焊接过程气体对金属的作用-氢.ppt

氢对金属的作用 氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质及电弧周围空气中的水蒸气。 氢在金属中的溶解 根据氢与金属作用的特点可分为两类： ① 能形成稳定氢化物的金属：Zr、Ti、V、Ta、Nb等，金属吸收氢是放热反应，较低温度下吸收大量氢。 ② 不形成稳定氢化物的金属：Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等，但能溶解氢，溶解氢是吸热反应。 溶解途径 焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径不同。 气体保护焊，氢以原子或质子的形式溶入金属； 电渣焊，氢通过渣层溶入金属； 手工焊和埋弧焊，上述途径兼而有之。 氢通过渣溶入金属，氢或水首先溶入渣中。 对含有自由氧离子的渣 对不含自由氧离子的渣 渣中自由氧离子↑水的溶解 度↑。 渣中含有氟化物，有 渣中水的溶解度↓ 氢从渣中向金属中过渡： 金属通过渣进入金属，其溶解度取决于气相中水和氢的分压、熔渣的碱度、氟化物的含量。 氢通过气相进入金属，溶解度取决氢的状态。如为分子态，溶解度符合平方根定律 实际上，电弧焊气相中氢不完全是以分子态存在，还有相当多的原子氢和离子等。电弧焊时氢的溶解度比用平方根定律计算出来的标准溶解度高得多。 合金元素对氢在Fe中溶解有很大影响。 氢在固态钢中的溶解度与组织有关。在奥氏体的溶解度铁素体+珠光体 焊缝金属中的氢及其扩散 扩散氢：以H、H-、H+形式存在，与金属形成间隙固溶体可自由扩散。 残余氢：聚集到陷阱（晶格缺陷、显微裂纹、非金属夹杂）中，结合成分子，不能自由扩散。 随放置时间的增加，扩散氢↓，残余氢↑，总的含氢量↓。 甘油法或水银法可测定熔敷金属扩散氢。 熔敷金属的扩散氢含量：指焊后立即按标准方法测定并换算为标准状态下的含氢量。 真空加热法可测量残余氢含量 氢在焊接接头中的扩散和分布是一个比较复杂的问题，至今尚未充分认识。 焊接条件下，引起氢扩散的原因有：浓度、温度、组织结构、应力等，扩散模型建立和试验研究都存在困难。 氢对焊接质量的影响 氢 脆 氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象。 氢脆是由于溶解在晶格中的氢引起的，变形导致位错运动堆积，形成显微空腔，氢在空腔聚集结合成分子，产生很高的压力，金属变脆。 白 点 白点：碳钢或低合金钢焊缝，如含氢量高，常在其拉伸或弯曲断口出现银白色圆形局部脆断点。 形成气孔 产生冷裂纹 控制氢的措施 限制焊接材料中的含氢量 焊接材料存放时间与吸水量有关 清除焊丝和焊件表面的杂质 焊丝和焊件坡口附近表面的铁锈、油污、吸附水等是增加焊缝含氢的原因之一。 冶金处理 降低气相中氢的分 压，可减少氢在液态金 属中的溶解度。通过调整 材料使氢形成比较稳定的 氢化物（HF、OH）。 ① 药皮和焊剂中加入氟化物 ② 控制材料的氧化势 增加熔池中含氧量或气相中的氧化性可减少熔池中氢的平衡浓度。 ③ 加入微量的稀土或稀散元素 控制焊接工艺参数 手工电弧焊， I↑熔滴吸氢↑；U↑焊缝含氢↓。 电流种类和极性对焊缝含氢量有影响。 通过工艺参数限制氢很有限。 脱氢处理 将焊件加热到一定温度，促使氢扩散外逸。