师大培训之焊缝氧化与脱氧

1焊缝金属的氧化与脱氧河北师范大学焊接培训之2

熔渣对金属的氧化焊缝金属的氧化与脱氧

气体对金属的氧化

焊缝金属的脱氧3气体与金属的氧化气体对焊缝金属的氧化焊接区内的气体4

对焊接质量影响较大的是：N2、H2、O2、CO2

和H2O焊接区的气体间接分解直接进入（一）、焊接区内的气体有机物分解；蒸发；高价氧化物、碳酸盐分解；冶金反应产生；1、气体的种类5（1）有机物的分解和燃烧

焊条药皮（造气、粘结、成形剂）中的淀粉、纤维素、糊精等有机物热氧化分解反应220~250℃以上发生，

800℃左右完全分解CO2、CO、H2、水气等220~320℃，药皮中的有机物分解达50％，800℃左右完全分解；有机物的含量较高的焊条烘干温度在150℃左右。2、气体的产生途径6（2）碳酸盐和高价氧化物的分解1）碳酸盐的分解

CaCO3=CaO+CO2↑MgCO3=MgO+CO2↑（545℃～910℃）（325℃～650℃）

含有碳酸盐的焊条烘干温度的确定需注意低于分解温度。72）高价氧化物的分解

6Fe2O3=4Fe3O4+O22Fe3O4=6FeO+O24MnO2=2Mn2O3+O26Mn2O3=4Mn3O4+O28（3）物质的蒸发及冶金反应

水蒸气

焊接材料和母材表面的水分

低沸点金属元素或化合物，如：

Zn,Mg,Pb,Mn；

KF,LiF,NaF；金属蒸气某些冶金反应的产物气态产物合元损失；产生缺陷；增加焊接烟尘，影响焊工身体。9一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H2O的含量很少11（二）气体与金属的作用氧化性气体对金属的氧化12自由氧对金属的氧化CO2对金属的氧化H2O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13（1）自由氧对金属的氧化同时：[C]+½O2=CO↑[Si]+O2=（SiO2）

[Mn]+½O2=（MnO）气相中O2的分压超过p（O2/FeO）时，将使Fe氧化：

[Fe]+½O2=FeO+26.97kJ/mol[Fe]+O=FeO+515.76kJ/mol原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈14随温度升高，气相的氧化性增加。（2）CO2对金属的氧化当温度高于3000K时，CO2的氧化性超过了空气。温度/K1800200022002500300035004000气相成分(体积分数)/％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p(O2)/×101.325kPa2.2×10-37.6×10-32.02×10-26.3×10-218.58×10-227.77×10-231.36×10-2饱和时FeO的分解压p(O2)/×101.325kPa3.81×10-91.08×10-71.35×10-65.3×10-5---纯CO2分解得到的平衡气相成分15温度↑，反应向右--铁氧化。CO2作保护气体－防止氮侵入－不能避免金属氧化－－在CO2焊丝中增加脱氧元素。

焊条药皮中含碳酸盐－－加脱氧剂。16（3）H2O对金属的氧化H2O气与Fe的反应式为：

H2O气＋[Fe]＝[FeO]＋H2温度越高，H2O的氧化性越强。在液态铁存在的温度，H2O气的氧化性比CO2小。注意:H2O气----氧化+增氢。17d）混合气体对金属的氧化CO2和O2↑－－混合气体氧化性↑－熔敷金属的含氧量↑。

熔敷金属中∑O与保护气体成分的关系18二、焊接熔渣对金属的氧化置换氧化扩散氧化熔渣的氧化能力：指熔渣向液态金属中传入氧的能力。

191、置换氧化

例如，用低碳钢焊丝配合高硅高锰焊剂(如HJ431)埋弧焊时，易发生如下置换氧化反应:

（FeO）↑

（SiO2）+2[Fe]=[Si]+2FeO↓[FeO]或:（MnO）[Mn]

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。20置换氧化212、扩散氧化

指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属使焊缝增氧－－扩散氧化。1）分配系数2）分配系数的影响因素22

当温度不变时，分配系数L一定，增加液态熔渣中的FeO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，FeO分配符合以下公式：1）分配系数23a)温度:T↑,L值↓即高温时，FeO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2）分配系数的影响因素b)熔渣的性质：

FeO在碱性渣中比在酸性渣中更容易向钢液中分配。24酸性渣碱性渣

酸性渣中SiO2、TiO2

等酸性氧化物较多，FeO的活度低，不容易向金属中扩散，因此分配率L值较大。

碱性渣中酸性氧化物较少，FeO大部分以自由状态存在，即FeO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FeO的物质。并要求焊接时严格清除焊件表面上的氧化皮和铁锈。25判断：碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的高？26脱氧剂的选择原则三、焊缝金属的脱氧*重点先期脱氧沉淀脱氧扩散脱氧273）综合考虑对焊缝成分、性能及焊接工艺性的影响；1、脱氧剂的选择原则1）脱氧剂对氧的亲和力>被焊金属对氧的亲和力；2）脱氧产物不溶于液态金属，其密度<液态金属，且在焊接条件下为液态；脱氧能力与温度有关1800℃时，元素的脱氧能力：

Fe、Cr、Mn、V、Si、B、Ti、Mg、C、Al、Ce小大28特点：在药皮中进行，温度低，不充分。脱氧过程、产物与熔滴不发生直接关系。

焊条电弧焊药皮反应区内，脱氧剂与高价氧化物或碳酸盐分解出O2和CO2发生反应，电弧气氛氧化性↓Ti＋2CO2

＝

TiO2

＋

2CO2Al＋3CO2

＝

Al2O3

＋

3COSi＋2CO2

＝

SiO2＋

2COMn＋

CO2

＝

MnO＋

CO2、先期脱氧结果－－气相的氧化性减弱。291）特点3、沉淀脱氧－－置换氧化的逆过程

脱氧剂→被焊金属氧化物→被焊金属还原；本身转变为氧化物→进熔渣。

－－脱氧速度快，脱氧彻底；在熔滴和熔池内进行；是减少焊缝金属含氧量最主要的方法；但脱氧产物不能清除时，金属液中杂质的含量↑302）常见的脱氧类型

（对低碳钢和低合金钢来讲）锰的脱氧硅的脱氧锰硅联合脱氧31a)锰脱氧[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO)特点②钢液中锰的含量↑，渣中MnO的含量↓－－脱氧效果↑；①温度降低，有利于反应向右进行；发生在熔池尾部的低温区内；③熔渣性质－－酸性渣效果好，碱性渣差；32酸性焊条常用锰铁作脱氧剂；碱性焊条一般不单独用。33酸性渣沉淀脱氧34b)硅脱氧[Si]+2[FeO]＝(SiO2)+2[Fe]特点①发生在熔池尾部的低温区内；②钢液中Si的含量↑，渣中SiO2的含量↓,提高熔渣的碱度－－脱氧效果↑。③SiO2易形成夹杂－－一般不单独用硅脱氧。35化合物FeOMnOSiO2TiO2Al2O3(FeO)2SiO2MnO∙SiO2熔点/℃1370158017131825205012051270密度/(×103kg/m3)5.805.112.264.073.954.303.60几种常见氧化物的熔点和密度36c)

锰硅联合脱氧－－Mn／Si＝3~7[Si]+2[FeO]＝2[Fe]