第三章 焊接过程的冶金反应原理2.ppt

一、熔渣的作用与形成 二、渣体结构及碱度 三、熔渣的物理性质 四、活性熔渣对金属的氧化 一、熔渣的作用与形成 熔渣：电焊条药皮，焊剂在电弧高温下熔化形成的金属及非金属氧化物及复合物。 一、熔渣的作用与形成 熔渣：电焊条药皮，焊剂在电弧高温下熔化形成的金属及非金属氧化物及复合物。 （1）机械保护作用 高温下熔渣浮在液态金属的表面，隔离空气，可避免液态金属中合金元素的氧化烧损，防止气相直接溶入，并减少液态金属的热损失。 熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可以继续保护处在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。 （3） 改善成形工艺性能作用 焊条药皮有利于熔焊引弧、稳弧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝外观成形； 不利作用，如强氧化性熔渣可以使液态金属增氧；密度大或熔点过高的熔渣易残留形成夹渣。 2、焊接熔渣的类型 按焊接熔渣的组成物分类： 盐型熔渣 盐—氧化物型熔渣 氧化物型熔渣 （1） 盐 型 熔 渣 主要由金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成。如： CaF2 – NaF 、 CaF2 – BaCl2 – NaF 、KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2- MgF2- CaF2-LiF 盐型熔渣的氧化性很小，主要用于铝、钛等活性金属焊接。 （2）盐－氧化物型熔渣 主要由氟化物和金属氧化物组成。如： CaF2 – CaO – Al2O3 CaF2 – CaO – SiO2 CaF2 – MgO – Al2O3 – SiO2 这类熔渣的氧化性较小，主要用于合金钢焊接。 （3）氧 化 物 型 熔 渣 含较多的弱碱金属氧化物，是应用最普遍的一类渣系，如： MnO – SiO2 、 FeO – MnO – SiO2 、 CaO – TiO2 – SiO2 等。 这类熔渣一般具有较强的氧化性，用于低碳钢、低合金高强钢的焊接。 3、熔渣的来源与构成 （1）药皮焊条电弧焊时的熔渣与药皮 （2） 埋弧焊、电渣焊过程中的熔渣与焊剂 （1）药皮焊条电弧焊时的熔渣与药皮 来源于焊条药皮中的造渣剂。熔化后，形成熔渣，覆盖在熔滴与熔池表面。 钛铁矿（TiO2·FeO）、金红石（TiO2）、大理石（CaCO3）、白云石（ CaCO3· MgCO3 ）、石英砂（SiO2）、长石、白泥和云母（SiO2·Al2O3） （2）埋弧焊、电渣焊过程中的熔渣与焊剂 埋弧焊、电渣焊过程中，堆积在焊件坡口上方的焊剂受热熔化，形成熔渣，覆盖在焊接电弧和熔池上方，对熔化金属起保护和冶金处理作用。 按制造方法，分为： 熔炼焊剂 —— 熔炼、水冷粒化、烘干、筛选； 非熔炼焊剂（烧结焊剂、粘结焊剂） ——碱度大，过渡系数高，易于实现焊缝金属的合金化。 二、渣体结构及碱度 熔渣结构的分子理论 熔渣的离子理论 熔渣的碱度 1、熔渣结构的分子理论 （1）液态熔渣是由自由状态化合物（包括氧化物、氟化物、硫化物的分子等）和复合状态化合物（酸性氧化物和碱性氧化物生成的盐）的分子所组成； （2） 氧化物与复合物在一定温度下处于平衡状态； （3） 只有渣中的自由氧化物才能与液体金属和其中的元素发生作用。如：（FeO）+ [ C ] = [ Fe ] + CO 而硅酸铁 (FeO)2·SiO2 中的 FeO 不能参与上面的反应。 2、熔渣的离子理论 （1）液态熔渣是由正离子和负离子组成的电中性溶液。 （2）离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩（离子电荷/离子半径）。　 （3）液体熔渣与金属之间相互作用的过程，是原子与离子交换电荷的过程。如：Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ] 3、熔渣的碱度 熔渣的氧化能力、粘度等都和熔渣的碱度密切相关，碱度对液态金属的脱硫、脱磷效果也有重要影响。 （1） 熔渣碱度的分子理论 按照分子理论，熔渣的碱度就是熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值： 碱性氧化物：K2O、Na2O、CaO、MgO、MnO、FeO等 ， 酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等。 考虑到氧化性强、弱差别，碱度表达式修正为： 当B1＞1为碱性渣，B1＜1为酸性渣，B1=1为中性渣。 （2）熔渣碱度的离子理论 碱度：液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）。 渣中自由氧离子的浓度越大，其碱度越大。计算式为： Mi 是渣中第 I 种氧化物的摩尔