共需8学时ppt课件

1、西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理主讲主讲:惠增哲惠增哲 王喜锋王喜锋西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院2012年年9月月共需8学时西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金内容：内容： 2.12.1焊接化学冶金过程特点焊接化学冶金过程特点 2.22.2气相对金属的作用气相对金属的作用 2.32.3

2、熔渣及其对金属的作用熔渣及其对金属的作用 2.42.4焊缝金属的净化及合金过渡焊缝金属的净化及合金过渡第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.12.1焊接化学冶金过程特点焊接化学冶金过程特点2.1.12.1.1焊条熔化及熔池构成焊条熔化及熔池构成2.1.22.1.2焊接过程中对熔融金属的维护焊接过程中对熔融金属的维护2.1.3 2.1.3 焊接化学冶金反响区及其反响条件焊接化学冶金反响区及其反响条件2.1.4 2.1.4 焊接

3、工艺条件与化学冶金反响的关系焊接工艺条件与化学冶金反响的关系西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金焊接化学冶金过程：熔化焊时，焊接区内各种物质之间在焊接化学冶金过程：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。高温下相互作用的过程。要点：各种物质包括气体、液态金属、固态金属、熔渣。要点：各种物质包括气体、液态金属、固态金属、熔渣。对焊缝金属的成分、性能，某些焊接缺陷气孔、结晶裂对焊缝金属的成分、性能，某些焊接缺陷气孔、结晶裂纹等有很大的影响。纹等有很大的影响

4、。本章以本章以 焊条电弧焊焊条电弧焊 焊接低碳钢焊接低碳钢/ /低合金钢低合金钢 冶金问题为研冶金问题为研讨对象。讨对象。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金普通化学冶金和焊接化学冶金过程对比：普通化学冶金和焊接化学冶金过程对比：普通化学冶金过程普通化学冶金过程 对金属熔炼加工过程，在特定的熔炉中进展。对金属熔炼加工过程，在特定的熔炉中进展。焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程 金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于熔炉。金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时

5、焊缝相当于熔炉。二者共同点：金属冶炼加工。二者共同点：金属冶炼加工。不同点：不同点：1 1原资料不同原资料不同 普冶资料：矿石、焦炭、废钢铁，母合金普冶资料：矿石、焦炭、废钢铁，母合金 焊接资料：焊条、焊丝、焊剂焊接资料：焊条、焊丝、焊剂2 2目的不同目的不同 普冶：提炼金属；调整形状普冶：提炼金属；调整形状 焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能焊接原理就是用根本实焊接原理就是用根本实际际 分析在焊接条件下分析在焊接条件下的特点，不同之处。的特点，不同之处。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical E

6、ngineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.1.12.1.1焊条熔化及熔池构成焊条熔化及熔池构成1 1、焊条的加热及熔化、焊条的加热及熔化1 1焊条的加热焊条的加热电阻热：焊接电流经过焊芯时产生的电阻热。电阻热：焊接电流经过焊芯时产生的电阻热。600600650oC)650oC)电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。部分电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。部分化学反响热：药皮部分化学物质化学反响时产生化学反响热：药皮部分化学物质化学反响时产生的热量极少的热量极少 2.12.1焊接化学冶金过程的特点焊接化学冶金过程的特点西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of

7、 Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2 焊条金属的熔化速度 焊条金属的平均熔化速度： 单位时间内熔化的焊芯质量或长度称为,与焊接电流成正比 MPGgItgM焊条金属平均熔化速度g/h)G 熔化的焊芯质量g t 电弧熄灭的时间h I 焊接电流A) P焊条的熔化系数g/(Ah)西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 焊条金属平均熔敷速度：焊条金属平均熔敷速度： 单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分金属

8、的质量称单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分金属的质量称DDHGgItgD焊条金属的平均熔敷速度g/h)GD熔敷到焊缝金属中的金属质量gH焊条的平均熔敷系数g/(Ah)损失系数：损失系数： 损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比，称为损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比，称为 =(G-GD)/G=(gM-gD)/gM=1-H/P =(G-GD)/G=(gM-gD)/gM=1-H/P H=(1-) P H=(1-) P西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金熔滴：在电弧热的作用

9、下，焊条端部熔化构成的滴状液态金属。熔滴：在电弧热的作用下，焊条端部熔化构成的滴状液态金属。熔滴过渡：熔滴过渡：3 焊条金属熔滴及过渡特性 a熔滴的过渡方式西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金图焊条端部熔滴质量随时间的变化图焊条端部熔滴质量随时间的变化 (低氢碱性焊条，反接低氢碱性焊条，反接)西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金b) 熔滴

10、的比外表积和熔滴的比外表积和 与周围介质相互作用时间与周围介质相互作用时间熔滴的比外表积熔滴的比外表积S S： 熔滴的外表积与其质量之比，称为。熔滴的外表积与其质量之比，称为。 熔滴越细，比外表积越大熔滴越细，比外表积越大 I,R,S，利于冶金反响进展。，利于冶金反响进展。 熔滴熔滴 103104cm2/kg 熔池熔池 (0.313)10cm2/kg 熔滴与周围介质的平均相互作用时间：熔滴与周围介质的平均相互作用时间：很短很短,0.011.0s,0.011.0s内。内。234343ggARSVRR西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemic

11、al Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 c熔滴温度熔滴温度 实测手工电弧焊碳钢焊条实测手工电弧焊碳钢焊条: 熔滴平均温度：熔滴平均温度： 1800-2400 熔渣平均温度：熔渣平均温度： 1600 熔池平均温度：熔池平均温度： 1770100 电流越大温度越高，焊丝直径越细温度越高。电流越大温度越高，焊丝直径越细温度越高。注：药皮熔化后熔渣的向熔池过渡：注：药皮熔化后熔渣的向熔池过渡：以薄膜的方式包在熔滴外面或夹在熔滴内同熔滴一同过渡。以薄膜的方式包在熔滴外面或夹在熔滴内同熔滴一同过渡。直接从焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池。直接从焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池

12、。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2 熔池的构成熔池：熔焊时，母材上由熔化的焊条金属与部分熔化的母熔池：熔焊时，母材上由熔化的焊条金属与部分熔化的母材所组成的具有一定几何外形的液体金属。材所组成的具有一定几何外形的液体金属。就像钢锭冶炼一样，不过体积小。就像钢锭冶炼一样，不过体积小。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金1熔池的外形和尺

13、寸熔池为半椭球，几何尺寸：Hmax(深度, Bmax宽度, L长度 P2比例系数，取决于焊接方法和规范 2.4-5.5 I焊接电流 U焊接电压 该式适用于点状热源 。比外表积： 熔池 (0.313)10cm2/kg2LP IU西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2熔池的质量和存在时间熔池的质量和存在时间 质量：手弧焊：质量：手弧焊：0.616g，普通小于，普通小于5g 埋弧焊：最大埋弧焊：最大100g。 最大存在时间：几秒最大存在时间：几秒-几十秒几十秒 比熔滴长。

14、比熔滴长。 tmax=L/v v：焊速：焊速平均存在时间：平均存在时间： mp：熔池的质量：熔池的质量 ：熔池液态金属的密度：熔池液态金属的密度 Aw：焊缝的横截面积：焊缝的横截面积pcpWmtvA西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 3熔池温度 熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部。 熔滴平均温度： 1800-2400 熔渣平均温度： 1600 熔池平均温度： 1770100西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and C

15、hemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金4 4熔池运动形状熔池运动形状a a液态金属密度差引起自在对流运动液态金属密度差引起自在对流运动b b外表张力差引起强迫对流运动外表张力差引起强迫对流运动c c 熔池中各种机械力搅拌熔池中各种机械力搅拌d d对焊接质量的影响对焊接质量的影响西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.1.22.1.2焊接过程中对熔融金属的维护焊接过程中对熔融金属的维护1 1、 维护的必要性及目的维护的必要性及目

16、的 景象：氧氮显著提高景象：氧氮显著提高 减少有害杂质减少有害杂质 维护合金元素烧损维护合金元素烧损 目的：减少和防止空气氧、氮进入焊目的：减少和防止空气氧、氮进入焊接区，防止合金元素烧损，降低焊缝的性能。接区，防止合金元素烧损，降低焊缝的性能。焊接化学冶金首要义务。焊接化学冶金首要义务。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2、维护方式和效果、维护方式和效果真空：电子束焊真空：电子束焊(小于小于0.0133Pa气体：气体：TIG焊焊, CO2, MIG熔渣：埋弧焊熔

17、渣：埋弧焊气气-渣：手工焊、药芯焊渣：手工焊、药芯焊自维护：焊丝含脱氧剂，脱氮剂非机械隔离空气自维护：焊丝含脱氧剂，脱氮剂非机械隔离空气 即使有维护隔离空气，因药皮或维护气体的双刃即使有维护隔离空气，因药皮或维护气体的双刃特性，还需进展冶金处置，获得适宜焊缝成分和性能，特性，还需进展冶金处置，获得适宜焊缝成分和性能，如合金过渡焊接化学冶金的第二个义务如合金过渡焊接化学冶金的第二个义务西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金3、焊条的组成补充内容、焊条的组成补充内容1焊芯

18、-焊丝 作用：导电、填充金属。2药皮 作用：机械维护作用 冶金处置作用西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金药皮组成药皮组成稳弧剂稳弧剂 : :改善引弧性能和提高电弧熄灭的稳定性，原资料为易改善引弧性能和提高电弧熄灭的稳定性，原资料为易电离或电离势低的物质。如：电离或电离势低的物质。如：K2CO3K2CO3、CaCO3CaCO3大理石、长石、钾大理石、长石、钾水玻璃水玻璃 造渣剂造渣剂: :呵斥具有一定物理性能、化学性能的熔渣，起到维护呵斥具有一定物理性能、化学性能的

19、熔渣，起到维护作用和改善焊缝成型。作用和改善焊缝成型。如：钛铁矿、金红石、萤石、长石硅酸盐等。如：钛铁矿、金红石、萤石、长石硅酸盐等。 造气剂造气剂: :造气维护造气维护 , ,有机物、碳酸盐有机物、碳酸盐. .有机物如：木粉、淀粉、有机物如：木粉、淀粉、析出气体析出气体CO2CO2、H H，碳酸盐析出气体，碳酸盐析出气体CO2CO2，高温时产生，高温时产生COCO。脱氧剂脱氧剂: :降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧。铁合金：降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧。铁合金：锰铁、钛铁、硅铁等。锰铁、钛铁、硅铁等。合金剂合金剂: :使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。使焊缝补偿烧损和获

20、得必要的合金成分。FeFe合金、纯金合金、纯金属属. .西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 粘结剂粘结剂:将涂料结实的粘在焊芯上，参与冶金反响，如钠水玻将涂料结实的粘在焊芯上，参与冶金反响，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。增塑性增塑性:便于用机器压制焊条，额外参与一些能改善涂料塑性便于用机器压制焊条，额外参与一些能改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥、滑石等。或滑润性物质。如云母、白泥、滑石等。药皮组成总结：药皮组成总结：一系列氧

21、化物一系列氧化物Ti，Fe，Mn、Si，碳酸盐，碳酸盐Ca，Na，K、硅酸盐硅酸盐SiO2的复合化合物、纯的复合化合物、纯Me，有机物及，有机物及CaF2等。等。这个问题，下节课提问。这个问题，下节课提问。书书P83页。页。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.1.3 焊接化学冶金反响区及其反响条件焊接化学冶金反响区及其反响条件分区域延续进展分区域延续进展 焊条电弧焊焊条电弧焊3个反响区。个反响区。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Mat

22、erial and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金1、药皮反响区：指焊条受、药皮反响区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反响。点前发生的一些反响。温度：温度：100-1200 钢材钢材反响：水分的蒸发、某些反响：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的物质的分解和铁合金的氧化。氧化。气维护及气体氧化问题。气维护及气体氧化问题。水分蒸发结晶水分解碳酸盐分解铁合金氧化西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接

23、化学冶金2 熔滴反响区熔滴反响区熔滴构成、长大、脱离焊条、过渡到熔池之前所发生的反响。熔滴构成、长大、脱离焊条、过渡到熔池之前所发生的反响。特点：特点：温度高温度高 1800 180024002400，过热度，过热度300300900 900 与气体、熔渣的接触面积大。比外表积是炼钢的与气体、熔渣的接触面积大。比外表积是炼钢的10001000倍倍各相反响时间短各相反响时间短 末端停留末端停留0.010.010.1s 0.1s ，弧柱区，弧柱区0.00010.00010.001s0.001s，平均，平均0.010.011.0s1.0s，速度，速度2.52.510m/s10m/s熔渣和熔滴金属发生

24、剧烈的混合熔渣和熔滴金属发生剧烈的混合. .反响最猛烈，包括：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其反响最猛烈，包括：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化与复原以及焊缝金属的合金化。合金成分的氧化与复原以及焊缝金属的合金化。 西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金3 熔池反响区熔池反响区熔滴和熔渣同熔化的母材混合构成熔池熔滴和熔渣同熔化的母材混合构成熔池特点特点平均温度低：平均温度低：1600-1900 熔滴熔滴18002400比外表积小：比外表积小：

25、3130 cm2/kg熔滴熔滴103104 cm2/kg反响时间长：反响时间长：3-8SSMAW熔滴熔滴0.011.0s熔池温度不均匀、同一反响在不同区域能够向相反方向进展。熔池温度不均匀、同一反响在不同区域能够向相反方向进展。熔池金属对流和搅拌运动，加速反响，利于排气排渣熔池金属对流和搅拌运动，加速反响，利于排气排渣分区域延续进展。分区域延续进展。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.1.4 焊接工艺条件与化学冶金反响的关系焊接工艺条件与化学冶金反响的关系1 1

26、、熔合比的影响、熔合比的影响 熔合比：焊缝金属中，部分熔化的母材所占的熔合比：焊缝金属中，部分熔化的母材所占的比例。比例。 112FFF 熔合比F1熔化母材的面积F2填充金属的面积西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 C0 C0 某元素在焊缝金属中的质量百分数。某元素在焊缝金属中的质量百分数。 Cb Cb 该元素在母材中的质量百分数。该元素在母材中的质量百分数。 Ce Ce 该元素在焊芯中的质量百分数。该元素在焊芯中的质量百分数。 熔合比熔合比0(1)beCCCCW

27、 焊缝金属中合金元素的实践浓度。焊缝金属中合金元素的实践浓度。 Cd 熔敷金属中元素的实践质量百分数熔敷金属中元素的实践质量百分数(1)wbdCCC焊缝金属的合金元素浓度：焊缝金属的合金元素浓度：焊缝金属的合金元素实践浓度：焊缝金属的合金元素实践浓度：西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2、熔滴过渡特性的影响本质是工艺参数、熔滴过渡特性的影响本质是工艺参数焊接电流焊接电流I I的变化的变化 冶金反响不充分冶金反响不充分滴tI焊接电压V的变化 U 弧长 冶金反响充分滴

28、t西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金内容：内容： 2.12.1焊接化学冶金过程特点焊接化学冶金过程特点 2.22.2气相对金属的作用气相对金属的作用 2.32.3熔渣及其对金属的作用熔渣及其对金属的作用 2.42.4焊缝金属的净化及合金过渡焊缝金属的净化及合金过渡第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶

29、金2.2 气相对金属的作用气相对金属的作用2.2.1 焊接区的气体焊接区的气体2.2.2 氮对金属的作用氮对金属的作用2.2.3 氢对金属的作用氢对金属的作用2.2.4 氧对金属的作用氧对金属的作用西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.2 气相对金属的作用气相对金属的作用2.2.1 焊接区的气体焊接区的气体 气体的来源和产生气体的来源和产生1气体的来源气体的来源 焊接资料主要，母材和环境气氛。焊接资料主要，母材和环境气氛。2气体的供应途径气体的供应途径 主要由直接

30、输入或侵入的原始气体，物化反主要由直接输入或侵入的原始气体，物化反响产生的气体。响产生的气体。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金a. 有机物的分解和熄灭有机物的分解和熄灭淀粉、纤维素和藻酸盐淀粉、纤维素和藻酸盐酸性焊条造气剂和增塑剂酸性焊条造气剂和增塑剂产物：产物：CO2,CO,H2及水气及水气220 -320 分解分解50%；800 完全分解。完全分解。纤维素焊条烘干温度不超越150西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material a

31、nd Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 b.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：CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3) 2作用：焊条造气剂作用：焊条造气剂分解：分解： CaCO3 分解分解545 ，猛烈，猛烈910 MgCO3 分解分解325 ，猛烈，猛烈650 产物：产物：CO2 氧化物氧化物焊条烘干多少焊条烘干多少?高价氧化物：高价氧化物：Fe2O3和和MnO2产物：产物：O2和低价氧化物和低价氧化物FeO和和MnOPS:药皮反响区温度药皮反响区温度100-1200 西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院S

32、chool of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 c. 资料的蒸发及冶金反响资料的蒸发及冶金反响 吸附水，结晶水，金属蒸气，熔渣蒸气，一些冶金反响吸附水，结晶水，金属蒸气，熔渣蒸气，一些冶金反响 d.直接输入或侵入直接输入或侵入 维护气，周围空气中的维护气，周围空气中的N2,O2,H2O，维护气体中的，维护气体中的N2,O2,H2O。3气体的分解和电离气体的分解和电离 表表1-11书书P32),产物：产物：H,O,H2,O24焊接区气体的成份焊接区气体的成份 由由N2,H2,O2，CO2,H2O,金属和熔渣的蒸气以及它

33、们分解和电金属和熔渣的蒸气以及它们分解和电离的产物组成的混合物。红色离的产物组成的混合物。红色5种气体对焊接质量有重要影响。种气体对焊接质量有重要影响。它们与金属的作用分两种类型：它们与金属的作用分两种类型： a.气体在金属中的溶解。气体在金属中的溶解。N2,H2,O2 b.与金属化学反响特指氧化，与金属化学反响特指氧化， O2，CO2,H2O西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.2.2 氮对金属的作用氮对金属的作用来源：主要是焊接区周围的空气。来源：主要是焊接区

34、周围的空气。氮与金属作用有两种情况。氮与金属作用有两种情况。 1 1不与氮发生作用的金属，即不能熔解氮又不构成氮不与氮发生作用的金属，即不能熔解氮又不构成氮化物，可用化物，可用N N作为维护气体。作为维护气体。 2 2与氮发生作用的金属，即能溶解氮又能构成氮化物与氮发生作用的金属，即能溶解氮又能构成氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。1 1、氮在金属中的溶解、氮在金属中的溶解 1 1原子方式溶于液态金属原子方式溶于液态金属 平方根定律平方根定律 2 2以以NONO方式溶入方式溶入 3 3以氮离子方式溶入以氮离子方式溶入西安工业大学材化学院西安工业大学材

35、化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2、氮对焊接质量的影响、氮对焊接质量的影响 1气孔气孔 2改动力学性能，强度升，塑性、韧改动力学性能，强度升，塑性、韧性降。性降。3 时效脆化时效脆化西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶

36、金焊接化学冶金3、影响焊缝含氮量的要素及控制措施、影响焊缝含氮量的要素及控制措施 1控氮主要途径，加强维护，减少输入与脱氧的差别。控氮主要途径，加强维护，减少输入与脱氧的差别。 2焊接工艺参数的影响焊接工艺参数的影响 3合金元素的影响合金元素的影响西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.2.3 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来源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯中水分，来源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯中水分，药皮中有机物、焊件外

37、表杂质锈、油、空气中水药皮中有机物、焊件外表杂质锈、油、空气中水分分 第一类能构成稳定氢化物金属第一类能构成稳定氢化物金属 ，放热反响，低，放热反响，低温吸氢多。温吸氢多。 第二类不构成稳定氢化物的金属。溶解，吸热第二类不构成稳定氢化物的金属。溶解，吸热反响如反响如AlAl，FeFe，CuCu ，温度升高，溶解度添加。，温度升高，溶解度添加。 2 2溶解机构溶解机构1).1).氢以原子方式溶入氢以原子方式溶入 平方根定律平方根定律2).2).以以 溶入溶入 3).3).以以 溶入溶入 OHH西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical

38、Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 2、焊缝金属中的氢及其分散、焊缝金属中的氢及其分散1存在方式存在方式 分散氢：氢以原子或质子方式分散氢：氢以原子或质子方式存在的并可在金属晶格中自在存在的并可在金属晶格中自在分散。占分散。占8到到9成成 剩余氢：氢原子分散聚集圈套剩余氢：氢原子分散聚集圈套金属的晶格缺陷，显微裂纹金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物的边缘空隙和非金属夹杂物的边缘空隙中，结合成分子不能

39、自在分散。中，结合成分子不能自在分散。 总含氢量总含氢量=分散氢剩余氢分散氢剩余氢西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2接头分布接头分布近缝区氢含量与冷裂纹产生有亲密关系近缝区氢含量与冷裂纹产生有亲密关系西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金3、氢对焊接质量的影响、氢对焊接质量的影响暂态景象：脆化、白点、经时效、热处置可消除暂态景象：脆化、

40、白点、经时效、热处置可消除 永久景象：气孔、冷裂纹，不可消除永久景象：气孔、冷裂纹，不可消除 1 氢脆氢脆 氢在室温附近，氢在室温附近， 氢溶解在金属晶格中，引起钢的氢溶解在金属晶格中，引起钢的塑性严重下降景象。位错堆积塑性严重下降景象。位错堆积-显微空腔显微空腔-分子氢分子氢-内压。内压。 2 白点白点 断面上，肉眼可见，直径断面上，肉眼可见，直径0.53mm，中心处有气孔，中心处有气孔或小的夹渣，外围有塑性裂断的痕迹，象鱼眼似的也称或小的夹渣，外围有塑性裂断的痕迹，象鱼眼似的也称“鱼眼鱼眼. 产生缘由：白点是在塑性变形阶段产生的。产生缘由：白点是在塑性变形阶段产生的。3气孔气孔4产生冷裂纹

41、产生冷裂纹产生区域产生区域?西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金4、控制氢的措施、控制氢的措施1限制焊接资料的含氢量，烘干限制焊接资料的含氢量，烘干 2清理工件及焊丝上杂质，去锈、油污、吸附水分清理工件及焊丝上杂质，去锈、油污、吸附水分 3冶金处置冶金处置 ，使氢生成不溶解于液态金属的氢化物。，使氢生成不溶解于液态金属的氢化物。HF,OH.4焊后脱氢处置焊后脱氢处置 5调整焊接规范调整焊接规范 西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Materi

42、al and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.2.4 氧对金属的作用氧对金属的作用1、氧在金属中的溶解、氧在金属中的溶解 来源：焊接资料及母材中含氧物质和焊接区周围的空来源：焊接资料及母材中含氧物质和焊接区周围的空气。气。 对熔焊：氧与金属作用不可防止，重要的是减少对熔焊：氧与金属作用不可防止，重要的是减少氧含量，降低对接头呵斥的危害。氧含量，降低对接头呵斥的危害。液态液态Fe中溶解方式：原子态中溶解方式：原子态 和和FeO。随温度升高溶解。随温度升高溶解添加。添加。固态固态Fe中存在方式：几乎不溶解氧，以氧化物、硅酸盐中存在方式：几乎不溶解

43、氧，以氧化物、硅酸盐等存在。等存在。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2 氧化性气体对金属的氧化氧化性气体对金属的氧化1氧化复原反响判据 氧化物分解压氧化物分解压氧化物分解到达平衡时氧的平衡分压，称为氧化物分解到达平衡时氧的平衡分压，称为氧化物的分解压。氧化物的分解压。 反响系统中氧的分压反响系统中氧的分压2oP)(2TfPo 22ooPP时，金属被还原，反应向右进行； 22ooPP时，金属被氧化，反应向左进行；西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School

44、 of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2自在氧对金属的氧化自在氧对金属的氧化 包括对包括对Fe,C,Mn,Si等等 对对C的氧化，生成的氧化，生成CO(焊接区气体的冶金反响来源焊接区气体的冶金反响来源)。3CO2对金属的氧化对金属的氧化 反响产物，反响产物，FeO、CO(焊接区气体的冶金反响来源焊接区气体的冶金反响来源) 只能防弹，不能防痒，低氢。只能防弹，不能防痒，低氢。4H2O气对金属的氧化气对金属的氧化 反响产物，反响产物，FeO,H2,既增氢，又增氧。既增氢，又增氧。5混合气体对金属的氧化混合气体对金属的氧化

45、2FeOCOFeCOFeOOFe22/122HFeOFeOH西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金3 氧对焊缝质量的影响氧对焊缝质量的影响1力学性能下降力学性能下降2产生产生CO气孔，及飞溅气孔，及飞溅3合金元素烧损合金元素烧损4减少氢的危害减少氢的危害4.4.防止措施防止措施 一防二脱一防二脱 西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金内容：内

46、容： 2.12.1焊接化学冶金过程特点焊接化学冶金过程特点 2.22.2气相对金属的作用气相对金属的作用 2.32.3熔渣及其对金属的作用熔渣及其对金属的作用 2.42.4焊缝金属的净化及合金过渡焊缝金属的净化及合金过渡第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.3 熔渣及其对金属的作用熔渣及其对金属的作用2.3.1 焊接熔渣及其性质焊接熔渣及其性质2.3.2 活性熔渣对焊缝金属的氧化活性熔渣对焊缝金属的氧化2.3.3 焊缝金属的

47、脱氧焊缝金属的脱氧西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.3 熔渣及其对金属的作用熔渣及其对金属的作用2.3.1 焊接熔渣及其性质焊接熔渣及其性质1、熔渣的作用、熔渣的作用 1机械维护作用机械维护作用 隔离氮氧隔离氮氧 2冶金处置作用冶金处置作用 除害，合金化除害，合金化 3改善焊接工艺性能改善焊接工艺性能 燃弧，脱渣，成形燃弧，脱渣，成形2、熔渣的成分和种类、熔渣的成分和种类 1熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、氟熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、氟化物、硅酸盐类组成

48、，是多种化学组成的复杂化物、硅酸盐类组成，是多种化学组成的复杂体系。体系。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 2熔渣分为熔渣分为3类类 第一类第一类 盐型盐型 第二类第二类 盐盐氧化物型氧化物型 第三类第三类 氧化物型氧化物型西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金3、熔渣的构造实际、熔渣的构造实际22CaOSiOCaO SiOQ 液态熔渣

49、的构造有两种实际：液态熔渣的构造有两种实际： 分子实际和离子实际分子实际和离子实际1分子实际分子实际 1).液态熔渣由化合物的分子组成的。自在氧化物及其复合物的分子，氟化液态熔渣由化合物的分子组成的。自在氧化物及其复合物的分子，氟化物，硫化物等。物，硫化物等。 2).氧化物及其复合物处于平衡形状氧化物及其复合物处于平衡形状 3).3).只需自在氧化物才干与金属作用只需自在氧化物才干与金属作用()()FeOMnMnOFe() FeOOFeCO 分子实际可简明的定性解释熔渣与金属之间的冶金反响分子实际可简明的定性解释熔渣与金属之间的冶金反响, ,但不能解释一些重要景象，如导电性、电解等。但不能解释

50、一些重要景象，如导电性、电解等。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金 2离子实际离子实际1).液态熔渣是由阴阳离子简单和复杂离子组成的电中性溶液液态熔渣是由阴阳离子简单和复杂离子组成的电中性溶液负电性大的元素以负离子方式存在负电性小的元素以正离子方式存在 2.F Cl O2.Ca K Fe44SiO639Si O2).2).离子的分布，聚集和相互作用取决于它的综合矩离子的分布，聚集和相互作用取决于它的综合矩 z z离子的电荷离子的电荷 r r离子的半径离子的半径10

51、-1nm10-1nm3).3).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的过程zr综合距)(2 2)(24SiFeFeSi)(2 2)(2SiFeOFeSiO西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金4、熔渣的性质、熔渣的性质1熔渣的碱度熔渣的碱度分子实际以为熔渣中的氧化物按其性质可分为三类分子实际以为熔渣中的氧化物按其性质可分为三类1).酸性氧化物酸性氧化物 SiO2 TiO2 P2O52).碱性氧化

52、物碱性氧化物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO3).中性氧化物中性氧化物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3根据分子实际碱度的定义为：根据分子实际碱度的定义为：B=(R2O+RO)/RO2 R2O、RO熔渣中碱性氧化物的摩尔分数熔渣中碱性氧化物的摩尔分数 RO2 熔渣中酸性氧化物的摩尔分数熔渣中酸性氧化物的摩尔分数碱度碱度B的倒数称为酸度的倒数称为酸度西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金B B1 1 碱碱 B B1.31.3碱碱B B1 1

53、酸酸B B1 1 中中修正如下：修正如下：)(005. 0017. 0)(007. 0)(014. 0006. 0015. 0018. 0122322222ZrOTiOOAlSiOFeOMnOOKONaCaFMgOCaOB式中式中CaOCaO、MgOMgO、CaF2CaF2、SiO2 SiO2 等以质量百分数计等以质量百分数计B1B11 1 碱碱 B1B11 1 酸酸B1B11 1 中中 表表1-19,p531-19,p53西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金离子实

54、际对碱度定义离子实际对碱度定义:液态熔渣中自在氧离子的浓度定义为碱度液态熔渣中自在氧离子的浓度定义为碱度. . B2=aiMi B2=aiMi 日本森氏法日本森氏法Mi-Mi-渣中第渣中第i i种氧化物的摩尔分数种氧化物的摩尔分数; ;ai-ai-渣中第渣中第i i种氧化物的碱度系数种氧化物的碱度系数; ;B2B20 0 碱碱B2B20 0 酸酸B2=0 B2=0 中中西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2 熔渣的粘度熔渣的粘度3熔渣的外表张力熔渣的外表张力4熔渣的

55、熔点熔渣的熔点西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.3.2 活性熔渣对焊缝金属的氧化活性熔渣对焊缝金属的氧化1、分散氧化、分散氧化焊接钢时，焊接钢时，FeO既溶于熔渣又溶于液态钢。既溶于熔渣又溶于液态钢。在两相中的含量符合分配定律在两相中的含量符合分配定律:温度不变时，添加熔渣中温度不变时，添加熔渣中FeO的含量，的含量，FeO将向熔池金属将向熔池金属中分散。中分散。TL,FeO 向钢中分配。向钢中分配。同样温度下，在碱性渣中比在酸性渣中更易向金属中分配同样温度下

56、，在碱性渣中比在酸性渣中更易向金属中分配分为：分散氧化及置换氧化分为：分散氧化及置换氧化()FeOLFeO熔渣钢4906lg1.877LT2在SiO 饱和的酸性渣中5014lg1.980LCaOT在饱和的碱性渣中西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金1200150018002100240027000.00.51.01.52.02.5lg LT lgL=4906/T-1.877 酸性渣 lgL=5014/T-1.980 碱性渣()FeOLFeO熔渣钢西安工业大学材化学院

57、西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2、置换氧化、置换氧化当熔渣中含有较多的易分解氧化物，那么与液态铁发生置换反响，当熔渣中含有较多的易分解氧化物，那么与液态铁发生置换反响，使铁氧化，氧化物中的合金元素被复原。使铁氧化，氧化物中的合金元素被复原。2（SiO )+2FeSi+2FeO()FeOFeOT反响向右进展，发生在熔滴，熔池前部。lgKSi=(FeO)2Si/(SiO2)= -13460/T+6.04西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material an

58、d Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2.3.3 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那么、脱氧的目的和选择脱氧剂的原那么 目的：减少焊缝中的含氧量。目的：减少焊缝中的含氧量。 在焊丝、焊剂或药皮中参与适宜的元素或铁合金，在焊丝、焊剂或药皮中参与适宜的元素或铁合金，使之在焊接过程中夺取氧。即脱氧剂。使之在焊接过程中夺取氧。即脱氧剂。 选取原那么：选取原那么：脱氧剂应在焊接温度下比被焊金属对氧具有更强的亲和脱氧剂应在焊接温度下比被焊金属对氧具有更强的亲和力。力。脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣，且熔点低、密脱氧物不应溶于液态金

59、属而应溶于熔渣，且熔点低、密度小。度小。Mn、Si、Ti和和Al常用于脱氧剂。常用于脱氧剂。 化学冶金反响是按区域延续进展的，脱氧也不例外。化学冶金反响是按区域延续进展的，脱氧也不例外。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金2、先期脱氧、先期脱氧发生区域：药皮反响区：发生区域：药皮反响区：Fe2O3+Mn=MnO+2FeOCaCO3+Mn=CaO+CO+MnO从而使气相的氧化性减弱，但脱氧不充分。从而使气相的氧化性减弱，但脱氧不充分。3、沉淀脱氧、沉淀脱氧 置换氧化的

60、逆过程置换氧化的逆过程 发生区域：熔滴、熔池。溶解在液态金属中的脱氧剂和发生区域：熔滴、熔池。溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直直接反响，把铁复原，脱氧产物浮出液态金属。接反响，把铁复原，脱氧产物浮出液态金属。1Mn的脱氧的脱氧 Mn+FeO=Fe+(MnO)碱性的碱性的2Si的脱氧的脱氧 Si+ 2FeO=2Fe +(SiO2) 酸性的酸性的3Si Mn结合脱氧结合脱氧 Mn/Si=37 MnOSiO2西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金4、分散脱氧、分散脱氧 发