《焊接化學(xué)冶金》PPT課件

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1、第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 1第 一 章焊 接 化 學(xué) 冶 金 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 2第 一 節(jié) 焊 接 化 學(xué) 冶 金 過 程 特 點(diǎn)第 二 節(jié) 氣 相 與 金 屬 的 作 用第 三 節(jié) 熔 渣 與 金 屬 的 作 用 第 四 節(jié) 合 金 過 渡 第 一 章 -焊 接 化 學(xué) 冶 金 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 3 重 點(diǎn) 內(nèi) 容1、 焊 接 化 學(xué) 冶 金 過 程 特 點(diǎn)2、 熔 敷 速 度 、 熔 合 比3、 氣 相 對(duì) 金 屬 的 作 用 （ H）4、 焊 接 化 學(xué) 冶 金 的 一 般 規(guī) 律5、 熔 渣 的 作 用 性 質(zhì)6、 合 金 過 渡 問 題

2、 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 4焊 接 化 學(xué) 冶 金 過 程 ： 熔 化 焊 時(shí) ， 焊接 區(qū) 內(nèi) 各 種 物 質(zhì) 之 間 在 高 溫 下 相 互作 用 的 過 程 。要 點(diǎn) ： 各 種 物 質(zhì) 包 括 氣 體 、 液 態(tài) 金屬 、 熔 渣 。 1-1 焊 接 化 學(xué) 冶 金 過 程 特 點(diǎn) 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 5 普 通 化 學(xué) 冶 金 過 程 和 焊 接 化 學(xué)冶 金 過 程 對(duì) 比 普 通 化 學(xué) 冶 金 過 程 是 對(duì) 金 屬 熔 煉 加工 過 程 ， 在 放 牧 特 定 的 爐 中 進(jìn) 行 。 焊 接 化 學(xué) 冶 金 過 程 是 金 屬 在 焊 接 條件 下

3、 ， 再 熔 煉 的 過 程 ， 焊 接 時(shí) 焊 縫相 當(dāng) 高 爐 。 二 者 共 同 點(diǎn) ： 金 屬 冶 煉 加 工 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 6 不 同 點(diǎn) ：1） 原 材 料 不 同 普 冶 材 料 ： 礦 石 、 焦 炭 、 廢 鋼 鐵 等 。 焊 金 材 料 ： 焊 條 、 焊 絲 、 焊 劑 等 。 2） 目 的 不 同 普 冶 ： 提 煉 金 屬 ；焊 冶 ： 對(duì) 金 屬 再 熔 煉 ， 以 滿 足 構(gòu) 件 性 能 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 7 一 、 焊 條 熔 化 及 熔 池 的 形 成 （ 一 ） 焊 條 的 加 熱 及 熔 化 1、 焊 條 的 加

4、 熱 1) 電 阻 熱 ： 焊 接 電 流 通 過 焊 芯 時(shí) 產(chǎn) 生 的 電 阻熱 。2) 電 弧 熱 ： 焊 接 電 弧 傳 給 焊 條 端 部 的 熱 量 。3) 化 學(xué) 反 應(yīng) 熱 ： 藥 皮 部 分 化 學(xué) 物 質(zhì) 化 學(xué) 反 應(yīng)時(shí) 產(chǎn) 生 的 熱 量 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 8 2、 焊 條 金 屬 的 熔 化 速 度 焊 條 金 屬 的 平 均 熔 化 速 度 gM=G/t =pI p為 焊 條 熔 化 系 數(shù) gM焊 條 金 屬 的 平 均 熔 敷 速 度 gD=GD/t=HI gD為 焊 條 的 平 均 熔 敷 速 度 損 失 系 數(shù) =(G-GD)/G=(g

5、M-gD)/gD=1-H/P H=(1-) P 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 9 3、 焊 條 金 屬 熔 滴 及 過 渡 特 性1)熔 滴 過 渡 形 式 短 路 過 渡 、 顆 粒 過 渡 、 附 壁 過 渡 、 射流 過 渡 、 旋 轉(zhuǎn) 射 流 過 渡 。堿 性 焊 條 ： 短 路 過 渡 和 大 顆 粒 過 渡 ；酸 性 焊 條 ： 細(xì) 顆 粒 過 渡 和 附 壁 過 渡 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 10 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 11 2) 熔 滴 的 比 表 面 積 和 作 用 時(shí) 間熔 滴 的 比 表 面 積 S： 熔 熵 的 表 面 積 與 其 質(zhì)量

6、 之 比 。S=Ag/ Vg=4 R2/(4/3 R3 )=3/RI,R,S， 利 于 冶 金 反 應(yīng) 進(jìn) 行 。 熔 滴 的 平 均 作用 時(shí) 間 是 指 熔 滴 的 平 均 質(zhì) 量 與 一 個(gè) 周 期 內(nèi) 焊 芯的 平 均 熔 化 速 度 之 比 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 12 3) 熔 滴 的 溫 度 實(shí) 測 手 工 電 弧 焊 碳 鋼 焊條 ： 2100-2700K， 熔 渣平 均 溫 度 ： 1600C0 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 13 （ 二 ） 熔 池 的 形 成1、 熔 池 的 形 狀 和 尺 寸 熔 池 為 半 橢 球 ， 幾 何 尺 寸 為 L=P2

7、IU 其 中 ， P2是 比 例 系 數(shù) ， 取 決 于 焊 接方 法 和 規(guī) 范 。 I是 焊 接 電 流 ， U是 焊接 電 壓 ， 上 式 適 用 于 點(diǎn) 狀 熱 源 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 14 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 15 2、 熔 池 質(zhì) 量 和 存 在 時(shí) 間 tmax=L/v tcp=Gp/vAw AW焊 縫 的 橫 截 面 積 3、 熔 池 溫 度 熔 池 中 部 溫 度 最 高 ， 頭 部 次 之 ， 其次 是 尾 部 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 16 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 171） 液 態(tài) 金 屬 密 度 差 引 起

8、自 由 對(duì) 流 運(yùn) 動(dòng)2） 表 面 張 力 差 強(qiáng) 迫 對(duì) 流 運(yùn) 動(dòng)3） 熔 池 中 各 種 機(jī) 械 力 攪 拌4） 對(duì) 焊 接 質(zhì) 量 的 影 響 4、 熔 池 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 18 二 、 焊 接 過 程 中 對(duì) 熔 融 金 屬的 保 護(hù) 1、 氣 渣 聯(lián) 合 保 護(hù)2、 渣 保 護(hù)3、 氣 保 護(hù)4、 真 空 保 護(hù)5、 自 保 護(hù)保 護(hù) 方 式 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 19 三 、 焊 接 化 學(xué) 冶 金 反 應(yīng) 區(qū) 及 反應(yīng) 條 件 1、 藥 皮 反 應(yīng) 區(qū) ： 指 焊 條 受 熱 后 ， 直 到 焊 條藥 皮 熔 點(diǎn) 前 發(fā) 生 的

9、 一 些 反 應(yīng) 。焊 接 方 法 不 同 ， 冶 金 反 應(yīng) 階 段 也 不 同 。以 手 工 電 弧 焊 為 例 ， 加 以 討 論 1) 水 分 蒸 發(fā)2) 某 些 物 質(zhì) 分 解3) 鐵 合 金 氧 化 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 20 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 21 2） 、 熔 滴 反 應(yīng) 區(qū) 指 熔 滴 形 成 .長 大 .脫 離 焊 條 .過 渡 到 熔 池 之 前 特 點(diǎn) : ).溫 度 高 ).與 氣 體 .熔 渣 的 接 觸 面 積 大 ).時(shí) 間 短 速 度 快 ).熔 渣 和 熔 滴 金 屬 進(jìn) 行 強(qiáng) 烈 的 攪 拌 ,混 合 . 第 一 章 焊

10、接 化 學(xué) 冶 金 22 3、 熔 池 反 應(yīng) 區(qū) 1） 、 熔 池 T 1600 1900 低 于 熔 滴 T 比 表面 積2 )、 接 觸 面 積 小 3 130 3） 、 時(shí) 間 長 手 工 焊 3 8秒 埋 弧 焊 625s4） 、 攪 拌 沒 有 熔 滴 階 段 激 烈5） 、 熔 池 溫 度 不 均 勻 的 突 出 特 點(diǎn) 熔 池 前 斗 部 分 發(fā) 生 金 屬 熔 化 和 氣 體 的 吸 收 ,利 于 吸 熱 反 應(yīng) 熔 池后 斗 部 分 發(fā) 生 金 屬 凝 固 和 氣 體 的 析 出 ,利 于 放 熱 反 應(yīng) 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 23 四 、 焊 接 工 藝 條

11、 件 與 化 學(xué) 冶 金反 應(yīng) 的 關(guān) 系 （ 一 ） 、 熔 合 比 的 影 響焊 接 規(guī) 范 ： 焊 接 金 屬 （ 焊 條 、 焊 絲 ） 和 局部 熔 化 的 母 材 組 成 。 熔 合 比 ： 焊 縫 金 屬 中 ， 局 部 熔 化 的 母 材所 占 的 比 例 。 = ： 熔 合 比 F1 ： 熔 化 母 材 的 面 積 F2 ： 填 充 金 屬 的 面 積 21 1FF F 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 24 焊 接 電 流 I的 變 化 冶 金 反 應(yīng) 不 充 分 （ 二 ） 、 （ 化 學(xué) 反 應(yīng) 條 件 的 影 響 ） 熔滴 過 渡 特 性 的 影 響 滴tI 焊 接

12、 電 壓 V的 變 化 U 弧 長 冶 金 反 應(yīng)充 分 滴t 本 節(jié) 結(jié) 束 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 25 1-2 氣 相 與 金 屬 的 作 用一 、 焊 接 區(qū) 內(nèi) 的 氣 體 （ 一 ） 氣 體 的 來 源 和 產(chǎn) 生來 源 ： 1.焊 接 材 料 2.氣 體 介 質(zhì) 3.焊 絲 和 母 材 表 面 上 的 油 銹 等 雜 質(zhì) 。 4.金 屬 和 熔 渣 的 蒸 發(fā) 產(chǎn) 生 的 氣 體 22222 NOOHHCOCO 、成 分 ： 金 屬 及 熔 渣 蒸 氣 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 26 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 27 二 、 氮 與 金 屬 作 用

13、來 源 ： 主 要 是 焊 接 區(qū) 周 圍 的 空 氣 。氮 與 金 屬 作 用 有 兩 種 情 況 。 1、 不 與 氮 發(fā) 生 作 用 的 金 屬 ， 即 不 能 熔解 氮 又 不 形 成 氮 化 物 ， 可 用 N作 為 保 護(hù) 氣體 。 2、 與 氮 發(fā) 生 作 用 的 金 屬 ， 即 能 溶 解 氮又 能 形 成 氮 化 物 ， 這 種 情 況 下 就 要 防 止焊 縫 金 屬 的 氮 化 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 28 (一 )氮 在 金 屬 中 的 溶 解 1） 原 子 形 式 溶 于 液 態(tài) 金 屬 2） 以 NO形 式 溶 入 3） 以 氮 離 子 形 式 溶

14、入 （ 二 ） 氮 對(duì) 焊 接 質(zhì) 量 的 影 響 1) 時(shí) 效 脆 化2) 氣 孔 3) 有 利 一 面 ： 可 作 為 合 金 元 素 加 入 鋼 中 ，一 般 指 高 合 金 鋼 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 29 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 30 （ 三 ） 影 響 焊 縫 含 氮 量 的 因 素 及 控 制 措 施 1） 、 機(jī) 械 保 護(hù) ： 氣 一 渣 保 護(hù) 、 渣 保 護(hù) 、氣 體 保 護(hù) 、 抽 真 空 。 對(duì) 于 適 渣 型 焊 條 ：保 護(hù) 效 果 取 決 于 藥 皮 的 數(shù) 量 及 成 分 2） 、 焊 接 工 藝 規(guī) 范 影 響 ：3） 、 焊 絲

15、 成 分 的 影 響 ： 增 加 焊 絲 或 藥皮 中 的 含 碳 量 可 降 低 焊 縫 中 的 含 氮 量 d 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 31 三 、 氫 對(duì) 金 屬 的 作 用 （ 一 ） 、 氫 在 金 屬 中 的 溶 解 1、 來 源 ： 焊 條 藥 皮 、 焊 劑 、 焊 絲 藥 芯中 水 分 ， 藥 皮 中 有 機(jī) 物 為 、 焊 件 表 面 雜質(zhì) （ 銹 、 油 ） 空 氣 中 水 分 第 一 類 能 形 成 穩(wěn) 定 氫 化 物 金 屬 第 二 類 不 形 成 穩(wěn) 定 氫 化 物 的 金 屬 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 32 2、 氫 的 溶 解 機(jī) 構(gòu) 焊

16、接 區(qū) 為 氫 可 以 處 于 分 子 、 原 子 和 離 子狀 態(tài) 1).氫 以 原 子 形 式 溶 入2).以 溶 入 3).以 溶 入 OH H 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 33 3、 的 影 響 因 素氫 與 金 屬 作 用 的 特 點(diǎn) ， 把 金 屬 分 為 兩 類 與 氫 形 成 穩(wěn) 定 氫 化 物 的 金 屬 不 與 氫 形 成 穩(wěn) 定 氫 化 物 的 金 屬 合 金 元 素 的 影 響 ： 氫 在 鐵 中 溶 解 度受 合 金 元 素 影 響 bair NTVTZ . 0. MCCNF raie 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 34 （ 二 ） 、 焊 縫 金 屬

17、中 的 氫 及 其 擴(kuò) 散 1.存 在 形 式 擴(kuò) 散 氫 ： 氫 以 原 子 或 質(zhì) 子 形 式 存 在 的 并可 在 金 屬 晶 格 中 自 由 擴(kuò) 散 。 殘 余 氫 （ 剩 余 氫 ） ： 氫 原 子 擴(kuò) 散 聚 集 到金 屬 的 晶 格 缺 陷 ， 顯 微 裂 紋 和 非 金 屬 夾雜 物 的 邊 緣 空 隙 中 ， 結(jié) 合 成 分 子 不 能 自由 擴(kuò) 散 。 總 含 氫 量 =擴(kuò) 散 氫 剩 余 氫 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 35 .氫 在 焊 縫 中 分 布 （ 1） 氫 沿 長 度 方 向 的 分 布 基 本 均 勻 但 火 口 處 含 氫 量 較 高 。 （ 2）

18、 氫 沿 焊 接 接 頭 橫 斷 面 的 分 布 （ 3） 母 材 與 焊 縫 的 匹 配 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 36 （ 三 ） 、 氫 對(duì) 焊 接 質(zhì) 量 的 影 響 暫 態(tài) 現(xiàn) 象 ： 脆 化 、 白 點(diǎn) 、 經(jīng) 時(shí) 效 、 熱 處 理可 消 除 永 久 現(xiàn) 象 ： 氣 孔 、 改 變 組 織 、 顯 微 斑 點(diǎn) 、冷 裂 紋 、 不 可 消 除 1)、 氫 脆 氫 在 室 溫 附 近 ， 氫 溶 解在 金 屬 晶 格 中 ， 引 起 鋼 的 塑 性 嚴(yán) 重 下 降現(xiàn) 象 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 37 2)、 白 點(diǎn) 肉 眼 可 見 ， 直 徑 0.5 3mm中

19、 心 處 有 氣 孔 或小 的 夾 渣 ， 外 圍 有 塑 性 裂 斷 的 痕 跡 ， 象 魚 眼似 的 也 稱 “ 魚 眼 ” . 產(chǎn) 生 原 因 ： 白 點(diǎn) 是 在 塑 性 變 形 階 段 產(chǎn) 生 的 。“ 誘 捕 理 論 ” 解 釋 ： 焊 縫 中 的 氣 孔 及 非 金 屬夾 雜 物 邊 緣 的 空 隙 ,好 象 “ 陷 阱 ” 一 樣 .捕 捉氫 原 子 ， 并 在 其 中 結(jié) 合 成 氫 分 子 ,在 拉 伸 試 驗(yàn)中 “ 陷 阱 ” 中 的 氫 分 子 被 吸 附 .由 于 塑 性 變 形新 產(chǎn) 生 的 微 裂 紋 表 面 上 ,分 解 成 原 子 氫 ,原 子氫 擴(kuò) 散 到 微

20、 裂 紋 金 屬 晶 格 內(nèi) ,引 起 金 屬 脆 化 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 38 3)、 氣 孔 4)、 組 織 變 化 和 顯 微 斑 點(diǎn) 焊 縫 金 屬 AM時(shí) ， 由 于 氫 在 A有 較 大 的溶 解 度 ， 當(dāng) 含 氫 量 高 的 焊 縫 自 A化 ， 溫 度冷 卻 時(shí) ， 引 起 局 部 A過 冷 殘 余 A增 加 ， 殘余 AM時(shí) ， 富 氫 的 組 織 內(nèi) 產(chǎn) 生 大 的 內(nèi) 應(yīng)力 ， 造 成 顯 微 裂 紋 5)、 產(chǎn) 生 冷 裂 紋 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 39 （ 四 ） 控 制 氫 的 措 施 1)、 限 制 焊 接 材 料 的 含 氫

21、量 ， 藥 皮 成 分 2)、 嚴(yán) 格 清 理 工 件 及 焊 絲 ： 去 銹 、 油 污、 吸 附 水 分 3)、 冶 金 處 理 4)、 調(diào) 整 焊 接 規(guī) 范 5)、 焊 后 脫 氫 處 理 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 40 四 、 氧 對(duì) 金 屬 的 作 用 （ 一 ） 氧 在 金 屬 中 的 溶 解 1).以 原 子 氧 形 式 溶 解 2).以 FeO形 式 溶 解 （ 二 ） 金 屬 被 氧 化 的 途 徑 氣 相 中 氧 化 氣 體 與 金 屬 相 互 作 用 1).自 由 氧 對(duì) 金 屬 的 氧 化 2).CO2對(duì) 金 屬 的 氧 化 3).H2O氣 對(duì) 金 屬 的

22、氧 化 4).混 合 氣 體 對(duì) 金 屬 的 氧 化 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 41 （ 三 ） 氧 對(duì) 焊 接 質(zhì) 量 的 影 響 1).機(jī) 械 性 能 下 降2).化 學(xué) 性 能 變 差 3).產(chǎn) 生 氣 孔 CO合 金 元 素 燒 損4).工 藝 性 能 變 差 （ 四 ） 防 止 措 施 一 防 二 脫 本 節(jié) 結(jié) 束 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 42 1-3 熔 渣 與 金 屬 的 作 用 熔 渣 ： 電 焊 條 藥 皮 ， 焊 劑 溶 化 形 成 的金 屬 及 非 金 屬 氧 化 物 及 復(fù) 合 物 。 一 、 焊 接 熔 渣（ 一 ） 熔 渣 的 作 用 、 成

23、 分 及 分 類 1.熔 渣 的 作 用 1).機(jī) 械 保 護(hù) 作 用 2).冶 金 處 理 作 用 3).改 善 工 藝 性 能 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 43 2.熔 渣 的 成 分 和 分 類 1).熔 渣 成 分 ： 大 體 由 氧 化 物 、 氯 化物 、 氟 化 物 、 硼 酸 鹽 類 組 成 是 多 種化 學(xué) 組 成 的 復(fù) 雜 體 系 。 2).熔 渣 分 為 三 類 第 一 類 氧 化 物 型 第 二 類 鹽 氧 化 物 型 第 三 類 鹽 型 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 44 （ 二 ） 熔 渣 結(jié) 構(gòu) 理 論 液 態(tài) 熔 渣 的 結(jié) 構(gòu) 有 兩 種 理

24、論 ： 分 子 理 論 和 離 子 理 論 分 子 理 論 可 簡 明 的 定 性 為 解 釋 熔 渣 與金 屬 之 間 的 冶 金 反 應(yīng) ,但 不 能 解 釋 一些 重 要 現(xiàn) 象 ， 如 導(dǎo) 電 性 、 電 解 等 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 45 1.分 子 理 論 ：1).液 態(tài) 熔 渣 由 自 由 氧 化 物 及 其 復(fù) 合 物 的 分 子組 成2).氧 化 物 之 間 成 鹽 反 應(yīng) 服 從 質(zhì) 量 作 用 定 律 )()( )( 22OSOC OSOCk ia ia 當(dāng) Tk自 由 氧 化 物 濃 度 復(fù) 合 物 濃 度 熔 渣 活 性 Tk自 由 氧 化 物 濃

25、度 復(fù) 合 物 濃 度 熔 渣 活 性 QOSOCOSOC iaia 22 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 46 3).只 有 自 由 氧 化 物 才 能 與 金 屬 作 用)()( enne FOMMOF COFOOF ee )(4).各 氧 化 物 之 間 的 化 學(xué) 親 和 力 可 近 似 用 生成 復(fù) 合 物 時(shí) 的 熱 效 應(yīng) 來 衡 量 卡5900 2 OSOFOSOF ieie 卡28400)(2 222 OSOCOSOC iaia 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 47 5).液 態(tài) 熔 渣 是 理 想 的 熔 體 -服 從 理 想 溶 液 定 律 分 子 理 論 可 簡

26、 明 的 定 性 解 釋 熔 渣 與 金 屬之 間 的 冶 金 反 應(yīng) ,但 不 能 解 釋 一 些 重 要 現(xiàn) 象， 如 導(dǎo) 電 性 、 電 解 等 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 48 2.離 子 理 論 ： 1).熔 滴 是 由 簡 單 和 復(fù) 雜 的 離 子 組 成 的 中 性溶 液負(fù) 電 性 大 的 元 素 以 負(fù) 離 子 形 式 存 在負(fù) 電 性 小 的 元 素 以 正 離 子 形 式 存 在 堿 性 渣 中 少 ， 氧 以 自 由 氧 離 子 形 式 存 在酸 性 渣 中 SiO2多 ， 形 式 復(fù) 雜 的 離 子 . 之 間 形 成 離 子 團(tuán) ， 極 性 鍵 結(jié) 合

27、. OClF . eea FFKC .2OSi 2O44OSi693OSiOSi 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 49 2).離 子 的 分 布 ， 聚 集 和 相 互 作 用 取 決 于 它的 綜 合 矩 綜 合 矩 =Z/r r=其 子 Z離 子 電 荷 （ 靜 電 單 位 ）r離 子 半 徑離 子 綜 合 矩 越 大 ， 靜 電 場 愈 強(qiáng) ， 與 其 它 離 子 作 用 力 愈 大綜 合 矩如 綜 合 矩 最 大 cm810 rT 4Si負(fù) 離 子 綜 合 矩 最 大 .二 者 可 結(jié) 合 成 或 更 復(fù) 雜 的 離 子當(dāng) 綜 合 矩 r綜 合 矩 2O 44SiO 第 一 章 焊

28、 接 化 學(xué) 冶 金 50 鹽 型 簡 單 結(jié) 構(gòu) 均 勻 溶 液 ， 氧 化 型 熔 渣 具 有 復(fù)雜 網(wǎng) 狀 ， 結(jié) 構(gòu) 的 化 學(xué) 成 分 更 不 均 勻 的 離 子 溶液 ， 鹽 氧 化 物 型 比 較 復(fù) 雜 的 化 學(xué) 成 分 微 觀不 均 的 離 子 溶 液 。 2O3).液 態(tài) 熔 渣 與 金 屬 之 間 相 互 作 用 的 過 程 是 原 子 與 離 子交 換 電 荷 的 過 程離 子 理 論分 子 理 論由 于 離 子 交 換 電 荷 、 運(yùn) 動(dòng) 、 形 成 電 流 . )(22)( 24 SiFeFeSi )(22)( 2 SiFeOFeSiO 第 一 章 焊 接 化 學(xué)

29、 冶 金 51 （ 三 ） 熔 渣 的 性 質(zhì) 與 其 結(jié) 構(gòu) 的 關(guān) 系1.熔 渣 的 堿 度分 子 理 論 認(rèn) 為 熔 渣 中 的 氧 化 物 按 其性 質(zhì) 可 分 為 三 類1).酸 性 氧 化 物 SiO2 TiO2 P2O52).堿 性 氧 化 物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO3).中 性 氧 化 物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 52 根 據(jù) 分 子 理 論 堿 度 的 定 義 為 ：B= (R 2O+RO)/ RO2R 2O、 RO熔 渣 中 堿 性 氧 化 物 的 摩 爾 分 數(shù) RO2 熔 渣 中 酸 性

30、氧 化 物 的 摩 爾 分 數(shù)堿 度 B的 倒 數(shù) 稱 為 酸 度B1 1 堿 B1 1.3堿B1 1 酸 B1 1 中 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 53 離 子 理 論 對(duì) 堿 度 定 義液 態(tài) 熔 渣 中 自 由 氧 離 子 的 濃 度 定 義 為 堿 度 .B2=aiMiMi-渣 中 第 i種 氧 化 物 的 摩 爾 分 數(shù) ;ai-渣 中 第 i種 氧 化 物 的 堿 度 系 數(shù) ;B2 0 堿B2 0 酸B2=0 中 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 54)(005.0017.0 )(007.0)(014.0006.0015.0018.01 22322 222 ZrOTiO

31、OAlSiO FeOMnOOKONaCaFMgOCaOB 式 中 CaO、 MgO、 CaF2、 SiO2 等 以 質(zhì) 量 百 分 數(shù) 計(jì)B1 1 堿 B1 1 酸 B1 1 中 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 55 2.熔 渣 的 粘 度(1)溫 度 對(duì) 粘 度 的 影 響長 渣 :T 短 渣 : (2)熔 渣 成 分 對(duì) 粘 度 的 影 響 CaF2 CaO SiO2 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 56 3.熔 渣 的 表 面 張 力實(shí) 際 氣 相 與 熔 渣 間 的 界 面 張 力 .鍵 能 越 大 表 面 張 力 越 大 .金 屬 鍵 :K2O Na2O CaO MgO Ba

32、O MnO FeO共 價(jià) 鍵 :SiO2 TiO2 P2O5 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 57 4.熔 渣 的 熔 點(diǎn)藥 皮 熔 點(diǎn) :藥 皮 熔 化 溫 度熔 渣 熔 點(diǎn) :固 態(tài) 熔 渣 熔 化 溫 度焊 接 鋼 的 熔 點(diǎn) 在 1150-1350 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 58 二 、 活 性 熔 渣 對(duì) 焊 縫 金 屬 的 氧 化（ 一 ） 擴(kuò) 散 氧 化L=(FeO )/FeO TL飽 和 SiO2 lgL=4906/T -1.877飽 和 CaO lgL=5014/T -1.980 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 59 （ 二 ） 置 換 氧 化(SiO2)

33、+2Fe Si+2FeOT反 應(yīng) 向 右 進(jìn) 行l(wèi)gKSi=(FeO)2Si/(SiO2)=-13460/T+6.04(MnO)+Fe=Mn+ FeOlgKMn=(FeO)Mn/(MnO)=-6600/T+3.16 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 60 AF=SiO2+042B12(MnO)/100B1AF 0.6 高 活 性 AF=0.30.1低 活 性AF=0.6-0.3 活 性 能 AF 0.1惰 性 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 61 三 、 焊 縫 金 屬 的 脫 氧（ 一 ） 脫 氧 的 目 的 和 選 擇 脫 氧 的 原 則（ 二 ） 先 期 脫 氧藥 皮 反 應(yīng) 區(qū)

34、Fe2O3+Mn=MnO+2FeO CaCO3+Mn=CaO+CO+MnO 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 62 （ 三 ） 沉 淀 脫 氧1 Mn的 脫 氧Mn+FeO=Fe+(MnO)K=aMnO/aMn.aFeO=MnO.(MnO)/aMn.aFeO 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 63 2 Si的 脫 氧Si+2FeO (SiO2) +2Fe3 Si/Mn聯(lián) 合 脫 氧 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 64 （ 四 ） 擴(kuò) 散 脫 氧L=(FeO )/FeO TL 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 65 四 、 焊 縫 金 屬 中 硫 和 磷 的 控 制（ 一 ） 焊 縫

35、 中 硫 的 危 害 及 控 制1.硫 的 危 害2.控 制 硫 的 措 施（ 1） 限 制 焊 接 材 料 中 含 硫 量（ 2） 用 冶 金 方 法 脫 硫 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 66堿 性 焊 條 脫 硫(CaO) FeS (CaS) (FeO)(MnO) FeS (MnS) (FeO) 脫 硫 劑 ： 堿 性 氧 化 物 、 錳 脫 硫Mn+Fes=(MnO)+FeLgK=8220/T-1.86 T K 有 利 于 脫 硫(MgO) FeS (MgS) (FeO) 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 67 （ 二 ） 焊 縫 中 磷 的 危 害 及 控 制1.磷 的 危

36、害 2.控 制 磷 的 措 施（ 1） 限 制 焊 接 材 料 中 含 磷 量（ 2） 脫 硫 反 應(yīng) a） .FeO將 磷 氧 化 生 成 P2O5b） .使 之 與 渣 中 的 堿 性 氧 化 物 生 成 穩(wěn)定 的 磷 酸 鹽 2Fe3P+5(FeO)+3(CaO)= (CaO)3.P2O3+11Fe2Fe3P+5(FeO)+4(CaO)= (CaO)4.P2O3+11Fe 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 68 1-4 合 金 過 渡一 、 合 金 過 渡 的 目 的 及 方 式（ 一 ） 目 的 :補(bǔ) 嘗 ;改 善 ;特 殊 性 能（ 二 ） 方 式 ： 1.應(yīng) 用 合 金 焊 絲

37、或 帶 極 2.應(yīng) 用 藥 芯 焊 絲 或 藥 芯 焊 條 3.應(yīng) 用 合 金 藥 皮 或 粘 結(jié) 焊 劑 4.應(yīng) 用 合 金 粉 未 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 69 二 、 合 金 過 渡 過 程 的 理 論 分 析（ 一 ） 合 金 劑 過 渡 的 方 式合 金 渣 -液 渣 -液 界 面 液 態(tài) 金 屬 中 溶 解 擴(kuò) 散 攪 拌 均 勻 .(二 ） 在 合 金 過 渡 過 程 中 各 階 段 的 作 用Kb0.4 熔 滴 過 渡 為 主 Kb 0.4 熔 池 過 渡 為 主 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 70 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 71 （ 三 ） 合 金

38、 過 渡 時(shí) 的 物 質(zhì) 平 衡Md=M0-(Msl+Mxo)Md-過 渡 到 熔 敷 的 合 金 量 ;M0-原 始 加 入 量Msl-殘 留 損 失Mxo-氧 化 損 失 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 72 三 、 合 金 過 渡 系 數(shù) 用 及 其 影 響 因 素（ 一 ） 合 金 過 渡 系 數(shù) KbCcoCcw CdCeCd 式 中 Cd-合 金 元 素 在 熔 敷 金 屬 中 含 量Ce-合 金 元 素 原 始 含 量Cco-合 金 元 素 在 藥 皮 中 的 含 量Ccw-在 焊 芯 中 的 含 量 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 73 （ 二 ） 影 響 過 渡 系

39、數(shù) 的 因 素1.合 金 元 素 的 物 化 性 質(zhì)Cu、 Ni、 Co、 Fe、 W、 Mo、 Cr、 Mn、 V、 Si、 Ti、 Zr、 Al在 1600 各 種 合 金 元 素 對(duì) 氧 的 親 和 力 由 左 到 右 增 強(qiáng) 2.合 金 元 素 的 含 量合 金 元 素 的 含 量 ,但 增 加 一 定 時(shí) ,趨 于 定 值 . 3.合 金 劑 的 粒 度 4.藥 皮 的 成 分藥 皮 或 焊 劑 的 氧 化 勢 合 金 元 素 與 其 氧 化 物 共 存 時(shí) , 合 金 元 素 與 其 氧 化 物 與 渣 的 酸 堿 性 相 同 時(shí) , 5.藥 皮 重 量 系 數(shù) Kb 第 一 章

40、焊 接 化 學(xué) 冶 金 74 本 章 小 結(jié)本 章 以 手 工 電 弧 焊 焊 接 低 碳 鋼 和 低 合 金 鋼的 冶 金 問 題 為 重 點(diǎn) ， 從 熱 力 學(xué) 的 角 度 來 闡明 焊 接 化 學(xué) 冶 金 的 一 般 規(guī) 律 。 也 討 論 了 熔渣 對(duì) 金 屬 的 作 用 、 合 金 過 渡 的 幾 種 形 式 及影 響 因 素 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 75 思 考 題1.焊 接 化 學(xué) 冶 金 與 煉 鋼 相 比 ， 在 原 材 料 方面 和 反 應(yīng) 條 件 方 面 主 要 有 哪 些 不 同 ？2.調(diào) 控 焊 縫 化 學(xué) 成 分 有 哪 兩 種 手 段 ？ 它 們怎 樣

41、 影 響 焊 縫 化 學(xué) 成 分 ？3.焊 接 區(qū) 內(nèi) 氣 體 的 主 要 來 源 是 什 么 ？ 它 們是 怎 樣 產(chǎn) 生 的 ？ 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 76 4.為 什 么 電 弧 焊 時(shí) 熔 化 金 屬 的 含 氮 量 高 于 它的 正 常 溶 解 度 ？5.氮 對(duì) 焊 接 質(zhì) 量 有 哪 些 影 響 ？ 控 制 焊 縫 含 氮量 的 主 要 措 施 是 什 么 ？6.手 弧 焊 時(shí) ， 氫 通 過 哪 些 途 徑 向 液 態(tài) 鐵 中 溶解 ？ 寫 出 溶 解 反 應(yīng) 及 規(guī) 律 ？7. 氫 對(duì) 焊 接 質(zhì) 量 有 哪 些 影 響 ？8 既 然 隨 著 堿 度 的 增 加

42、水 蒸 氣 在 熔 渣 中 的溶 解 度 增 大 ， 為 什 么 在 低 氫 型 焊 條 熔 敷 金屬 中 的 含 氫 量 反 而 比 酸 性 焊 條 少 ？ 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 77 9. 綜 合 分 析 各 種 因 素 對(duì) 手 工 電 弧 焊 時(shí) 焊 縫含 氫 量 的 影 響 。10. 今 欲 制 造 超 低 氫 焊 條 問 設(shè)計(jì) 藥 皮 配 方 時(shí) 應(yīng) 采 取 什 么 措 施 ？ 11. 氧 對(duì) 焊 接 質(zhì) 量 有 哪 些 影 響 ？ 應(yīng) 采 取 什 么措 施 減 少 焊 縫 含 氧 量 ？12.保 護(hù) 焊 焊 接 低 合 金 鋼 時(shí) ， 應(yīng) 采 用 什 么 焊絲 ？ 為

43、 什 么 ？13.在 焊 接 過 程 中 熔 渣 起 哪 些 作 用 ？ 設(shè) 計(jì) 焊條 、 焊 劑 時(shí) 應(yīng) 主 要 調(diào) 控 熔 渣 的 哪 些 物 化 性 質(zhì)？ 為 什 么 ？ )100/1( 3 gcmH 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 78 14. 測 得 熔 渣 的 化 學(xué) 成 分 為 ： CaO41.94%、-28.34%、 23.76%、 FeO5.78%、 7.23%、3.57%、 MnO3.74%、 4.25%， 計(jì) 算 熔 渣 的 堿度 和 ， 并 判 斷 該 渣 的 酸 堿 性 。15. 已 知 在 堿 性 渣 和 酸 性 渣 中 各 含 有 15%的FeO， 熔 池 的

44、 平 均 溫 度 為 1700 ， 問 在 該 溫度 下 平 衡 時(shí) 分 配 到 熔 池 中 的 FeO量 各 為 多 少？ 為 什 么 在 兩 種 情 況 下 分 配 到 熔 池 中 的 FeO量 不 同 ？ 為 什 么 焊 縫 中 實(shí) 際 含 FeO量 遠(yuǎn) 小 于平 衡 時(shí) 的 含 量 ？ 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 79 16.既 然 熔 渣 的 堿 度 越 高 ， 其 中 的 自 由 氧 多 ，為 什 么 堿 性 焊 條 焊 縫 含 氧 量 比 酸 性 焊 條 焊縫 含 氧 量 低 ？17.為 什 么 焊 接 高 鋁 鋼 時(shí) ， 即 使 焊 條 藥 皮 中不 含 硅 ， 只 是 由 于 用 水 玻 璃 作 粘 結(jié) 劑 ， 焊縫 還 會(huì) 嚴(yán) 重 增 硅 ？18. 綜 合 分 析 熔 渣 中 的 在 焊 接 化 學(xué) 冶 金 過程 是 所 起 的 作 用 。19.綜 合 分 析 熔 渣 的 堿 度 對(duì) 金 屬 的 氧 化 、脫 氧 、 脫 硫 、 脫 磷 、 合 金 過 渡 的 影 響 。 第 一 章 焊 接 化 學(xué) 冶 金 80本 章 結(jié) 束