焊接气体与金属的相互作用.ppt

*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，星期六，2024年，5月*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+26.97kJ/mol[Fe]+O=FeO+515.76kJ/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，星期六，2024年，5月*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，星期六，2024年，5月*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，星期六，2024年，5月*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，星期六，2024年，5月*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/%ArCO2ΦCO2，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－H08Mn2SiΦ1.6mm母材－低碳钢)第36页,共56页，星期六，2024年，5月*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，星期六，2024年，5月*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，星期六，2024年，5月*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，星期六，2024年，5月*二、气体的控制措施1．限制气体的来源2．控制工艺参数3．冶金处理第40页,共56页，星期六，2024年，5月*1．限制气体的来源①氮主要来源于空气，它一旦进入液态金属，去除就比较困难。因此，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止空气与金属接触。焊接时，惰性气体或气渣联合保护。第41页,共56页，星期六，2024年，5月*②氢主要来源于水分，包括原材料本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及铁锈或氧化膜中的结晶水、化合水等。材料内的碳氢化合物和材料表面的油污等也是氢的重要来源。限制措施为焊材存放中防吸潮、焊前烘干和去油污。第42页,共56页，星期六，2024年，5月*③氧主要来源于焊材，在焊接要求比较高的合金钢和活泼金属时，应尽量选用不含氧或氧含量少的焊接材料。如采用高