焊接冶金学-焊接化学冶金.ppt

第二章--焊接化学冶金 重点内容 1、焊接化学冶金过程特点 2、气相对金属的作用（H） 3、熔渣的作用性质 4、焊接化学冶金的一般规律 5、合金过渡问题 普通化学冶金过程和焊接化学冶金过程对比 普通化学冶金过程是对金属熔炼加工过程，放在特定的炉中进行。 焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当高炉。 二者共同点：金属冶炼加工。 不同点： 1）原材料不同 熔池的形成 熔池为半椭球，几何尺寸为L=P2IU 其中，P2是比例系数，取决于焊接方法和规范。I是焊接电流，U是焊接电压，上式适用于点状热源 。 1、气保护 2、渣保护 3、气渣联合保护 4、真空保护 5、自保护 二、焊接化学冶金的反应区 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200℃) 2）熔滴反应区 指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 3熔池反应区 1）反应速度低 熔池T 1600～1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300～1300cm2/kg；时间长，手工焊3～8秒埋弧焊6 ～ 25s 2）熔池温度不均匀的突出特点 熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应 3）具有一定的搅拌作用 促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。 熔池运动状态 1）液态金属密度差引起自由对流运动 2）表面张力差强迫对流运动 3） 熔池中各种机械力搅拌 § 2-2 焊接区内气体与金属的作用 一、焊接区内的气体 （一）气体的种类、来源及供给途径 （2）氮在金属中的溶解 来源：主要是焊接区周围的空气。 氮的溶解度随着温度升高而增大，在2200℃时达到最大值 氮在金属中的溶解机制 1）双原子形式溶于液态金属 2）单原子原子形式溶于液态金属 3）以NO形式溶入 4）以氮离子形式溶入 （3）氢在金属中的溶解 1)、氢在金属中的溶解及其影响因素 来源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯中水分，药皮中有机物为、焊件表面杂质（锈、油）空气中水分 第一类能形成稳定氢化物金属 第二类不形成稳定氢化物的金属 氢的溶解机制 焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态 2).焊缝金属中的氢及其扩散 ①扩散氢：氢以原子或质子形式存在的并可在金属晶格中自由扩散。 ②残余氢（剩余氢）：氢原子扩散聚集到金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物的边缘空隙中，结合成分子不能自由扩散。 总含氢量=扩散氢＋剩余氢 （4）氧在金属中的溶解 1).以原子氧形式溶解 2).以FeO形式溶解 §1-3 熔渣与金属的作用  熔渣：电焊条药皮，药芯和焊剂溶化及化学反应生成的由多种物质组成的复杂体系，是调整和控制焊缝金属成分和性能的前提和基础。 一、焊接熔渣 （一）熔渣的作用、成分及分类 1.熔渣的作用 1).机械保护作用 2).冶金处理作用 净化、合金化 3). 工艺性能改善作用 稳弧、成形 2.熔渣的种类和成分 1).熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、硼酸盐类组成是多种化学组成的复杂体系。 2).熔渣分为三类 第一类 盐型熔渣, CaF2-NaF氧化性小主要用于焊接铝、钛等活性金属 第二类 盐-氧化物型熔渣，CaO-SiO2-CaF2氧化性较小，有较好的除氢效果。主要用于焊接合金钢及低碳钢。E4303(J507), 第三类 氧化物型熔渣，MnO-SiO2，具有较强的氧化性。E5015(J422),TiO2-SiO2-CaO （二）熔渣结构理论 液态熔渣的结构有三种理论： 分子理论和离子理论及分子-离子共存理论 1.分子理论:可简明的定性为解释熔渣与金属之间的冶金反应,但不能解释一些重要现象，如导电性、电解等。 2).自由氧化物与其复合氧化物处于化合与分解的平衡状态。 2.离子理论：熔渣的离子理论是在研究熔渣电化学性质的基础上提出的。与分子理论相比，更接近熔渣的实际情况。 1).熔滴是由简单和复杂的离子组成的电中性溶液 （三）熔渣的性质与其结构的关系 1.熔渣的碱度 分子理论认为熔渣中的氧化物按其性质可分为三类 2.熔渣的粘度：是指熔渣内部的各层之间包相对运动时的内摩擦力。 (1)熔渣成分对粘度的影响 酸性渣 SiO2多, Si-O阴离子结构复杂，粘度大 O2-多, Si-O阴离子结