第二章 焊接化学冶金反应1

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1、徐州工程学院教案纸第二章焊接化学冶金反应焊接化学冶金反应过程：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。（其中不仅包括化学变化，而且包括物质在作用相之间的迁移和分布过程。）※对焊缝金属的成份、性能、焊接缺陷及焊接工艺性能有很大的影响。焊接化学冶金主要研究在各种焊接工艺条件下，冶金反应和焊缝成份、性能之间的关系及变化规律。目的在于利用这些规律来合理地选择焊接材料，正确地控制和调整焊缝金属的成份和性能、创造新的焊接材料。本章以电弧焊焊低碳钢时的冶金问题为重点，来阐明焊接化学冶金的规律。关于各种熔焊方法和冶金特点将在“材料成型设备及控制”中介绍，各种金属材料焊接时的特殊冶

2、金问题将材料成型工艺学（一）的有关章节中讨论。§2-1焊接化学冶金过程的特点焊接化学冶金过程实质上是金属在焊接条件下再熔炼的过程。焊接化学冶金和普通的化学冶金（如电炉炼钢）有共同之处，它们都是对金属冶炼加工过程，但在原材料和冶炼条件方面，都有很大的不同。只有研究焊接化学冶金的特点，找出它固有的规律，才能使冶金反应向有利的方向发展，从而得到优质的焊缝金属。一、焊接时金属的保护低碳钢光焊丝在空气中施焊：（保护的必要性）[N]=0.105-0.218%↑20—25倍[O]=0.14～0.72%↑7—35倍C等Me烧损；δ、ψ、ak↓↓；产生气孔、电弧不稳定。保护方式：气—渣联合保护，

3、气保护、渣保护、自保护、真空。※应当指出，目前关于隔离空气的问题已基本解决，但仅仅是机械地保护液态金属，在有些情况下仍然得不到合格的焊缝成份，例如：在多数情况下药皮、焊剂对金属具有不同程度的氧化，从而使焊缝金属增氧。※因此焊接化学冶金的第二个任务就是对熔化金属进行冶金处理。二、焊接化学冶金反应及其反应条件※与普通化学冶金反应不同，焊接化学冶金反应是分区域相对于焊丝中的含量。因此焊接化学冶金的首要任务是对熔化金属加强保护。自保护焊在焊丝中加入了脱氧剂和脱氢剂10徐州工程学院教案纸（或阶段）连续进行的，各区的反应条件（反应物的性质和浓度、温度、反应时间、相接触的面积、对流和搅拌运动

4、等）也有较大的差异，因此影响到各个区反应进行的可能性、方向、速度和限度手工电弧焊：药皮反应区、熔滴反应区，熔池反应区熔化极气保护焊：熔滴反应区，熔池反应区气焊、TIG、电子束焊：熔池反应区（一）药皮反应区：（对整个焊接化学冶金过程和焊接质量有一定影响）药皮组成：造气剂：有机物：木粉、淀粉、纤维素等矿物质：碳酸盐、菱苦土（MgCO3）、大理石造渣剂：矿物质：白泥（Al2Si2O5（0H）4）云母（KH2Al2Si3Al012）高价氧化物：Fe2O3、MnO2铁合金：Fe-MnFe-SiFe-Ti焊条的端部T∠1200℃左右（100℃至药皮的熔点，碳钢焊条1200℃）（1）T>10

5、0℃药皮吸附的水分开始蒸发。（2）T>200-250℃有机物分解，分解为CO、CO2、H2（3）T>300-400℃结晶水、化合水开始蒸发（白泥、云母）（4）T>400℃药皮中的矿物质和高价氧化物分解形成CO2，O2MgCo3→MgO+CO2↑CaCO3→CaO+CO2↑2MnO22Mn2O+O22Fe2O3→4FeO+O2（5）T>600℃，铁合金氧化，先期脱氧上述化学反应所折出的CO2、CO、H2O、O2、H2，一方面保熔护池，另一方面对液态金属和药皮中的Fe合金有氧化作用。Mn+O2→MnO2Mn+CO2→MnO+COMn+H2O→MnO+H2（二）熔滴反应区：1、特点

6、：（1）熔滴的温度高，T=1800-2400℃，过热度大;（2）熔滴与气体和熔渣的接触面积大;Fc=103-104cm2/kg，比炼钢时大1000倍（3）各相之间反应时间（接触时间）短存在时间t=10-4～10-3s（因此含有机物的焊条烘干温度≤200℃）因此含MgCo3焊条烘干温度∠325℃因此含CaCO3焊条烘干温度∠425℃10徐州工程学院教案纸过渡速度v=2.5～10m/s（4）熔滴和熔渣发生强烈的混合d=2-3mm2、物化反应：（1）金属的蒸发，黄铜cu-Zn防止Zn蒸发和Zn中毒（2）气体的分解和溶解(H2O)气、CO、CO2、H2、N2（3）金属及其合金的氧化和还

7、原[Fe]+CO2→FeO+CO气体对金属的氧化(SiO2)+Fe→FeO+Si液态熔滴对金属的氧化的氧化MnO+Fe→FeO+Mn（4）焊缝金属的合金化（三）熔池反应区：1、熔池反应区的物理条件（1）熔池的平均温度低1600-1900℃（2）比表面积小3-130cm2/kg（3）熔池的持续时间长（反应时间长）SMAW:3-8SSAW:6-25S（4）温度分布不均匀熔池的头部：金属的熔化，气体的吸收-有利于吸热反应熔池的尾部：金属的凝固，气体的逸出-有利于放热反应2、熔池反应区的化学条件（1