金属成型1.液态金属与气相的相互作用.ppt

材料成形原理（焊接部分） 1.1 焊条熔化及熔池形成 一、熔滴及其过渡特性 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。 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。 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 1.2焊接区气体的来源 一、气体的来源 焊接区的气体 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） 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℃） 3、材料的蒸发 焊接过程中，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 1、气体的分解 简单气体（指N2、H2、O2、F2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 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分 低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型” 酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大 1.2 氢对液态金属的作用 一、 氢在金属中的溶解 氢是有害物质，会引起气孔，裂纹，脆化等缺陷 氢的来源：焊材中的水分，空气中的水蒸气，工件上的油污等 1、氢与金属的作用特点 一、 氢在金属中的溶解 2、氢的溶解途径 1）通过气相溶入金属中 服从亨利定律: 2） 通过渣层溶入金属，其过程为： 第一步 以OH-形式溶于熔渣 H2O气+(O2-)=2(OH-) 第二步 以H形式从熔渣中向金属中过渡 (Fe2+)+ 2(OH-)=[Fe]+2[O]+2[H] ( )—表示在熔渣中 [ ]—表示在金属中 没有括号—表示在气相中 一、 氢在金属中的溶解 一、 氢在金属中的溶解 金属凝固时，来不及逸出的氢主要以H、H+、H-的形式存在于焊缝中 1、 氢脆 氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象 原因：拉伸→位错运动和堆积→形成显微空腔→扩散氢在空腔内结合成氢分子→阻碍位错的运动并产生很高的压力 →变脆 2、 白点 碳钢及低合金钢焊缝，如含氢量高，常常在拉伸和弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点称为白点。直径约为0.5－3mm，周围为塑性断口，白点中心有小夹杂物或气孔，好像鱼眼一样，故又称“鱼眼”。超声波和X射线探测表明，白点在塑性变形阶段产生 3、 氢气孔 2[H]＝H2 4、 冷裂纹 1、限制氢的来源 1）严格限制焊接材料的含氢量 制造低氢焊条、焊剂时尽量选用含氢量少和不含氢的材料，制造时适当提高烘焙温度 焊接保护气（如Ar和CO2等）也常含有水分，露点越低，保护气体的含水量越少 2）焊接材料使用前应烘干、不用时应妥善放置 低氢型焊条：350℃~450℃ 含有机物的型焊条：150℃~200℃ 保温筒温度：100℃ 必要时，对保护气体进行去水、干燥 3）清除焊件和焊丝表面的杂质 焊件坡口和焊丝表面上的铁锈、油污 2、