焊接化学冶金过程共需学时实用教案

1、 内容： 2.1焊接化学冶金过程特点 2.2气相对金属的作用 2.3熔渣及其对金属的作用 2.4焊缝金属的净化(jnghu)及合金过渡第2 2章 焊接化学(huxu)(huxu)冶金第1页/共76页第一页，共77页。 2.1焊接(hnji)化学冶金过程特点 2.1.1焊条熔化及熔池形成 2.1.2焊接(hnji)过程中对熔融金属的保护 2.1.3 焊接(hnji)化学冶金反应区及其反应条件 2.1.4 焊接(hnji)工艺条件与化学冶金反应的关系第2页/共76页第二页，共77页。 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。 要点：各种物质包括气体、液态金属、固态金

2、属、熔渣。 对焊缝(hn fn)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。 本章以 焊条电弧焊 焊接低碳钢/低合金钢 冶金问题为研究对象。第3页/共76页第三页，共77页。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，在特定的熔炉中进行对金属熔炼加工过程，在特定的熔炉中进行(jnxng)(jnxng)。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。

3、不同点：不同点：1 1）原材料不同）原材料不同 普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁，母合金普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁，母合金 焊接材料：焊条、焊丝、焊剂焊接材料：焊条、焊丝、焊剂2 2）目的不同）目的不同 普冶：提炼金属；调整状态普冶：提炼金属；调整状态 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基本焊接原理就是用基本(jbn)(jbn)理论理论 分析在焊接分析在焊接条件下的特点，不同之处。条件下的特点，不同之处。第4页/共76页第四页，共77页。 2.1.1焊条熔化及熔池形成(xngchng) 1、焊条的加热及熔化 （1）焊条的加热 电阻热：焊接电流通过焊

4、芯时产生的电阻热。（600650oC) 电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。（部分） 化学反应热：药皮部分化学物质化学反应时产生的热量（极少） 2.12.1焊接化学冶金焊接化学冶金(yjn)(yjn)过程的特点过程的特点第5页/共76页第五页，共77页。（2） 焊条金属(jnsh)的熔化速度 焊条金属(jnsh)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 电弧燃烧的时间（h） I 焊接电流(dinli)（A) P焊条的熔化系数g/(Ah)第6页/共76页第六页，共77页。 焊条金属平均熔敷速

5、度(sd)： 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(hntio)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（g）H焊条(hntio)的平均熔敷系数（g/(Ah)）损失系数：损失系数： 损失的金属损失的金属(jnsh)(jnsh)质量与熔化的焊芯质量之比，称为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第7页/共76页第七页，共77页。熔滴：在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态(yti)金属。熔滴过渡：（3）

6、焊条金属熔滴及过渡(gud)特性 a）熔滴的过渡(gud)形式第8页/共76页第八页，共77页。图焊条端部熔滴质量(zhling)随时间的变化 (低氢碱性焊条，反接)第9页/共76页第九页，共77页。 b) 熔滴的比表面积和 与周围介质( jizh)相互作用时间熔滴的比表面积熔滴的比表面积S S： 熔滴的表面积与其熔滴的表面积与其(yq)(yq)质量之比，称为。质量之比，称为。 熔滴越细，比表面积越大 I,R,S，利于冶金反应(fnyng)进行。 熔滴 103104cm2/kg 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,

7、0.011.0s,0.011.0s内。内。234343ggARSVRR第10页/共76页第十页，共77页。 c）熔滴温度 实测手工电弧焊碳钢焊条(hntio): 熔滴平均温度： 1800-2400 熔渣平均温度： 1600 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。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：以薄膜的形式包在熔滴外面或夹在熔滴内同熔滴一起过渡。以薄膜的形式包在熔滴外面或夹在熔滴内同熔滴一起过渡。直接直接(zhji)从焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池。从焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池。第11页/共76页第十一页，共77页

8、。2 熔池的形成(xngchng)熔池：熔焊时，母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所熔池：熔焊时，母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液体金属。组成的具有一定几何形状的液体金属。就像钢锭就像钢锭(gngdng)冶炼一样，不过体积小。冶炼一样，不过体积小。第12页/共76页第十二页，共77页。（1）熔池的形状和尺寸(ch cun)熔池为半椭球，几何尺寸(ch cun)：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 。比表面积： 熔池 (0.313)10cm2/kg

9、2LP IU第13页/共76页第十三页，共77页。 （2）熔池的质量和存在时间 质量：手弧焊：0.616g，一般小于5g 埋弧焊：最大100g。 最大存在时间：几秒-几十秒 比熔滴长。 tmax=L/v v：焊速 平均存在时间： mp：熔池的质量 ：熔池液态(yti)金属的密度 Aw：焊缝的横截面积pcpWmtvA第14页/共76页第十四页，共77页。 （3）熔池温度 熔池中部(zhn b)温度最高，头部次之，其次是尾部。 熔滴平均温度： 1800-2400 熔渣(rn zh)平均温度： 1600 熔池平均温度： 1770100第15页/共76页第十五页，共77页。 （4）熔池运动状态 a）液

10、态金属密度差引起自由对流运动 b）表面张力(biominzhngl)差引起强迫对流运动 c） 熔池中各种机械力搅拌 d）对焊接质量的影响第16页/共76页第十六页，共77页。 2.1.2焊接过程中对熔融金属的保护 1、 保护的必要性及目的 现象：氧氮显著提高(t go) 减少有害杂质 保护合金元素烧损 目的：减少和防止空气（氧、氮）进入焊接区，避免合金元素烧损，降低焊缝的性能。焊接化学冶金首要任务。第17页/共76页第十七页，共77页。 2、保护方式和效果 真空：电子束焊(小于0.0133Pa） 气体：TIG焊, CO2, MIG 熔渣：埋弧焊 气-渣：手工焊、药芯焊 自保护：焊丝含脱氧剂，脱

11、氮剂（非机械隔离空气） 即便有保护（隔离空气），因药皮或保护气体的双刃特性，还需进行冶金处理，获得合适焊缝成分和性能(xngnng)，如合金过渡（焊接化学冶金的第二个任务）第18页/共76页第十八页，共77页。3、焊条的组成（补充(bchng)内容）（1）焊芯-焊丝 作用：导电(dodin)、填充金属。（2）药皮 作用：机械保护作用 冶金处理作用第19页/共76页第十九页，共77页。药皮组成(z chn) 稳弧剂 :改善引弧性能和提高电弧(dinh)燃烧的稳定性，原材料为易电离或电离势低的物质。如：K2CO3、CaCO3大理石、长石、钾水玻璃 造渣剂:造成具有一定物理性能、化学性能的熔渣，起到

12、保护作用和改善焊缝成型。 如：钛铁矿、金红石、萤石、长石（硅酸盐）等。 造气剂:造气保护 ,有机物、碳酸盐.有机物如：木粉、淀粉、析出气体CO2、H，碳酸盐析出气体CO2，高温时产生CO。 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：锰铁、钛铁、硅铁等。 合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。Fe合金、纯金属.第20页/共76页第二十页，共77页。 粘结剂:将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金反应(fnyng)，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。 增塑性:便于用机器压制焊条，额外加入一些能改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥、滑石等。 药皮组成总结： 一系列氧化物（Ti，F

13、e，Mn、Si），碳酸盐（Ca，Na，K）、硅酸盐（SiO2的复合化合物）、纯Me，有机物及CaF2等。 这个问题，下节课提问。 书P83页。第21页/共76页第二十一页，共77页。2.1.3 焊接化学冶金(yjn)反应区及其反应条件 分区域连续进行 焊条(hntio)电弧焊3个反应区。第22页/共76页第二十二页，共77页。 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。 温度：100-1200 （钢材(gngci)） 反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。 气保护及气体氧化问题。水分(shufn)蒸发结晶水分解(fnji)碳酸盐分解铁合金氧化1200100第23

14、页/共76页第二十三页，共77页。2 熔滴反应(fnyng)区熔滴形成、长大(chn d)、脱离焊条、过渡到熔池之前所发生的反应。特点：温度高 18002400，过热度300900 与气体、熔渣的接触面积大。比表面积是炼钢的1000倍各相反应时间短 末端停留0.010.1s ，弧柱区0.00010.001s，平均0.011.0s，速度2.510m/s熔渣和熔滴金属发生强烈的混合.反应最激烈，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还原以及焊缝金属的合金化。 第24页/共76页第二十四页，共77页。3 熔池反应(fnyng)区熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池特点平均温度低：

15、1600-1900 （熔滴18002400）比表面积小：3130 cm2/kg（熔滴103104 cm2/kg）反应时间长：3-8S（SMAW）（熔滴0.011.0s）熔池温度不均匀、同一反应在不同(b tn)区域可能向相反方向进行。熔池金属对流和搅拌运动，加速反应，利于排气排渣分区域连续分区域连续(linx)进行。进行。第25页/共76页第二十五页，共77页。2.1.4 焊接(hnji)工艺条件与化学冶金反应的关系 1、熔合比的影响 熔合比：焊缝金属中，局部(jb)熔化的母材所占的比例。 112FFF 熔合比F1熔化母材的面积F2填充(tinchng)金属的面积第26页/共76页第二十六页，

16、共77页。 C0 某元素(yun s)在焊缝金属中的质量百分数。 Cb 该元素(yun s)在母材中的质量百分数。 Ce 该元素(yun s)在焊芯中的质量百分数。 熔合比0(1)beCCCCW 焊缝金属中合金元素(yun s)的实际浓度。 Cd 熔敷金属中元素(yun s)的实际质量百分数(1)wbdCCC焊缝金属的合金元素焊缝金属的合金元素(yun s)浓度：浓度：焊缝金属的合金元素实际浓度：焊缝金属的合金元素实际浓度：第27页/共76页第二十七页，共77页。2、熔滴过渡特性的影响（实质是工艺(gngy)参数）焊接电流焊接电流I I的变化的变化 冶金冶金(yjn)(yjn)反应不充分反应不

17、充分滴tI焊接电压V的变化(binhu) U 弧长 冶金反应充分滴t第28页/共76页第二十八页，共77页。 内容： 2.1焊接化学冶金过程特点 2.2气相对金属的作用 2.3熔渣(rn zh)及其对金属的作用 2.4焊缝金属的净化及合金过渡第2 2章 焊接(hnji)(hnji)化学冶金第29页/共76页第二十九页，共77页。 2.2 气相对金属的作用 2.2.1 焊接(hnji)区的气体 2.2.2 氮对金属的作用 2.2.3 氢对金属的作用 2.2.4 氧对金属的作用第30页/共76页第三十页，共77页。2.2 气相对金属(jnsh)的作用2.2.1 焊接区的气体 气体的来源和产生（1）

18、气体的来源 焊接材料（主要），母材和环境气氛。（2）气体的供给途径 主要由直接输入或侵入(qnr)的原始气体，物化反应产生的气体。第31页/共76页第三十一页，共77页。a. 有机物的分解(fnji)和燃烧淀粉、纤维素和藻酸盐淀粉、纤维素和藻酸盐酸性酸性(sun xn)焊条造气剂和增塑剂焊条造气剂和增塑剂产物(chnw)：CO2,CO,H2及水气220 -320 分解50%；800 完全分解。纤维素焊条烘干温度不超过150第32页/共76页第三十二页，共77页。 b.碳酸盐和高价氧化物的分解 碳酸盐：CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3) 2 作用(zuyng)：焊条造气剂 分解： CaC

19、O3 分解545 ，剧烈910 MgCO3 分解325 ，剧烈650 产物：CO2 氧化物 焊条烘干多少? 高价氧化物：Fe2O3和MnO2 产物：O2和低价氧化物FeO和MnO PS:药皮反应区温度100-1200 第33页/共76页第三十三页，共77页。 c. 材料的蒸发及冶金反应 吸附水，结晶水，金属蒸气，熔渣蒸气，一些冶金反应 d.直接输入(shr)或侵入 保护气，周围空气中的N2,O2,H2O，保护气体中的N2,O2,H2O。 （3）气体的分解和电离 表1-11（书P32),产物：H,O,H2,O2 （4）焊接区气体的成份 由N2,H2,O2，CO2,H2O,金属和熔渣的蒸气以及它们

20、分解和电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。它们与金属的作用分两种类型： a.气体在金属中的溶解。N2,H2,O2 b.与金属化学反应（特指氧化）， O2，CO2,H2O第34页/共76页第三十四页，共77页。2.2.2 氮对金属(jnsh)的作用 来源(liyun)：主要是焊接区周围的空气。 氮与金属作用有两种情况。 （1）不与氮发生作用的金属，即不能熔解氮又不形成氮化物，可用N作为保护气体。 （2）与氮发生作用的金属，即能溶解氮又能形成氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。 1、氮在金属中的溶解 （1）原子形式溶于液态金属 （平方根定律） （2）以NO形式溶入 （3

21、）以氮离子形式溶入第35页/共76页第三十五页，共77页。第36页/共76页第三十六页，共77页。 2、氮对焊接质量的影响 （1）气孔 （2）改变力学性能，强度(qingd)升，塑性、韧性降。（3） 时效脆化第37页/共76页第三十七页，共77页。3、影响(yngxing)焊缝含氮量的因素及控制措施 （1）控氮主要途径，加强保护，减少输入（与脱氧的差异）。 （2）焊接(hnji)工艺参数的影响 （3）合金元素的影响第38页/共76页第三十八页，共77页。2.2.3 氢对金属(jnsh)的作用 1、氢在金属中的溶解 （1）来源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯中水分(shufn)，药皮中有机物、焊件表面

22、杂质（锈、油）、空气中水分(shufn) 第一类能形成稳定氢化物金属 ，放热反应，低温吸氢多。 第二类不形成稳定氢化物的金属。溶解，吸热反应（如Al，Fe，Cu） ，温度升高，溶解度增加。 （2）溶解机构1).1).氢以原子氢以原子(yunz)(yunz)形式溶入形式溶入 （平（平方根定律）方根定律）2).2).以以 溶入溶入 3).3).以以 溶入溶入 OHH第39页/共76页第三十九页，共77页。第40页/共76页第四十页，共77页。 2、焊缝(hn fn)金属中的氢及其扩散 （1）存在形式 扩散(kusn)氢：氢以原子或质子形式存在的并可在金属晶格中自由扩散(kusn)。（占8到9成）

23、残余氢：氢原子扩散(kusn)聚集陷阱（金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物的边缘空隙）中，结合成分子不能自由扩散(kusn)。 总含氢量=扩散(kusn)氢残余氢第41页/共76页第四十一页，共77页。 （2）接头( ji tu)分布近缝区氢含量与冷裂纹近缝区氢含量与冷裂纹(li wn)产生有密切关系产生有密切关系第42页/共76页第四十二页，共77页。3、氢对焊接质量(zhling)的影响 暂态现象：脆化、白点、经时效、热处理可消除 永久现象：气孔、冷裂纹，不可消除 （1） 氢脆 氢在室温附近， 氢溶解在金属晶格中，引起(ynq)钢的塑性严重下降现象。位错堆积-显微空腔-分子氢-内压。

24、（2） 白点 断面上，肉眼可见，直径0.53mm，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“鱼眼”. 产生原因：白点是在塑性变形阶段产生的。 （3）气孔 （4）产生冷裂纹 产生区域?第43页/共76页第四十三页，共77页。4、控制(kngzh)氢的措施 （1）限制焊接材料的含氢量，烘干 （2）清理工件及焊丝上杂质，去锈、油污、吸附水分 （3）冶金(yjn)处理 ，使氢生成不溶解于液态金属的氢化物。HF,OH. （4）焊后脱氢处理 （5）调整焊接规范 第44页/共76页第四十四页，共77页。2.2.4 氧对金属(jnsh)的作用 1、氧在金属(jnsh)中的溶解 来源：焊接材

25、料及母材中含氧物质和焊接区周围的空气。 对熔焊：氧与金属(jnsh)作用不可避免，重要的是减少氧含量，降低对接头造成的危害。 液态Fe中溶解形式：原子态 和FeO。随温度升高溶解增加。 固态Fe中存在形式：几乎不溶解氧，以氧化物、硅酸盐等存在。第45页/共76页第四十五页，共77页。2 氧化(ynghu)性气体对金属的氧化(ynghu)（1）氧化还原反应(fnyng)判据 氧化物分解压氧化物分解压氧化物分解达到平衡时氧的平衡分压，称为氧化氧化物分解达到平衡时氧的平衡分压，称为氧化物的分解压。物的分解压。 反应反应(fnyng)(fnyng)系统中氧的分压系统中氧的分压2oP)(2TfPo 22

26、ooPP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；第46页/共76页第四十六页，共77页。 （2）自由(zyu)氧对金属的氧化 （包括对Fe,C,Mn,Si等） 对C的氧化，生成CO(焊接区气体的冶金反应来源)。 （3）CO2对金属的氧化 反应产物，FeO、CO(焊接区气体的冶金反应来源) 只能防弹，不能防痒，低氢。 （4）H2O气对金属的氧化 反应产物，FeO,H2,既增氢，又增氧。 （5）混合气体对金属的氧化 2FeOCOFeCOFeOOFe22/122HFeOFeOH第47页/共76页第四十七页，共77页。3 氧对焊缝质量(zhling)的影响 （1）力学

27、性能下降 （2）产生CO气孔，及飞溅 （3）合金元素(yun s)烧损 （4）减少氢的危害4.4.防止防止(fngzh)(fngzh)措施措施 一防二脱一防二脱 第48页/共76页第四十八页，共77页。 内容： 2.1焊接化学冶金过程特点 2.2气相对金属的作用 2.3熔渣及其对金属的作用 2.4焊缝金属的净化及合金(hjn)过渡第2 2章 焊接化学(huxu)(huxu)冶金第49页/共76页第四十九页，共77页。 2.3 熔渣(rn zh)及其对金属的作用 2.3.1 焊接熔渣(rn zh)及其性质 2.3.2 活性熔渣(rn zh)对焊缝金属的氧化 2.3.3 焊缝金属的脱氧第50页/共

28、76页第五十页，共77页。2.3 熔渣及其对金属(jnsh)的作用 2.3.1 焊接熔渣及其性质 1、熔渣的作用 （1）机械保护作用 隔离氮氧 （2）冶金处理(chl)作用 除害，合金化 （3）改善焊接工艺性能 燃弧，脱渣，成形 2、熔渣的成分和种类 （1）熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、氟化物、硅酸盐类组成，是多种化学组成的复杂体系。第51页/共76页第五十一页，共77页。 （2）熔渣(rn zh)分为3类 第一类 盐型 第二类 盐氧化物型 第三类 氧化物型第52页/共76页第五十二页，共77页。3、熔渣(rn zh)的结构理论22CaOSiOCaO SiOQ 液态熔渣的结构有两种理论： 分

29、子理论和离子理论 （1）分子理论 1).液态熔渣由化合物的分子组成的。自由(zyu)氧化物及其复合物的分子，氟化物，硫化物等。 2).氧化物及其复合物处于平衡状态 3).3).只有自由只有自由(zyu)(zyu)氧化物才能与金属作用氧化物才能与金属作用()()FeOMnMnOFe() FeOOFeCO 分子理论可简明的定性解释熔渣与金属之间的冶金反应分子理论可简明的定性解释熔渣与金属之间的冶金反应, ,但不但不能解释一些重要现象，如导电性、电解等。能解释一些重要现象，如导电性、电解等。第53页/共76页第五十三页，共77页。 （2）离子(lz)理论 1).液态熔渣是由阴阳离子（简单和复杂离子）

30、组成(z chn)的电中性溶液负电性大的元素(yun s)以负离子形式存在负电性小的元素(yun s)以正离子形式存在 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 zz离子的电荷 rr离子的半径（1010-1-1nmnm）3).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的过程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zr综合距)(2 2)(24SiFeFeSi)(2 2)(2SiFeOFeSiO第54页/共76页第五十四页，共77页。4、熔渣(rn z

31、h)的性质 （1）熔渣的碱度 分子理论认为(rnwi)熔渣中的氧化物按其性质可分为三类 1).酸性氧化物 SiO2 TiO2 P2O5 2).碱性氧化物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO 3).中性氧化物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 根据分子理论碱度的定义为： B=(R2O+RO)/RO2 R2O、RO熔渣中碱性氧化物的摩尔分数 RO2 熔渣中酸性氧化物的摩尔分数 碱度B的倒数称为酸度第55页/共76页第五十五页，共77页。 B1 碱 B1.3碱 B1 酸 B1 中 修正(xizhng)如下：)(005. 0017. 0)(007. 0)(014. 0006.

32、0015. 0018. 0122322222ZrOTiOOAlSiOFeOMnOOKONaCaFMgOCaOB式中CaOCaO、MgOMgO、CaF2CaF2、SiO2 SiO2 等以质量(zhling)(zhling)百分数计B1B11 1 碱 B1B11 1 酸B1B11 1 中 表1-19,p531-19,p53第56页/共76页第五十六页，共77页。离子理论(lln)对碱度定义: 液态熔渣中自由氧离子的浓度定义为碱度. B2=aiMi （日本森氏法） Mi-渣中第i种氧化物的摩尔分数(fnsh); ai-渣中第i种氧化物的碱度系数; B20 碱 B20 酸 B2=0 中第57页/共76

33、页第五十七页，共77页。 （2） 熔渣的粘度(zhn d) （3）熔渣的表面张力 （4）熔渣的熔点第58页/共76页第五十八页，共77页。2.3.2 活性熔渣(rn zh)对焊缝金属的氧化 1、扩散氧化 焊接钢时，FeO既溶于熔渣又溶于液态钢。 在两相中的含量符合分配定律: 温度不变时，增加熔渣中FeO的含量，FeO将向熔池金属中扩散。 TL,FeO 向钢中分配。 同样(tngyng)温度下，在碱性渣中比在酸性渣中更易向金属中分配分为分为(fn wi)：扩散氧化及置换氧化：扩散氧化及置换氧化()FeOLFeO熔渣钢4906lg1.877LT2在SiO 饱和的酸性渣中5014lg1.980LCa

34、OT在饱和的碱性渣中第59页/共76页第五十九页，共77页。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熔渣钢第60页/共76页第六十页，共77页。2、置换(zhhun)氧化 当熔渣中含有较多的易分解氧化物，则与液态铁发生置换反应(fnyng)，使铁氧化，氧化物中的合金元素被还原。2（SiO )+2FeSi+2FeO()FeOFeOT反应(fnyng)向右进行，发生在熔滴，熔池前部。lgKSi=(FeO)2Si/(SiO2)= -13460/T

35、+6.04第61页/共76页第六十一页，共77页。2.3.3 焊缝(hn fn)金属的脱氧 1、脱氧的目的和选择脱氧剂的原则 目的：减少焊缝中的含氧量。 在焊丝、焊剂或药皮中加入合适的元素或铁合金，使之在焊接过程中夺取氧。即脱氧剂。 选取原则： 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。 脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣(rn zh)，且熔点低、密度小。Mn、Si、Ti和Al常用于脱氧剂。 化学冶金反应是按区域连续进行的，脱氧也不例外。第62页/共76页第六十二页，共77页。2、先期(xinq)脱氧发生区域：药皮反应区：Fe2O3+Mn=MnO+2FeOCaCO3+Mn=CaO+C

36、O+MnO从而使气相的氧化性减弱，但脱氧不充分。3、沉淀脱氧 （置换(zhhun)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FeO直接反应，把铁还原，脱氧产物浮出液态金属。（1）Mn的脱氧 Mn+FeO=Fe+(MnO)（碱性的）（2）Si的脱氧 Si+ 2FeO=2Fe +(SiO2) （酸性的）（3）Si Mn联合脱氧 Mn/Si=37 MnOSiO2第63页/共76页第六十三页，共77页。4、扩散(kusn)脱氧 发生区域：液态金属与熔渣。 L=(FeO)/FeO TL 降低渣中 FeO的活度，及在酸性渣中，脱氧(tu yng)效果好。第64页/共76页第六十四页，

37、共77页。 内容： 2.1焊接化学冶金过程特点(tdin) 2.2气相对金属的作用 2.3熔渣及其对金属的作用 2.4焊缝金属的净化及合金过渡第2 2章 焊接化学(huxu)(huxu)冶金第65页/共76页第六十五页，共77页。2.4 焊缝金属(jnsh)的净化与合金化 2.4.1焊缝金属的净化(jnghu) 2.4.2 焊缝金属的合金化（合金过渡）第66页/共76页第六十六页，共77页。2.4.1 焊缝(hn fn)金属的净化 1 氮对焊缝(hn fn)金属的危害及控制 2 氢对焊缝(hn fn)金属的危害及控制 3 氧对焊缝(hn fn)金属的危害及控制 4 硫磷对焊缝(hn fn)金属

38、的危害及控制第67页/共76页第六十七页，共77页。（1）、焊缝中硫的危害(wihi)及其控制 1）硫的危害 2）控制硫的措施 限制焊接(hnji)材料中含硫量 用冶金方法脱硫 脱硫剂：碱性氧化物、锰 Mn+Fes=(MnS)+Fe LgK=8220/T-1.86 T K 有利于脱硫 碱性氧化物脱硫： (MnO)FeS(MnS)(FeO) (CaO)FeS(CaS)(FeO)第68页/共76页第六十八页，共77页。（2）、磷的危害(wihi)及控制 1）磷的危害 2）控制磷的措施(cush) a 限制焊接材料中含磷量 b 脱磷冶金反应 a）.FeO将磷氧化生成P2O5 b）.使之与渣中的碱性氧

39、化物生成稳定的磷酸盐 2Fe3P+5(FeO)+3(CaO)= (CaO)3.P2O3+11Fe 2Fe3P+5(FeO)+4(CaO)= (CaO)4.P2O3+11Fe第69页/共76页第六十九页，共77页。2.4.2 焊缝(hn fn)金属的合金化（合金过渡） 合金过渡（焊缝金属的合金化）：把所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中的过程。 1、合金过渡的目的及方式(fngsh) （1）合金过渡的目的 补偿，改善，特殊性能 a. 补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失。 b.消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能。 c.获得具有特殊性能的堆焊金属。第70页/共76页第七十页，共77页。（2）合金过渡(gud)的方式a.应用合金(hjn)焊