第十章熔化焊化学冶金过程66.ppt

第一节 焊接气体与金属的相互作用 第二节 焊接材料与焊接熔渣 第三节 焊接化学冶金反应 一、焊接区的气体 焊接区的气体 1．有机物的分解和燃烧 2．碳酸盐和高价氧化物的分解 3．材料的蒸发 4、气体的分解 1．有机物的分解和燃烧 焊条药皮中的淀粉、 纤维素、糊精等有机物 （造气、粘接、增塑剂） 2．碳酸盐和高价氧化物的分解 碳酸盐（CaCO3、MgCO3 及 BaCO3 等）的分解 CaCO3 = CaO + CO2↑ MgCO3 = MgO + CO2↑ 3．材料的蒸发 焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发生蒸发，形成相当多的蒸气。 金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn 氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF 后果： 合金元素的损失； 产生焊接缺陷； 增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体康。 4、气体的分解 简单气体（指N2、H2、O2、F2等双原子气体）的分解 ； 复杂气体（指CO2和H2O等）的分解，分解产物在高温下还可进一步分解和电离。 5.气相的成分 焊接时气相的成分和数量随着焊接方法、焊接工艺参数、焊条或焊剂的类型不同而变如表10.3所示。 低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型”； 酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。 表10.3焊接碳钢时气相冷却至室温时的成分 二、 氢与金属的作用 在焊接过程中，氢主要来源于焊接材料中的水分、 含氢物质及电弧周围的水蒸气等。 总之，氢通过熔渣向金属中过渡时，其溶解度取决于气相中氢和水蒸气的分压、熔渣的碱度等因素。 . 合金元素对氢的溶解度有较大的影响。Ti、Zr、Nb及某些稀土元素可提高氢在液态铁中的溶解度；Mn、Ni、Cr、Mo影响不大；而C、Si、Al可降低氢的溶解度。氧是表面活性元素能够减少金属对氢的吸附，从而有效的降低氢在液态铁、低碳钢中的溶解度。 3、氢对焊接质量的影响 焊缝金属对白点的敏感性与含氢量、金属的组织和变形速度等因素有关。铁素体和奥氏体钢焊缝不出现白点。前者因为氢在其中扩散快、易于逸出；后者是因为氢在其中的溶解度大，并且扩散慢。碳钢和用Cr、Ni、Mo合金化的焊缝，尤其是这些元素含量较大时对白点很敏感。含氢量越大，出现白点可能性越大，若预先经过去氢处理，则可能消除白点。 4.控制含氢量的措施 （1）在焊条药皮和焊剂中加入氟化物 主要是CaF2，焊条药皮中加入7％～8％，即可急剧减少焊缝的氢含量。氟化物的去氢机理主要有以下两种： 在酸性渣中， CaF2和SiO2共存时能发生如下化学反应： 2 CaF2 + 3 SiO2 = 2 CaSiO3 + SiF4 生成的气体 SiF4 沸点很低（90℃），它以气态形式存在，并与气相中的原子氢和水蒸气发生反应： SiF4 + 3 H = SiF + 3 HF SiF4 + 2 H2O = SiO2 + 4 HF 反应生成的 HF 在高温下比较稳定，故能降低焊缝的氢含量。 在碱性焊条药皮 中， CaF2首先与药皮中的水玻璃发生反应： Na2O.n SiO2 + m H2O = 2 NaOH + n SiO2 (m-1)H2O 2 NaOH + CaF2 = 2 NaF + Ca(OH)2 K2O.n SiO2 + m H2O = 2 KOH + n SiO2(m-1) H2O 2 KOH + CaF2 = 2KF + Ca(OH)2 与此同时，CaF2与氢和水蒸气发生如下反应： CaF2 + H2O = CaO + 2 HF CaF2 + 2 H = Ca + 2 HF 上述反应生成的 NaF 和 KF 与 HF 发生反应： NaF + HF = NaHF2 KF + HF = KHF2 生成的氟化氢钠和氟化氢钾进入焊接烟尘，从而达到了去氢的目的。 （2）控制焊接材料的氧化势 气相中的氧可以夺取氢，生成较稳定的OH ，从而减小气相中的氢分压，降低熔池中氢的浓度。因此：