partii焊接化学冶金—3熔渣与液态金属的相互作用

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1、材料成型基础PartII焊接化学冶金1液态金属与熔渣的相互作用1、焊接熔渣2、熔渣的物理性质3、活性熔渣对金属的氧化21、焊接熔渣焊接过程中，焊(或钎)剂、药皮熔化后，经过一系列化学变化而形成的覆盖于焊(或钎)缝表面的非金属物质。§3.1焊接熔渣2、熔渣的作用(1)机械保护作用(2)冶金处理作用(3)改善成形工艺性能作用(4)不利作用3§3.1焊接熔渣(1)机械保护作用焊中：防合金元素烧损，防H、N、O、S的侵入，减少液态金属的热损失。焊后：防高温焊缝金属氧化。(2)冶金处理作用a.金属中的有害杂质，如脱

2、氧、脱硫、脱磷和去氢;b.吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物;c.向焊缝中过渡合金。4§3.1焊接熔渣(3)改善成形工艺性能a.电弧易于引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性及焊缝成形好；b.电弧熔炼:稳定电弧燃烧，电阻发热体，重熔并精炼金属。(4)不利作用a.强氧化性熔渣使焊缝增氧b.易残留在金属中形成夹渣。53、熔渣的成分与分类熔渣由多种化合物构成，其性能主要取决于熔渣的成分与结构：(1)盐型熔渣(2)盐-氧化物型熔渣(3)氧化物型熔渣§3.1焊接熔渣6类型成分氧化性应用盐型熔渣金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧

3、的化合物,如CaF2-NaF、CaF2-RaCl2-NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2-MgF2-CaF2-LiF很小铝、钛等化学活性金属盐-氧化物型熔渣氟化物和金属氧化物,如CaF2-CaO-Al2O3、CaF2-CaO-SiO2、CaF2–MgO-Al2O3-SiO2较小重要的低合金高强钢、合金钢及合金氧化物型熔渣弱碱金属氧化物,如MnO-SiO2、FeO-MnO-SiO2、CaO-TiO2-SiO2较强低碳钢、低合金高强钢熔渣的成分及分类§3.1焊接熔渣74、熔渣的来源与构成(1)S

4、MAW的熔渣与药皮SMAW熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂。造渣剂是药皮中最基本的组成物，通常包括钛铁矿(TiO2·FeO)、金红石(TiO2)、大理石(CaCO3)、硅砂(SiO2)、长石、白泥和云母(SiO2·A12O3)等。焊接过程中造渣剂熔化，形成独立熔渣相，覆盖在熔滴与熔池表面。§3.1焊接熔渣8由氧化物和氟化物组成的，与SMAW的熔渣成分类似。易于实现焊缝金属的合金化(2)SAW、ESW熔渣与焊剂§3.1焊接熔渣焊剂熔炼焊剂非熔炼焊剂烧结焊剂粘结焊剂因在制造过程中耗能太大而逐渐被淘汰推广应用前

5、景良好用于堆焊和焊接高强钢、不锈钢。碱度可调范围广,易于添加各种合金元素,有利于改善焊接工艺性能和提高焊缝力学性能。9熔渣的物化性质及其与金属的相互作用与熔渣的内部结构有密切关系。液态熔渣的结构理论:(1)分子理论主要依据室温下对凝固熔渣的相分析和成分分析的结果(2)离子理论基于对熔渣电化学性能的研究§3.1焊接熔渣5、熔渣结构理论10(1)分子理论§3.1焊接熔渣1)液态熔渣是由自由状态化合物和复合状态化合物的分子所组成。自由化合物:氧化物、氟化物、硫化物复合化合物:酸性和碱性氧化物生成的盐2)氧化物与

6、复合物在一定温度下处于平衡状态CaO+SiO2CaO·SiO2升温:反应向左;降温:反应向右3)只有渣中自由氧化物才能与液态金属及其中的元素发生作用(FeO)+[C]=[Fe]+CO硅酸铁(FeO)2·SiO2中的FeO不能反应分子理论建立早、应用广，可简明地定性分析熔渣和金属之间的一些冶金反应。但无法解释熔渣导电性等。11(2)离子理论§3.1焊接熔渣1)液态熔渣是由正离子和负离子组成的电中性溶液包括简单正离子、简单负离子以及复杂负离子2)离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于其综合矩:离子电荷/

7、离子半径①离子的综合矩越大，说明它的静电场越强，与异号离子的引力越大。②离子间的作用力还影响离子在熔渣中的分布熔渣不是完全均匀的离子溶液，而是微观不均匀的溶液。12(2)离子理论§3.1焊接熔渣3)液体熔渣与金属之间相互作用的过程，是原子与离子交换电荷的过程如硅还原和铁氧化的过程是金属中铁原子和渣中硅离子在两相界面上交换电荷的过程:离子理论:Si4++2[Fe]=2Fe2++[Si]分子理论:(SiO2)+2[Fe]=2(FeO)+[Si]熔渣的离子理论对许多现象的解释比分子理论更合理,但由于目前它还没

8、有一个完整的模型,又缺乏系统的热力学资料,故在化学冶金中还广泛应用分子理论。13§3.2焊接熔渣的理化性质熔点密度碱度(Basicity)粘度(Viseosity)表面张力与界面张力影响熔滴过渡，脱渣性，保护效果，焊缝成形等14§3.2焊接熔渣的理化性质1、熔点(1)熔渣是一个多元体系，其液固转变是在一个温度区间进行的，熔点高低取决于熔渣的组分。(2)熔渣的各组元独立相熔点较高，而以一定比例构成复合渣时可使凝固温度大大降低。