第10讲 焊接冶金学(3)

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1、第三章焊接冶金学第10讲130上讲回顾焊接熔渣的作用熔渣的结构熔渣的碱度熔渣的物理性能：粘度、表面张力、熔点、导电性2303.3氮、氢对金属的作用焊接时，焊接区内气相成分重要有CO、CO2、H2O、N2、H2、O2、金属和熔渣的蒸气以及它们的分解物和电离物等。其中对焊接质量影响最大的是N2、H2、O2、CO2和H2O等，必须加以控制。3301.气体的来源与产生⑴气体的来源焊接区内气体来源于：焊接材料：如焊条的药皮、焊剂和药芯中的造气剂、高价氧化物和水分等热源周围的空气焊条（丝）和焊件表面存在铁皮、铁锈、油漆和吸附水等母材和填充金属自身因冶炼而残留的气体430⑵

2、气体的产生焊接区内的气体除了外界侵入或人为直接输入气体外，一般都是通过如下物化反应产生：①有机物的分解和燃烧如焊条药皮中常用的淀粉、纤维素、糊精等有机物作通气剂和增塑剂，受热后将发生热氧化分解反应，产生CO、CO2、H2和水气等气体。530②碳酸盐和高阶氧化物的分解在焊接冶金中常使用碳酸盐，如CaCO3、MgCO3等，用来造气和造渣，也有利于稳定电弧。当加热超过一定温度时，就开始发生分解，产上CO2气体。例如：CaCO3＝CaO＋CO2630高阶氧化物主要有Fe2O3和MnO2等，在焊接过程中将产生逐级分解，也成大量的氧气和低价氧化物。例如：6Fe2O3＝4F

3、e3O4＋O22Fe3O4＝6FeO＋O24MnO2=Mn2O3＋O26Mn2O3=4Mn3O4＋O22Mn3O4=6MnO＋O2730③材料的蒸发焊接过程中，除焊材中水分蒸发外，金属元素和熔渣中各种成分在电弧高温下也会蒸发成为蒸气。沸点越低的物质越容易蒸发，从下表中看出：金属元素Zn、Mg、Pb、Mn的沸点较低，在熔滴形成和过渡过程中最易蒸发。氟化物也因沸点低而易于蒸发。830在焊接过程中，有用元素蒸发不仅造成合金元素损失，甚至产生焊接缺陷，影响焊接质量，还增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工健康。9302.气体分解焊接区内的气体是以分子、原子及离子等状态存在，

4、一般以分子状态存在的气体须先分解成原子或离子后才能溶解到金属中。1030在焊接冶金中常见的气体有简单气体和复杂气体两类：简单气体：由同种原子组成分子的气体，如N2、H2和O2等，多为双原子气体；复杂气体：由不同原子组成分子的气体，如CO2和H2O等。1130气体受热后其原子获得足够高的能量后就会分解为单个原子或离子及电子。下表列出一些常见气体分解的反应式，它们均为吸热反应。反应式ΔH298°KJ/mol反应式ΔH298°KJ/molF2=F+FH2=H+HH2=H+H++eO2=O+ON2=N+N-270-433.9-174.5-489.9-711.4CO2=

5、CO+1/2O2H2O=H2+1/2O2H2O=OH+1/2H2H2O=H2+OH2O=2H+O-282.8-483.2-532.8-977.3-1808.3表气体分解反应式1230从上表的数字反映出各种气体分解的难易程度，在焊接温度(5000K)下：H2和O2的分解大都以原子状态存在；N2分解很小，基本上以分子状态存在；CO2气体的分解随温度升高而增加，在焊接温度下几乎完全分解；水蒸气分解比较复杂、在不同温度下可按上表中的反应式分解成H2、O2、H、O等。13303.分布⑴焊接时，焊接区内气相的成分和数量与焊接方法、工艺参数、焊接材料种类有关。焊条电弧焊时，

6、气相的氧化性较大。用碱性焊条焊接，气相中H2和H2O的含量很少，故称低氢型焊条；埋弧焊和中性焰气焊时，气相中CO2和H2O含量很少，因而气相的氧化性也很小。1430⑵各种气体的分子、原子和离子在焊接区内的分布与温度有关。电弧的温度无论是轴向或径向分布都不均匀，所以它们在电弧中的分布也是不个均匀的。由于测试上的困难，日前尚未了解其分布规律。15303.3.1氮对金属的作用1.氮在金属中的溶解空气是氮的主要来源，空气一旦侵入焊接区，便会发生氮与金属作用。1630与氮不发生作用的金属如铜、镍、银等，即使在高温熔化状态也不溶解氮或与氮生成氮化物。因此焊接这类金属时，可

7、用氮作保护气体。既能溶解氮，又能与氮形成稳定的氮化物的金属如铁、锰、钛、铬等，焊接这类金属及其合金时，必须防止焊缝金属的氮化。1730氮在金属中的溶解反应为：N2＝2[N]氮在金属中的溶解度与平衡时该气体的分压平方根成比例。在气相中氮的分压越大，其溶解度越大。因此，降低气相中氮的分压可有效地减少氮在金属中的含量。1830氮在纯铁中的溶解度与温度的关系如右图所示，从图中看出，除γ铁外，氮在铁中的溶解度随温度升高而增大，因这种溶解属吸热反应。在2200℃时溶解度最大，达47㎝3／100g。升至铁的沸点附近则溶解度急剧降低，真正为零。这是由于金属大量蒸发，使气相中氮

8、的分压显著下降所致。铁从液态转变为固态