第12讲 焊接冶金学(5)

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1、第三章焊接冶金学第12讲124⑵冶金方式控制氢①冶金处理的原理通过焊接材料的冶金作用，使气相中的氢转化为稳定的氢化物、降低氢的分压，以达到减少氢在焊缝金属中的溶解，HF和OH都是高温下较稳定的氢化物，而且不溶于钢中。只须适当调整焊接材料成分，促使气相中的氢转变成HF和OH，即可减少焊缝中的含氢量。224②方法氟化物去氢——HF在药皮或焊剂中加入氟化物，焊接时在气相中能使氢转变成HF。最常用的氟化物是CaF2在高硅高锰焊剂中加入适当比例的CaF2，可以显著降低焊缝的含氢量。氟化物去氢作用为：CaF2(气)＋H2O(气)＝CaO(气

2、)＋2HFCaF2(气)＋2H＝Ca(气)十2HF324CO2去氢——OH如果能增强气相中的氧化性或增加熔池中氧含量，都能使氢转变成OH，达到减少焊缝金属中氢溶解的目的。CO2气体具有氧化性，故CO2气体保护焊时，CO2能减少焊缝中的含氢量；焊条电弧焊时低氢型焊条药皮中碳酸盐受热分解出的CO2也起同样的作用；CO2去氢反应为CO2＋H＝CO＋OH424氧气去氢氩弧焊时，为了解决气孔问题，常在氩气中加入体积分数5％左右的氧气，增加气相中的氧化性，降低氢的分压，使之按下式进行脱氢反应：O＋H=OHO2＋H2＝2OH稀土元素去氢在药皮

3、或焊芯中加入微量稀土元素如钇、碲、硒等，也可以降低扩散氢含量。524⑶控制焊接工艺参数①焊接电流焊条电弧焊时，焊接电流增加使熔滴变细，增大了氢向熔滴金属溶解机会，又由于电流增大，电弧和熔滴温度升高，引起氢和水蒸汽分解度增大，使熔滴吸氢量增加。气体保护焊时，当电流超过临界值，熔滴转变为射流过渡，这时熔滴温度接近金属沸点，金属蒸汽急剧增大而氢分压显著降低，同时熔滴过渡频率高，速度快，与空气接触时间短，因而可减少熔滴的含氢量。624②电源性质和极性用交流电焊接时，因弧柱温度周期性变化，引起周围气氛的体积也相应发生周期性胀与缩的变化，增

4、加了熔滴与气氛接触机会，故焊缝含氢量比直流焊接时多。采用直流正接时，因H＋向阴极运动，有利于向高温熔滴溶解，故氢在焊缝中含量比直流反接时高。724⑷焊后脱氢处理焊件焊后经过特定的热处理可以使氢扩散外逸，减少接头中的含氢量。右图说明加热温度越高，脱氢所需时间越短。图焊后脱氢处理温度-时间-焊缝含氢量关系824普通钢一般用350℃，保温1h，就可去除大部分氢。奥氏体钢接头进行脱氢处理效果不大，因为氢在奥氏体组织中的溶解度大，而扩散速度小。9243.4焊接时的氧化还原主要研究在焊接条件下，金属及合金元素的氧化与烧损、金属氧化物的还原等

5、。掌握焊接时金属氧化还原的规律，对改善焊缝金属的成分及提高焊接质量有重要的意义。1024氧的来源焊接区的氧来自周围空气以及焊接材料或焊件中的高价氧化物、水分、铁锈等的分解物。氧的危害氧的化学性质很活泼，在焊接高温下可与许多金属元素作用，不仅使焊缝金属中有益合金元素被烧损，而且所形成的氧化物又夹杂在焊缝中，使焊缝金属的力学性能严重下降。1124根据氧与金属作用的特点，把金属分为两类：不能溶解氧，但焊接时发生激烈氧化的金属如Mg、Al等；能有限地溶解氧，同时焊接时也发生氧化的金属如Fe、Ni、Cu、Ti等，这类金属氧化后生成的氧化物

6、能溶解于相应的金属中。下面介绍氧对铁的作用：1224氧在金属中的溶解氧是以原子氧和氧化亚铁（FeO）两种形式溶解在液态铁中。这种溶解为吸热过程，其溶解度随温度升高而增大，如图。图液态金属中氧的溶解度与温度的关系1324上图中，当液态铁凝固时氧的溶解度急剧下降，在2000℃时为0.8%；刚凝固（约1520℃）时为0.16%；当δ铁转变为γ铁时下降到0.05%以下；室温的α铁中几乎不溶解（＜0.001％）。因此，焊缝金属中的氧几乎全部以氧化物（FeO、SiO2、MnO、Al2O3）和硅酸盐夹杂物的形式存在。通常所说的焊缝含氧量是指总

7、含氧量，既包括溶解氧也包括非金属夹杂物中的氧。1424在液态铁中，随着合金元素量增加，氧的溶解度下降，如图。元素与氧的亲和力愈强，氧的溶解度愈小。氧在焊缝金属中，无论是单独存在还是以氧化物存在都是有害的，使焊缝金属强度、塑性和韧性明显下降。图Me含量对液态铁中氧的溶解度的影响15243.4.1氧化还原方向判据由物理化学可知，假设在金属-氧-金属氧化物系统中，金属氧化物的分解压为Po2，氧的实际分压为{Po2}，则{Po2}＞Po2金属被氧化{Po2}＝Po2处于平衡状态{Po2}＜Po2金属被还原16243.4.2焊接时金属的氧

8、化焊接时对金属的氧化除自由氧直接与金属发生作用外，其余都是在各个反应区内通过氧化性气体（如CO2、H2O等），或活性熔渣与金属相互作用实现的。1724⑴自由氧对金属的氧化电弧焊时，空气中的氧总是或多或少地侵入电弧内，焊接材料中的高阶氧化物等物质也因受热而分解产生