师大培训之焊缝氧化与脱氧

1、1焊缝金属的氧化与脱氧焊缝金属的氧化与脱氧河北师范大学焊接培训河北师范大学焊接培训之之 2o 熔渣对金属的氧化熔渣对金属的氧化焊缝金属的氧化与脱氧焊缝金属的氧化与脱氧o 气体对金属的氧化气体对金属的氧化o 焊缝金属的脱氧焊缝金属的脱氧3气体与金属的氧化气体与金属的氧化气体对焊缝金属的氧化气体对焊缝金属的氧化焊接区内的气体焊接区内的气体4 对焊接质量影响较对焊接质量影响较大的是：大的是：N2、H2、O2、CO2 和和 H2O 焊接区的焊接区的气体气体间接分解间接分解直接进入直接进入（一）、焊接区内的气体（一）、焊接区内的气体有机物分解；蒸发；有机物分解；蒸发；高价氧化物、碳酸盐分解；高价氧化物、

2、碳酸盐分解；冶金反应产生；冶金反应产生；1、气体的种类、气体的种类5（1）有机物的分解和燃烧 焊条药皮（造气、粘结、焊条药皮（造气、粘结、成形剂）中的淀粉、成形剂）中的淀粉、 纤维素、糊精等有机物纤维素、糊精等有机物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、水气、水气 等等220320 ，药皮中的有机物分解达，药皮中的有机物分解达50，800 左右左右完全分解；完全分解；有机物的含量较高的焊条有机物的含量较高的焊条烘干温度在烘干温度在150 左右左右。2、气体的产生途径、气体的产生途径6（2）碳酸盐和高价氧化物的分解）碳

3、酸盐和高价氧化物的分解1） 碳酸盐的分解碳酸盐的分解 CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2（545 910）（325 650） 含有碳酸盐的焊条含有碳酸盐的焊条烘干温度的烘干温度的确定需注意确定需注意低于分解温度低于分解温度。72 2）高价氧化物的分解）高价氧化物的分解 6 Fe 6 Fe2 2O O3 3 = 4 Fe = 4 Fe3 3O O4 4 + + O O2 2 2 Fe 2 Fe3 3O O4 4 = 6 FeO + = 6 FeO + O O2 2 4 MnO 4 MnO2 2 = 2 Mn = 2 Mn2 2O O3 3 + + O O2 2

4、 6 Mn 6 Mn2 2O O3 3 = 4 Mn = 4 Mn3 3O O4 4 + + O O2 28（3） 物质的蒸发及冶金反应物质的蒸发及冶金反应 水蒸气水蒸气 焊接材料和母焊接材料和母材表面的水分材表面的水分 低沸点金属元素低沸点金属元素或化合物，如：或化合物，如： Zn,Mg ,Pb,MnZn,Mg ,Pb,Mn； KF,LiF,NaF；金属蒸气金属蒸气 某些冶金反某些冶金反应的产物应的产物气态产物气态产物合元损失；合元损失；产生缺陷；产生缺陷；增加焊接烟增加焊接烟尘，影响焊尘，影响焊工身体。工身体。9一些金属和氟化物的沸点一些金属和氟化物的沸点10碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气

5、相成分碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分药 皮 类 型气相成分（体积分数） /%备 注COCO2H2H2O高钛型（J421）46.75.334.513.5焊条在110烘干2h钛钙型（J422）50.75.937.55.7钛铁矿型（J423） 48.14.836.610.5氧化铁型（J424） 55.67.324.013.1纤维素型（J425） 42.32.941.212.6低氢型（J427）79.816.91.81.5H2和和H2O的含量很的含量很少少11（二）气体与金属的作用（二）气体与金属的作用氧化性气体对金属的氧化氧化性气体对金属的氧化12自由氧对金属的氧化自由氧对金属的氧化COCO2

6、 2对金属的氧化对金属的氧化HH2 2OO对金属的氧化对金属的氧化混合气体对金属的氧化混合气体对金属的氧化 氧化性气体对金属的氧化氧化性气体对金属的氧化13（1）自由氧对金属的氧化）自由氧对金属的氧化 同时：同时： C + O2 = CO Si + O2 =（SiO2） Mn + O2 =（MnO） 气相中气相中 O2 的分压超过的分压超过 p（O2 /FeO）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原子氧对原子氧对铁的氧化铁的氧化比分子氧比分子氧更激烈更激烈14随温度升高，气相的

7、氧化性增加。随温度升高，气相的氧化性增加。（2）CO2对金属的氧化对金属的氧化当温度高于当温度高于3000K时，时，CO2的氧化性超过了空气。的氧化性超过了空气。温度温度/K1800200022002500300035004000气相成分气相成分( 体积分体积分数数 )/CO299.3497.7493.9481.1044.2616.695.92CO0.441.514.0412.6037.1655.5462.72O20.220.762.026.3018.5827.7731.36气相中氧的分压气相中氧的分压p(O2)/101.325kPa2.210-37.610-32.0210-26.310-21

8、8.5810-227.7710-231.3610-2饱和时饱和时FeO的分解压的分解压p(O2)/101.325kPa3.8110-91.0810-71.3510-65.310-5-纯纯CO2分解得到的平衡气相成分分解得到的平衡气相成分15 温度温度，反应向右，反应向右-铁氧化。铁氧化。 CO CO2 2作保护气体防止氮侵入不能避免金属作保护气体防止氮侵入不能避免金属氧化氧化在在COCO2 2焊丝中增加脱氧元素。焊丝中增加脱氧元素。 焊条药皮中焊条药皮中含碳酸盐加脱氧剂。含碳酸盐加脱氧剂。16（3）H2O对金属的氧化对金属的氧化H2O 气与气与 Fe 的反应式为：的反应式为： H2O气气 Fe

9、 FeO H2 温度越高，温度越高，H2O 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，H H2 2O O 气气的氧化性比的氧化性比 COCO2 2 小。小。 注意注意: H: H2 2O O气气-氧化氧化+ +增氢。增氢。17d）混合气体对金属的氧化）混合气体对金属的氧化 CO2和和O2 混合气体氧化性混合气体氧化性熔敷金属的含氧量熔敷金属的含氧量。 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18二、焊接熔渣对金属的氧化二、焊接熔渣对金属的氧化置换氧化置换氧化扩散氧化扩散氧化熔渣的氧化能力：熔渣的氧化能力：指熔渣向液态金属指熔渣向液态金属中传入氧

10、的能力。中传入氧的能力。 191、置换氧化、置换氧化 例如，例如，用低碳钢焊丝配合高硅高锰焊剂用低碳钢焊丝配合高硅高锰焊剂(如如HJ431)埋弧焊时，易发生如下埋弧焊时，易发生如下置换氧化反应置换氧化反应: （FeO） （SiO2）+ 2 Fe = Si + 2 FeO FeO或或 : （MnO） Mn 指被焊金属与其他金属或非金属的氧化物发生指被焊金属与其他金属或非金属的氧化物发生置换反应而导致的氧化。置换反应而导致的氧化。20置置 换换 氧氧 化化212、扩散氧化、扩散氧化 指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属使焊缝增氧使焊缝增氧扩散氧化扩散氧化。1 1

11、）分配系数）分配系数2 2）分配系数的影响因素）分配系数的影响因素22u 当温度不变时，分配系数当温度不变时，分配系数L L一定，增加液一定，增加液态熔渣中的态熔渣中的FeOFeO的含量将会使液态金属增氧。的含量将会使液态金属增氧。 对钢来讲，在一定温度下平衡时，对钢来讲，在一定温度下平衡时，FeO分配符合以下公式：分配符合以下公式：FeO FeO wwL 1 1）分配系数）分配系数23 a) 温度温度: T , L值值 即高温时，即高温时，FeO更容易向金属中分配。更容易向金属中分配。 主要发生在熔滴阶段和熔池前部高温区主要发生在熔滴阶段和熔池前部高温区2）分配系数的影响因素）分配系数的影响

12、因素 b) 熔渣的性质：熔渣的性质： FeO FeO 在碱性渣中比在酸性渣中更容易向钢液在碱性渣中比在酸性渣中更容易向钢液中分配中分配。24酸性渣酸性渣 碱性渣碱性渣 酸性渣中酸性渣中 SiO2 、TiO2 等酸性氧化物较多，等酸性氧化物较多，FeO 的活度低，的活度低，不容易向金属中扩散，因此分配率不容易向金属中扩散，因此分配率 L 值较大。值较大。 碱性渣中酸性氧化物较少，碱性渣中酸性氧化物较少，FeO 大部分以自由状态存在，大部分以自由状态存在，即即 FeO 在渣中的活度系数大，所以更容易向金属中扩散。在渣中的活度系数大，所以更容易向金属中扩散。 正是由于这个原因，在碱性焊条药皮中一般不加入含正是由于这个原因，在碱性焊条药皮中一般不加入含 FeO 的的物质。并要求物质。并要求焊接时严格清除焊件表面上的氧化皮和铁锈。焊接时严格清除焊件表面上的氧化皮和铁锈。 25判断：判断：碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的高？碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的高？26脱氧剂的选择原则脱氧剂的选择原则三、焊缝金属的脱氧三、焊缝金属的脱氧 * *重点重点先期脱氧先期脱氧沉淀脱氧沉淀脱氧扩散脱氧扩散脱氧273 3）综合考虑对焊缝成分、性能及焊接工艺性的影响；）综合考虑对焊缝成分、性能及焊接工艺