PartII焊接化学冶金-2气相与液态金属的相互作用.ppt

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1、材料成型基础PartII焊接化学冶金2气相对液态金属的作用1、气体的来源2、气体在金属中的溶解3、气体对金属的作用及其控制4、焊接保护气体的选择3§2.1气体的来源一、气体来源焊接区内的气体是参与液态金属冶金反应最重要的物质。焊接区气体(主要是N2、O2、H2)的来源:1、直接来源直接进入焊接区的气体。2、间接来源通过物理化学反应生成进入焊接区的气体。41、直接来源§2.1气体的来源(1)焊接材料,如焊条药皮、焊剂及药芯焊丝中的造气剂、高价氧化物和水分等。(2)所采用的保护气体和其中的杂质(如氧、氮、水气等)。(3)热源周围的空气。(4)焊材表面和母材坡口附着的吸附水、油、锈

2、和氧化皮等物质,其在焊接时也会析出气体,如水气、氧、氢等。(5)焊丝和母材中因冶炼而残留的气体(很少，对气体成分影响不大)。100℃：吸附水蒸发400-600℃：焊条药皮中的组分如白泥和云母中的结晶水被排除。51、直接来源§2.1气体的来源(6)金属材料以及化合物的蒸发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和氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF的沸点都比较低，它们在焊接过程中极易蒸发。对钢铁焊接来说，铁合金的沸点虽然较高，但焊接时其浓度较大，所以气相中铁蒸气的数量相当可观。6§2.1气体的来源2、间接来源(1

3、)有机物的分解和燃烧a)制造焊条时的造气剂和涂料增塑剂:淀粉、纤维素、糊精、藻酸盐等有机物b)220℃~320℃时分解50%;800℃完全分解。c)反应生成的气态产物:主要是CO2、CO、H2、烃和水气。纤维素的热氧化分解反应可表示为：7(2)碳酸盐的分解作用:焊条造气剂,如CaCO3、MgCO3、BaCO3及白云石CaMg(CO3)2等。分解温度:CaCO3开始分解温度545℃,MgCO3开始分解温度325℃;CaCO3剧烈分解温度为910℃,MgCO3剧烈分解温度为650℃。分解产物:CO2,CO,H2。§2.1气体的来源2、间接来源8(3)高价氧化物的分解药皮和焊剂中常

4、用的高价氧化物如Fe2O3和MnO2,其在焊接过程中将发生逐级分解。分解产物:O2和低价氧化物FeO和MnO。6Fe2O3=4Fe3O4+O22Fe3O4=6FeO+O24MnO2=2Mn2O3+O26Mn2O3=4Mn3O4+O22Mn3O4=6MnO+O2§2.1气体的来源2、间接来源9§2.1气体的来源二、气体的分解气体的状态（分子、原子或离子状态）对其在金属中的溶解和与金属的作用有很大的影响,进入焊接区内的气体在电弧高温作用下将进一步分解或电离,从而影响气体在金属中的溶解或其与金属的作用。1、简单气体的分解:N2、H2、O22、复杂气体的分解:CO2、H2O10编号反

5、应式/kJ·mol编号反应式/kJ·mol1F2=F+F-2706-282.82H2=H+H-433.97-483.23O2=O+O-489.98-532.84H2=H+H++e-17459H2O=H2+O-977.35N2=N+N-7111.410H2O=2H+O-1808.3气体分解反应比较§2.1气体的来源1、简单气体的分解主要指N2、H2、O2、F2等双原子气体,它们受热而获得足够的能量后,将分解为单个原子或离子和电子。11双原子气体的分解度与温度的关系§2.1气体的来源1、简单气体的分解在焊接温度下,H2和O2的分解度很大,绝大部分以原子态存在,而N2的分解度很小,

6、基本上以分子态存在。H22H温度T/K20001.00.80.60.40.20分解度αO22O400060008000N22N12§2.1气体的来源2、复杂气体的分解CO2和H2O是焊接过程中最常见的复杂气体,它们在高温下将分解出O2,使气相的氧化性增加。水蒸气的分解产物除了O2和O外,还有H2、H和OH等,这不仅增加了气相的氧化性,而且还会增加气相中的氢分压。CO2分解时气相的平衡成分与温度的关系COCO2O2温度T/K180026003400100806040200气相体积分数φ/%13§2.1气体的来源2、复杂气体的分解H2O分解时气相的平衡成分与温度的关系HH2

7、OO温度T/×103K02.43.2100806040200气相体积分数φ/%O22.83.64.04.84.45.65.2H2OH14§2.1气体的来源三、气相的成分焊接区内的气体是由CO、CO2、H2O、O2、H2、N2、金属和熔渣的蒸气及其分解或电离的产物所组成的混合物。其中,对焊接质量影响最大的是N2、H2、O2、CO2和H2O。焊接区内常常同时存在多种气体,这些气体之间也将发生复杂的反应。15§2.1气体的来源三、气相的成分焊接方法焊条/焊剂COCO2H2H2ON2备注SMAW高钛型(J421