第1章焊接化學(xué)冶金過程

1、熔焊原理12 第一章 焊接化學(xué)冶金過程課題一課題一 控制焊縫熔合比控制焊縫熔合比課題二課題二 焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用課題三課題三 控制氣相對熔池金屬的危害控制氣相對熔池金屬的危害課題四課題四 焊縫金屬的合金化焊縫金屬的合金化課題五課題五 焊縫金屬的脫硫、脫磷方法焊縫金屬的脫硫、脫磷方法v焊接化學(xué)冶金過程焊接化學(xué)冶金過程的概念的概念在熔焊過程中，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫在熔焊過程中，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用的過程下相互作用的過程v研究研究目的目的運用這些規(guī)律合理地運用這些規(guī)律合理地選擇焊接材料選擇焊接材料，控制焊縫控制焊縫金屬的成分和性能金屬的成分

2、和性能使之符合使用要求，使之符合使用要求，設(shè)計創(chuàng)設(shè)計創(chuàng)造新的焊接材料造新的焊接材料3焊縫：焊縫： 焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。熔焊時，焊縫金屬是由熔化的母材與填充金屬熔焊時，焊縫金屬是由熔化的母材與填充金屬組合而成，其組成的比例取決于具體的焊接工藝條組合而成，其組成的比例取決于具體的焊接工藝條件。件。有必要了解焊條金屬與母材在焊接中加熱和熔有必要了解焊條金屬與母材在焊接中加熱和熔化的特點以及影響其組成比例的因素?；奶攸c以及影響其組成比例的因素。課題一 控制焊縫熔合比4一、焊條的加熱及熔化一、焊條的加熱及熔化 1 1、 焊條的加熱焊條的加熱 電弧焊時用于加熱和熔

3、化焊條電弧焊時用于加熱和熔化焊條( (或焊絲或焊絲) )的熱能有：的熱能有：化學(xué)反應(yīng)熱：化學(xué)反應(yīng)熱：僅占僅占1 133，可忽略不計。，可忽略不計。 電弧熱：電弧熱：焊條熔化、使液體金屬過熱和蒸發(fā)的主要焊條熔化、使液體金屬過熱和蒸發(fā)的主要 能源約能源約2027%2027%的電弧功率加熱焊材。的電弧功率加熱焊材。電阻熱：電阻熱： 使焊芯本身和藥皮的溫度升高。使焊芯本身和藥皮的溫度升高。5 電阻熱增大，使焊芯和藥皮溫升過高將引起電阻熱增大，使焊芯和藥皮溫升過高將引起以下的不良后果：以下的不良后果：熔化激烈引起飛濺熔化激烈引起飛濺藥皮開裂與過早脫落，電弧燃燒不穩(wěn)；藥皮開裂與過早脫落，電弧燃燒不穩(wěn)；焊縫

4、成形不良，甚至產(chǎn)生氣孔等缺陷焊縫成形不良，甚至產(chǎn)生氣孔等缺陷藥皮過早進行化學(xué)冶金反應(yīng)喪失冶金效應(yīng)及保護藥皮過早進行化學(xué)冶金反應(yīng)喪失冶金效應(yīng)及保護作用；作用；焊條發(fā)紅變軟，操作困難。焊條發(fā)紅變軟，操作困難。61)1)在其它條件相同時，電流密度越大，焊芯的溫升越高。在其它條件相同時，電流密度越大，焊芯的溫升越高。因此，調(diào)節(jié)焊接電流密度是控制焊條加熱溫度的有效措施。因此，調(diào)節(jié)焊接電流密度是控制焊條加熱溫度的有效措施。2)2)在電流密度相同的條件下，焊芯電阻越太，其溫升越高在電流密度相同的條件下，焊芯電阻越太，其溫升越高，散電阻較大的不銹鋼芯焊條應(yīng)比碳鋼焊條短，相同直徑的焊，散電阻較大的不銹鋼芯焊條應(yīng)

5、比碳鋼焊條短，相同直徑的焊條選用的電流也耍低些。條選用的電流也耍低些。3)3)在相同的條件下，焊條的熔化速度越高，由于被加熱的在相同的條件下，焊條的熔化速度越高，由于被加熱的時間縮短則其溫升越低。時間縮短則其溫升越低。4)4)隨藥皮厚度的增加，藥皮表面與焊芯的溫差增大，加大隨藥皮厚度的增加，藥皮表面與焊芯的溫差增大，加大了藥皮開裂的向。了藥皮開裂的向。5)5)調(diào)整藥皮成分，使焊條金屬由短路過渡變?yōu)閲娚溥^渡，調(diào)整藥皮成分，使焊條金屬由短路過渡變?yōu)閲娚溥^渡，可以提高焊條的熔化速度而降低焊接終了時的藥皮溫度?？梢蕴岣吆笚l的熔化速度而降低焊接終了時的藥皮溫度。試驗表明：試驗表明：72.2.焊條金屬的平

6、均熔化速度焊條金屬的平均熔化速度 平均熔化速度：平均熔化速度：單位時間內(nèi)熔化焊芯質(zhì)量或長度。平均單位時間內(nèi)熔化焊芯質(zhì)量或長度。平均熔化速度與焊接電流成正比熔化速度與焊接電流成正比 。v vm m=m/t=m/t=p pI I熔敷系數(shù)熔敷系數(shù) ：單位時間內(nèi)焊芯（或焊絲）熔敷在焊件上的單位時間內(nèi)焊芯（或焊絲）熔敷在焊件上的金屬量。金屬量。 H H=m=mH H/It/It 飛濺率：飛濺率：由于飛濺、氧化、蒸發(fā)，焊芯（或焊絲）在熔由于飛濺、氧化、蒸發(fā)，焊芯（或焊絲）在熔敷過程中的損失量與熔化的焊芯（或焊絲）質(zhì)量之比。敷過程中的損失量與熔化的焊芯（或焊絲）質(zhì)量之比。熔敷系數(shù)才是反映焊接生產(chǎn)率指標(biāo)熔敷系

7、數(shù)才是反映焊接生產(chǎn)率指標(biāo) PH)1 ( 83 3、焊條金屬的過渡特性、焊條金屬的過渡特性粗滴短路過渡粗滴短路過渡附壁過渡附壁過渡 噴射過渡噴射過渡 爆炸過渡爆炸過渡94 4、藥皮的熔化與過渡、藥皮的熔化與過渡 藥皮的溫度、焙化及過渡特點對焊接化藥皮的溫度、焙化及過渡特點對焊接化學(xué)冶金反應(yīng)有極其重要的影響。學(xué)冶金反應(yīng)有極其重要的影響。 藥皮的熔點越高，厚度越大，套筒越長。藥皮的熔點越高，厚度越大，套筒越長。熔渣過渡形式：熔渣過渡形式： 一、以薄膜的形式包在金屬熔滴的外面一、以薄膜的形式包在金屬熔滴的外面或被夾在熔滴內(nèi)，同熔滴一起落入熔池；或被夾在熔滴內(nèi)，同熔滴一起落入熔池； 二、熔渣直接從焊條端

8、部以滴狀落入熔二、熔渣直接從焊條端部以滴狀落入熔池。池。10二、母材的熔化與熔池的形成二、母材的熔化與熔池的形成v熔池：熔池：焊接熱源作用在焊接熱源作用在焊件上焊件上所形成的所形成的具有一定具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分幾何形狀的液態(tài)金屬部分就是熔池。就是熔池。v熔池是由熔化的焊條金屬與局部熔化的母材金屬熔池是由熔化的焊條金屬與局部熔化的母材金屬所組成的。所組成的。v若用非熔化極進行焊接時，熔池僅由局部熔化的若用非熔化極進行焊接時，熔池僅由局部熔化的母材所組成。母材所組成。1112 1 1、熔池的形狀和尺寸、熔池的形狀和尺寸 v熔池的形成需要一定的時間，這段時間叫做過渡熔池的形成需要一定的時間

9、，這段時間叫做過渡時期。經(jīng)過過渡時期以后，就進入準穩(wěn)定時期，時期。經(jīng)過過渡時期以后，就進入準穩(wěn)定時期，這時熔池的形狀、尺寸和質(zhì)量不再變化，只取決這時熔池的形狀、尺寸和質(zhì)量不再變化，只取決于母材的種類和焊接工藝條件，并隨熱源作同步于母材的種類和焊接工藝條件，并隨熱源作同步運動。在電弧焊的條件下，準穩(wěn)定時期熔池的形運動。在電弧焊的條件下，準穩(wěn)定時期熔池的形狀如圖狀如圖2-142-14所示，類似于不標(biāo)準的半橢球，其輪所示，類似于不標(biāo)準的半橢球，其輪廓為溫度等于母材熔點的等溫面。廓為溫度等于母材熔點的等溫面。 圖圖2-14 2-14 焊接熔池形狀示意圖焊接熔池形狀示意圖 13在一般情況下，在一般情況下

10、，IBIBmaxmax、H Hmaxmax；隨著；隨著U BU Bmaxmax、H Hmaxmax。熔池長度熔池長度L L的大小與電弧能量的大小與電弧能量成正比。成正比。 熔池的上表面積，即熔池中液態(tài)金屬與熔渣的熔池的上表面積，即熔池中液態(tài)金屬與熔渣的接觸面，取決于焊接方法和焊接工藝參數(shù)，一般為接觸面，取決于焊接方法和焊接工藝參數(shù)，一般為14cm14cm2 2。熔池的比表面積熔池的比表面積S S根據(jù)規(guī)范不同，變化在根據(jù)規(guī)范不同，變化在(0.3(0.313)13)1010-3-3m m2 2/kg/kg，比熔滴的比表面積小。，比熔滴的比表面積小。 14 2 2、熔池的質(zhì)量和存在時間、熔池的質(zhì)量和

11、存在時間v手弧焊時熔池的重量通常在手弧焊時熔池的重量通常在0.616g0.616g范圍之內(nèi)，多范圍之內(nèi)，多數(shù)情況下小于數(shù)情況下小于5g5g。v埋弧焊焊接低碳鋼時，即使焊接電流很大，熔池的埋弧焊焊接低碳鋼時，即使焊接電流很大，熔池的質(zhì)量也不超過質(zhì)量也不超過100g100g。 v由于熔池的體積和質(zhì)量很小，所以熔池存在的時間由于熔池的體積和質(zhì)量很小，所以熔池存在的時間很短，一般只有幾秒至幾十秒，因此，熔池中各種很短，一般只有幾秒至幾十秒，因此，熔池中各種物化反應(yīng)的時間是很短暫的。但它比熔滴階段存在物化反應(yīng)的時間是很短暫的。但它比熔滴階段存在的時間要長。的時間要長。 15 3 3、熔池的溫度、熔池的溫

12、度 v實測表明，在熔池內(nèi)的溫度分布是不均勻的，如圖實測表明，在熔池內(nèi)的溫度分布是不均勻的，如圖2-72-7所示。所示。v在熔池的前部，輸入的熱量大于散失的熱量，所以在熔池的前部，輸入的熱量大于散失的熱量，所以隨熱源的移動，母材不斷熔化。隨熱源的移動，母材不斷熔化。v處于電弧下面的熔池表面處于電弧下面的熔池表面( (熔池中部熔池中部) )溫度最高。溫度最高。v熔池后部的溫度逐漸下降，因為此處輸入的熱量小熔池后部的溫度逐漸下降，因為此處輸入的熱量小于散失的熱量，所以不斷發(fā)生金屬的凝固。于散失的熱量，所以不斷發(fā)生金屬的凝固。圖圖2-7 2-7 熔池的溫度分布熔池的溫度分布11熔池中部熔池中部 22頭

13、部頭部 33尾部尾部 16v熔池的平均溫度主要取決于母材的性質(zhì)和散熱的條熔池的平均溫度主要取決于母材的性質(zhì)和散熱的條件。件。v對低碳鋼來講，熔池的平均溫度約為對低碳鋼來講，熔池的平均溫度約為17701770100100。 17 4 4、熔池中流體的運動狀態(tài)、熔池中流體的運動狀態(tài) v 熔池中的液體金屬在各種力的作用下，將發(fā)生熔池中的液體金屬在各種力的作用下，將發(fā)生強烈的運動，使得熔池中的熱量和質(zhì)量的得以傳輸強烈的運動，使得熔池中的熱量和質(zhì)量的得以傳輸。v好處：好處： 使熔化的母材和焊條金屬能夠很好的混合，使熔化的母材和焊條金屬能夠很好的混合，形成成分均勻的焊縫金屬。形成成分均勻的焊縫金屬。 熔池

14、中的運動有利于氣體和非金屬夾雜物的熔池中的運動有利于氣體和非金屬夾雜物的外逸，加速冶金反應(yīng)，消除焊接缺陷外逸，加速冶金反應(yīng)，消除焊接缺陷( (如氣孔如氣孔) )，提，提高焊接質(zhì)量。高焊接質(zhì)量。 18 產(chǎn)生運動的原因：產(chǎn)生運動的原因：v 熔池溫度分布不均勻而造成的液態(tài)金屬密度熔池溫度分布不均勻而造成的液態(tài)金屬密度差，使液相產(chǎn)生對流運動。差，使液相產(chǎn)生對流運動。溫度高的地方金屬密度溫度高的地方金屬密度小，溫度低的地方金屬密度大。由于這種密度差將小，溫度低的地方金屬密度大。由于這種密度差將使液相從低溫區(qū)向高溫區(qū)流動。使液相從低溫區(qū)向高溫區(qū)流動。v 溫度分布不均勻也使表面張力分布不均勻。溫度分布不均勻

15、也使表面張力分布不均勻。v 由于焊接熱源作用在熔池上的各種機械力使由于焊接熱源作用在熔池上的各種機械力使熔池中的液相產(chǎn)生攪拌作用。熔池中的液相產(chǎn)生攪拌作用。作用在熔池上的力：電磁力、氣體吹力、熔滴下落的作用在熔池上的力：電磁力、氣體吹力、熔滴下落的沖擊力、離子的沖擊力等。沖擊力、離子的沖擊力等。 三、焊縫金屬的熔合比三、焊縫金屬的熔合比 焊縫金屬是由局部熔化的母材與填充金屬共焊縫金屬是由局部熔化的母材與填充金屬共同組成，其組成比例決定了焊縫的成分。熔焊時，同組成，其組成比例決定了焊縫的成分。熔焊時，局部熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比叫做局部熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比叫做熔合比。熔合

16、比。 =A=Am m/(A/(AH H+A+Am m) )19 取決于焊接方法、規(guī)范、接頭形式和板厚、坡取決于焊接方法、規(guī)范、接頭形式和板厚、坡口角度和形式、母材性質(zhì)、焊接材料種類以及焊條口角度和形式、母材性質(zhì)、焊接材料種類以及焊條傾角等因素。傾角等因素。 通過改變通過改變?nèi)酆媳热酆媳瓤梢愿淖兒缚p金屬的可以改變焊縫金屬的化學(xué)成分化學(xué)成分，如在堆焊時，總是調(diào)整焊接規(guī)范使熔合比盡可能的如在堆焊時，總是調(diào)整焊接規(guī)范使熔合比盡可能的小，以減少母材成分對堆焊層性能的影響。在焊接小，以減少母材成分對堆焊層性能的影響。在焊接異種鋼時，熔合比對焊縫金屬成分和性能的影響甚異種鋼時，熔合比對焊縫金屬成分和性能的影

17、響甚大。大。因此要根據(jù)熔合比選擇焊接材料。因此要根據(jù)熔合比選擇焊接材料。 20焊接化學(xué)冶金過程：焊接化學(xué)冶金過程： 指熔焊時焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫條件指熔焊時焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫條件下的相互作用。其中不僅包括下的相互作用。其中不僅包括化學(xué)變化化學(xué)變化，而且包括，而且包括物質(zhì)在各個參加反應(yīng)物物質(zhì)在各個參加反應(yīng)物( (如氣體，熔渣，液體金屬如氣體，熔渣，液體金屬) )間的間的遷移和擴散遷移和擴散。 焊接化學(xué)冶金過程對焊縫金屬的成分、焊接化學(xué)冶金過程對焊縫金屬的成分、 力學(xué)力學(xué)性能、某些焊接缺陷性能、某些焊接缺陷( (如氣孔，結(jié)晶裂紋如氣孔，結(jié)晶裂紋) )以及焊接以及焊接工藝性能都有很大的

18、影響。工藝性能都有很大的影響。21一、一、對焊接區(qū)金屬的保護對焊接區(qū)金屬的保護 保護保護提供良好的工藝性能提供良好的工藝性能滲合金滲合金保證冶金反應(yīng)過程保證冶金反應(yīng)過程焊條藥皮的作用焊條藥皮的作用 1 1、保護的必要性、保護的必要性 1 1）提高焊接過程穩(wěn)定性，減少飛濺）提高焊接過程穩(wěn)定性，減少飛濺 2 2）減少合金燒損）減少合金燒損 3 3）防止產(chǎn)生焊接缺陷，以保證力學(xué)性能）防止產(chǎn)生焊接缺陷，以保證力學(xué)性能22 2 2、保護方式及效果、保護方式及效果保護方式保護方式1 1）氣保護）氣保護 氣體保護焊氣體保護焊2 2）渣保護）渣保護 埋弧焊埋弧焊3 3）氣）氣渣聯(lián)合保護渣聯(lián)合保護 焊條電弧焊焊

19、條電弧焊4 4）真空保護）真空保護 真空電子束焊真空電子束焊5 5）自保護）自保護 自保護焊自保護焊保護效果保護效果用焊縫金屬中的氮含量來衡量用焊縫金屬中的氮含量來衡量23真空保護真空保護 真空度高于真空度高于0.0133Pa0.0133Pa的真空室內(nèi)進行電子束的真空室內(nèi)進行電子束焊接，保護效果最理想的。焊接，保護效果最理想的。24二、二、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū) v手工電弧焊時有三個反應(yīng)區(qū)手工電弧焊時有三個反應(yīng)區(qū)藥皮反應(yīng)階段熔滴反應(yīng)階段熔池反應(yīng)階段251. 1. 藥皮反應(yīng)階段藥皮反應(yīng)階段溫度oC600400200100熔焊進程藥皮反應(yīng)階段水蒸發(fā)結(jié)晶水分解碳酸鹽分解冶金反應(yīng)二、二、

20、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)262 2、熔滴反應(yīng)區(qū)的特點、熔滴反應(yīng)區(qū)的特點v特點：反應(yīng)溫度高反應(yīng)溫度高v熔滴溫度過高、接近沸點熔滴溫度過高、接近沸點比表面積大比表面積大v是煉鋼的是煉鋼的10001000倍倍反應(yīng)時間短反應(yīng)時間短v0.010.011s1s液體金屬與熔渣發(fā)生激烈的混合液體金屬與熔渣發(fā)生激烈的混合v三相系統(tǒng)三相系統(tǒng) 液、渣、氣液、渣、氣 焊接反應(yīng)最為激烈的部位27主要冶金反應(yīng)：主要冶金反應(yīng)：v氣體的分解和溶解氣體的分解和溶解v金屬的氧化、還原金屬的氧化、還原焊縫金屬的合金化焊縫金屬的合金化金屬蒸發(fā)金屬蒸發(fā)2828、熔池反應(yīng)區(qū)、熔池反應(yīng)區(qū)特點：特點： 熔池溫度：熔池溫度：160

21、0160019001900 接觸面積小接觸面積小: F: F比比=3130=31302 2/Kg/Kg 反應(yīng)時間較長：手工焊時為反應(yīng)時間較長：手工焊時為3-8s 3-8s 埋弧焊埋弧焊6-25s6-25s 攪拌沒有熔滴階段激烈攪拌沒有熔滴階段激烈 熔池溫度不均勻熔池溫度不均勻 熔池階段的反應(yīng)速度比熔滴階段小，并在這個反應(yīng)過程熔池階段的反應(yīng)速度比熔滴階段小，并在這個反應(yīng)過程中的貢獻也較小。但這并不是說熔池反應(yīng)階段不重要中的貢獻也較小。但這并不是說熔池反應(yīng)階段不重要，在某些情況下，熔池中的反應(yīng)也有相當(dāng)大的貢獻。，在某些情況下，熔池中的反應(yīng)也有相當(dāng)大的貢獻。29 總之，總之，焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域

22、連續(xù)進行焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域連續(xù)進行的，的，在熔滴階段進行的反應(yīng)多數(shù)在熔池階段繼續(xù)在熔滴階段進行的反應(yīng)多數(shù)在熔池階段繼續(xù)進行，但也有的停止甚至改變反應(yīng)方向的。焊縫進行，但也有的停止甚至改變反應(yīng)方向的。焊縫金屬的最終化學(xué)成分，是上述各區(qū)冶金反應(yīng)的綜金屬的最終化學(xué)成分，是上述各區(qū)冶金反應(yīng)的綜合結(jié)果。合結(jié)果。304 4焊接化學(xué)冶金反應(yīng)的條件和特點焊接化學(xué)冶金反應(yīng)的條件和特點焊接化學(xué)冶金反應(yīng)的條件和特點體現(xiàn)在反應(yīng)的焊接化學(xué)冶金反應(yīng)的條件和特點體現(xiàn)在反應(yīng)的激烈性、達到的平衡程度等諸多方面。概括起來激烈性、達到的平衡程度等諸多方面。概括起來主要如下：主要如下： （1 1）溫度高）溫度高 （2 2）比表

23、面積大）比表面積大 （3 3）時間短）時間短 （4 4）處于不停的運動之中）處于不停的運動之中 （5 5）反應(yīng)條件不斷變化）反應(yīng)條件不斷變化31三、三、焊接參數(shù)與焊接化學(xué)冶金的關(guān)系焊接參數(shù)與焊接化學(xué)冶金的關(guān)系1 1、焊接參數(shù)影響、焊接參數(shù)影響焊縫熔合比焊縫熔合比2 2、焊接參數(shù)影響焊接參數(shù)影響冶金反應(yīng)的條件冶金反應(yīng)的條件熔滴階段的反應(yīng)時間（熔滴存在的時間）隨著熔滴階段的反應(yīng)時間（熔滴存在的時間）隨著電流的增加而變短，隨著電弧電壓的增加而變長。電流的增加而變短，隨著電弧電壓的增加而變長。因此可以斷定反應(yīng)進行的完全程度將隨著電流的增因此可以斷定反應(yīng)進行的完全程度將隨著電流的增加而減少，隨著電弧電壓

24、的增加而增大。加而減少，隨著電弧電壓的增加而增大。3 3、焊接參數(shù)影響參加冶金反應(yīng)的熔渣量焊接參數(shù)影響參加冶金反應(yīng)的熔渣量32四、四、 焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)的不平衡性焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)的不平衡性焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)是復(fù)雜的高溫多相反應(yīng)系統(tǒng)。焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)是復(fù)雜的高溫多相反應(yīng)系統(tǒng)。由物理由物理化學(xué)可知，多相反應(yīng)是在相界面上進行的，并伴隨著物質(zhì)化學(xué)可知，多相反應(yīng)是在相界面上進行的，并伴隨著物質(zhì)的遷移過程。的遷移過程。焊接區(qū)不等溫條件排除了整個系統(tǒng)平衡的可能性焊接區(qū)不等溫條件排除了整個系統(tǒng)平衡的可能性，在系，在系統(tǒng)中的局部可能出現(xiàn)某個反應(yīng)的短暫平衡狀態(tài)。統(tǒng)中的局部可能出現(xiàn)某個反應(yīng)的短暫平衡狀態(tài)。焊縫金屬的最

25、終成分與熔池凝固溫度下的平衡成分相差焊縫金屬的最終成分與熔池凝固溫度下的平衡成分相差較遠，各種反應(yīng)距離平衡的遠近程度不同。較遠，各種反應(yīng)距離平衡的遠近程度不同。系統(tǒng)的不平衡性是焊接化學(xué)冶金過程的特點，系統(tǒng)的不平衡性是焊接化學(xué)冶金過程的特點，因此不能因此不能直接應(yīng)用熱力學(xué)平衡的計算公式定量地分析焊接化學(xué)冶金直接應(yīng)用熱力學(xué)平衡的計算公式定量地分析焊接化學(xué)冶金問題，但是可作定性分析。問題，但是可作定性分析。33課題二 焊接熔渣一一、熔渣熔渣 的作用、成分和分類的作用、成分和分類焊條藥皮、焊劑或藥芯焊絲中的藥芯，受熱熔化后形成焊焊條藥皮、焊劑或藥芯焊絲中的藥芯，受熱熔化后形成焊接熔渣。接熔渣。 1 1

26、、熔渣在焊接過程中的作用、熔渣在焊接過程中的作用（1 1）機械保護作用）機械保護作用 隔絕空氣隔絕空氣（2 2）改善焊接工藝性能）改善焊接工藝性能 容易引燃、穩(wěn)定燃燒，減少飛濺；獲得合適的熔渣粘度容易引燃、穩(wěn)定燃燒，減少飛濺；獲得合適的熔渣粘度和脫渣性和脫渣性（3 3）冶金處理作用）冶金處理作用 脫氧、脫硫、脫磷、去氫、合金化脫氧、脫硫、脫磷、去氫、合金化342 2、熔渣的成分和分類、熔渣的成分和分類 （1 1）鹽型熔渣）鹽型熔渣氧化性很弱，焊易氧化的金屬及合金氧化性很弱，焊易氧化的金屬及合金 屬于這類熔渣的渣系主要有屬于這類熔渣的渣系主要有CaFCaF2 2-NaF-NaF、CaFCaF2

27、2-BaCl-BaCl2 2-NaF-NaF、KCl-NaCl-NaKCl-NaCl-Na3 3AlFAlF6 6， BaFBaF2 2-MgF-MgF2 2-CaF-CaF2 2-LiF-LiF等。等。 （2 2）鹽）鹽- -氧化物型熔渣氧化物型熔渣 氧化性比較弱，焊合金鋼氧化性比較弱，焊合金鋼 屬于這一類熔渣的渣系主要有屬于這一類熔渣的渣系主要有CaFCaF2 2-CaO-SiO-CaO-SiO2 2、CaFCaF2 2- -CaO-AlCaO-Al2 20 03 3-SiO-SiO2 2、CaFCaF2 2-CaO-SiO-CaO-SiO2 2-MgO-MgO等。等。 （3 3）氧化物型

28、熔渣）氧化物型熔渣氧化性較強，焊低碳鋼和低合金鋼氧化性較強，焊低碳鋼和低合金鋼 屬于這一類熔渣的渣系主要有屬于這一類熔渣的渣系主要有FeOFeOMnO-SiOMnO-SiO2 2、CaOCaOTiOTiO2 2-SiO-SiO2 2、MnO-SiOMnO-SiO2 2等。等。氧化性這么強，為什么用的反而比較多呢？35二二、熔渣的熔渣的結(jié)構(gòu)理論結(jié)構(gòu)理論 1 1、分子理論、分子理論 要點如下：要點如下：1 1）液態(tài)熔渣由不帶電的分子組成。）液態(tài)熔渣由不帶電的分子組成。包括氧化物分子，包括氧化物分子，CaOCaO、SiOSiO2 2等；復(fù)合物的分子，如等；復(fù)合物的分子，如CaOSiOCaOSiO2

29、2、MnO.SiOMnO.SiO2 2等；硫化等；硫化物；氰化物的分子等。物；氰化物的分子等。2 2）氧化物及其復(fù)合物處于平衡狀態(tài)。）氧化物及其復(fù)合物處于平衡狀態(tài)。例如在熔渣中進行著如例如在熔渣中進行著如下反應(yīng)：下反應(yīng)：CaO+SiOCaO+SiO2 2CaOCaOSiOSiO2 23)3)只有自由氧化物才能參與和液態(tài)金屬的反應(yīng)。只有自由氧化物才能參與和液態(tài)金屬的反應(yīng)。 例如只有渣中的自由氧化物例如只有渣中的自由氧化物FeOFeO才能參與如下的反應(yīng)：才能參與如下的反應(yīng)：(FeO)+C=Fe+CO(FeO)+C=Fe+CO 而復(fù)合物而復(fù)合物(FeO)(FeO)2 2SiOSiO2 2中的中的Fe

30、OFeO不能參與上述反應(yīng)。不能參與上述反應(yīng)。4 4）可近似地用生成復(fù)合物的熱效應(yīng)來衡量氧化物之間的親和）可近似地用生成復(fù)合物的熱效應(yīng)來衡量氧化物之間的親和力力362 2 、離子理論、離子理論 1 1）液態(tài)熔渣是由陽離子和陰離子組成的電中性溶液。）液態(tài)熔渣是由陽離子和陰離子組成的電中性溶液。 電負性大的元素以陰離子形式存在；電負性大的元素以陰離子形式存在； 電負性小的元素形成陽離子；電負性小的元素形成陽離子； SiSi、AlAl、B B等，形成復(fù)雜陰離子，等，形成復(fù)雜陰離子，SiOSiO4-4-，SiSi3 3O O9 96-6-，AlAl3 3O O7 75-5-。2 2）離子的分布、聚集和相

31、互作用取決于它的綜合矩）離子的分布、聚集和相互作用取決于它的綜合矩( (綜合矩綜合矩=Z/r)=Z/r)。離子的綜合矩越大，靜電場越強，與其他離子的作離子的綜合矩越大，靜電場越強，與其他離子的作用力也就越大。用力也就越大。 3 3）離子間的靜電作用使其在熔渣中的分布不均勻）離子間的靜電作用使其在熔渣中的分布不均勻4 4）熔渣與金屬的作用是熔渣中離子與金屬原子交換電荷的過）熔渣與金屬的作用是熔渣中離子與金屬原子交換電荷的過程。程。)(2 2)(24SiFeFeSi3738三、熔渣的堿度計算三、熔渣的堿度計算1.1.分子理論分子理論對熔渣堿度對熔渣堿度B B1 1的定義為：的定義為：堿度堿度B1B

32、1的倒數(shù)為酸度。理論上，當(dāng)?shù)牡箶?shù)為酸度。理論上，當(dāng)B1B11 1時為堿性時為堿性渣；渣；B1B11 1時為酸性渣；時為酸性渣；B1B1l l時為中性渣。實際上按時為中性渣。實際上按上式計算并不準確，上式計算并不準確，根據(jù)經(jīng)驗根據(jù)經(jīng)驗B B1 11.31.3時，熔渣才是堿性時，熔渣才是堿性的。的。這是因為式中沒有考慮各氧化物酸、堿性的強弱這是因為式中沒有考慮各氧化物酸、堿性的強弱程度，也沒有考慮酸、堿氧化物的復(fù)合情況，故只能程度，也沒有考慮酸、堿氧化物的復(fù)合情況，故只能作粗略計算并加以修正。作粗略計算并加以修正。酸性氧化物摩爾分數(shù)堿性氧化物摩爾分數(shù)1B3939經(jīng)修正后比較精確的計算公式如下：經(jīng)修

33、正后比較精確的計算公式如下：)ZrOTiOO(Al.SiO.FeO)(MnO.O)KO(Na.CaF.MgO.CaO.B2232222210050017000700140006001500180式中各成分均以質(zhì)量分數(shù)計，則式中各成分均以質(zhì)量分數(shù)計，則B B1 1l l 堿性渣堿性渣B B1 11 1 中性渣中性渣B B1 11 1 酸性渣酸性渣 用修正后的計算公式計算低氫型焊條和用修正后的計算公式計算低氫型焊條和HJ251HJ251焊劑焊劑的熔渣是堿性的，符合實際情況。的熔渣是堿性的，符合實際情況。 （2 2）離子理論）離子理論 離子理論把熔渣中自由氧離子（即游離狀態(tài)的氧離子理論把熔渣中自由氧

34、離子（即游離狀態(tài)的氧離子）的含量（或氧離子的活度）定義為堿度，用離子）的含量（或氧離子的活度）定義為堿度，用B B2 2表示表示。渣中自由氧離子的含量越大，其堿度越大。最常用的。渣中自由氧離子的含量越大，其堿度越大。最常用的堿度表達式：堿度表達式： 式中式中 M Mi i 渣中第渣中第i i種氧化物的摩爾分數(shù)；種氧化物的摩爾分數(shù)； a ai i 渣中第渣中第i i種氧化物的堿度系數(shù)。種氧化物的堿度系數(shù)。niiiMaB12一般一般 B B2 20 0 堿性渣堿性渣 B B2 20 0 中性渣中性渣 B B2 20 0 酸性渣酸性渣 4041四、焊接熔渣的物理性能四、焊接熔渣的物理性能1 1、 熔

35、渣的熔點熔渣的熔點熔渣熔點對焊接工藝性能和焊接質(zhì)量的影響：熔渣熔點對焊接工藝性能和焊接質(zhì)量的影響： 當(dāng)熔渣的熔點過高時當(dāng)熔渣的熔點過高時，會比熔池金屬過早開始凝固，會比熔池金屬過早開始凝固而不能均勻覆蓋于熔池金屬表面，導(dǎo)致保護效果下降而不能均勻覆蓋于熔池金屬表面，導(dǎo)致保護效果下降，焊縫成形差，其至形成夾雜。，焊縫成形差，其至形成夾雜。 若熔渣熔點過低若熔渣熔點過低，熔池金屬開始凝固時，熔渣仍處，熔池金屬開始凝固時，熔渣仍處于流動狀態(tài)，也無法保證焊縫表面成形。于流動狀態(tài)，也無法保證焊縫表面成形。 焊接熔渣的熔點要與焊絲和母材的熔點相匹配，控焊接熔渣的熔點要與焊絲和母材的熔點相匹配，控制在合適的范

36、圍。制在合適的范圍。焊鋼時，熔渣的熔點應(yīng)在焊鋼時，熔渣的熔點應(yīng)在1150135011501350之間。之間。 42熔渣的熔點取決于組成物的種類、數(shù)量和顆粒度：熔渣的熔點取決于組成物的種類、數(shù)量和顆粒度：l當(dāng)熔渣中低熔點組成物含量高，其熔點就低。當(dāng)熔渣中低熔點組成物含量高，其熔點就低。l高熔點組成物含量多，顆粒度越大時，其熔點也高熔點組成物含量多，顆粒度越大時，其熔點也越高。越高。 根據(jù)渣系相圖、調(diào)整組成分的種類和配比，根據(jù)渣系相圖、調(diào)整組成分的種類和配比，使之形成低熔點共晶或化合物，可降低其熔點。使之形成低熔點共晶或化合物，可降低其熔點。l酸性熔渣的熔化溫度區(qū)間在酸性熔渣的熔化溫度區(qū)間在100

37、300 100300 范圍范圍內(nèi)波動。內(nèi)波動。 v 熔渣的熔點熔渣的熔點是指熔渣開始熔化的溫度，不是藥是指熔渣開始熔化的溫度，不是藥皮開始熔化的溫度，后者一般稱為皮開始熔化的溫度，后者一般稱為造渣溫度造渣溫度。但兩。但兩者之間有一定的關(guān)系，一般的規(guī)律是：者之間有一定的關(guān)系，一般的規(guī)律是：藥皮的熔點藥皮的熔點高時，所形成的熔渣的熔點也高。高時，所形成的熔渣的熔點也高。v 一般來說，造渣溫度比熔渣熔點一般來說，造渣溫度比熔渣熔點高高100 100 200 200 。v 而造渣溫度比焊芯熔點而造渣溫度比焊芯熔點低低100 250 100 250 。 432 2、熔渣的粘度、熔渣的粘度 粘度粘度表示流

38、體抵抗剪切或內(nèi)摩擦力大小的性質(zhì)表示流體抵抗剪切或內(nèi)摩擦力大小的性質(zhì)。粘度越大，其流動性越差。粘度越大，其流動性越差。 熔渣的粘度對熔渣的粘度對機械保護作用機械保護作用、化學(xué)冶金反應(yīng)進化學(xué)冶金反應(yīng)進行的程度行的程度有很大影響。有很大影響。 影響熔渣結(jié)構(gòu)的因素是影響熔渣結(jié)構(gòu)的因素是熔渣的成分熔渣的成分和和溫度溫度。44v（1 1）熔渣的成分對粘度的影響）熔渣的成分對粘度的影響 在熔渣中加入能促使形成在熔渣中加入能促使形成粗大陰離子粗大陰離子的物質(zhì)，可使的物質(zhì)，可使粘度增大；加入粘度增大；加入阻礙阻礙形成粗大陰離子的物質(zhì)可以降低熔形成粗大陰離子的物質(zhì)可以降低熔渣的粘度。渣的粘度。l SiO SiO2

39、 2易與易與O O2 2合形成粗大陰離子，故在酸性渣中加合形成粗大陰離子，故在酸性渣中加入入SiOSiO2 2會迅速提高熔渣粘度。若加入能產(chǎn)生會迅速提高熔渣粘度。若加入能產(chǎn)生O O2 2的堿性氧的堿性氧化物，如化物，如CaOCaO、MgOMgO、MnOMnO、FeOFeO等，就能破壞等，就能破壞Si-OSi-O離子鍵離子鍵，使陰離子尺寸變小，因而可降低粘度。，使陰離子尺寸變小，因而可降低粘度。 45l 在堿性渣中若加入高熔點的堿性氧化物，如在堿性渣中若加入高熔點的堿性氧化物，如CaOCaO，則可能出現(xiàn)未熔化的固體質(zhì)點而使渣的流動阻力增大。使則可能出現(xiàn)未熔化的固體質(zhì)點而使渣的流動阻力增大。使熔渣

40、粘度升高。這時若加入熔渣粘度升高。這時若加入SiOSiO2 2，它與，它與CaOCaO形成低熔點的形成低熔點的硅酸鹽，又可使渣的粘度下降。硅酸鹽，又可使渣的粘度下降。l CaF CaF2 2能促進能促進CaOCaO的熔化，所產(chǎn)生的的熔化，所產(chǎn)生的F F又能起到又能起到O O2 2的的作用，使陰離子尺寸變小，所以把它加到酸性渣或堿性渣作用，使陰離子尺寸變小，所以把它加到酸性渣或堿性渣中都可降低粘度。中都可降低粘度。46 （2 2）溫度對熔渣粘度的影響）溫度對熔渣粘度的影響 溫度升高熔渣的粘度下降溫度升高熔渣的粘度下降，如圖。，如圖。但堿性渣和酸性渣下降的趨勢不同。但堿性渣和酸性渣下降的趨勢不同。

41、 在含在含SiOSiO2 2較多的較多的酸性渣酸性渣中，中，隨著隨著溫度升高溫度升高，Si-OSi-O極性鍵逐漸斷開，出極性鍵逐漸斷開，出現(xiàn)尺寸較小的現(xiàn)尺寸較小的Si-OSi-O離子，因而粘度逐離子，因而粘度逐漸下降。漸下降。 堿性渣堿性渣中離子尺寸小，易于移動中離子尺寸小，易于移動。當(dāng)高于液相線時，當(dāng)高于液相線時，粘度迅速下降，粘度迅速下降，當(dāng)溫度低于液相線時當(dāng)溫度低于液相線時，渣中出現(xiàn)細小，渣中出現(xiàn)細小的晶體，的晶體，其粘度迅速增大其粘度迅速增大。 熔渣粘度與溫度的關(guān)系1堿性渣2含SiO2多的酸性渣47從圖看出，當(dāng)兩種渣的粘度都變化從圖看出，當(dāng)兩種渣的粘度都變化時，時，含含SiOSiO2

42、2多多的酸性渣的酸性渣對應(yīng)的溫度變化對應(yīng)的溫度變化T T2 2大，即大，即凝固時間長凝固時間長，故，故稱稱長渣長渣。這種渣。這種渣不適于仰焊。不適于仰焊。 堿性渣堿性渣對應(yīng)的對應(yīng)的T T1 1小，即小，即凝固時間短凝固時間短，故稱，故稱短渣短渣。這種渣這種渣適于全位置焊接。適于全位置焊接。 焊接鋼材用的熔渣粘度，在焊接鋼材用的熔渣粘度，在15001500左右時，為左右時，為0.10.2Pas0.10.2Pas比較合適。比較合適。 48v 3 3、密度、密度v 熔渣的密度是其基本物理性質(zhì)之一，它對熔渣熔渣的密度是其基本物理性質(zhì)之一，它對熔渣從液體金屬中浮出的速度、夾渣形成的難易和熔渣從液體金屬中

43、浮出的速度、夾渣形成的難易和熔渣的流動性都有直接的影響。因此，的流動性都有直接的影響。因此，熔渣的密度必須熔渣的密度必須低于焊縫金屬的密度。低于焊縫金屬的密度。 49v 4 4、表面張力、表面張力 v 表面張力表面張力是液體表面所受到的指向液體內(nèi)部的力是液體表面所受到的指向液體內(nèi)部的力，它是由于表面層分子與內(nèi)部分子所處的狀態(tài)不同而，它是由于表面層分子與內(nèi)部分子所處的狀態(tài)不同而引起的。引起的。v熔渣的表面張力熔渣的表面張力主要取決于熔渣組元質(zhì)點間化學(xué)鍵的主要取決于熔渣組元質(zhì)點間化學(xué)鍵的性質(zhì)和溫度。性質(zhì)和溫度。鍵能越大，其表面張力也越大鍵能越大，其表面張力也越大。l金屬鍵金屬鍵的鍵能最大，故液體金

44、屬的表面張力最大；的鍵能最大，故液體金屬的表面張力最大；l具有具有離子鍵離子鍵的物質(zhì)，如的物質(zhì)，如CaOCaO、MgOMgO、FeOFeO、MnOMnO等鍵能比等鍵能比較大，它們的表面張力也較大；較大，它們的表面張力也較大；l具有具有共價鍵共價鍵的物質(zhì)，如的物質(zhì)，如TiOTiO2 2、SiOSiO2 2、P P2 2O O5 5等，鍵能小，等，鍵能小，其表面張力也小。其表面張力也小。 50l在熔渣中加入酸性氧化物，如在熔渣中加入酸性氧化物，如TiOTiO2 2、SiOSiO2 2等，能使表面等，能使表面張力張力減小減小；l加入堿性氧化物如加入堿性氧化物如CaOCaO、MgOMgO、MnOMnO

45、等，可等，可增加增加表面張力表面張力。l溫度溫度升高升高可使熔渣表面張力下降，因為高溫離子半徑增可使熔渣表面張力下降，因為高溫離子半徑增大，綜合矩減小，同時也增大離子之間的距離，減弱了大，綜合矩減小，同時也增大離子之間的距離，減弱了離子之間的相互作用力。離子之間的相互作用力。l熔滴的表面張力以及與液體金屬的界面張力影響熔滴的熔滴的表面張力以及與液體金屬的界面張力影響熔滴的尺寸和熔渣的覆蓋性能。尺寸和熔渣的覆蓋性能。 l 熔渣與液體金屬的界面張力減小，熔滴的尺寸減小熔渣與液體金屬的界面張力減小，熔滴的尺寸減??；反之，熔滴粗化。；反之，熔滴粗化。515 5、熔渣的線膨脹系數(shù)和導(dǎo)電性、熔渣的線膨脹系

46、數(shù)和導(dǎo)電性v 熔渣的線膨脹系數(shù)主要影響熔渣的線膨脹系數(shù)主要影響脫渣性脫渣性，熔渣與焊縫，熔渣與焊縫金屬的線膨脹系數(shù)金屬的線膨脹系數(shù)差值越大差值越大，脫渣性越，脫渣性越好好。v 一般，堿性氧化物如一般，堿性氧化物如MgOMgO等，可增加熔渣的電導(dǎo)等，可增加熔渣的電導(dǎo)率，而酸性氧化物，如率，而酸性氧化物，如SiO2SiO2、Al2O3Al2O3等，可降低電導(dǎo)等，可降低電導(dǎo)率。率。 由于溫度升高會使渣中離子的尺寸變小，活動能由于溫度升高會使渣中離子的尺寸變小，活動能力增強，故使熔渣的電導(dǎo)率增大。力增強，故使熔渣的電導(dǎo)率增大。 根據(jù)用途不同，根據(jù)用途不同，焊接熔渣在焊接熔渣在20002000時的導(dǎo)電率

47、在時的導(dǎo)電率在1.51.510s/cm10s/cm范圍內(nèi)范圍內(nèi)。52第三節(jié) 控制氣相對熔池金屬的作用危害一一、焊接區(qū)內(nèi)氣體的來源焊接區(qū)內(nèi)氣體的來源與組成與組成 1 1、焊接材料、焊接材料如焊條的藥皮、焊劑和藥芯中的造氣劑、高價氧化如焊條的藥皮、焊劑和藥芯中的造氣劑、高價氧化物和水分等物和水分等 2 2、熱源周圍的、熱源周圍的空氣空氣 3 3、焊絲和母材表面上的雜質(zhì)、焊絲和母材表面上的雜質(zhì)焊條（絲）和焊件表面存在鐵皮、鐵銹、油漆和吸焊條（絲）和焊件表面存在鐵皮、鐵銹、油漆和吸附水等附水等 4 4、高溫蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體、高溫蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體 總之總之, ,電弧區(qū)內(nèi)的氣體是由電弧區(qū)內(nèi)的氣體是由COC

48、O、COCO2 2、H H2 2O O、0 02 2、H H2 2、N N2 2和和他們的分解產(chǎn)物及金屬、熔渣的蒸氣所組成。他們的分解產(chǎn)物及金屬、熔渣的蒸氣所組成。 53v 二二、氫對熔池金屬的作用氫對熔池金屬的作用v 1 1、氫在金屬中的溶解、氫在金屬中的溶解 v溶解過程溶解過程與焊接方法相關(guān)與焊接方法相關(guān)氣體保護焊：氣氣體保護焊：氣/ /液金屬界面，液金屬界面，H H2 2，H H，H H+ +電渣焊、電渣熔煉：渣電渣焊、電渣熔煉：渣/ /液金屬界面液金屬界面手工電弧焊、埋弧焊：兩者兼而有之手工電弧焊、埋弧焊：兩者兼而有之v氫從熔渣中向金屬中過渡氫從熔渣中向金屬中過渡 OHOOHHOFeO

49、HFeHOFeOHFe222222222222( ) 表示在熔渣中表示在熔渣中 表示在金屬中表示在金屬中H H 可以進入液相可以進入液相OHOH不溶于液態(tài)金屬不溶于液態(tài)金屬54 根據(jù)氫與金屬作用的特點，可以把金屬分為兩類：根據(jù)氫與金屬作用的特點，可以把金屬分為兩類： v 第一類是能形成穩(wěn)定氫化物的金屬第一類是能形成穩(wěn)定氫化物的金屬，如，如ZrZr、TiTi、V V、TaTa、NbNb等。這些金屬在吸收氫等。這些金屬在吸收氫不多不多時，與氫形成時，與氫形成固溶體固溶體；在吸收氫；在吸收氫較多較多時，與氫形成時，與氫形成氫化物氫化物。v v 第二類是不形成穩(wěn)定氫化物的金屬第二類是不形成穩(wěn)定氫化物的

50、金屬，如，如FeFe、NiNi、CuCu、CrCr、MoMo等。但氫可以溶解于這類金屬及其合金中。氫等。但氫可以溶解于這類金屬及其合金中。氫溶解于固態(tài)或液態(tài)金屬時，首先分解為原子，然后溶解溶解于固態(tài)或液態(tài)金屬時，首先分解為原子，然后溶解。552 2、氫在金屬中的擴散、氫在金屬中的擴散v擴散氫擴散氫: :可以在焊縫金屬晶格中自由擴散的氫?？梢栽诤缚p金屬晶格中自由擴散的氫。v 存在形式：存在形式：氫原子、正離子或負離子氫原子、正離子或負離子v 與焊縫金屬形成間隙固溶體與焊縫金屬形成間隙固溶體v殘余氫：殘余氫：一部分氫擴散聚集到金屬的晶格缺陷、顯微裂一部分氫擴散聚集到金屬的晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬

51、夾雜物邊緣的空隙中，不能自由擴散。紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙中，不能自由擴散。v 存在形式：存在形式：氫分子氫分子v 氫的變化：焊縫金屬中的總的氫的變化：焊縫金屬中的總的氫含量和擴散氫氫含量和擴散氫的的含量都是隨時間的延長而減少，含量都是隨時間的延長而減少，殘余氫殘余氫則增加。則增加。 56v3 3、氫對焊接質(zhì)量的影響、氫對焊接質(zhì)量的影響v （1 1）氫脆）氫脆 v 金屬在室溫時因吸收氫而導(dǎo)致塑性降低的現(xiàn)象叫做金屬在室溫時因吸收氫而導(dǎo)致塑性降低的現(xiàn)象叫做氫脆。氫脆。 v 氫對鋼的屈服強度與抗拉強度沒有明顯影響；而塑氫對鋼的屈服強度與抗拉強度沒有明顯影響；而塑性，特別是斷面收縮率，則隨氫含量的增

52、加而急劇下性，特別是斷面收縮率，則隨氫含量的增加而急劇下降。降。 v氫脆的一個重要特點是，它與試驗溫度和試驗時的應(yīng)氫脆的一個重要特點是，它與試驗溫度和試驗時的應(yīng)變速度有關(guān)。在室溫范圍，氫脆表現(xiàn)明顯，試驗溫度變速度有關(guān)。在室溫范圍，氫脆表現(xiàn)明顯，試驗溫度較高或很低時，都不會出現(xiàn)氫脆。較高或很低時，都不會出現(xiàn)氫脆。 57v （2 2）白點）白點 v 在碳鋼或低合金鋼焊縫中，如果氫含量高，則常在碳鋼或低合金鋼焊縫中，如果氫含量高，則常常在其拉伸或彎曲試件的斷面上，出現(xiàn)銀白色圓形局常在其拉伸或彎曲試件的斷面上，出現(xiàn)銀白色圓形局部脆斷點，稱為部脆斷點，稱為白點。白點。如果焊縫金屬中有產(chǎn)生白點的如果焊縫金

53、屬中有產(chǎn)生白點的傾向，則其塑性將大大下降。傾向，則其塑性將大大下降。直徑直徑0.50.50.3mm0.3mm，白點周圍為延性斷口，白點周圍為延性斷口多數(shù)情況，白點中心有氣孔或夾雜物多數(shù)情況，白點中心有氣孔或夾雜物實質(zhì)：拉伸或彎曲的延性變形過程中，在焊縫金實質(zhì)：拉伸或彎曲的延性變形過程中，在焊縫金屬中局部產(chǎn)生的氫脆現(xiàn)象。屬中局部產(chǎn)生的氫脆現(xiàn)象。58v（3 3）氫氣孔）氫氣孔v形成原因：形成原因：熔池液態(tài)金屬中溶解較多的氫熔池液態(tài)金屬中溶解較多的氫冷卻凝固后，氫在固液相中溶解度突變冷卻凝固后，氫在固液相中溶解度突變T(oC)H (cm3/1oog)59v（4 4）冷裂紋）冷裂紋 在焊接接頭中，冷裂

54、紋是危害性極大的一種焊接缺在焊接接頭中，冷裂紋是危害性極大的一種焊接缺陷，而氫是促使冷裂紋產(chǎn)生的主要因素之一。陷，而氫是促使冷裂紋產(chǎn)生的主要因素之一。產(chǎn)生冷裂紋主要因素產(chǎn)生冷裂紋主要因素 ：鋼種的淬硬傾向鋼種的淬硬傾向焊接接頭含氫量及其分布焊接接頭含氫量及其分布接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)接頭所承受的拘束應(yīng)力狀態(tài)604. 4. 氫的控制氫的控制 氫對焊縫金屬有不利影響，必須加以消除和控制。氫對焊縫金屬有不利影響，必須加以消除和控制。 首先要減少氫的來源；首先要減少氫的來源；焊前焊前 其次在焊接過程中利用冶金手段加以去除；其次在焊接過程中利用冶金手段加以去除；焊中焊中 根據(jù)需要作焊后消氫處理。根據(jù)需

55、要作焊后消氫處理。焊后焊后61 限制氫的來源限制氫的來源 限制焊接材料中的含氫量限制焊接材料中的含氫量 在制造焊條、焊劑及藥芯焊絲中使用的各種原材料都在在制造焊條、焊劑及藥芯焊絲中使用的各種原材料都在不同程度上含有不同程度上含有吸附水、結(jié)晶水、化合水或溶解氫吸附水、結(jié)晶水、化合水或溶解氫等，設(shè)等，設(shè)計配方時應(yīng)盡量選用不含或少含氫的原材料。制造焊接材計配方時應(yīng)盡量選用不含或少含氫的原材料。制造焊接材料時，應(yīng)按技術(shù)要求進行烘焙以降低成品的含水量。料時，應(yīng)按技術(shù)要求進行烘焙以降低成品的含水量。焊條、焊劑成品長期存放會焊條、焊劑成品長期存放會吸潮吸潮。因此，用前應(yīng)進行烘干：。因此，用前應(yīng)進行烘干：v一

56、般含有機物的焊條其烘干溫度為一般含有機物的焊條其烘干溫度為150200；v低氫型焊條為低氫型焊條為350450。烘干時間不小于。烘干時間不小于2h；v烘干后應(yīng)立即使用，或放在保溫筒內(nèi)隨用隨取。烘干后應(yīng)立即使用，或放在保溫筒內(nèi)隨用隨取。62 清除氣體介質(zhì)中的水分清除氣體介質(zhì)中的水分 氣體保護電弧焊時，保護氣體氣體保護電弧焊時，保護氣體Ar、CO2中常含水分，中常含水分，用前應(yīng)有去水或干燥等措施。用前應(yīng)有去水或干燥等措施。 清除焊件及焊絲表面上的油污、雜質(zhì)清除焊件及焊絲表面上的油污、雜質(zhì) 焊件待焊面和焊絲表面的鐵銹、油污、吸附水分及其他焊件待焊面和焊絲表面的鐵銹、油污、吸附水分及其他含氫物質(zhì)都是使

57、焊縫增氫的主要原因之一，焊前應(yīng)認真含氫物質(zhì)都是使焊縫增氫的主要原因之一，焊前應(yīng)認真清除。清除。63 冶金方式控制氫冶金方式控制氫 冶金處理的原理冶金處理的原理 通過焊接材料的冶金作用，使氣相中的氫轉(zhuǎn)化為通過焊接材料的冶金作用，使氣相中的氫轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定穩(wěn)定的氫化物的氫化物、降低氫的分壓降低氫的分壓，以達到減少氫在焊縫金屬中，以達到減少氫在焊縫金屬中的溶解，的溶解，HFHF和和OHOH都是高溫下較穩(wěn)定的氫化物，而且不都是高溫下較穩(wěn)定的氫化物，而且不溶于鋼中。溶于鋼中。 只須只須適當(dāng)調(diào)整焊接材料成分，促使氣相中的氫轉(zhuǎn)變成適當(dāng)調(diào)整焊接材料成分，促使氣相中的氫轉(zhuǎn)變成HFHF和和OHOH，即可減少焊縫中的含

58、氫量。，即可減少焊縫中的含氫量。64 方法方法v氟化物去氫氟化物去氫HFHF在藥皮或焊劑中加入氟化物在藥皮或焊劑中加入氟化物，焊接時在氣相中能使氫轉(zhuǎn)，焊接時在氣相中能使氫轉(zhuǎn)變成變成HF。最常用的氟化物是。最常用的氟化物是CaF2 2在高硅高錳焊劑中加入適當(dāng)比例的在高硅高錳焊劑中加入適當(dāng)比例的CaFCaF2 2，可以顯著降低可以顯著降低焊縫的含氫量。焊縫的含氫量。氟化物去氫作用為：氟化物去氫作用為： CaF2(氣氣)H2O(氣氣)CaO(氣氣)2HF CaF2(氣氣) 2HCa(氣氣)十十2HF65vCOCO2 2去氫去氫OHOH如果能增強氣相中的氧化性或增加熔池中氧含量，都如果能增強氣相中的氧

59、化性或增加熔池中氧含量，都能使氫轉(zhuǎn)變成能使氫轉(zhuǎn)變成OHOH，達到減少焊縫金屬中氫溶解的目的，達到減少焊縫金屬中氫溶解的目的。COCO2 2氣體具有氧化性，故氣體具有氧化性，故COCO2 2氣體保護焊時，氣體保護焊時，COCO2 2能能減少焊縫中的含氫量；減少焊縫中的含氫量；焊條電弧焊時低氫型焊條藥皮中碳酸鹽受熱分解出的焊條電弧焊時低氫型焊條藥皮中碳酸鹽受熱分解出的COCO2 2也起同樣的作用；也起同樣的作用；COCO2 2去氫反應(yīng)為去氫反應(yīng)為COCO2 2H H COCOOHOH66v氧氣去氫氧氣去氫 氬弧焊時，為了解決氣孔問題，常在氬氣中加入體積分氬弧焊時，為了解決氣孔問題，常在氬氣中加入體

60、積分數(shù)數(shù)5 5左右的氧氣，增加氣相中的氧化性，降低氫的分左右的氧氣，增加氣相中的氧化性，降低氫的分壓，使之按下式進行脫氫反應(yīng)：壓，使之按下式進行脫氫反應(yīng)：O OH=OHH=OHO O2 2H H2 22OH2OHv稀土元素去氫稀土元素去氫 在藥皮或焊芯中加入微量稀土元素如釔、碲、硒等，也在藥皮或焊芯中加入微量稀土元素如釔、碲、硒等，也可以降低擴散氫含量?？梢越档蛿U散氫含量。67 控制焊接工藝參數(shù)控制焊接工藝參數(shù) 焊接電流焊接電流 焊條電弧焊時，焊條電弧焊時，焊接電流增加焊接電流增加使熔滴變細，使熔滴變細，增大了增大了氫向熔滴金屬溶解機會，氫向熔滴金屬溶解機會，又由于電流增大，電弧和熔又由于電流