焊接技術(shù) 1 焊接化學(xué)冶金

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1、1焊接冶金與金屬焊接性焊接冶金與金屬焊接性焊接冶金與金屬焊接性焊接冶金與金屬焊接性 第一章第一章第一章第一章焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 熔化焊時，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用熔化焊時，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用的過程的過程焊接化學(xué)冶金過程焊接化學(xué)冶金過程。2第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 第一節(jié)第一節(jié) 焊接化學(xué)冶金過程的特點焊接化學(xué)冶金過程的特點與煉鋼過程相比，基本原理相同，只是更復(fù)雜與煉鋼過程相比，基本原理相同，只是更復(fù)雜動態(tài)過程。動態(tài)過程。一、焊條熔化及熔池形成一、焊條熔化及熔池形成（一）焊條的加熱及熔化（

2、一）焊條的加熱及熔化1 1、焊條的加熱、焊條的加熱電弧熱，電阻熱，化學(xué)反應(yīng)熱電弧熱，電阻熱，化學(xué)反應(yīng)熱 按照焊接電源的種類、熱效率，控制焊條和藥按照焊接電源的種類、熱效率，控制焊條和藥皮溫度在皮溫度在600 650oC。qe=eUI e約為約為0.2 0.27 3第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2、焊條金屬的平均熔化速度、焊條金屬的平均熔化速度在單位時間內(nèi)熔化的焊芯質(zhì)量或長度在單位時間內(nèi)熔化的焊芯質(zhì)量或長度 在正常焊接工藝參數(shù)下在正常焊接工藝參數(shù)下 gM=G/t=pI在實際焊接時在實際焊接時 部分金屬燒損部分金屬燒損 gD=GD/t=HI損失的金

3、屬部分與與熔化的焊芯質(zhì)量之比稱為損失的金屬部分與與熔化的焊芯質(zhì)量之比稱為損失系數(shù)損失系數(shù) 熔化速度熔化速度 熔敷速度熔敷速度 4第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 3 3、焊接金屬熔滴及其過渡特性、焊接金屬熔滴及其過渡特性焊條端部熔化形成的滴狀液態(tài)金屬稱為熔滴焊條端部熔化形成的滴狀液態(tài)金屬稱為熔滴 熔滴特性熔滴特性至關(guān)重要至關(guān)重要焊接過程焊接過程穩(wěn)定性穩(wěn)定性焊接冶金焊接冶金焊縫成形焊縫成形重點研究重點研究5第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （1 1）熔滴過渡的形式）熔滴過渡的形式短路過渡短路過渡長大的熔滴與熔池接

4、觸長大的熔滴與熔池接觸短路熄弧短路熄弧 再次引弧再次引弧顆粒狀過渡顆粒狀過渡顆粒狀液滴直接進入熔池顆粒狀液滴直接進入熔池附壁過渡附壁過渡與熔池壁接觸，短路與熔池壁接觸，短路 熔滴的過渡形式、尺寸和過渡頻率取決于熔滴的過渡形式、尺寸和過渡頻率取決于藥皮的成分與厚度、焊芯直徑、焊接電流與極藥皮的成分與厚度、焊芯直徑、焊接電流與極性等因素。性等因素。6第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 增加焊增加焊接電流，接電流，使熔滴使熔滴變細變細7第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （2 2）熔滴的比表面積和相互作用時間）熔滴的比表

5、面積和相互作用時間比表面積比表面積 相互作用時間相互作用時間 金屬與氣體和熔渣的高溫多相反應(yīng)金屬與氣體和熔渣的高溫多相反應(yīng) 直接影響直接影響（0.01-1.0s）(103-104cm2/kg)8第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （3 3）熔滴的溫度）熔滴的溫度實測手工電弧焊低碳鋼時，熔滴溫度平均為實測手工電弧焊低碳鋼時，熔滴溫度平均為21002700K。熔滴溫度隨電流增加而升高，隨焊條直徑增加而降低熔滴溫度隨電流增加而升高，隨焊條直徑增加而降低 9第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）熔池的形成（二）熔池的形

6、成熔化的焊條和母材組成的有一定幾何形狀的液體金屬熔化的焊條和母材組成的有一定幾何形狀的液體金屬10第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 1 1、熔池的形狀和尺寸、熔池的形狀和尺寸熔池的深度和寬度是沿熔池的深度和寬度是沿X X軸連續(xù)變化的。軸連續(xù)變化的。一般情況下一般情況下 電流增加電流增加 熔池的最大寬度減小，最大深度增大熔池的最大寬度減小，最大深度增大 電弧電壓增加電弧電壓增加 熔池的最大寬度增大，最大深度減小熔池的最大寬度增大，最大深度減小 熔池的長度：熔池的長度：L=P2UI 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 熔池的上表面積計算困難，一般為熔池的上表面積計算困難，一

7、般為14cm2 cm2/kg熔池的比表面積，一般為熔池的比表面積，一般為313011第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2、熔池的質(zhì)量和存在時間、熔池的質(zhì)量和存在時間 手弧焊時熔池的質(zhì)量通常在手弧焊時熔池的質(zhì)量通常在0.616g范圍之內(nèi)，范圍之內(nèi)，多數(shù)情況下小于多數(shù)情況下小于5g。熔池的最大存在時間取決于熔池的長度熔池的最大存在時間取決于熔池的長度L和焊速和焊速v tmax=L/v tcp=mp/vAw (幾秒到幾十秒）幾秒到幾十秒）熔池存在時間很短熔池存在時間很短 化學(xué)冶金反應(yīng)很不充分化學(xué)冶金反應(yīng)很不充分 成分不均勻，偏析，氣孔成分不均勻，偏析，氣

8、孔 12第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 3 3、熔池的溫度、熔池的溫度 熔池的溫度不均勻。電弧下面的熔池表面最高，后端低。熔池的溫度不均勻。電弧下面的熔池表面最高，后端低。熔化熔化凝固凝固 低碳鋼，熔池的平均溫度取決于母材的性質(zhì)和散熱條低碳鋼，熔池的平均溫度取決于母材的性質(zhì)和散熱條件。一般平均件。一般平均1770 100oC 13第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 3 3、熔池的溫度、熔池的溫度 14第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 4 4、熔池中流體的運動狀態(tài)、熔池中

9、流體的運動狀態(tài) 熔池內(nèi)金屬的劇烈運動，熔池內(nèi)金屬的劇烈運動，是焊縫形成的重要條件是焊縫形成的重要條件 熔池中液態(tài)金屬的運動，使：熔池中液態(tài)金屬的運動，使：a.a.成分均勻化成分均勻化b.b.氣體和夾雜逸出，加速冶金反應(yīng)，消除焊接缺陷。氣體和夾雜逸出，加速冶金反應(yīng)，消除焊接缺陷。C.C.在熔合區(qū)，由于受到母材未熔化金屬的作用，金在熔合區(qū)，由于受到母材未熔化金屬的作用，金屬的運動受阻，這一部分的反應(yīng)是不均勻的。屬的運動受阻，這一部分的反應(yīng)是不均勻的。15第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2、比表面積大、比表面積大3 3、相互作用時間短、相互作用時間短1

10、 1、溫度高、溫度高 熔滴特點：熔滴特點：）熔池的質(zhì)量一般小于克）熔池的質(zhì)量一般小于克）比表面積較小，約為）比表面積較小，約為3-130cm3-130cm2 2/kg/kg（10 103 3-10-104 4cmcm2 2/kg/kg）。）。）存在時間略長，但也不過幾十秒）存在時間略長，但也不過幾十秒（0.010.01.s s）。）。）熔池的平均溫度較低，約為）熔池的平均溫度較低，約為160016001900 1900 o oC C（180018002400 2400 o oC C）突出特點：溫度分布極不均勻突出特點：溫度分布極不均勻）熔池劇烈運動）熔池劇烈運動熔池特點熔池特點：16第一章第一

11、章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 二、焊接過程中對金屬的保護二、焊接過程中對金屬的保護（一）保護的必要性（一）保護的必要性 保證得到與母材性能基本一致的保證得到與母材性能基本一致的焊縫金屬質(zhì)量，必須進行保護。焊縫金屬質(zhì)量，必須進行保護。冶金反應(yīng)能夠進行冶金反應(yīng)能夠進行減少氣體的溶入減少氣體的溶入防止氧化防止氧化17第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）保護的方式和效果（二）保護的方式和效果保護保護方式方式 熔渣熔渣氣體氣體熔渣和氣體熔渣和氣體真空真空自保護自保護 注意：注意：單純依靠保護并不能得到很好的焊縫金屬單純依靠

12、保護并不能得到很好的焊縫金屬成分，要研究化學(xué)冶金過程，通過調(diào)整焊接材料成分，成分，要研究化學(xué)冶金過程，通過調(diào)整焊接材料成分，對熔化金屬進行冶金處理，改善焊縫成分和性能?；瘜θ刍饘龠M行冶金處理，改善焊縫成分和性能?；瘜W(xué)冶金保護，很重要的研究方向?qū)W冶金保護，很重要的研究方向 18第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）保護的方式和效果（二）保護的方式和效果表表1-6 1-6 熔焊方法的保護方式熔焊方法的保護方式保護方式保護方式保護方式保護方式熔焊方法熔焊方法熔焊方法熔焊方法熔渣熔渣熔渣熔渣 氣體氣體氣體氣體熔渣和氣體熔渣和氣體熔渣和氣體熔渣和氣體真空真空

13、真空真空自保護自保護自保護自保護埋弧焊、電渣焊、不含造氣成分的焊條和藥芯焊埋弧焊、電渣焊、不含造氣成分的焊條和藥芯焊埋弧焊、電渣焊、不含造氣成分的焊條和藥芯焊埋弧焊、電渣焊、不含造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接絲焊接絲焊接絲焊接氣焊、在惰性氣體和其他保護氣體氣焊、在惰性氣體和其他保護氣體氣焊、在惰性氣體和其他保護氣體氣焊、在惰性氣體和其他保護氣體(如如如如CO2CO2、混、混、混、混合氣體合氣體合氣體合氣體)中焊接中焊接中焊接中焊接具有造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接具有造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接具有造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接具有造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接真空電子束焊接真空電子束焊接真空電子束焊

14、接真空電子束焊接用含有脫氧、脫氮劑的所謂自保護焊絲焊接用含有脫氧、脫氮劑的所謂自保護焊絲焊接用含有脫氧、脫氮劑的所謂自保護焊絲焊接用含有脫氧、脫氮劑的所謂自保護焊絲焊接19第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)及其反應(yīng)條件 分區(qū)域（階段）連續(xù)進行：分區(qū)域（階段）連續(xù)進行：焊條焊條熔滴熔滴熔池熔池 20第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （一）藥皮反應(yīng)區(qū)（一）藥皮反應(yīng)區(qū)溫度溫度100oC 焊條藥皮熔化溫度（鋼焊條焊條藥皮熔化溫度（鋼焊條1200oC）準(zhǔn)備階段。對熔

15、滴和熔池反應(yīng)有一定的作用。準(zhǔn)備階段。對熔滴和熔池反應(yīng)有一定的作用。不是主要反應(yīng)區(qū)不是主要反應(yīng)區(qū) 主要反應(yīng)：脫水、某些物質(zhì)的分解主要反應(yīng)：脫水、某些物質(zhì)的分解、鐵合金的氧化鐵合金的氧化 吸附水吸附水蒸發(fā)；蒸發(fā)；結(jié)晶水結(jié)晶水排除，白泥、白云母中的結(jié)晶水；排除，白泥、白云母中的結(jié)晶水；化合水化合水在更高溫度下析出。溫度與成分有關(guān)。在更高溫度下析出。溫度與成分有關(guān)。有機物，木粉、纖維素、淀粉分解和燃燒，形成有機物，木粉、纖維素、淀粉分解和燃燒，形成CO、CO2、H2等等 碳酸鹽分解：大理石碳酸鹽分解：大理石CaCO3，菱苦土，菱苦土MgCO3和高價氧化和高價氧化物物Fe2O3、MnO2分解，形成分解，

16、形成CO2、O2等等鐵合金的氧化鐵合金的氧化-先期脫氧先期脫氧21第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2、與氣體和熔渣的接觸面積大、與氣體和熔渣的接觸面積大 正常情況下，熔滴的比表面積可達正常情況下，熔滴的比表面積可達103104cm2/kg，約比煉鋼時大約比煉鋼時大1000倍。倍。3 3、各相之間的反應(yīng)時間（接觸時間）短、各相之間的反應(yīng)時間（接觸時間）短各相接觸時間平均為各相接觸時間平均為0.01.s。4 4、與熔渣發(fā)生強烈混合、與熔渣發(fā)生強烈混合1 1、溫度高、溫度高 活性斑點處約活性斑點處約2800oC。平均溫度在。平均溫度在18002400

17、oC，過熱度很大，過熱度很大，300 900 oC特點：特點：（二）熔滴反應(yīng)區(qū)（二）熔滴反應(yīng)區(qū) 22第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 總之：總之：熔滴反應(yīng)時間短，溫度高，相接觸面積大，熔滴反應(yīng)時間短，溫度高，相接觸面積大，有強烈的混合作用有強烈的混合作用反應(yīng)最激烈，許多冶金反反應(yīng)最激烈，許多冶金反應(yīng)可以達到接近終了的程度應(yīng)可以達到接近終了的程度對焊縫成分影響對焊縫成分影響最大。最大。熔滴主要反應(yīng)：熔滴主要反應(yīng)：氣體的溶解和分解，金屬的蒸氣體的溶解和分解，金屬的蒸發(fā)，金屬及其合金成分的氧化和還原，焊縫金屬發(fā)，金屬及其合金成分的氧化和還原，焊縫金屬的合金化

18、等。的合金化等。23第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （三）熔池反應(yīng)區(qū)（三）熔池反應(yīng)區(qū) 1 1、熔池反應(yīng)區(qū)的物理條件、熔池反應(yīng)區(qū)的物理條件）熔池的平均溫度較低，約為）熔池的平均溫度較低，約為16001900 oC。（。（18002400 oC）比表面積較小，約為）比表面積較小，約為3-130cm2/kg，（，（103-104cm2/kg）。）。）反應(yīng)時間略長，但也不過幾十秒）反應(yīng)時間略長，但也不過幾十秒（0.01.s）。）。）熔池劇烈運動，有利于反應(yīng)進行和氣體的逸出。）熔池劇烈運動，有利于反應(yīng)進行和氣體的逸出。）突出特點突出特點：溫度分布極不均勻，在熔

19、池的前部和后部反應(yīng)可以朝：溫度分布極不均勻，在熔池的前部和后部反應(yīng)可以朝兩個不同的方向進行。兩個不同的方向進行。前部：金屬熔化，氣體吸收，利于吸熱反應(yīng)的進行；前部：金屬熔化，氣體吸收，利于吸熱反應(yīng)的進行；后部：金屬凝固，氣體逸出，利于放熱反應(yīng)的進行后部：金屬凝固，氣體逸出，利于放熱反應(yīng)的進行24第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 Prof.Z SUNProf.Z SUN，smsesmse2 2、熔池反應(yīng)區(qū)的化學(xué)條件、熔池反應(yīng)區(qū)的化學(xué)條件 1 1）反應(yīng)物的濃度與平衡濃度之差比熔滴階段小，反）反應(yīng)物的濃度與平衡濃度之差比熔滴階段小，反 應(yīng)速度小；應(yīng)速度?。?

20、 2）當(dāng)）當(dāng)藥皮重量系數(shù)藥皮重量系數(shù)K Kb b（單位長度上藥皮與焊芯的質(zhì)（單位長度上藥皮與焊芯的質(zhì) 量比）較大時，參與和熔池金屬作用的熔渣數(shù)量比參量比）較大時，參與和熔池金屬作用的熔渣數(shù)量比參與熔滴金屬作用的數(shù)量多。與熔滴金屬作用的數(shù)量多。K Kb b大時，有一部分熔渣直大時，有一部分熔渣直接進入熔池，而不與熔滴作用接進入熔池，而不與熔滴作用影響冶金反應(yīng)；影響冶金反應(yīng)；存在存在臨界藥皮厚度臨界藥皮厚度h h0 0，在，在h h0 0以外的藥皮所形成的以外的藥皮所形成的熔渣不與熔滴作用熔渣不與熔滴作用3)3)熔池反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)物質(zhì)是不斷更新的。熔池反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)物質(zhì)是不斷更新的。25第一章第一章第

21、一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 結(jié)論：結(jié)論：熔池階段的反應(yīng)速度比熔滴階段小，并且在整熔池階段的反應(yīng)速度比熔滴階段小，并且在整個反應(yīng)過程中的貢獻也比較小。個反應(yīng)過程中的貢獻也比較小。但在某些情況下（如大厚度藥皮），熔池中的反但在某些情況下（如大厚度藥皮），熔池中的反應(yīng)也有相當(dāng)大的貢獻。應(yīng)也有相當(dāng)大的貢獻。注意：注意：焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域連續(xù)進行的。分區(qū)域焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域連續(xù)進行的。分區(qū)域 熔滴、熔池，但是連續(xù)。熔滴過程沒有進行完的熔滴、熔池，但是連續(xù)。熔滴過程沒有進行完的反應(yīng)繼續(xù)在熔池階段進行。所以要連續(xù)的、整體的考反應(yīng)繼續(xù)在熔池階段進行。所以要連續(xù)的、

22、整體的考慮問題。慮問題。26第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 四、焊接工藝條件與化學(xué)冶金反應(yīng)的關(guān)系四、焊接工藝條件與化學(xué)冶金反應(yīng)的關(guān)系 密切相關(guān)密切相關(guān)改變焊接工藝條件改變焊接工藝條件焊接冶金反應(yīng)條件變化焊接冶金反應(yīng)條件變化影響焊接冶金反應(yīng)的過程影響焊接冶金反應(yīng)的過程兩個方面兩個方面（一）熔合比的影響（一）熔合比的影響（二）熔滴過度特性的影響（二）熔滴過度特性的影響27第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （一）熔合比的影響（一）熔合比的影響焊縫金屬焊縫金屬=填充金屬填充金屬+局部熔化的母材金屬局部熔化的母材金屬

23、焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例熔合比熔合比 熔合比取決于：焊接方法、焊接規(guī)范、接頭形式熔合比取決于：焊接方法、焊接規(guī)范、接頭形式和板厚、坡口角度和形式、母材性質(zhì)、焊接材料種類和板厚、坡口角度和形式、母材性質(zhì)、焊接材料種類以及焊條（焊絲）的傾角等因素。以及焊條（焊絲）的傾角等因素。*當(dāng)母材與填充金屬的成分不同時，熔合比對焊縫金當(dāng)母材與填充金屬的成分不同時，熔合比對焊縫金屬的成分的影響尤其顯著。如屬的成分的影響尤其顯著。如 不銹鋼的焊接不銹鋼的焊接 28第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 假設(shè)焊接時沒有合金元素損失，則焊

24、縫中的假設(shè)焊接時沒有合金元素損失，則焊縫中的合金元素濃度稱為原始濃度，與熔合比的關(guān)系為：合金元素濃度稱為原始濃度，與熔合比的關(guān)系為：C0=Cb+（1-）Ce 實際中的合金元素是有損失的，則焊縫中合金實際中的合金元素是有損失的，則焊縫中合金元素的實際濃度為元素的實際濃度為 CW=Cb+（1-）Cd 熔合比影響焊縫中合金元素成分熔合比影響焊縫中合金元素成分 29第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）熔滴過渡特性的影響（二）熔滴過渡特性的影響 焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù)熔滴過渡特性熔滴過渡特性冶金化學(xué)反應(yīng)冶金化學(xué)反應(yīng) 焊接電流增加焊接電流增加 電壓減小電壓減

25、小熔滴反應(yīng)時間縮短熔滴反應(yīng)時間縮短反應(yīng)進行程度變小反應(yīng)進行程度變小 焊接電流減小焊接電流減小 電壓增大電壓增大熔滴反應(yīng)時間延長熔滴反應(yīng)時間延長反應(yīng)進行程度變大反應(yīng)進行程度變大 30五、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)系統(tǒng)及其不平衡性五、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)系統(tǒng)及其不平衡性五、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)系統(tǒng)及其不平衡性五、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)系統(tǒng)及其不平衡性 1.是一個復(fù)雜的高溫多相系統(tǒng)。是一個復(fù)雜的高溫多相系統(tǒng)。2.整個系統(tǒng)是不平衡，個別部分會有短暫的平衡狀態(tài)整個系統(tǒng)是不平衡，個別部分會有短暫的平衡狀態(tài)3.不能直接用熱力學(xué)平衡的計算公式定量分析，只能定性不能直接用熱力學(xué)平衡的計算公式定量分析，只能定性分析。分析。31第一章第一

26、章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 第二節(jié)第二節(jié) 氣相對金屬的作用氣相對金屬的作用 一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體（一）氣體的來源和產(chǎn)生（一）氣體的來源和產(chǎn)生（）氣體的物質(zhì)來源：焊接材料、母材和環(huán)境氣氛（）氣體的物質(zhì)來源：焊接材料、母材和環(huán)境氣氛）主要來源于焊接材料：焊接藥皮、焊劑和藥芯中的主要來源于焊接材料：焊接藥皮、焊劑和藥芯中的造氣劑造氣劑;高價氧化物和水分；保護氣體高價氧化物和水分；保護氣體）焊絲表面和坡口附近的鐵皮、鐵銹、油污、油漆焊絲表面和坡口附近的鐵皮、鐵銹、油污、油漆和吸附水和吸附水）周圍的空氣及其所含的水蒸汽周圍的空氣及其所含的水蒸汽）被焊

27、金屬及其合金的蒸發(fā)被焊金屬及其合金的蒸發(fā) 32第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （）氣體的供給途徑（）氣體的供給途徑1 1）、有機物的分解和燃燒）、有機物的分解和燃燒 制造焊條時用的淀粉、纖維素、糊精、藻酸制造焊條時用的淀粉、纖維素、糊精、藻酸鹽等有機物作為造氣劑和涂料增塑劑鹽等有機物作為造氣劑和涂料增塑劑 纖維素的熱分解反應(yīng)：纖維素的熱分解反應(yīng)：(C6H10O5)m+（7/2）mO2=6mCO2+5mH2 熱氧化分解反應(yīng)熱氧化分解反應(yīng) 220250oC開始分解開始分解 焊條烘干應(yīng)控制在焊條烘干應(yīng)控制在150oC，不要超過不要超過200oC 33第一章

28、第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2）、碳酸鹽和高價氧化物的分解）、碳酸鹽和高價氧化物的分解 常用碳酸鹽有常用碳酸鹽有CaCO3、MgCO3、BaCO3、白云石、白云石CaMg(CO2)2。在一定溫度下發(fā)生分解反應(yīng)。在一定溫度下發(fā)生分解反應(yīng)。*焊條烘干時注意：焊條烘干時注意：含含CaCO3焊條焊條450oC，含，含MgCO3焊條焊條300oC。焊接材料中的高價氧化物主要是焊接材料中的高價氧化物主要是Fe2O3和和MnO2。主要反應(yīng)生成氧氣。主要反應(yīng)生成氧氣。34第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 ）、材料的蒸發(fā)）、

29、材料的蒸發(fā)*取決于下面的因素：取決于下面的因素：飽和蒸氣壓（沸點）如：飽和蒸氣壓（沸點）如：Zn,Mg,Pb,MnZn,Mg,Pb,Mn在溶液中的濃度在溶液中的濃度 如：鐵合金焊接如：鐵合金焊接焊接規(guī)范：焊接規(guī)范：如如:I,U:I,U的增加加劇材料的蒸發(fā)的增加加劇材料的蒸發(fā)*結(jié)果：結(jié)果：合金元素?zé)龘p，氣相成分復(fù)雜化合金元素?zé)龘p，氣相成分復(fù)雜化焊接煙塵，污染環(huán)境，影響焊工健康焊接煙塵，污染環(huán)境，影響焊工健康）、直接輸入或侵入）、直接輸入或侵入35第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）氣體分解（二）氣體分解1 1、簡單氣體的分解、簡單氣體的分解 N2、H

30、2、O2等受熱分解為單原子或離子或電子等受熱分解為單原子或離子或電子 2 2、復(fù)雜氣體的分解、復(fù)雜氣體的分解 CO2、H2O常見的復(fù)雜氣體，高溫下分解常見的復(fù)雜氣體，高溫下分解（三）氣相的成分及其分布（三）氣相的成分及其分布對焊接質(zhì)量影響極大對焊接質(zhì)量影響極大 進一步討論各類氣體的作用進一步討論各類氣體的作用 36第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 二、氮的作用二、氮的作用 兩種情況，即兩類金屬兩種情況，即兩類金屬 一類是不與氮發(fā)生反應(yīng)也不溶解氮的金屬，一類是不與氮發(fā)生反應(yīng)也不溶解氮的金屬，如如Cu、Ni等，可以用氮氣作為焊接時的保護氣氛等，可以用氮氣作

31、為焊接時的保護氣氛 一類是溶解氮或形成氮化物的金屬，如一類是溶解氮或形成氮化物的金屬，如Fe、Ti等，焊接時要注意防止焊縫氮化等，焊接時要注意防止焊縫氮化（一）氮在金屬中的溶解N2=2N 氣體的溶解：運動吸附分解擴散氣體的溶解：運動吸附分解擴散37第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 氮在鐵中的溶解度曲線38第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 熔化金屬中含較高的原因：氮分子和原子受到激發(fā)在陰極溶解氧化性氣氛中生成，分解為和，溶于金屬39第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）

32、氮對焊接質(zhì)量的影響（二）氮對焊接質(zhì)量的影響氮在碳鋼焊縫中是有害雜質(zhì)氮在碳鋼焊縫中是有害雜質(zhì) 1 1、形成氣孔的主要原因之一、形成氣孔的主要原因之一 2 2、提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強度、提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強度、降低塑性和韌性降低塑性和韌性 3 3、促進焊縫金屬時效脆化、促進焊縫金屬時效脆化 加入氮化物形成元素，如加入氮化物形成元素，如Ti、Al、Zr等，等，可抑制或消除時效現(xiàn)象?？梢种苹蛳龝r效現(xiàn)象。40第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）氮對焊接質(zhì)量的影響（二）氮對焊接質(zhì)量的影響圖圖1-18 1-18 氮對焊縫金屬常溫氮對焊縫金屬常

33、溫 力學(xué)性能的影響力學(xué)性能的影響圖圖1-19 1-19 氮對低碳鋼焊氮對低碳鋼焊縫低溫韌性的影響縫低溫韌性的影響41第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （三）影響焊縫含氮量的因素及控制措施（三）影響焊縫含氮量的因素及控制措施1 1、焊接區(qū)保護、焊接區(qū)保護一旦溶解，難以脫出。重點是保護！一旦溶解，難以脫出。重點是保護！表表1-13 1-13 用不同方法焊接低碳鋼時焊縫的含氮量用不同方法焊接低碳鋼時焊縫的含氮量焊接方法焊接方法焊接方法焊接方法NNNN（%）焊接方法焊接方法焊接方法焊接方法NNNN（%）手手手手工工工工電電電電弧弧弧弧焊焊焊焊光焊絲電弧焊光焊絲

34、電弧焊光焊絲電弧焊光焊絲電弧焊纖維素焊條纖維素焊條纖維素焊條纖維素焊條鈦型焊條鈦型焊條鈦型焊條鈦型焊條鈦鐵礦型焊條鈦鐵礦型焊條鈦鐵礦型焊條鈦鐵礦型焊條低氫型焊條低氫型焊條低氫型焊條低氫型焊條0.080.080.080.080.2280.2280.2280.2280.0130.0130.0130.0130.0150.0150.0150.0150.0140.0140.0140.0140.0100.0100.0100.010埋弧焊埋弧焊埋弧焊埋弧焊COCOCOCO2 2 2 2氣體保護焊氣體保護焊氣體保護焊氣體保護焊氣焊氣焊氣焊氣焊熔化極氫弧焊熔化極氫弧焊熔化極氫弧焊熔化極氫弧焊藥芯焊絲明弧焊藥芯焊

35、絲明弧焊藥芯焊絲明弧焊藥芯焊絲明弧焊實心合金焊絲自保護焊實心合金焊絲自保護焊實心合金焊絲自保護焊實心合金焊絲自保護焊0.0020.0020.0020.0020.0070.0070.0070.0070.0080.0080.0080.0080.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0200.0200.0200.0200.00680.00680.00680.00680.0150.0150.0150.0150.0400.0400.0400.040 0.120.120.120.1242第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 焊

36、條藥皮、藥芯焊絲的保護效果與成分有關(guān)焊條藥皮、藥芯焊絲的保護效果與成分有關(guān) 圖圖1-20 1-20 造渣型焊條藥皮重造渣型焊條藥皮重量系數(shù)與焊縫含氮量的關(guān)系量系數(shù)與焊縫含氮量的關(guān)系圖圖1-21 1-21 氣渣聯(lián)合保護型焊條藥氣渣聯(lián)合保護型焊條藥皮中造氣劑數(shù)量與焊縫含氮量皮中造氣劑數(shù)量與焊縫含氮量的關(guān)系的關(guān)系-堿性焊條；堿性焊條；-氧化鐵型焊條氧化鐵型焊條43第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2、焊接工藝參數(shù)的影響、焊接工藝參數(shù)的影響 工藝參數(shù)有明顯的影工藝參數(shù)有明顯的影響。響。增加電壓，熔滴反應(yīng)增加電壓，熔滴反應(yīng)時間延長，電弧長度增加時間延長，電弧

37、長度增加含氮量增加。含氮量增加。電弧長度影響很大，電弧長度影響很大，要格外要格外注意。在其他保護不是很好的注意。在其他保護不是很好的情況下，盡量采用情況下，盡量采用短弧焊短弧焊。增加電流增加電流，熔滴反應(yīng)時間縮短，熔滴反應(yīng)時間縮短含氮量下降。含氮量下降。正正極性極性時比反極性高時比反極性高 圖圖1-22 1-22 手弧焊時電弧電壓手弧焊時電弧電壓對焊縫含氧和氮量的影響對焊縫含氧和氮量的影響44第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 3 3、合金元素的影響、合金元素的影響）增加碳可降低含氮量：降低溶解度；生成）增加碳可降低含氮量：降低溶解度；生成CO,CO2,

38、加強保加強保護，降低了氮的分壓；碳氧化引起熔池沸騰護，降低了氮的分壓；碳氧化引起熔池沸騰）形成穩(wěn)定氮化物的元素）形成穩(wěn)定氮化物的元素Ti、Al、Zr和和RE，同時與氧的親和，同時與氧的親和力也很大，可以減少氣相中力也很大，可以減少氣相中NO的含量的含量。圖圖1-23 1-23 焊絲中合金元素濃焊絲中合金元素濃度度C CMeMe對焊縫含氮量的影響對焊縫含氮量的影響在在101kPa101kPa空氣中焊接，空氣中焊接，25V25V，250A250A焊速焊速10cm/min10cm/min，直流反極性，直流反極性*要充分注意：重點是保護，其他作用是有限的。要充分注意：重點是保護，其他作用是有限的。45

39、第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 三、氫對金屬的作用三、氫對金屬的作用 非常有害的。研究重點之一非常有害的。研究重點之一。兩類金屬兩類金屬 另一類是不形成穩(wěn)定氫化物的金屬，主要有另一類是不形成穩(wěn)定氫化物的金屬，主要有Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等，但氫可以溶入這類金屬及等，但氫可以溶入這類金屬及合金，溶解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，高溫下吸氫量大。合金，溶解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，高溫下吸氫量大。重點重點 一類是形成穩(wěn)定氫化物的金屬，主要有一類是形成穩(wěn)定氫化物的金屬，主要有Zr、Ti、V、Ta、Nb等，與氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故在較低溫度等，與氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故在較低

40、溫度下吸氫量大，高溫時吸氫量小。焊接時要注意在固態(tài)下吸氫量大，高溫時吸氫量小。焊接時要注意在固態(tài)吸收大量的氫；吸收大量的氫；46第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 焊接方法不同，氫的溶解途徑不同：焊接方法不同，氫的溶解途徑不同：氣體保護焊時，通過氣相與液態(tài)金屬界面以氣體保護焊時，通過氣相與液態(tài)金屬界面以原子或質(zhì)子形式溶入金屬；原子或質(zhì)子形式溶入金屬；電渣焊和電渣熔煉時，通過渣層進入金屬；電渣焊和電渣熔煉時，通過渣層進入金屬；手工電弧焊和埋弧焊時，兩者兼而有之手工電弧焊和埋弧焊時，兩者兼而有之 （一）氫在金屬中的溶解47溫度的影響溫度的影響溫度的影響溫度的

41、影響第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 48氫分壓的影響氫分壓的影響氫分壓的影響氫分壓的影響氣相中的氫不完全以分子氣相中的氫不完全以分子氣相中的氫不完全以分子氣相中的氫不完全以分子狀態(tài)存在，還有相當(dāng)多的狀態(tài)存在，還有相當(dāng)多的狀態(tài)存在，還有相當(dāng)多的狀態(tài)存在，還有相當(dāng)多的原子氫和質(zhì)子等。原子氫和質(zhì)子等。原子氫和質(zhì)子等。原子氫和質(zhì)子等。第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 49第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 合金元素的影響合金元素的影響合金元素的影響合金元素的影響 ：Ti、Zr、

42、Nb及部分及部分RE提提高氫的溶解度；高氫的溶解度；氧能有效降低氫的溶解度氧能有效降低氫的溶解度 圖圖1-27 1-27 合金元素濃度合金元素濃度C CMeMe對對氫在鐵合金中溶解度的影響氫在鐵合金中溶解度的影響加熱溫度加熱溫度16001600o oC CMn、Ni、Cr、Mo影響不影響不大；大；C、Si、Al降低氫的溶解度降低氫的溶解度 組織結(jié)構(gòu)的影響組織結(jié)構(gòu)的影響組織結(jié)構(gòu)的影響組織結(jié)構(gòu)的影響面心立方大于體心立方面心立方大于體心立方面心立方大于體心立方面心立方大于體心立方50第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）焊縫金屬中的氫及其擴散（二）焊縫金屬

43、中的氫及其擴散 凝固時，來不及逸出的氫以凝固時，來不及逸出的氫以H、H+或或H-的形式存在，與焊的形式存在，與焊縫金屬形成間隙固溶體?？p金屬形成間隙固溶體。凝固時，大部分溶解氫逸出。凝固時，大部分溶解氫逸出。擴散氫。影響大。擴散氫。影響大。存在形式存在形式存在形式存在形式 擴擴擴擴散散散散氫氫氫氫：氫氫氫氫以以以以原原原原子子子子或或或或質(zhì)質(zhì)質(zhì)質(zhì)子子子子形形形形式式式式存存存存在在在在的的的的并并并并可可可可在金屬晶格中自由擴散。在金屬晶格中自由擴散。在金屬晶格中自由擴散。在金屬晶格中自由擴散。殘殘殘殘余余余余氫氫氫氫（剩剩剩剩余余余余氫氫氫氫）：氫氫氫氫原原原原子子子子擴擴擴擴散散散散聚聚聚

44、聚集集集集到到到到金金金金屬屬屬屬的的的的晶晶晶晶格格格格缺缺缺缺陷陷陷陷，顯顯顯顯微微微微裂裂裂裂紋紋紋紋和和和和非非非非金金金金屬屬屬屬夾夾夾夾雜雜雜雜物物物物的的的的邊緣空隙中，結(jié)合成分子不能自由擴散。邊緣空隙中，結(jié)合成分子不能自由擴散。邊緣空隙中，結(jié)合成分子不能自由擴散。邊緣空隙中，結(jié)合成分子不能自由擴散?？偤瑲淞靠偤瑲淞靠偤瑲淞靠偤瑲淞?擴散氫剩余氫擴散氫剩余氫擴散氫剩余氫擴散氫剩余氫51第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （三）氫對焊接質(zhì)量的影響（三）氫對焊接質(zhì)量的影響1 1、氫脆、氫脆在室溫附近使鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象。在室溫附近使鋼的塑性

45、嚴(yán)重下降的現(xiàn)象。溶解在金屬晶格中的氫引起。溶解在金屬晶格中的氫引起。對強度影響不大。脫氫后塑性可恢復(fù)。對強度影響不大。脫氫后塑性可恢復(fù)。鐵素體鋼氫脆斷口形貌鐵素體鋼氫脆斷口形貌 52第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （三）氫對焊接質(zhì)量的影響（三）氫對焊接質(zhì)量的影響2 2、白點、白點 在斷口上有在斷口上有0.53mm的白點（脆性斷裂點），的白點（脆性斷裂點），塑性大大下降。塑性材料的脆性斷裂。塑性大大下降。塑性材料的脆性斷裂。鋼對白點的敏感性不同，與合金成分有關(guān)，如碳鋼對白點的敏感性不同，與合金成分有關(guān)，如碳鋼、鋼、Cr、Ni、Mo合金化的鋼，很敏感。合

46、金化的鋼，很敏感。3 3、形成氣孔、形成氣孔4 4、產(chǎn)生冷裂紋、產(chǎn)生冷裂紋 延遲裂紋，主要危害，危害極大。延遲裂紋，主要危害，危害極大。53第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （四）抑制氫的措施（四）抑制氫的措施 1 1、限制焊接材料中的含氫量、限制焊接材料中的含氫量 盡量采用低含氫、結(jié)晶水材料，防止吸潮；盡量采用低含氫、結(jié)晶水材料，防止吸潮；適當(dāng)提高焙燒溫度。適當(dāng)提高焙燒溫度。使用再烘干，實際上的最主要措施。使用再烘干，實際上的最主要措施。2 2、清除焊絲和焊件表面的雜質(zhì)、清除焊絲和焊件表面的雜質(zhì) 鐵銹、油污、吸附水等鐵銹、油污、吸附水等*焊接鋁、鋁鎂

47、合金、鈦及其合金時，必須焊接鋁、鋁鎂合金、鈦及其合金時，必須用機械方法或化學(xué)方法清除含水的氧化膜。用機械方法或化學(xué)方法清除含水的氧化膜。54第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 3 3、冶金處理、冶金處理 調(diào)整焊接材料的成分，使之形成比較穩(wěn)定的不溶于調(diào)整焊接材料的成分，使之形成比較穩(wěn)定的不溶于液態(tài)金屬的氫化物，如液態(tài)金屬的氫化物，如HF、OH及其他穩(wěn)定氫化物及其他穩(wěn)定氫化物 具體措施具體措施 （1）在藥皮和焊劑中加入氟化物）在藥皮和焊劑中加入氟化物 CaF2、MgF2、BF2、Na3AlF6等等（2）控制焊接材料的氧化還原勢）控制焊接材料的氧化還原勢 CO

48、2+H=CO+OH O+H=OHO2+H2=2OH55第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 4 4、控制焊接工藝參數(shù)、控制焊接工藝參數(shù)有一定的作用，但效果不大，嚴(yán)格按工藝規(guī)程操作即可有一定的作用，但效果不大，嚴(yán)格按工藝規(guī)程操作即可 5 5、焊后脫氫處理、焊后脫氫處理焊后加熱進行擴散退火焊后加熱進行擴散退火 有淬火傾向的鋼，要求焊后退火處理有淬火傾向的鋼，要求焊后退火處理 對奧氏體鋼意義不大，不必要對奧氏體鋼意義不大，不必要（3）在藥皮或焊芯中加入微量的稀土或稀有元素）在藥皮或焊芯中加入微量的稀土或稀有元素 脫氫效果好，但對焊接性和材料成形性影響較大，研究的

49、問題脫氫效果好，但對焊接性和材料成形性影響較大，研究的問題 56第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 四、氧的作用四、氧的作用 兩類金屬，一類是不溶解氧，但焊接時發(fā)兩類金屬，一類是不溶解氧，但焊接時發(fā)生激烈氧化，如生激烈氧化，如Mg、Al等；另一類是有限溶解氧，等；另一類是有限溶解氧，焊接過程中也發(fā)生氧化，如焊接過程中也發(fā)生氧化，如Fe、Ni、Cu、Ti等。等。（一）氧在金屬中的溶解（一）氧在金屬中的溶解 以原子氧和以原子氧和FeO兩種形式溶于液態(tài)鐵中。兩種形式溶于液態(tài)鐵中。室溫下鐵素體不溶解氧（低于室溫下鐵素體不溶解氧（低于0.001%）。）。高溫下溶入

50、的的氧以氧化物形式存在，主要有：高溫下溶入的的氧以氧化物形式存在，主要有：FeO、SiO2、MnO、Al2O3等等 57第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （二）氧化性氣體對金屬的氧化（二）氧化性氣體對金屬的氧化 對焊接過程控制有很大幫助對焊接過程控制有很大幫助*1 1、金屬氧化還原方向的判據(jù)、金屬氧化還原方向的判據(jù) 物理化學(xué)：物理化學(xué)：金屬氧化物的分解壓可以作為判據(jù)金屬氧化物的分解壓可以作為判據(jù) 金屬金屬氧氧金屬氧化物系統(tǒng)金屬氧化物系統(tǒng)則則 氧的實際分壓為氧的實際分壓為 金屬被氧化金屬被氧化 =處于平衡狀態(tài)處于平衡狀態(tài) 金屬被還原金屬被還原58第一章第

51、一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2、自由氧對金屬的氧化、自由氧對金屬的氧化Fe+O=FeO+515.76kj/mol 3 3、CO2對金屬的氧化對金屬的氧化 CO2氣體保護焊必須使用含硅，錳高的焊絲（氣體保護焊必須使用含硅，錳高的焊絲（08Mn2Si)。Fe+1/2O2=FeO+26.97kj/mol CO2+Fe=CO+FeOSi+O2=(SiO2)Mn+1/2O2=(MnO)59第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 4 4、H2O氣對金屬的氧化氣對金屬的氧化 *焊前一定要對焊條脫水，烘干，去除焊前一定要對焊條脫水

52、，烘干，去除焊接部位的可能形成焊接部位的可能形成H2O氣的所有因素。氣的所有因素。5 5、混合氣體對金屬的氧化、混合氣體對金屬的氧化多種氣體時，主要考慮氣體中的氧分壓。多種氣體時，主要考慮氣體中的氧分壓。Fe+H2O=FeO+H260第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （三）氧對焊接質(zhì)量的影響（三）氧對焊接質(zhì)量的影響焊縫含氧量與焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)有關(guān)焊縫含氧量與焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)有關(guān) 材料及焊接方法材料及焊接方法材料及焊接方法材料及焊接方法平均含氧量平均含氧量平均含氧量平均含氧量(%)(%)材料及焊接方法材料及焊接方法材料及焊接方法材

53、料及焊接方法平均含氧量平均含氧量平均含氧量平均含氧量(%)(%)低碳鎮(zhèn)靜鋼低碳鎮(zhèn)靜鋼低碳鎮(zhèn)靜鋼低碳鎮(zhèn)靜鋼低碳沸騰鋼低碳沸騰鋼低碳沸騰鋼低碳沸騰鋼 H08 H08 H08 H08焊絲焊絲焊絲焊絲 H08 H08 H08 H08光焊絲光焊絲光焊絲光焊絲焊接焊接焊接焊接低氫型焊條低氫型焊條低氫型焊條低氫型焊條鈦鐵礦型焊條鈦鐵礦型焊條鈦鐵礦型焊條鈦鐵礦型焊條鈦鈣型焊條鈦鈣型焊條鈦鈣型焊條鈦鈣型焊條鈦型焊條鈦型焊條鈦型焊條鈦型焊條0.0030.0030.0080.0080.0100.0100.0200.0200.010.010.020.020.150.150.300.300.020.020.030.03

54、0.1010.1010.050.050.070.070.0650.065纖維素型焊條纖維素型焊條纖維素型焊條纖維素型焊條氧化鐵性焊條氧化鐵性焊條氧化鐵性焊條氧化鐵性焊條鐵粉型焊條鐵粉型焊條鐵粉型焊條鐵粉型焊條埋弧自動焊埋弧自動焊埋弧自動焊埋弧自動焊電渣焊電渣焊電渣焊電渣焊氣焊氣焊氣焊氣焊COCOCOCO2 2 2 2保護焊保護焊保護焊保護焊氬弧焊氬弧焊氬弧焊氬弧焊0.0900.0900.1220.1220.0930.0930.030.030.050.050.010.010.020.020.0450.0450.0500.0500.020.020.070.070.00170.0017表表1-17

55、1-17 用各種方法焊接時焊縫的含氧量用各種方法焊接時焊縫的含氧量61第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 *不管氧以什么形式存在，對焊縫性能影響都很大。不管氧以什么形式存在，對焊縫性能影響都很大。*強度、塑性、韌性明顯下降，尤其是低溫沖擊韌強度、塑性、韌性明顯下降，尤其是低溫沖擊韌 性急劇下降。性急劇下降。*熱脆、冷脆和時效硬化。熱脆、冷脆和時效硬化。*生成生成CO氣孔。氣孔。*燒損合金中的有益元素，使焊縫性能下降。燒損合金中的有益元素，使焊縫性能下降。*相對來說，作用小于氫。有時候為了減少氫，相對來說，作用小于氫。有時候為了減少氫，有意加入一定量的氧化

56、劑有意加入一定量的氧化劑。（三）氧對焊接質(zhì)量的影響（三）氧對焊接質(zhì)量的影響62第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 （四）控制氧的措施（四）控制氧的措施1 1、純化焊接材料、純化焊接材料2 2、控制焊接工藝參數(shù)、控制焊接工藝參數(shù)3 3、脫氧、脫氧 表表1-18 1-18 低氫焊條熔敷金屬中的含氧量低氫焊條熔敷金屬中的含氧量0.0350.0350.0100.010焊縫焊縫焊縫焊縫焊芯焊芯焊芯焊芯0.0130.013Cr20Ni80Cr20Ni80含含含含CaCOCaCO3 3 約約約約40%40%一般堿性焊條一般堿性焊條一般堿性焊條一般堿性焊條0.0130.

57、013Cr20Ni80Cr20Ni80CaCOCaCO3 3 10%10%15%15%CaFCaF2 2 85%85%90%90%低氫焊條低氫焊條低氫焊條低氫焊條含氧量含氧量含氧量含氧量(%)(%)焊芯焊芯焊芯焊芯藥皮組成藥皮組成藥皮組成藥皮組成焊條焊條焊條焊條63第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 氣相氣相氣相氣相氮氮氮氮氫氫氫氫氧氧氧氧來源來源來源來源空氣空氣空氣空氣焊料的水分；含氫物質(zhì)；空氣中的水氣焊料的水分；含氫物質(zhì)；空氣中的水氣焊料的水分；含氫物質(zhì)；空氣中的水氣焊料的水分；含氫物質(zhì)；空氣中的水氣溶解溶解溶解溶解過程；過程；過程；過程；溶解度曲線

58、特征溶解度曲線特征溶解度曲線特征溶解度曲線特征（原因）（原因）（原因）（原因）過程；過程；過程；過程；溶解度曲線特征（原因）（合金，組織溶解度曲線特征（原因）（合金，組織溶解度曲線特征（原因）（合金，組織溶解度曲線特征（原因）（合金，組織的影響）的影響）的影響）的影響）自由氧；自由氧；自由氧；自由氧；（焊絲）；（焊絲）；（焊絲）；（焊絲）；，混合氣體，混合氣體，混合氣體，混合氣體擴散擴散擴散擴散，；殘余氫；擴散氫殘余氫；擴散氫殘余氫；擴散氫殘余氫；擴散氫對焊接對焊接對焊接對焊接質(zhì)量的質(zhì)量的質(zhì)量的質(zhì)量的影響影響影響影響氣孔；氣孔；氣孔；氣孔；機械性能；機械性能；機械性能；機械性能；時效脆化時效脆

59、化時效脆化時效脆化氫脆；白點；氫脆；白點；氫脆；白點；氫脆；白點；氣孔；裂紋氣孔；裂紋氣孔；裂紋氣孔；裂紋機械性能；機械性能；機械性能；機械性能；合金燒；合金燒；合金燒；合金燒損，工藝性能損，工藝性能損，工藝性能損，工藝性能變壞；變壞；變壞；變壞；影響因影響因影響因影響因素及控素及控素及控素及控制制制制焊接區(qū)的保護焊接區(qū)的保護焊接區(qū)的保護焊接區(qū)的保護工藝參數(shù)工藝參數(shù)工藝參數(shù)工藝參數(shù)合金元素（合金元素（合金元素（合金元素（(原因）原因）原因）原因），i,Al,Zr,RE)i,Al,Zr,RE)焊接材料；焊接材料；焊接材料；焊接材料；焊絲和工件雜質(zhì)（鋁，鋁鎂合金，鈦及焊絲和工件雜質(zhì)（鋁，鋁鎂合金，

60、鈦及焊絲和工件雜質(zhì)（鋁，鋁鎂合金，鈦及焊絲和工件雜質(zhì)（鋁，鋁鎂合金，鈦及合金）合金）合金）合金）冶金處理（冶金處理（冶金處理（冶金處理（aF2;aF2;增強氧化勢（增強氧化勢（增強氧化勢（增強氧化勢（；稀土和稀散元素）稀土和稀散元素）稀土和稀散元素）稀土和稀散元素）工藝參數(shù)；焊后脫氫（奧氏體鋼）工藝參數(shù)；焊后脫氫（奧氏體鋼）工藝參數(shù)；焊后脫氫（奧氏體鋼）工藝參數(shù)；焊后脫氫（奧氏體鋼）純化焊接材料；純化焊接材料；純化焊接材料；純化焊接材料；焊接工藝；脫焊接工藝；脫焊接工藝；脫焊接工藝；脫氧氧氧氧64第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 第三節(jié)第三節(jié) 熔渣及其

61、對金屬的作用熔渣及其對金屬的作用 一、焊接熔渣一、焊接熔渣（一）熔渣的作用、成分及分類（一）熔渣的作用、成分及分類1 1、熔渣在焊接過程中的作用、熔渣在焊接過程中的作用（1 1）機械保護作用）機械保護作用（2 2）改善焊接工藝性能）改善焊接工藝性能（3 3）冶金處理作用）冶金處理作用65第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 2 2、熔渣的成分和分類、熔渣的成分和分類 第一類：鹽型熔渣第一類：鹽型熔渣 *主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成 *渣系有：渣系有：CaFCaF2 2-NaF-NaF、CaFCaF

62、2 2-BaCl-BaCl2 2-NaF-NaF、KCl-NaCl-KCl-NaCl-Na Na3 3AlFAlF6 6、BaFBaF2 2-MgF-MgF2 2-CaF-CaF2 2-LiF-LiF*氧化性很小，主要用于焊接鋁、鈦和其他化學(xué)活氧化性很小，主要用于焊接鋁、鈦和其他化學(xué)活性金屬及其合金。某些含活性元素的高合金鋼性金屬及其合金。某些含活性元素的高合金鋼 66第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 第二類：鹽第二類：鹽-氧化物型熔渣氧化物型熔渣 主要由氟化物和強金屬氧化物組成。主要由氟化物和強金屬氧化物組成。渣系有：渣系有：CaFCaF2 2-Ca

63、O-Al-CaO-Al2 2O O3 3、CaFCaF2 2-CaO-SiO-CaO-SiO2 2、CaF CaF2 2-CaO-Al-CaO-Al2 2O O3 3-SiO-SiO2 2等等 氧化性較小，適宜于焊接合金鋼及合金。氧化性較小，適宜于焊接合金鋼及合金。67第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 第三類：氧化物型熔渣第三類：氧化物型熔渣 主要是由金屬氧化物組成。主要是由金屬氧化物組成。渣系有：渣系有：MnO-SiOMnO-SiO2 2、FeO-MnO-SiOFeO-MnO-SiO2 2、CaO-TiO CaO-TiO2 2-SiO-SiO2 2等

64、等 MnO MnO、SiOSiO2 2具有一定的氧化性，因此渣系具有一定的氧化性，因此渣系氧化性較強，用于焊接低碳鋼和低合金。應(yīng)用廣泛。氧化性較強，用于焊接低碳鋼和低合金。應(yīng)用廣泛。*實際渣系多是幾種簡易渣系構(gòu)成的復(fù)雜渣系，實際渣系多是幾種簡易渣系構(gòu)成的復(fù)雜渣系，成分多的為主，成分少的可以不計。但這些次要成分成分多的為主，成分少的可以不計。但這些次要成分對焊縫的性能有較大影響，要在使用時注意對焊縫的性能有較大影響，要在使用時注意 68第一章第一章第一章第一章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金 表表1-19 1-19 焊接熔渣化學(xué)成分舉例焊接熔渣化學(xué)成分舉例焊條和焊條和焊條和焊條

65、和焊劑類型焊劑類型焊劑類型焊劑類型熔渣化學(xué)成分（熔渣化學(xué)成分（熔渣化學(xué)成分（熔渣化學(xué)成分（%）熔渣堿度熔渣堿度熔渣堿度熔渣堿度SiOSiO2 2TiOTiO2 2AlAl2 2OO3 3FeOFeOMnOMnO CaOCaO MgOMgO NaNa2 2OO K K2 2OOCaFCaF2 2B B1 1B B2 2鈦鐵礦型鈦鐵礦型鈦鐵礦型鈦鐵礦型鈦型鈦型鈦型鈦型鈦鈣型鈦鈣型鈦鈣型鈦鈣型纖維素型纖維素型纖維素型纖維素型氧化鐵型氧化鐵型氧化鐵型氧化鐵型低氫型低氫型低氫型低氫型HJ430HJ430HJ251HJ25129.229.223.423.425.125.134.734.740.440.42

66、4.124.138.538.518.218.214.014.037.737.730.230.217.517.51.31.37.07.01.11.110.010.03.53.55.55.54.54.51.51.51.31.318.018.015.615.66.96.99.59.511.911.922.722.74.04.04.74.71.01.026.526.511.711.713.713.714.414.419.319.33.53.543.043.07.07.08.78.73.73.78.88.82.12.11.31.335.835.81.71.73.03.01.31.30.50.55.25.25.85.84.64.60.450.4514.014.01.41.42.22.21.71.73.83.81.81.80.80.81.11.12.92.92.32.34.34.31.51.50.80.820.320.36.06.023.023.00.880.880.430.430.760.760.600.600.600.601.861.860.620.621.151.15-0.1-0.1-2.0-