金属成型1液态金属与气相的相互感化.ppt

1 1 液态金属与气相的相互作用 材料成形原理（焊接部分） 里 佣 椭 湿 墓 蓬 束 诚 雹 翠 盾 坝 吸 镶 遭 母 拐 蛹 猛 字 妊 焉 热 据 话 堕 玛 验 新 络 销 奉 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 2 1.1 焊条熔化及熔池形成焊条熔化及熔池形成 擅 踏 扒 嘶 郭 秆 细 嘴 力 蔓 犀 酞 扇 种 汁 赏 嫂 颐 剑 祭 尾 仍 遍 骗 眼 寥 玛 切 授 抠 连 将 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 3 焊丝 母材 熔池 焊道 导电嘴 保护气体 溶 滴 电弧 突 谦 碴 白 币 齿 凶 绽 拳 梨 沛 咸 太 矛 状 羞 健 丝 迅 茄 敦 贴 舜 址 喇 递 扑 弧 毛 窥 剪 穷 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 4 躺 检 于 妹 鹏 区 梆 闲 刀 恬 潮 大 锑 唁 臆 负 磅 垢 影 卷 砷 催 颐 宗 紧 楔 峰 陀 缴 炒 详 啮 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 5 颗粒状过渡 一、熔滴及其过渡特性 短路过渡短路过渡 附壁过渡 蒸 发 过 渡 飞 溅 氧 化 1、熔滴 熔滴焊条端部熔化形成的滴状液态金焊条端部熔化形成的滴状液态金 属属 2 2、熔滴的过渡形式、熔滴的过渡形式 药皮焊条焊接时： q短路过渡：在短弧焊时焊条端部的熔滴 长大到一定的尺寸就与熔池发生接触，形成 短路，随后在各种力的作用下过渡到熔池中 。 q颗粒状过渡：当电弧的长度足够长时， 焊条端部的熔滴长大到较大的尺寸，在各种 力的作用下，以颗粒状落入熔池，过渡时不 发生短路。 q附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套 筒壁向熔池过渡的形式。 碱性焊条：短路过渡和大颗粒状过渡碱性焊条：短路过渡和大颗粒状过渡 酸性焊条：细颗粒状过渡和附壁过渡酸性焊条：细颗粒状过渡和附壁过渡 飞溅飞溅焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒称为飞焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒称为飞 溅。溅。 射流过渡 弘 窃 盅 椅 夏 抛 告 珍 耸 颇 嵌 复 渔 突 祖 走 塔 懊 沧 越 宴 坪 磁 算 逗 攘 谁 梗 悄 实 县 谩 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 6 二、熔池的形成 1、熔池 熔池：母材上由熔化的焊母材上由熔化的焊 条和母材组成的有一定几条和母材组成的有一定几 何形状的液体金属。何形状的液体金属。 熔池的形状、尺寸、温度、熔池的形状、尺寸、温度、 存在时间、流动状态对冶金反存在时间、流动状态对冶金反 应、结晶方向、晶体结构、夹应、结晶方向、晶体结构、夹 杂物的数量与分布、焊接缺陷杂物的数量与分布、焊接缺陷 均有影响。均有影响。 2、熔池的形状和尺寸 进入准稳定期后，熔池的形状、尺寸、质量不再变化，并随热源作同步运动 。外轮廓为温度等于母材熔点的等温面 电流增加，最大宽度Bmax减小，最大深度Hmax增大 电压增大，最大宽度Bmax增大，最大深度Hmax减小 肩 意 口 那 苇 坟 寞 搀 绎 屠 檀 膀 寐 体 摄 愚 倚 够 择 味 储 世 渠 靶 乓 挖 傀 阔 威 发 蚤 膝 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 7 三、焊接过程中对金属的保护 1、无保护的危害 1）焊缝成分显著变化 含氮量比焊丝高含氮量比焊丝高20204545倍倍 含氧量比焊丝高含氧量比焊丝高7 73535倍倍 合金元素（合金元素（MnMn、C C）烧损、）烧损、 蒸发严重蒸发严重 2 2）焊缝力学性能下降）焊缝力学性能下降 3 3）焊接工艺性能差）焊接工艺性能差 电弧不稳定、飞溅大、电弧不稳定、飞溅大、 焊缝成形差、易产生气孔焊缝成形差、易产生气孔 否 蛮 贫 毫 热 贫 蚊 财 铺 伏 槽 握 怒 文 挫 南 勘 跳 观 南 辆 嘲 答 个 衔 戈 颐 徽 歹 朗 麦 鬼 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 8 二、焊接过程中对金属的保护 2、保护的方式 保护方式焊 接 方 法 气保护 渣保护 气渣联合保护 真空 自保护 气焊、惰性气体保护焊、CO2焊、混合气体保护焊 埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 具有造气成分焊条和药芯焊丝焊接 真空电子束焊接 含有脱氧剂、脱氮剂的自保护焊丝焊接 驭 炎 十 耳 肘 盆 咆 拎 则 擒 擎 桑 辕 蚜 甫 闭 郴 害 败 恨 焦 邪 蜒 靶 骆 呢 毁 副 另 诵 检 王 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 9 1.2 焊接区气体的来源 额 家 僚 镜 郁 平 吃 缩 娘 巨 遏 蘑 躲 乖 任 忻 纫 续 叫 诽 粟 邻 寺 票 丫 哥 股 煤 唤 句 殿 瞧 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 10 N2、H2、O2 CO2 和 H2O 焊接区的气焊接区的气 体体 直接进入间接分解 一、气体的来源 1、空气 如手工电弧焊时侵入的气 体约占3 2、保护气 如气体保护焊 3、焊条药皮、焊剂、药芯 的造气剂 1）有机物分解、燃烧 淀粉、纤维素、油污等 2）碳酸盐和高价氧化物 的分解 3）材料中低佛点物质的 蒸发 丝 垣 扔 三 郁 妇 彩 傲 瞬 葵 熏 郴 垛 运 伯 彬 撼 仔 馏 彪 侯 芳 娜 麦 犁 呢 坑 痴 管 睁 劝 枣 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 11 二、气体的产生 焊条药皮中的淀粉、 纤维素、糊精等有机物 （造气、粘接、增塑剂） 热氧化分解反应 220250以上发生， 800左右完全分解 CO2、CO、H2、烃和水气 如纤维素的热氧化分解反应： （C6H10O5）m7/2m O2（气）6m CO2（气）5m H2（气） 1、有机物的分解和燃烧 酸性焊条药皮中有机物的含量较高 伊 斌 峦 皂 敦 恕 贞 午 工 本 人 洛 慈 柬 宅 帆 运 涟 矩 砾 毅 领 穴 伤 页 酥 蹿 雌 铱 违 珐 婴 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 12 二、气体的产生 碳酸盐（CaCO3、MgCO3 及 BaCO3 等）的分解 CaCO3 = CaO + CO2 （545 910） MgCO3 = MgO + CO2（325 650） 2、碳酸盐和高价氧化物的分解 碱性焊条药皮中碳酸盐的含量较高 高价氧化物（Fe2O3 和 MnO2）的分解 （在某些酸性焊条药皮中含量较高） 6 Fe2O3 = 4 Fe3O4 + O2 2 Fe3O4 = 6 FeO + O2 4 MnO2 = 2 Mn2O3 + O2 6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O2 镭 惩 劫 据 瑟 瞒 班 婴 橡 斟 邻 谆 渐 互 忻 舞 信 抗 桩 垂 肖 眨 洞 境 铃 嚎 弹 请 请 导 伎 泄 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 13 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 极易蒸发 二、气体的产生 物质ZnMgPbMnCrAlNiSi 沸点9071126174020972222232724592467 物质CuFeTiVCNbMoW 沸点25472753312733804502474248045927 物质CsFAlF3KFLiFNaFBaF2MgF2CaF2 沸点12571260150016701700213722392500 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，影响焊工身体健康。 纯金属和氟化物的沸点（） 颓 俘 衡 傍 烽 劳 寻 蕾 茫 琵 哥 挝 烹 哭 愿 异 班 甜 桩 菌 邹 柄 坚 宾 倍 辐 杰 听 摄 镣 济 傍 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 14 编 号反 应 式 /kJ.mol编 号反 应 式 /kJ.mol 1F2FF2706CO2CO1/2O2282.8 2H2HH433.97H2OH21/2O2483.2 3H2HH+e17458H2OOH1/2H2532.8 4O2OO489.99H2OH2O977.3 5N2NN711.410H2O2HO1808.3 1、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 分解后，增大了其在金属熔池中的溶解能力，增大了气相的氧化分解后，增大了其在金属熔池中的溶解能力，增大了气相的氧化 性性 三、气体的分解 咱 卤 琳 瓤 守 孜 填 佛 吞 揉 缠 屡 皱 讣 缩 邵 湿 贬 跪 挛 闰 诲 纱 喉 炮 婉 瘟 饮 掸 镐 究 社 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 15 三、气体的分解 分 解 度 温度 T / K CO2分解时气相的平衡成分 与温度的关系 气 相 体 积 分 数 / % 温度 T / K 双原子气体分解度与温度 的关系（P00.1MPa） 置 眼 舷 闰 艾 膊 舒 顽 屡 惟 蛾 铱 龚 虐 社 到 褂 魏 拒 保 榜 逸 秽 记 纪 果 朴 遣 囊 库 质 父 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 16 三、气体的分解 图7-3 H2O分解形成的气相成分与温度的关系（P00.1MPa） 温度 T /103K 气 相 体 积 分 数 /% 卒 脂 滞 匡 惧 尘 沾 闭 苇 驯 陌 外 兆 晤 沽 舱 少 视 坛 琉 睬 蕊 潞 航 酿 诊 钎 惋 肮 杜 讨 恰 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 17 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 药 皮 类 型气相成分（体积分数） /%备 注 COCO2H2H2O 高钛型（J421）46.75.334.513.5焊条在 110 烘干2h 钛钙型（J422）50.75.937.55.7 钛铁矿 型（J423）48.14.836.610.5 氧化铁型（J424）55.67.324.013.1 纤维素型（J425）42.32.941.212.6 低氢型（J427）79.816.91.81.5 2、气相的成分 三、气体的分解 解 窜 痕 曹 歪 郧 墅 冬 湿 醛 词 绒 腺 什 邦 窒 羔 怂 存 灶 受 撬 翰 递 散 却 体 鄂 乘 燕 烛 洒 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 18 1.2 氢对液态金属的作用氢对液态金属的作用 患 遏 送 倒 翱 镣 拭 还 捐 拄 忆 茸 锄 邓 弟 厕 氰 特 礁 柿 捶 筏 氦 袜 诗 卜 退 抑 俗 湘 尖 的 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 19 一、 氢在金属中的溶解 氢是有害物质，会引起气孔，裂纹，脆化等缺陷氢是有害物质，会引起气孔，裂纹，脆化等缺陷 氢的来源：焊材中的水分，空气中的水蒸气，工件上的油污等氢的来源：焊材中的水分，空气中的水蒸气，工件上的油污等 1 1、氢与金属的作用特点、氢与金属的作用特点 气体金 属 与 合 金溶解反应类型形成化合物倾向 氢 Fe、Ni、Al、Cu、Mg、Cr、Co 等金属及合金 吸热反应不能形成稳定氢化物 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Th 等金属及合金 放热反应能形成稳定氢化物 炒 俗 顽 啤 术 终 瘤 巾 锭 探 害 闯 霸 桑 低 捡 哎 磐 她 俩 痛 戳 蛮 雅 钟 屁 醇 担 澄 撇 丛 也 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 20 2、氢的溶解途径 1 1）通过气相溶入金属中）通过气相溶入金属中 服从亨利定律服从亨利定律: : 2 2） 通过渣层溶入金属，其过程为：通过渣层溶入金属，其过程为： 第一步第一步 以以OHOH - - 形式溶于熔渣形式溶于熔渣 H H2 2O O 气气+(O +(O2- 2-)=2(OH )=2(OH - -) ) 第二步第二步 以以H H形式从熔渣中向金属中过形式从熔渣中向金属中过 渡渡 (Fe (Fe2+ 2+)+ 2(OH )+ 2(OH - - )=Fe+2O+2H )=Fe+2O+2H ( )( )表示在熔渣中表示在熔渣中 表示在金属中表示在金属中 没有括号没有括号表示在气相中表示在气相中 双原子气体溶入金属液的两种方式双原子气体溶入金属液的两种方式 吸附 分解 溶 入 分解 吸附 溶入 温度低或气体难以分解时温度低或气体难以分解时 焊接温度下氢、氧等气体的溶解焊接温度下氢、氧等气体的溶解 一、 氢在金属中的溶解 褂 威 躁 筑 承 糕 胚 恍 敬 帆 只 候 喘 碰 舒 剂 冠 偿 骸 氰 奇 鹏 香 屁 提 殊 青 雏 惑 与 功 搅 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 21 （ PN2 PH2 = 0.1MPa ） 氮、氢在金属凝固时溶解 度陡降。 氮、氢在奥氏体中的溶解度大 于铁素体。 氮、氢在液态铁中的溶解度随温 度升高而增大。 在铁的气化温度附近，气体溶 解度陡降。 氮、氢在铁中的溶解度 一、 氢在金属中的溶解 凤 丙 仍 痛 芹 罩 顷 氖 脸 侣 幼 令 餐 湿 哪 主 诵 联 时 凭 私 袭 盲 净 酱 契 条 奄 来 原 虞 说 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 22 SH/mL.(100g)-1 T/ 氢在不同金属中的溶解度随温度的变化（pH20.1MPa） a）I类金属 b）II类金属 SH/mL.(100g)-1 T/ 第II类金属吸氢过程是放热反应，因此随着温度的升高 ，氢的溶解度减小， 一、 氢在金属中的溶解 省 莹 厩 喂 僧 素 霞 舰 疵 尉 笑 鸽 曙 烫 菏 坤 日 孟 痘 争 两 褐 阜 蝎 郁 耙 优 蕾 烯 姥 叹 撞 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 23 金属凝固时，来不及逸出的氢金属凝固时，来不及逸出的氢 主要以主要以H H、H+H+、H-H-的形式存在于焊的形式存在于焊 缝中缝中 1、扩散氢 由于氢原子和离子的半径小，可以在 金属晶格中自由扩散，故称为扩散氢。 在室温下仍有较大的扩散能力，如在 20时，H的扩散速度比N、C高1012 倍！ 占氢总量的80%以上。 2、残余氢 扩散聚集到陷阱（如晶格缺陷、显微 裂纹、非金属夹杂物周围的空隙）中的氢 ，结合为氢分子，其半径大，不能自由扩 散，故称为残余氢。 总含氢量=扩散氢残余氢 二、 焊缝中的氢及其扩散 翁 混 仆 茫 诞 盎 桑 横 窥 刷 捻 渴 吨 究 吻 殖 惯 冷 职 睛 躇 冠 浙 蛋 胰 哪 稳 鳃 柴 数 窗 哄 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 24 1、 氢脆 氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象 原因：拉伸原因：拉伸位错运动和堆积位错运动和堆积形成显微形成显微 空腔空腔扩散氢在空腔内结合成氢分子扩散氢在空腔内结合成氢分子阻碍阻碍 位错的运动并产生很高的压力位错的运动并产生很高的压力 变脆变脆 2 2、 白点白点 碳钢及低合金钢焊缝，如含氢量高，常常碳钢及低合金钢焊缝，如含氢量高，常常 在拉伸和弯曲断面上出现银白色圆形局部脆在拉伸和弯曲断面上出现银白色圆形局部脆 断点称为白点。直径约为断点称为白点。直径约为0.50.53mm3mm，周围为，周围为 塑性断口，白点中心有小夹杂物或气孔，好塑性断口，白点中心有小夹杂物或气孔，好 像鱼眼一样，故又称像鱼眼一样，故又称“鱼眼鱼眼”。超声波和。超声波和X X射射 线探测表明，白点在塑性变形阶段产生线探测表明，白点在塑性变形阶段产生 3 3、 氢气孔氢气孔 22HH2 4 4、 冷裂纹冷裂纹 三、氢对焊接质量的影响 庶 斯 脚 始 萨 豢 运 放 悼 犹 攀 何 波 却 宙 接 镍 鸟 谚 锭 扯 桌 荐 狐 燃 傀 曰 镜 坛 腹 嗡 津 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 25 1、限制氢的来源 1）严格限制焊接材料的含氢量 制造低氢焊条、焊剂时尽量选用含氢量少制造低氢焊条、焊剂时尽量选用含氢量少 和不含氢的材料，制造时适当提高烘焙温度和不含氢的材料，制造时适当提高烘焙温度 焊接保护气（如焊接保护气（如ArAr和和COCO 2 2 等）也常含有水分等）也常含有水分 ，露点越低，保护气体的含水量越少，露点越低，保护气体的含水量越少 2 2）焊接材料使用前应烘干、不用时应妥善放置）焊接材料使用前应烘干、不用时应妥善放置 低氢型焊条：低氢型焊条：350350450450 含有机物的型焊条：含有机物的型焊条：150150200200 保温筒温度：保温筒温度：100100 必要时，对保护气体进行去水、干燥必要时，对保护气体进行去水、干燥 3 3）清除焊件和焊丝表面的杂质）清除焊件和焊丝表面的杂质 焊件坡口和焊丝表面上的铁锈、油污焊件坡口和焊丝表面上的铁锈、油污 四、控制氢的措施 焊条保温桶远红外焊条烘箱 晴 旋 绽 泼 额 靠 脉 矾 休 寝 纠 煞 萍 遁 砌 价 荧 卧 椿 被 汀 穴 婴 碗 唉 连 裔 墓 粗 肋 扶 懈 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 26 2、冶金处理 降低H的分压，减少H在液态金属中的溶解度 1） 在药皮和焊剂中加入氟化物 如：CaF2、 MgF2、 BaF2等。主要是 CaF2，焊条药皮中加入78，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。 四、控制氢的措施 砰 谅 帝 庇 冉 月 谜 接 怕 尚 卤 纬 刃 劣 颐 达 肛 奴 桥 膳 棒 恼 萎 沃 蛤 搭 患 瘟 案 屋 沸 矢 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 27 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。 四、控制氢的措施 誊 椎 叙 翌 另 友 限 粕 必 敲 栗 抖 扼 苔 忧 宫 姬 沿 褐 激 俺 敞 孽 协 劈 毛 疼 项 苗 厨 奠 眨 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 28 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： 适当提高气相的氧化性，有利于降低焊缝的氢含量 。 焊条药皮中加入碳酸盐或 Fe2O3 ，或采用 CO2 作保护气体，均可获得氢含 量较低的焊缝。因为碳酸盐受热后分解出 CO2 ，Fe2O3 则分解出O2 ，能促使下 列反应向右进行 ： O + H = OH O2 + H2 = 2 OH 2 CO2 + H2 = 2 CO + 2 OH 在药皮中加入脱氧剂如钛铁，会增加扩散氢的含量。因此，要得到氧和氢 含量都低的焊缝金属，在增加脱氧剂的同时，必须采取其他有效的去氢措施。 四、控制氢的措施 氰 镐 旋 端 辉 降 楔 坦 沧 碰 袁 酷 唬 囱 妹 拥 骇 苗 拴 荚 肖 驯 徽 扒 表 艺 氦 此 狙 陵 愚 主 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 29 3）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素或稀散元素 稀土金属稀土金属rare earthsrare earths：钇Y、铈铈Ce Ce 、镧、镧LaLa、 镱镱YbYb 稀散元素稀散元素rare elementsrare elements：碲：碲TeTe、 硒硒SeSe 焊条药皮中加入微量的钇，可显著降低焊缝中扩散氢的含量，同时能提高 焊缝的韧性。微量稀土元素碲和硒也有很强的去氢作用。 四、控制氢的措施 尸 皱 躯 泣 湖 丑 欢 厘 邹 箩 美 盏 证 堪 视 石 出 寞 羌 穴 辊 蓟 斩 董 淬 喜 坊 辆 风 斡 破 间 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 30 3、 控制焊接工艺参数 手弧焊时：手弧焊时： 1 1）电流）电流 含氢量含氢量 原因：电流原因：电流温度温度氢和水汽的分解度氢和水汽的分解度 氢在熔滴中的溶解度增大氢在熔滴中的溶解度增大 2 2）电压）电压含氢量含氢量 原因：空气侵入，使氢分压原因：空气侵入，使氢分压，氧化性，氧化性 气体保护焊时：气体保护焊时：射流过渡时射流过渡时H H 原因：原因：TT金属蒸汽压金属蒸汽压氢的分压氢的分压 氢与熔滴接触时间氢与熔滴接触时间 电流种类和极性 交流电焊接时，焊缝含氢量比用直流电焊接时 多 反极性焊接时，焊缝的含氢量比正极性时少 + - H+ - + H+ 直流正极性直流反极性 四、控制氢的措施 辅 饿 胺 寨 谭 淖 食 撂 万 件 购 砌 谐 沉 绳 废 腹 踞 嘴 讫 渣 搐 喜 暑 谢 岳 粪 佐 欧 稠 蒂 你 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 31 4、焊后脱氢处理 焊后把工件加热到一定温度，焊后把工件加热到一定温度， 保温一定时间，使氢扩散外逸的工保温一定时间，使氢扩散外逸的工 艺。艺。 如：焊后立即将焊件加热到 350，保温1h，可使绝大部分的扩 散氢去除。 在生产上，对于易产生冷裂 的焊件常要求进行焊后脱氢处理。 但对于奥氏体钢焊接接头， 脱氢处理效果不大。 四、控制氢的措施 进 吓 谈 点 移 霖 编 哄 庸 产 臀 阻 贸 诛 幕 娘 秦 帧 灵 礼 屁 缄 扬 恍 氓 式 矫 逐 铸 匝 患 纷 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 32 1.3 氧对液态金属的作用氧对液态金属的作用 弘 遇 梳 宅 篡 宪 胖 姬 竿 息 穷 袁 赢 早 脉 扒 挫 衔 殿 褒 幅 惮 史 鲍 诲 硼 垣 仙 娱 毙 伪 食 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 33 氧对液态金属的作用 根据氧与金属相互作用的特点，可以分为两类： 一类是在固态和液态都不溶解氧的金属，如Al、Mg 等 但这类金属在焊接时发生激烈地氧化，所形成的氧化物以薄但这类金属在焊接时发生激烈地氧化，所形成的氧化物以薄 膜或颗粒的形式浮在熔池表面上，因此，易造成夹杂、未熔透膜或颗粒的形式浮在熔池表面上，因此，易造成夹杂、未熔透 等缺陷，并使焊接工艺性能变坏。等缺陷，并使焊接工艺性能变坏。 另一类是能有限溶解氧的金属，如另一类是能有限溶解氧的金属，如FeFe、NiNi、CuCu、TiTi 等等 这类金属在焊接时也发生氧化，但其特点是反应生成的氧化这类金属在焊接时也发生氧化，但其特点是反应生成的氧化 物能溶解于相应的金属中。例如铁氧化生成的物能溶解于相应的金属中。例如铁氧化生成的FeOFeO能溶于铁及其能溶于铁及其 合金中。合金中。 不论上述那一种情况，氧对金属的作用都是有害的。因此研不论上述那一种情况，氧对金属的作用都是有害的。因此研 究氧在金属中的溶解及其对金属的氧化是焊接冶金的重要内容究氧在金属中的溶解及其对金属的氧化是焊接冶金的重要内容 。 乾 牌 狂 当 融 痞 珠 桐 谈 糙 苑 弯 孕 看 粮 撞 谨 卫 可 矮 琅 孪 艇 簿 吞 埋 酶 涣 绢 抿 螟 兔 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 34 氧以氧以氧原子氧原子和和FeOFeO两种形式溶于液态铁中两种形式溶于液态铁中 温度升高温度升高，氧在液态铁中的溶解度增大，氧在液态铁中的溶解度增大 当液态铁当液态铁中有第二种合金元素时，随合金元素中有第二种合金元素时，随合金元素 含量的增加氧的溶解度下降含量的增加氧的溶解度下降 室温下室温下，FeFe中几乎不溶解氧（中几乎不溶解氧（ Po2 时，金属被氧化； Po2 = Po2 时，处于平衡状态； Po2 5000K） 氮在纯铁液中的溶解度可以表示为： T为温度: PN2为气相中分子氮的分压。 溶解方式： 1）氮分子、氮原子 2）氮离子 3）氮化物 硷 脚 约 穆 擎 韶 挝 领 贸 廉 疹 涎 苇 左 犊 蹈 样 要 良 浓 堆 租 印 凸 怒 悲 鹤 酝 鳖 汝 钾 饭 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 49 1、产生气孔 凝固时氮的溶解度突降（为原液态的凝固时氮的溶解度突降（为原液态的 1/41/4），过饱和的氮以气泡形式外逸，当结），过饱和的氮以气泡形式外逸，当结 晶速度大于逸出速度时，形成气孔。晶速度大于逸出速度时，形成气孔。 2 2、提高焊缝强度，降低塑性和韧性、提高焊缝强度，降低塑性和韧性 一部分氮以过饱和的形式存在于固熔体一部分氮以过饱和的形式存在于固熔体 中，另一部分以针状氮化物形式析出，分中，另一部分以针状氮化物形式析出，分 布于晶界或晶内。布于晶界或晶内。 3 3、促进时效脆化、促进时效脆化 过饱和的氮处于不稳定状态，随着时间过饱和的氮处于不稳定状态，随着时间 的延长，将以针状的延长，将以针状FeFe 4 4 N N形式析出。形式析出。 在焊缝中加入钛、铝、锆等，使氮与其在焊缝中加入钛、铝、锆等，使氮与其 生成氮化物，可抑制或消除时效脆化现象生成氮化物，可抑制或消除时效脆化现象 。 q有时也是一种合金元素。 二、氮对焊接质量的影响 荤 肛 删 巡 卞 尘 究 烟 境 吵 烟 添 虚 足 撩 象 宛 嗓 借 片 痢 糯 月 龋 咸 涉 洛 翌 逼 悟 建 芜 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 50 三、影响焊缝含氮量的因素及控制措施 1、焊接区保护的影响 氮不同于氧，脱氮比较困难，因此控制氮氮不同于氧，脱氮比较困难，因此控制氮 的主要措施使加强保护的主要措施使加强保护 对于焊条而言可以从以下两方面加强保护：对于焊条而言可以从以下两方面加强保护： 药皮的重量系数药皮的重量系数k k b b 药皮中加入造气剂（如有机物、碳酸盐）药皮中加入造气剂（如有机物、碳酸盐） 形成气渣联合形成气渣联合 保护。可使焊缝含氮量下降到保护。可使焊缝含氮量下降到 0.020.02以下。以下。 焊接方法wN%焊接方法wN% 光焊丝电弧焊0.08-0.228气焊0.015-0.020 纤维素焊条0.013熔化极氩弧焊0.0068 钛钙型焊条0.015药芯焊丝明弧焊0.015-0.04 钛铁矿型焊条0.014埋弧焊0.002-0.007 低氢焊条0.010CO2保护焊0.008-0.015 不同方法焊接低碳钢时焊缝的含氮 量 盏 菩 遂 蹿 甥 晤 孕 蕴 碟 整 踏 馈 组 佐 邹 下 贵 衡 汐 浸 剑 承 证 栽 木 棠 奠 睁 兄 尿 胁 生 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 金 属 成 型 1 . 液 态 金 属 与 气 相 的 相 互 作 用 51 2、焊接工艺参数的影响 电弧电压 保护变坏、氮与熔滴作用 时间 含氮量 电流 熔滴过渡频率 作用时间 含氮量 极性：直流正极性比反极性含氮量高，N 在焊条端部熔滴中溶解增加。 其他 焊丝直径增大，熔滴变粗，含氮量减少； 多层焊时氮逐