焊接气体与金属的相互作用.ppt

* 式中 P o2 是液态铁中FeO的分解压；[FeO] 是溶解在液态铁中的 FeO 浓度；[FeO]max是液态铁中 FeO 的饱和浓度。 由上式可以看出，由于 FeO 溶于液态铁中，使其分解压减小，致使 Fe 更容易氧化。 计算得知，在高于铁熔点的温度下Po2 很小，例如温度为1800℃，液态铁中[FeO]的质量分数为1％时，Po2 =1.5×10-8 MPa，说明气相中只要存在微量的氧，即可使铁氧化。 通常情况下FeO溶于液态 铁中，这时其分解压为： 第30页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 二、氧化性气体对金属的氧化 1、 自由氧对金属的氧化 2、 CO2 对金属的氧化 3、 H2O 对金属的氧化 4、 混合气体对金属的氧化 第31页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 1、自由氧对金属的氧化 气相中 O2 的分压超过 Po2 时，将使 Fe 氧化： [ Fe ] + ? O2 = FeO + 26.97 kJ/mol [ Fe ] + O = FeO + 515.76 kJ/mol 由反应的热效应看，原子氧对铁的氧化比分子氧更激烈。 除了铁以外，其它对氧亲和力比铁大的元素也会发生氧化，如： [ C ] + ? O2 = CO↑ [ Si ] + O2 =（SiO2） [ Mn ] + ? O2 =（MnO） 第32页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 纯CO2高温分解得到的平衡气相成分和气相中氧的分压 { Po2 } 随温度升高，气相的氧化性增加。 2、CO2对金属的氧化 当温度高于3000K时，CO2的氧化性超过了空气。 温度高于铁的熔点以后， {Po2}远大于Po2 高温下CO2对液态铁和其他许多金属来说均为活泼的氧化剂。 第33页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * CO2与液态铁的反应式和平衡常数为： CO2 ＋ [ Fe ] ＝ CO ＋ [ FeO ] 温度升高时，平衡常数K增大，反应向右进行，促使铁氧化。计算表明，即使气相中只有少量的 CO2 ，对铁也有很大的氧化性。 因此，用CO2作保护气体只能防止空气中氮的侵入，不能避免金属的氧化。 用CO2 作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。 第34页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 3、H2O对金属的氧化 H2O 气与 Fe 的反应式和平衡常数为： H2O气＋[Fe]＝[FeO]＋H2 可见，温度越高，H2O的氧化性越强。 H2O气除了使金属氧化外，还会提高气相中 H2 的分压，导致金属增氢。 第35页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 4、混合气体对金属的氧化 焊接电弧空间的气相是由多种气相成分混和而成。对于不同的焊接材料，焊接区气相会有不同的组成。 ∑O/g.(100g)-1，wO/% Ar CO2 ΦCO2，ΦO2/% ΦO2/% 不同气体保护焊对于熔敷金属中含氧量的影响见下图。 熔敷金属中∑O与保护气体成分的关系 实线－∑O 虚线－wO (焊丝－H08Mn2Si Φ1.6mm 母材－低碳钢) 第36页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 表3-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分 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。 酸性焊条电弧焊电弧空间的氧化性远大于碱性。 第37页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 第四节 气体的影响与控制 一、气体对金属质量的影响 二、气体的控制措施 第38页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 一、气体对金属质量的影响 残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于气体元素在金属中的存在状态。 室温下 N、H、O 在金属中的溶解度极低， 残留在接头中的 [H]R易导致延迟裂纹和氢脆。 固溶态 化合物 独立气相 弥散状（氮化物） 块状（氧化物、氮化物） 强化、脆化 夹杂 气孔（氢气孔，氮气孔，CO气孔） 第39页，共56页，2022年，5月20日，10点29分，星期五 * 二、气体的控制措施 1．限制气体的来源 2．控制工艺参数 3．冶金处