压为：第三十页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用3131二、氧化性气体对金属的氧化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第三十一页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用32321、自由氧对金属的氧化、自由氧对金属的氧化 气相中气相中 O2
25、 的分压超过的分压超过 Po2 时，将使时，将使 Fe 氧化：氧化：Fe +O2=FeO+26.97 kJ/mol Fe +O=FeO+515.76 kJ/mol 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原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈。更激烈。除了铁以外，其它对氧亲和力比铁大的元素也会除了铁以外，其它对氧亲和力比铁大的元素也会发生氧化，如：发生氧化，如：C +O2 =CO Si +O2 =（SiO2）Mn +O2 =（MnO）第三十二页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用
26、3333纯纯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 2、COCO2 2对金属的氧化对金属的氧化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
27、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。第三十三页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用3434ppCO2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：CO2 Fe CO FeO pp温温度度升升高高时时，平平衡衡常常数数K增增大大，反反应应向向右右进进行行，促促使使铁铁氧氧化化。计计算算表表明明，即即使使气气相相中中只只有有少少量量的的 CO2，对铁也有很大的氧化性。，对铁也有很大的氧化性。pp因
28、因此此，用用CO2作作保保护护气气体体只只能能防防止止空空气气中中氮氮的的侵侵入入，不能避免金属的氧化。不能避免金属的氧化。pp 用用CO2 作作为为保保护护气气体体焊焊接接时时，应应该该在在焊焊丝丝中中增增加加脱氧元素。脱氧元素。第三十四页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用35353 3、H H2 2O O对金属的氧化对金属的氧化pH2O 气与气与 Fe 的反应式和平衡常数为：的反应式和平衡常数为：H2O气气FeFeOH2 可见，可见，温度越高，温度越高，H2O的氧化性越强。的氧化性越强
29、。H2O气气除除了了使使金金属属氧氧化化外外，还还会会提提高高气气相相中中 H2 的分压，导致金属增氢的分压，导致金属增氢。第三十五页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用36364、混合气体对金属的氧化pp焊焊接接电电弧弧空空间间的的气气相相是是由由多多种种气气相相成成分分混混和和而而成成。对对于于不不同同的的焊焊接接材材料料，焊焊接接区区气气相相会会有有不不同同的的组组成。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
30、。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)第三十六页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用3737表表3-2 3-2 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
31、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。酸性焊条电弧焊电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。第三十七页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用3838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一、
32、气体对金属质量的影响二、气体的控制措施二、气体的控制措施第三十八页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用3939一、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残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于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。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，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（
33、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）第三十九页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4040二、气体的控制措施 1限制气体的来源 2控制工艺参数3冶金处理第四十页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用41411限制气体的来源p氮氮主主要要来来源源于于空空气气，它它一一旦旦进进入入液液态态金
34、金属属，去去除除就就比比较较困困难难。因因此此，控控制制氮氮的的首首要要措措施施是是加加强强对对金金属属的的保保护护，防防止止空气与金属接触。空气与金属接触。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。第四十一页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4242 氢氢主主要要来来源源于于水水分分，包包括括原原材材料料本本身身含含有有的的水水分分、材材料料表表面面吸吸附附的的水水分分以以及及铁铁锈锈或或氧氧化化膜膜中中的的结结晶晶水水、化化合合水水等等。材材料料内内的的碳碳氢氢化
35、化合合物物和和材材料料表表面面的的油污油污等也是氢的重要来源。等也是氢的重要来源。限限制制措措施施为为焊焊材材存存放放中中防防吸吸潮潮、焊焊前烘干和去油污。前烘干和去油污。第四十二页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4343 氧氧主主要要来来源源于于焊焊材材，在在焊焊接接要要求求比比较较高高的的合合金金钢钢和和活活泼泼金金属属时时，应应尽尽量量选选用用不不含含氧氧或或氧氧含含量量少少的的焊焊接材料接材料。如如采采用用高高纯纯度度的的惰惰性性保保护护气气体体，采用低氧或无氧的焊条、焊剂等。采
36、用低氧或无氧的焊条、焊剂等。第四十三页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用44442控制工艺参数pp增增大大电电弧弧电电压压时时，保保护护效效果果变变差差，液液态态金金属属与与空空气气的的接接触触机机会会增增多多，使使焊焊缝缝中中氮氮、氧氧的的含含量量增增加加。因因此，应尽量采用此，应尽量采用短弧焊短弧焊。p 焊焊接接电电流流增增加加时时，熔熔滴滴过过渡渡频频率率增增加加，气气体体与与熔熔滴滴作作用用时时间间缩缩短短，焊焊缝缝中中氮氮、氧氧含含量量减减少少。此此外外，焊焊接接方方法法、熔熔滴
37、滴过过渡渡特特性性、电电流流种种类类等等也也有有一一定定的的影响。影响。第四十四页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用45453 3冶金处理冶金处理 采采用用冶冶金金方方法法对对液液态态金金属属进进行行脱脱氢氢、脱脱氮氮、脱脱氧氧等等除除气气处处理理，是是降降低低金金属属中中气气体体含量的有效方法。含量的有效方法。第四十五页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4646 焊接过程中的脱氢焊接
38、过程中的脱氢 （1）在焊条药皮和焊剂中加入氟化物）在焊条药皮和焊剂中加入氟化物 （2）控制焊接材料的氧化势）控制焊接材料的氧化势 （3）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素 （4）焊后消氢处理）焊后消氢处理 第四十六页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4747（1 1）在焊条药皮和焊剂中加入氟化物）在焊条药皮和焊剂中加入氟化物 主主要要是是CaF2，焊焊条条药药皮皮中中加加入入78，即即可可急急剧剧减减少少焊焊缝缝的的氢氢含含量量。氟氟化化物物的去氢机理主要有以下
39、两种：的去氢机理主要有以下两种：在酸性渣中：在酸性渣中：CaF2和和SiO2共存时能发生如下化学反应：共存时能发生如下化学反应：2CaF2+3SiO2 =2CaSiO3+SiF4 生生成成的的气气体体 SiF4 沸沸点点很很低低，它它以以气气态态形形式存在。式存在。第四十七页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4848 SiF4与与气气相相中中的的原原子子氢氢和和水水蒸蒸气气发发生反应：生反应：SiF4 +3 H=SiF+3 HF SiF4 +2H2O=SiO2+4HF 反反应应生生成成的的
40、HF在在高高温温下下比比较较稳稳定定，故能降低焊缝的氢含量。故能降低焊缝的氢含量。第四十八页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用4949 在碱性焊条药皮在碱性焊条药皮 中，中，CaF2首先与药皮中的水玻璃发生反应：首先与药皮中的水玻璃发生反应：Na2O.n SiO2+mH2O=2NaOH+nSiO2(m-1)H2O 2NaOH+CaF2 =2 NaF +Ca(OH)2 K2O.n SiO2+mH2O=2KOH+nSiO2(m-1)H2O 2 KOH +CaF2 =2KF +Ca(OH)2 第
41、四十九页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用5050与此同时，与此同时，CaF2与水蒸气和氢发生如下反应：与水蒸气和氢发生如下反应：CaF2+H2O=CaO+2HF CaF2+2H=Ca+2HF上述反应生成的上述反应生成的 NaF 和和 KF 与与 HF 发生反应：发生反应：NaF+HF=NaHF2 KF+HF=KHF2 生成的氟化氢钠和氟化氢钾进入焊接烟尘，从生成的氟化氢钠和氟化氢钾进入焊接烟尘，从而达到了去氢的目的。而达到了去氢的目的。第五十页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章
42、焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用5151（2 2）控制焊接材料的氧化势）控制焊接材料的氧化势 气气相相中中的的氧氧可可以以夺夺取取氢氢，生生成成较较稳稳定定的的OH，从从而而减减小小气气相相中中的的氢氢分压，降低熔池中氢的浓度。分压，降低熔池中氢的浓度。因因此此,适适当当提提高高气气相相的的氧氧化化性性，有有利于降低焊缝的氢含量。利于降低焊缝的氢含量。第五十一页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用5252 焊焊条条药药皮皮中中加
43、加入入碳碳酸酸盐盐或或 Fe2O3，或或采采用用 CO2 作作保保护护气气体体，均均可可获获得得氢氢含含量量较较低低的焊缝。的焊缝。因因为为碳碳酸酸盐盐受受热热后后分分解解出出CO2，Fe2O3则则分分解解出出O2，能能促促使使下下列列反反应应向向右右进进行行：O+H=OH O2+H2=2OH 2CO2+H2=2CO+2OH第五十二页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用5353（3 3）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素p焊条药皮中加入焊条药皮中加入微量的钇微量的
44、钇，可显著降低焊，可显著降低焊缝中缝中扩散氢扩散氢的含量，同时能提高焊缝的韧性。的含量，同时能提高焊缝的韧性。pp微量元素微量元素碲碲和和硒硒也有很强的去氢作用。也有很强的去氢作用。第五十三页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用5454（4 4）焊后消氢处理焊后消氢处理p焊焊后后立立即即将将焊焊件件加加热热到到350，保保温温1h，可可使使绝绝大大部部分分的的扩扩散散氢氢去去除除。在在生生产产上上，对对于于易易产产生生冷冷裂裂的的焊焊件件常常要要求求进进行行焊焊后后脱脱氢氢处理。处理。p但但对对于于奥奥氏氏体体钢钢焊焊接接接接头头，脱脱氢氢处处理理效效果果不不大。大。第五十四页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用5555第五十五页，本课件共有56页第三章第三章第三章第三章 焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用焊接气体与金属的相互作用感谢大家观看第五十六页，本课件共有56页