師大培訓(xùn)之焊縫氧化與脫氧

1、1焊縫金屬的氧化與脫氧焊縫金屬的氧化與脫氧河北師范大學(xué)焊接培訓(xùn)河北師范大學(xué)焊接培訓(xùn)之之 2o 熔渣對(duì)金屬的氧化熔渣對(duì)金屬的氧化焊縫金屬的氧化與脫氧焊縫金屬的氧化與脫氧o 氣體對(duì)金屬的氧化氣體對(duì)金屬的氧化o 焊縫金屬的脫氧焊縫金屬的脫氧3氣體與金屬的氧化氣體與金屬的氧化氣體對(duì)焊縫金屬的氧化氣體對(duì)焊縫金屬的氧化焊接區(qū)內(nèi)的氣體焊接區(qū)內(nèi)的氣體4 對(duì)焊接質(zhì)量影響較對(duì)焊接質(zhì)量影響較大的是：大的是：N2、H2、O2、CO2 和和 H2O 焊接區(qū)的焊接區(qū)的氣體氣體間接分解間接分解直接進(jìn)入直接進(jìn)入（一）、焊接區(qū)內(nèi)的氣體（一）、焊接區(qū)內(nèi)的氣體有機(jī)物分解；蒸發(fā)；有機(jī)物分解；蒸發(fā)；高價(jià)氧化物、碳酸鹽分解；高價(jià)氧化物、

2、碳酸鹽分解；冶金反應(yīng)產(chǎn)生；冶金反應(yīng)產(chǎn)生；1、氣體的種類、氣體的種類5（1）有機(jī)物的分解和燃燒 焊條藥皮（造氣、粘結(jié)、焊條藥皮（造氣、粘結(jié)、成形劑）中的淀粉、成形劑）中的淀粉、 纖維素、糊精等有機(jī)物纖維素、糊精等有機(jī)物熱氧化分解反應(yīng)熱氧化分解反應(yīng) 220250以上發(fā)生，以上發(fā)生， 800左右完全分解左右完全分解 CO2、CO、H2、水氣、水氣 等等220320 ，藥皮中的有機(jī)物分解達(dá)，藥皮中的有機(jī)物分解達(dá)50，800 左右左右完全分解；完全分解；有機(jī)物的含量較高的焊條有機(jī)物的含量較高的焊條烘干溫度在烘干溫度在150 左右左右。2、氣體的產(chǎn)生途徑、氣體的產(chǎn)生途徑6（2）碳酸鹽和高價(jià)氧化物的分解）碳

3、酸鹽和高價(jià)氧化物的分解1） 碳酸鹽的分解碳酸鹽的分解 CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2（545 910）（325 650） 含有碳酸鹽的焊條含有碳酸鹽的焊條烘干溫度的烘干溫度的確定需注意確定需注意低于分解溫度低于分解溫度。72 2）高價(jià)氧化物的分解）高價(jià)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） 物質(zhì)的蒸發(fā)及冶金反應(yīng)物質(zhì)的蒸發(fā)及冶金反應(yīng) 水蒸氣水蒸氣 焊接材料和母焊接材料和母材表面的水分材表面的水分 低沸點(diǎn)金屬元素低沸點(diǎn)金屬元素或化合物，如：或化合物，如： Zn,Mg ,Pb,MnZn,Mg ,Pb,Mn； KF,LiF,NaF；金屬蒸氣金屬蒸氣 某些冶金反某些冶金反應(yīng)的產(chǎn)物應(yīng)的產(chǎn)物氣態(tài)產(chǎn)物氣態(tài)產(chǎn)物合元損失；合元損失；產(chǎn)生缺陷；產(chǎn)生缺陷；增加焊接煙增加焊接煙塵，影響焊塵，影響焊工身體。工身體。9一些金屬和氟化物的沸點(diǎn)一些金屬和氟化物的沸點(diǎn)10碳鋼焊條電弧焊焊接區(qū)室溫時(shí)的氣

5、相成分碳鋼焊條電弧焊焊接區(qū)室溫時(shí)的氣相成分藥 皮 類 型氣相成分（體積分?jǐn)?shù)） /%備 注COCO2H2H2O高鈦型（J421）46.75.334.513.5焊條在110烘干2h鈦鈣型（J422）50.75.937.55.7鈦鐵礦型（J423） 48.14.836.610.5氧化鐵型（J424） 55.67.324.013.1纖維素型（J425） 42.32.941.212.6低氫型（J427）79.816.91.81.5H2和和H2O的含量很的含量很少少11（二）氣體與金屬的作用（二）氣體與金屬的作用氧化性氣體對(duì)金屬的氧化氧化性氣體對(duì)金屬的氧化12自由氧對(duì)金屬的氧化自由氧對(duì)金屬的氧化COCO2

6、 2對(duì)金屬的氧化對(duì)金屬的氧化HH2 2OO對(duì)金屬的氧化對(duì)金屬的氧化混合氣體對(duì)金屬的氧化混合氣體對(duì)金屬的氧化 氧化性氣體對(duì)金屬的氧化氧化性氣體對(duì)金屬的氧化13（1）自由氧對(duì)金屬的氧化）自由氧對(duì)金屬的氧化 同時(shí)：同時(shí)： C + O2 = CO Si + O2 =（SiO2） Mn + O2 =（MnO） 氣相中氣相中 O2 的分壓超過的分壓超過 p（O2 /FeO）時(shí)，將使）時(shí)，將使 Fe 氧化：氧化： Fe + O2 = FeO + 26.97 kJ/mol Fe + O = FeO + 515.76 kJ/mol原子氧對(duì)原子氧對(duì)鐵的氧化鐵的氧化比分子氧比分子氧更激烈更激烈14隨溫度升高，氣相的

7、氧化性增加。隨溫度升高，氣相的氧化性增加。（2）CO2對(duì)金屬的氧化對(duì)金屬的氧化當(dāng)溫度高于當(dāng)溫度高于3000K時(shí)，時(shí)，CO2的氧化性超過了空氣。的氧化性超過了空氣。溫度溫度/K1800200022002500300035004000氣相成分氣相成分( 體積分體積分?jǐn)?shù)數(shù) )/CO299.3497.7493.9481.1044.2616.695.92CO0.441.514.0412.6037.1655.5462.72O20.220.762.026.3018.5827.7731.36氣相中氧的分壓氣相中氧的分壓p(O2)/101.325kPa2.210-37.610-32.0210-26.310-21

8、8.5810-227.7710-231.3610-2飽和時(shí)飽和時(shí)FeO的分解壓的分解壓p(O2)/101.325kPa3.8110-91.0810-71.3510-65.310-5-純純CO2分解得到的平衡氣相成分分解得到的平衡氣相成分15 溫度溫度，反應(yīng)向右，反應(yīng)向右-鐵氧化。鐵氧化。 CO CO2 2作保護(hù)氣體防止氮侵入不能避免金屬作保護(hù)氣體防止氮侵入不能避免金屬氧化氧化在在COCO2 2焊絲中增加脫氧元素。焊絲中增加脫氧元素。 焊條藥皮中焊條藥皮中含碳酸鹽加脫氧劑。含碳酸鹽加脫氧劑。16（3）H2O對(duì)金屬的氧化對(duì)金屬的氧化H2O 氣與氣與 Fe 的反應(yīng)式為：的反應(yīng)式為： H2O氣氣 Fe

9、 FeO H2 溫度越高，溫度越高，H2O 的氧化性越強(qiáng)。的氧化性越強(qiáng)。 在液態(tài)鐵存在的溫度，在液態(tài)鐵存在的溫度，H H2 2O O 氣氣的氧化性比的氧化性比 COCO2 2 小。小。 注意注意: H: H2 2O O氣氣-氧化氧化+ +增氫。增氫。17d）混合氣體對(duì)金屬的氧化）混合氣體對(duì)金屬的氧化 CO2和和O2 混合氣體氧化性混合氣體氧化性熔敷金屬的含氧量熔敷金屬的含氧量。 熔敷金屬中熔敷金屬中O與保護(hù)氣體成分的關(guān)系與保護(hù)氣體成分的關(guān)系18二、焊接熔渣對(duì)金屬的氧化二、焊接熔渣對(duì)金屬的氧化置換氧化置換氧化擴(kuò)散氧化擴(kuò)散氧化熔渣的氧化能力：熔渣的氧化能力：指熔渣向液態(tài)金屬指熔渣向液態(tài)金屬中傳入氧

10、的能力。中傳入氧的能力。 191、置換氧化、置換氧化 例如，例如，用低碳鋼焊絲配合高硅高錳焊劑用低碳鋼焊絲配合高硅高錳焊劑(如如HJ431)埋弧焊時(shí)，易發(fā)生如下埋弧焊時(shí)，易發(fā)生如下置換氧化反應(yīng)置換氧化反應(yīng): （FeO） （SiO2）+ 2 Fe = Si + 2 FeO FeO或或 : （MnO） Mn 指被焊金屬與其他金屬或非金屬的氧化物發(fā)生指被焊金屬與其他金屬或非金屬的氧化物發(fā)生置換反應(yīng)而導(dǎo)致的氧化。置換反應(yīng)而導(dǎo)致的氧化。20置置 換換 氧氧 化化212、擴(kuò)散氧化、擴(kuò)散氧化 指熔渣中的氧化物通過擴(kuò)散進(jìn)入被焊金屬指熔渣中的氧化物通過擴(kuò)散進(jìn)入被焊金屬使焊縫增氧使焊縫增氧擴(kuò)散氧化擴(kuò)散氧化。1 1

11、）分配系數(shù)）分配系數(shù)2 2）分配系數(shù)的影響因素）分配系數(shù)的影響因素22u 當(dāng)溫度不變時(shí)，分配系數(shù)當(dāng)溫度不變時(shí)，分配系數(shù)L L一定，增加液一定，增加液態(tài)熔渣中的態(tài)熔渣中的FeOFeO的含量將會(huì)使液態(tài)金屬增氧。的含量將會(huì)使液態(tài)金屬增氧。 對(duì)鋼來講，在一定溫度下平衡時(shí)，對(duì)鋼來講，在一定溫度下平衡時(shí)，F(xiàn)eO分配符合以下公式：分配符合以下公式：FeO FeO wwL 1 1）分配系數(shù)）分配系數(shù)23 a) 溫度溫度: T , L值值 即高溫時(shí)，即高溫時(shí)，F(xiàn)eO更容易向金屬中分配。更容易向金屬中分配。 主要發(fā)生在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)主要發(fā)生在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)2）分配系數(shù)的影響因素）分配系數(shù)的影響

12、因素 b) 熔渣的性質(zhì)：熔渣的性質(zhì)： FeO FeO 在堿性渣中比在酸性渣中更容易向鋼液在堿性渣中比在酸性渣中更容易向鋼液中分配中分配。24酸性渣酸性渣 堿性渣堿性渣 酸性渣中酸性渣中 SiO2 、TiO2 等酸性氧化物較多，等酸性氧化物較多，F(xiàn)eO 的活度低，的活度低，不容易向金屬中擴(kuò)散，因此分配率不容易向金屬中擴(kuò)散，因此分配率 L 值較大。值較大。 堿性渣中酸性氧化物較少，堿性渣中酸性氧化物較少，F(xiàn)eO 大部分以自由狀態(tài)存在，大部分以自由狀態(tài)存在，即即 FeO 在渣中的活度系數(shù)大，所以更容易向金屬中擴(kuò)散。在渣中的活度系數(shù)大，所以更容易向金屬中擴(kuò)散。 正是由于這個(gè)原因，在堿性焊條藥皮中一般不加入含正是由于這個(gè)原因，在堿性焊條藥皮中一般不加入含 FeO 的的物質(zhì)。并要求物質(zhì)。并要求焊接時(shí)嚴(yán)格清除焊件表面上的氧化皮和鐵銹。焊接時(shí)嚴(yán)格清除焊件表面上的氧化皮和鐵銹。 25判斷：判斷：堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高？堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高？26脫氧劑的選擇原則脫氧劑的選擇原則三、焊縫金屬的脫氧三、焊縫金屬的脫氧 * *重點(diǎn)重點(diǎn)先期脫氧先期脫氧沉淀脫氧沉淀脫氧擴(kuò)散脫氧擴(kuò)散脫氧273 3）綜合考慮對(duì)焊縫成分、性能及焊接工藝性的影響；）綜合考慮對(duì)焊縫成分、性能及焊接工藝