02-焊接化学冶金过程.ppt

焊接化学冶金过程 目的与要求： 重点： 难点： 有害元素对焊缝金属的作用。 ①掌握焊接化学冶金过程的含义及目的。 ③掌握并理解有害元素对焊缝金属的作用。 ②掌握焊接化学冶金过程的特点。 ④掌握焊缝金属中硫、磷的来源、危害及控制措施。 ⑤掌握焊缝金属合金化的含义、目的及方式。 ①焊接化学冶金过程的含义、目的及特点。 ②有害元素对焊缝金属的作用。 ③焊缝金属中硫、磷的控制措施；焊缝金属合金化 含义：指焊接区中各种物质（熔化金属、熔渣、气体）之间在高温作用下相互作用的过程。 防止空气的有害作用。 消除焊缝金属的有害杂质（去S、去P、去H）. 添加某些有益的合金元素，提高焊缝金属的各种性能。 目的： 一、对焊接区金属的保护 保护的目的： 防止空气的有害作用，保证焊缝质量。 保护的方式： 熔渣保护、气体保护、渣气联合保护、真空保护、自保护。 含有脱氧、脱硫剂的“自保护”焊丝进行焊接 自保护 真空电子束焊接 真空保护 具有造气物质的焊条或药芯焊丝焊接 气-渣联合保护 惰性气体或其它气体（如二氧化碳、混合气体）保护焊接 气体保护 埋弧焊、电渣焊、不含造气物质的焊条或药心芯焊接 熔渣保护 焊接方法 保护方式 熔焊方法的保护方式 二、焊接化学冶金过程的特点 温度高、温度梯度大 熔池体积小，存在时间短。 造成整个冶金反应不充分→形成偏折。 熔池金属不断更新。 反应接触面大，搅拌强烈。 T柱=6000～8000。C T池=2000。C 高温作用下电弧周围的气体(CO2、N2、H2)大量分解,分解 后的气体原子或离子溶解在液态金属中而形成气孔。 熔池温差大、温度梯度大，使焊件易产生应力和变形甚至 产生裂纹。 三、有害金属对焊缝金属的作用 焊缝金属中的有害元素主要是：氧、氢、氮、硫、磷。 1、? 氧对焊缝金属的作用 氧的来源： 电弧中的氧化性气体（二氧化碳、氧气、水） 周围的空气。 焊件表面的铁锈水分等分解的产物。 焊剂、药皮中的高阶氧化物。 氧存在形式：氧在焊缝金属中主要以FeO的形式存在。 焊接中的O2、H2、N2主要来源： 焊缝中的S、P主要来自于母材、焊条、焊丝、焊剂等。 电弧周围的空气及未清理干净的母材表面。 焊条、焊丝、焊剂等焊接材料 氧对焊接质量的影响 控制氧的措施： 短弧焊接，加强保护。 严格清理焊丝、焊件表面的杂质。 进行冶金脱氧。 烧损大量的有益元素，使焊缝的强度、硬度、塑性、韧性↓（尤其是冲击韧性降低明显） 。 产生飞溅，使电弧不稳。 如：降低导电、导磁和耐蚀性。 降低焊缝金属的物理性能和化学性能。 氧与碳、氢反应生成不溶于金属的CO和H2O,结晶时来不及 逸出而在焊缝内形成气孔。 焊缝金属的脱氧——设法在焊丝、药皮中加入一些合金元素 脱氧剂的选择原则 去除或减少已进入熔池中的氧，这个过程称为焊缝金属的脱氧。 脱氧后的产物应不熔于金属而容易被排除入渣，且熔点应低，密度比金属小，容易上浮 。 脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属的 的亲和力大。如：AITiSiMnFe.元素对氧的亲和力↑，脱氧能力↑。 焊缝金属的脱氧途径（先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧） 先期脱氧：早期控制氧——在药皮加热阶段发生的脱氧 方式。 目的：尽可能在早期把氧去除，减小熔化金属的氧化。 沉淀脱氧：利用溶解在熔滴和熔池中的脱氧剂直接 与FeO反应进行脱氧。并使脱氧后的产物排入熔渣而消除。 脱氧对象：熔池中液态金属中的FeO 常用的脱氧剂：硅铁、钛铁、锰铁等。 先期脱氧是不完全的，脱氧过程和脱氧产物一般不和熔滴金属发生直接关系。 酸性焊条(E4303)一般用锰铁脱氧，碱性焊条(E5015)一般用硅铁、钛铁脱氧。 为什么？ 扩散脱氧 利用FeO 既能熔于熔池金属，又能溶解于熔渣的特性，使FeO从熔池扩散到熔渣，从而降低焊缝含氧量。这一脱氧方式称为扩散脱氧。 [FeO]→(FeO) 为什么？ 酸性焊条焊接以扩散脱氧作为主要脱氧方式。 由于E4303焊条中存在大量的SiO2 、 TiO2(等酸性氧化物)、FeO 易从熔池扩散到熔渣中，与之结合成稳定的复合物FeO.SiO2、FeO.TiO2，从而降低了熔池中的[FeO]含量。 碱性焊条焊接则以沉淀脱氧为主，扩散脱氧几乎不存在。 2、氢对焊缝金属的作用： 氢的来源 来自受潮的药皮或焊剂中的水分。 药皮或焊剂中的有机物。 空气中的水分。 焊件表面的铁锈，油脂及油污等。 氢一般不与金属化合，但能溶解于Fe、Ni、Gr、Mo、Cu等金 属中，氢在铁中的溶解是以原子或离子状态熔入的见右图 其溶解度与T和铁的同素异形结构体有关。随着T↑,H的溶解度↑ ，且在相变时溶解度发生突变。 形成气