(焊接冶金学及金属材料焊接)模块一焊接化学冶金过程.ppt

　　根据氢与金属作用的特点，可以把金属分为两类： 　　第一类是能形成稳定氢化物的金属，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。这些金属在吸收氢不多时，与氢形成固溶体；在吸收氢较多时，与氢形成氢化物。在温度为300～700℃的范围内，这些金属在固态下可吸收大量的氢；再升高温度，则氢化物分解，由金属中析出氢气，其氢含量下降，因此，这类金属及合金焊接时，必须防止在固态下吸收大量的氢，否则将严重影响金属的性能。 　　第二类是不形成稳定氢化物的金属，如Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等。但氢可以溶解于这类金属及其合金中。 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 　　2.氢在金属中的扩散 　　在钢焊缝金属中，氢大部分是以氢原子、正离子或负离子形式存在的。H的原子和离子半径很小，它们与焊缝金属形成间隙固溶体。其中一部分氢可以在焊缝金属晶格中自由扩散，称为扩散氢。还有一部分氢扩散聚集到金属的晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中，结合为氢分子，因其半径增大，不能自由扩散，称为残余氢。 　因氢在扩散过程中总有一部分要转变为残余氢，还有一部分扩散到焊件以外的空间，所以焊缝金属中的总的氢含量和扩散氢的含量都是随时间的延长而减少，残余氢则增加。 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 　　3.氢对焊接质量的影响 　　（1）氢脆 金属在室温时因吸收氢而导致塑性降低的现象叫做氢脆。 　　氢对钢的屈服强度与抗拉强度没有明显影响；而塑性，特别是断面收缩率，则随氢含量的增加而急剧下降。 氢脆的一个重要特点是，它与试验温度和试验时的应变速度有关。在室温范围，氢脆表现明显，试验温度较高或很低时，都不会出现氢脆。 实验表明 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 （2）白点 在碳钢或低合金钢焊缝中，如果氢含量高，则常常在其拉伸或弯曲试件的断面上，出现银白色圆形局部脆断点，称为白点。 （3）气孔 （4）冷裂纹 在焊接接头中，冷裂纹是危害性极大的一种焊接缺陷，而氢是促使冷裂纹产生的主要因素之一。 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 4.控制氢的措施 （1）限制焊接材料中的氢含量 （2）清除焊件和焊丝表面的杂质 （3）进行冶金处理 1）在药皮和焊剂中加入氟化物。 2）在焊条药皮中加入适量的活性氧化剂，如Fe或Mn的高价氧化物。这类氧化剂一方面在高温下分解出O，通过O+H=OH起到去氢的作用，另一方面增加了焊接熔池的氧化性，使液态金属中氢的溶解度降低。 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 　　（4）控制焊接参数 　　焊条电弧焊时，增大焊接电流使熔滴吸收的氢的含量增加；增加电弧电压使焊缝氢含量减小。 　　（5）焊后脱氢处理 　　把焊件加热到350℃以上，保温lh，几乎可将扩散氢全部去除。 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 　　三、氮对熔池金属的作用 　　（一）氮对金属的作用及其控制 　　1.氮在金属中的溶解 　　分子氮向气体一金属相界面上运动；被熔滴和熔池前部的金属表面吸附；在金属表面上分解为原子氮；原子氮过渡到金属的表面层内；并向金属内部扩散。该反应也服从化学平衡法则。 　　降低气相中氮的分压可以减少金属中的氮含量。 　　氮在液态合金中的溶解度随着温度的升高而增大；当温度为2200℃时，氮的溶解度达到最大值；继续升高温度，氮的溶解度急剧下降，至该合金的沸点时溶解度变为零，这是由于金属的蒸气压急剧增加的结果。 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 　　2.氮对焊接质量的影响 　　（1）形成气孔 　　（2）降低焊缝金属的力学性能 　　氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素。 　　（3）时效脆化 　　氮是促使焊缝金属时效脆化的元素。焊接时，冷却速度大，氮来不及随温度的下降析出，焊缝金属中过饱和的氮处于不稳定状态。经过一段时间，过饱和的氮将以针状的Fe4N析出，导致焊缝金属脆化。 　　氮除了对焊缝的性能有危害作用之外，也有有利的影响。它可以作为合金元素加入钢中，而改变焊缝金属的力学性能。 课题三 ?控制气相对熔池金属的危害 3.控制氮的措施 （1）加强机械保护 （2）选用合理的焊接参数 增加电弧电压（即增加电弧长度）将使焊缝金属的氮含量增加。 对于低碳钢而言，由于氮的溶解是吸热过程，所以增加焊接电流使得焊缝中氮含量增加。但若电流过大，造成金属强烈地蒸发，使氮的分压下降，焊缝中的氮含量又逐渐下降。 （3）控制焊丝金属的成分增加焊丝或药皮中的碳含量可以降低焊缝中氮的含量。 上述措施中最有效、最实用的是加强机械保护作用，其他措施都有一定的局限性。 注意