金属成型1.液态金属与气相的相互作用.ppt

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1、1液态金属与气相的相互作用材料成形原理（焊接部分）1.1焊条熔化及熔池形成焊丝母材熔池焊道导电嘴保护气体溶滴电弧颗粒状过渡一、熔滴及其过渡特性短路过渡附壁过渡蒸发过渡飞溅氧化1、熔滴熔滴——焊条端部熔化形成的滴状液态金属2、熔滴的过渡形式药皮焊条焊接时：短路过渡：在短弧焊时焊条端部的熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发生接触，形成短路，随后在各种力的作用下过渡到熔池中。颗粒状过渡：当电弧的长度足够长时，焊条端部的熔滴长大到较大的尺寸，在各种力的作用下，以颗粒状落入熔池，过渡时不发生短路。附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒

2、壁向熔池过渡的形式。碱性焊条：短路过渡和大颗粒状过渡酸性焊条：细颗粒状过渡和附壁过渡飞溅——焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒称为飞溅。射流过渡二、熔池的形成1、熔池熔池：母材上由熔化的焊条和母材组成的有一定几何形状的液体金属。熔池的形状、尺寸、温度、存在时间、流动状态对冶金反应、结晶方向、晶体结构、夹杂物的数量与分布、焊接缺陷均有影响。2、熔池的形状和尺寸进入准稳定期后，熔池的形状、尺寸、质量不再变化，并随热源作同步运动。外轮廓为温度等于母材熔点的等温面电流增加，最大宽度Bmax减小，最大深度Hmax增大电压增

3、大，最大宽度Bmax增大，最大深度Hmax减小三、焊接过程中对金属的保护1、无保护的危害1）焊缝成分显著变化含氮量比焊丝高20～45倍含氧量比焊丝高7～35倍合金元素（Mn、C）烧损、蒸发严重2）焊缝力学性能下降3）焊接工艺性能差电弧不稳定、飞溅大、焊缝成形差、易产生气孔二、焊接过程中对金属的保护2、保护的方式保护方式焊接方法气保护渣保护气渣联合保护真空自保护气焊、惰性气体保护焊、CO2焊、混合气体保护焊埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接具有造气成分焊条和药芯焊丝焊接真空电子束焊接含有脱氧剂、脱氮剂的自

4、保护焊丝焊接1.2焊接区气体的来源N2、H2、O2CO2和H2O焊接区的气体直接进入间接分解一、气体的来源1、空气如手工电弧焊时侵入的气体约占3％2、保护气如气体保护焊3、焊条药皮、焊剂、药芯的造气剂1）有机物分解、燃烧淀粉、纤维素、油污等2）碳酸盐和高价氧化物的分解3）材料中低佛点物质的蒸发二、气体的产生焊条药皮中的淀粉、纤维素、糊精等有机物（造气、粘接、增塑剂）热氧化分解反应220~250℃以上发生，800℃左右完全分解CO2、CO、H2、烃和水气如纤维素的热氧化分解反应：（C6H10O5）m＋7/2mO2（气）

5、＝6mCO2（气）＋5mH2（气）1、有机物的分解和燃烧酸性焊条药皮中有机物的含量较高二、气体的产生碳酸盐（CaCO3、MgCO3及BaCO3等）的分解CaCO3=CaO+CO2↑（545℃～910℃）MgCO3=MgO+CO2↑（325℃～650℃）2、碳酸盐和高价氧化物的分解碱性焊条药皮中碳酸盐的含量较高高价氧化物（Fe2O3和MnO2）的分解（在某些酸性焊条药皮中含量较高）6Fe2O3=4Fe3O4+O22Fe3O4=6FeO+O24MnO2=2Mn2O3+O26Mn2O3=4Mn3O4+O23、材料的蒸发焊接

6、过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发生蒸发，形成相当多的蒸气。金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF极易蒸发二、气体的产生物质ZnMgPbMnCrAlNiSi沸点9071126174020972222232724592467物质CuFeTiVCNbMoW沸点25472753312733804502474248045927物质CsFAlF3KFLiFNaFBaF2MgF2CaF2沸点125712601500167017002137

7、22392500后果：合金元素的损失；产生焊接缺陷；增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。纯金属和氟化物的沸点（℃）编号反应式/kJ.mol编号反应式/kJ.mol1F2＝F＋F－2706CO2＝CO＋1/2O2－282.82H2＝H＋H－433.97H2O＝H2＋1/2O2－483.23H2＝H＋H+＋e－17458H2O＝OH＋1/2H2－532.84O2＝O＋O－489.99H2O＝H2＋O－977.35N2＝N＋N－711.410H2O＝2H＋O－1808.31、气体的分解简单气体（指N2、H2、O2、F

8、2等双原子气体）的分解复杂气体（指CO2和H2O等）的分解分解产物在高温下还可进一步分解和电离分解后，增大了其在金属熔池中的溶解能力，增大了气相的氧化性三、气体的分解三、气体的分解分解度α温度T/KCO2分解时气相的平衡成分与温度的关系气相体积分数Φ/%温度T/K双原子气体分解度α与温度的关系（P0＝0.1MPa）三、气体的分解图7-3H2O分