3焊接化学冶金及焊缝金属的合金化

第二章焊接冶金学基本原理,焊接化学冶金,焊接化学冶金,1.焊接化学冶金过程的特点,2.焊接区内气体与金属的作用,3.焊接熔渣对金属的作用,4.焊缝金属的净化与合金化,焊接化学冶金过程：在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。复杂的物理化学变化过程。研究内容：在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。研究目的：运用上述规律合理地选择焊接材料、控制焊缝金属的成分和性能使之符合使用要求，设计新的焊接材料。研究对象：手工电弧焊焊接低碳钢和低合金钢时的焊接化学冶金一般规律。研究手段：热力学（焊接化学冶金动力学还很不成熟）,一、焊条熔化及熔池形成,第一节焊接化学冶金过程的特点,（一）焊条的加热及熔化1、焊条的加热电阻热：焊接电流通过焊芯时将产生电阻热，使焊芯和药皮温度升高。正常焊接规范手弧焊，电阻热对焊芯预热作用不大；大电流密度焊接，电阻热过大，焊芯和药皮的温升过高，不良后果，如药皮开裂或脱落，丧失冶金作用、飞溅增加、焊缝成形变坏，甚至产生气孔等缺陷。不锈钢（尤其是奥氏体钢热导率约为低碳钢的1/3，马氏体和铁素体钢热导率约为低碳钢的1/2）焊条焊接时，更为严重。焊接终了时，焊芯温度不应超过600650。电弧热：焊条端部得到的电弧热是熔化焊条并使液体金属过热和蒸发的主要能源。其中只有一小部分传导到焊芯深处加热焊芯和药皮。焊条端部药皮表面温度可达600左右，因此，在该处开始发生冶金反应。化学反应热：仅占1%3%，忽略不计。,2、焊条金属的平均熔化速度：单位时间内熔化的焊芯质量或长度，与焊接电流成正比。平均熔敷速度：在焊接过程中并非所有熔化的焊条金属都进入了熔池形成焊缝，而是有一部分损失（飞溅、氧化和蒸发损失）。单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分金属的质量。3、焊条金属熔滴及其过渡特性熔滴：在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态金属。（1）熔滴过渡的形式：药皮焊条焊接时，熔滴主要有三种过渡形式：短路过渡：短弧焊时，焊条端部的熔滴长大到一定尺寸与熔池接触，形成短路，电弧熄灭。在各种力（电磁收缩力、等离子流力、斑点力、爆破力、细熔滴的冲击力）的作用下熔滴过渡到熔池中，电弧重新引燃。如此重复这一过程，形成稳定的短路过渡过程。颗粒状过渡（大颗粒、细颗粒）：电弧足够长时，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，不发生短路，接着进行下一个过渡周期。,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：在较大的焊接电流范围内，主要是短路过渡和大颗粒过渡。酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。(2)熔渣过渡形式：熔渣：药皮熔化后形成熔渣。以薄膜的形式包在熔滴外面或夹在熔滴内同熔滴一起落入熔池；直接从(厚药皮)焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池。熔渣的平均温度不超过1600（钢焊条药皮熔点1200）。（3）熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积：熔滴的表面积与其质量之比，103104cm2/kg。,熔滴与周围介质的平均相互作用时间：一般情况下可用熔滴的存在时间近似地表示。根据焊接方法、工艺规范、电流极性和焊接材料的不同，平均相互作用时间在0.011.0秒内变化，是很短暂的。,2、熔池的质量和存在时间：手弧焊0.616g，多数情况下小于5g；埋弧焊低碳钢，即使焊接电流很大，熔池的质量也不过100g存在时间：几秒到几十秒，熔池中各种物化反应短暂，但比熔滴阶段长。3、熔池的温度：电弧下的熔池表面（熔池中部）温度最高，低碳钢：平均温度16001900。,（4）熔滴的温度手弧焊接低碳钢，熔滴的平均温度为18002400。熔滴的平均温度随焊接电流的增加而升高，随焊丝直径的增加而降低。（二）熔池的形成1、熔池的形状和尺寸：不标准的半椭球，其轮廓为温度等于母材熔点的等温面。,熔池：母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液体金属。,4、熔池中流体的运动状态：方向：底部(熔化的母材由熔池前部沿结晶前沿的弯曲表面向熔池的后部运动)、熔池表面（液态金属由熔池的后部向中心运动）流速：3080m/h，底部液态金属的流速是焊速的1020倍（I：300500A,U:10V），熔池中的运动是很激烈的。注意：小体积熔池中，液态金属产生涡流。运动的作用：（1）成分均匀（焊条熔敷金属与局部熔化的母材金属能够很好的混合）；（2）气体和非金属夹杂的外逸，消除焊接缺陷；（3）加速冶金反应，提高焊接质量。,TIG焊钛合金时熔池中金属的流动,熔滴与熔池比较,（一）保护的必要性,焊缝成分和性能显著变化,焊接工艺性能差,熔化金属与其周围空气激烈作用焊缝金属中氧和氮的含量显著增加;,锰、碳等有益合金元素因烧损和蒸发而减少，这样焊缝金属的塑性和韧性急剧下降，但氮的固溶强化作用，强度变化较小;,光焊丝焊接，电弧不稳定，焊缝中产生气孔。,二、焊接过程中对金属的保护,光焊丝焊接无实用价值。焊接化学冶金的首要任务：就是对焊接区内的金属加强保护，以免受空气的有害作用。,（二）保护的方式和效果,（3）保护效果,各种保护方式的保护效果是不同的。试验表明，焊剂的粒度越大，其松装密度(单位体积内焊剂的质量)越小，透气性越大，焊缝金属中含氮量越多，说明保护效果越差。但是不应当认为焊剂的松装密度越大越好。,当熔池中有大量气体析出时，如果松装密度过大，则透气性过小，将阻碍气体外逸，促使焊缝中形成气孔，使焊缝表面出现压坑等缺陷，所以焊剂应当有适当的透气性。,保护效果衡量标准：熔敷金属中的含氮量（焊条和药芯焊丝焊接时，0.01%0.014%，低碳钢0.004%）,三、焊接化学冶金反应区,焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连续进行的，以手工电弧焊为例，有三个反应区:药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。,（一）药皮反应区（100至药皮的熔点1200）,水分的蒸发,100，吸附水全部蒸发；200400，结晶水被排除；更高的温度，化合水。,2)某些物质的分解,有机物，如木粉、纤维素和淀粉分解为CO、CO2、H2等气体；碳酸盐，如大理石、菱苦土和高价氧化物（如赤铁矿-Fe2O3）分解，形成CO2和O2等气体；,上述物化反应产生的气体，一方面对熔化金属有机械保护作用；另一方面对被焊金属和药皮中的铁合金（硅铁、锰铁和钛铁等）有很大的氧化作用。“先期脱氧”,3)铁合金的氧化,药皮反应阶段可视为准备阶段。因为这一阶段反应的产物可作为熔滴和熔池阶段的反应物，所以它对整个焊接化学冶金过程和焊接质量有一定的影响。,（二）熔滴反应区,从熔滴形成、长大到过渡至熔池中都属于熔滴反应区。主要在焊条端部进行。1.熔滴的温度高；2.熔滴与气体和熔渣的接触面积大；3.各相之间的反应时间（接触时间）短；4.熔滴与熔渣发生强烈的混合。,熔滴反应区进行的主要物化反应：1）气体的分解和溶解；2）金属的蒸发；3）金属及其合金成分的氧化和还原；4）焊缝金属的合金化等。,熔滴反应区的反应时间虽短，但因温度高，相接触面积大，并有强烈的混合作用，所以冶金反应最激烈，许多反应可达到接近终了的程度，因而对焊缝成分影响最大。,（三）熔池反应区,1）与熔滴相比，熔池的平均温度较低,16001900;2）比表面积较小，约为3130cm2/kg;3）反应时间稍长些，但也不超过几十秒;4）温度分布极不均匀，熔池中有一定的强烈运动。,熔池前部发生金属熔化和气体吸收，并有利于发展吸热反应；熔池后部发生金属凝固和气体逸出，并有利于发展放热反应。,熔池反应区的物理条件,熔池反应区的化学条件,1）熔池阶段系统中反应物的浓度与平衡依度之差比熔滴阶段小，所以在其余条件相同的情况下熔池中的反应速度比熔滴中要小；2）当药皮重量系数Kb(单位长度上药皮与焊芯的质量比)较大时，参与和熔池金属作用的熔渣数量比参与和熔滴金属作用的数量多。3）熔池反应区的反应物质是不断更新的。新熔化的母材、焊芯和药皮不断进入熔池的前部，凝固的金属和熔渣不断从熔池后部退出反应区。焊接规范恒定的情况下，物质的更替过程达到相对稳定状态，从而得到成分均匀的焊缝金属。,熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小，并且在整个反应过程中的贡献也较小。合金元素在熔池阶段被氧化的程度比熔滴阶段小就证明了这一点。但是在某些情况下，熔池中的反应也有相当大的贡献。,四、焊接工艺条件与化学冶金反应的关系焊接化学冶金过程与焊接工艺条件有密切的联系。焊接工艺条件不同，冶金反应的过程也随之变化。（一）熔合比的影响熔合比：在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。通过改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分。这在焊接生产中具有重要的实用价值。例如，要保证焊缝金属成分和性能的稳定性，必须严格控制焊接工艺条件，使熔合比稳定、合理。堆焊时，总是调整焊接规范使熔合比尽可能的小，以减少母材成分对堆焊成性能的影响。在焊接异种钢时，熔合比对焊缝金属成分和性能的影响甚大，因此要根据熔合比选择焊接材料。,（二）熔滴过渡特性的影响焊接工艺参数对熔滴过渡特性有很大影响，因此对冶金反应也必然发生影响。试验表明，熔滴阶段的反应时间（或熔滴存在的时间）随着焊接电流的增加而变短，随着电弧电压的增加而变长。所以，可以断定反应进行的程度将随电流的增加而减小，随电压的增加而增大。,五、焊接化学冶金系统的不平衡性,1）焊接化学冶金系统是高温多相的反应系统,2）焊接化学冶金系统是不平衡的反应系统,焊接化学冶金系统是一个复杂的高温多相反应系统。焊接方法不同，组成系统的相也不同。多相反应是在相界面上进行的，并与传质、传热和动量传输过程密切相关。不平衡性是焊接化学冶金过程的特点，因此，不能直接应用热力学平衡的计算公式定量地分析焊接化学冶金问题。定性分析冶金反应最大可能的方向、发展趋势和影响因素还是有益的（因为动力学研究还不成熟）。,第二节焊接区内气体与金属的作用,焊接或熔炼过程中，液态金属会与各种气体发生相互作用，从而对焊件或铸件的性能产生影响。深入了解气体的来源及其与金属的相互作用机制，对于控制金属中气体的含量，提高铸件或焊件的质量至关重要。,1.焊接区内的气体,（1）焊接区内的气体来源,主要来源：焊接材料焊条药皮、焊剂、药芯的造气剂高价氧化物及有机物的分解气体母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分空气中的气体（约3%）、水分保护气体及其杂质气体,具体情况如下：,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。,焊条药皮中的淀粉、纤维素、糊精等有机物（造气、成形）,热氧化分解反应,220250开始，800左右完全分解,CO2、CO、H2、水汽等,如纤维素的热氧化分解反应：（C6H10O5）m7/2mO2（气）6mCO2（气）5mH2（气）,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）6Fe2O3=4Fe3O4+O22Fe3O4=6FeO+O24MnO2=2Mn2O3+O26Mn2O3=4Mn3O4+O2,3.材料的蒸发及冶金反应,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的沸点较低氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF的沸点较低后果：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。,4.直接输入或侵入,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。,（2）气体的分解和气相的组分,几种气体的分解反应（吸热反应）及其在标准状态下的热效应,气体分解的程度常用分解度来表示。分解度：分解的分子数与原有分子总数之比。,碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分,药皮中含有多量大理石、萤石等碱性氧化物的焊条。冶金反应中生成CO2、HF，气相中含H2和H2O很少，因此降低了焊缝中的含氢量，又称低氢型焊条。,2.气相和金属的作用,（1）气体在金属中的溶解,原子或离子状态直接溶入液态金属；分子状态的气体先分解为原子或离子之后再溶解到液态金属中。双原子气体在金属中的溶解机理分两步：首先，气体分子被金属表面所吸附并分解为原子，然后，原子穿过金属表面层向金属深处扩散。,氮、氢在铁中的溶解度,氮、氢在金属凝固时溶解度陡降（氮的溶解度下降至1/4左右）。,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。,在铁的沸点（2750），气体溶解度为零。,(2)氮对焊接质量的影响在碳钢焊缝中氮是有害的杂质。氮是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素(过饱和固溶，针状Fe4N，分布于晶界或晶内)，特别是低温韧性急剧下降。氮是促使焊缝金属时效脆化的元素。抑制或消除：焊接区保护，主要且最有效措施，因为氮一旦进入液态金属脱氮就较困难合金元素的影响：加入氮化物形成元素如Ti、Al、Zr和稀土元素等，与氮有较大的亲和力，能形成稳定的氮化物，且它们不溶于液态钢而进入熔渣。,焊接工艺参数的影响增加电弧电压(即增加电弧长度)，导致保护变坏，氮与熔滴的作用时间增长，故使焊缝金属含氮量增加。增加焊接电流，熔滴过渡频率增加，氮与熔滴作用时间短，焊缝金属含氮量下降。焊接速度对焊缝含氮量影响不大。在同样条件下，增加焊丝直径可使焊缝含氮量下降，这是由于熔滴变粗的缘故。多层焊时焊缝含氮量比单层焊时高，这与氮的逐层积累有关。,主要来源：焊接材料中的水分、含氢物质及电弧周围空气中的水蒸气等。(一)氢在金属中的溶解根据氢与金属作用的特点可把金属分为两类：第一类是能形成稳定氢化物的金属，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。这类金属吸收氢的反应是放热反应，因此在较低温度下吸氢量大，在高温时吸氢量少。焊接这类金属及合金时，必须防止在固态下吸收大量的氢，否则将严重影响接头质量。第二类是不形成稳定氢化物的金属，如Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等。但氢能够溶于这类金属及其合金中，溶解反应是吸热反应。,（3）氢对金属的作用,焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径也不同。气体保护焊时，氢是通过气相与液态金属的界面以原子或质子的形式溶入金属的；电渣焊和电渣熔炼时，氢是通过渣层溶入金属的；而手工电弧焊和埋弧焊时，似上述两种途径兼而有之。合金元素对氢在铁中的溶解度也有很大的影响。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、A1可降低氢的溶解度。,(二)焊缝金属中的氢及其扩散,在钢焊缝中，氢大部分是以H、H+或H-形式存在的，它们与焊缝金属形成间隙固溶体。由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩散，故称之为扩散氢。还有一部分氢扩散聚集到陷阱(金属的晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙)中，结合为氢分子，因其半径大，不能自由扩散，故称之为残余氢。扩散氢的影响约占80-90%，对接头性能影响比残余氢大。,(三)氢对焊接质量的影响,1.氢脆氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象称为氢脆。2.白点碳钢或低合金钢焊缝，如含氢量高，则常常在其拉伸或弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点，称之为白点。,3.形成气孔4.产生冷裂纹,(四)控制氢的措施,1.限制焊接材料中的含氢量焊前烘干是生产上去氢的最有效方法。2.清除焊丝和焊件表面上的杂质3.冶金处理(1)在药皮和焊剂中加入氟化物(2)控制焊接材料的氧化还原势(3)在药皮或焊芯中加入微量的稀土元素4.控制焊接工艺参数5.焊后脱氢处理焊后把焊件加热到一定的温度，促使氢扩散外逸的工艺叫脱氢处理。奥氏体钢？（溶解度大且扩散系数小，扩散很慢）,四、氧对金属的作用,根据氧与金属作用的特点，可把金属分为两类：一类是不溶解氧，但焊接时发生激烈氧化的金属，如Mg、Al等；另一类是能有限溶解氧，同时焊接过程中也发生氧化的金属，如Fe、Ni、Cu、Ti等。(一)氧在金属中的溶解氧是以原于氧和FeO两种形式溶于液态铁中的。氧在液态铁中的溶解度随着温度的升高而增大。如果与液态铁平衡的是纯FeO熔渣，则氧在其中的溶解度达到最大值Omax它与温度的关系为：lgOmax-6320/T十2.734当液态铁中有第二种合金元素时，随着合金元素含量的增加氧的溶解度下降。在铁冷却过程中，氧的溶解度急剧下降。在室温下a-Fe中几乎不溶解氧(0.001)。焊缝金属和钢中的氧绝大部分以氧化物和硅酸盐夹杂物形式,氧在金属中的溶解度与温度的关系,氧在液态铁中的溶解度随温度升高而增大,（2）气体对金属的氧化,1）金属氧化还原方向的判据,在一个由金属、金属氧化物和氧化性气体组成的系统中，采用金属氧化物的分解压Po2作为金属是否被氧化的判据。2MeO2Me+O2若氧在金属氧氧化物系统中的实际分压为Po2，则:Po2Po2时，金属被氧化；Po2=Po2时，处于平衡状态；Po2KMn，显然对于过热度很高的熔滴，（SiO2）的氧化性可以超过（MnO）。,2.扩散氧化,熔渣中的FeO既溶于渣又溶于液态钢，在一定温度下，它在两相中的平衡浓度符合分配定律：,当温度不变时，增加液态熔渣中的FeO的含量将会使液态金属增氧。温度升高时L值减小，即高温时，FeO更容易向金属中分配。,焊接过程中的扩散氧化,在熔池尾部，随着温度的下降，液态金属中过饱和的氧化铁会向熔渣中扩散，这一过程称之为扩散脱氧。,FeO的分配常数L与温度和熔渣的性质有关。,比较两式中L值大小可以发现，在熔渣中含FeO相同的情况下，碱性渣时金属中的FeO含量比酸性渣时大。即:FeO在碱性渣中比在酸性渣中更容易向金属中分配。,不应当认为碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的高。事实上多数情况下碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低。这是由于尽管碱性渣中FeO的活度系数大，但碱性渣中FeO的含量并不高（见表81），因此碱性渣对液态金属的氧化性比酸性渣要小。,实际扩散氧化反应进行的程度取决于界面附近FeO的扩散速度、接触界面面积大小与扩散反应时间。熔焊时由于熔渣在高温液态下的存在时间短暂，因此扩散氧化程度一般远不能达到平衡状态。图中酸性渣所对应的焊缝含氧量高，不仅仅是渣中FeO扩散氧化的影响。炼钢过程中的扩散氧化可以进行得较为充分。,6.焊缝金属的脱氧,1.脱氧剂选择的原则,1）脱氧剂对氧的亲和力2）脱氧产物的物理性质3）脱氧产物的其他影响,对于钢液来说，脱氧就是用脱氧剂除去钢液中溶入的原子态氧或氧化铁中的氧而将铁还原的措施。脱氧剂的脱氧能力可以用加入等量的脱氧元素后，钢液中氧化亚铁的平衡含量来衡量。xMeyFeO（MexOy）yFe式中，Me表示脱氧元素，如Mn、Si、Al等。,当反应达到平衡时，e与钢液中氧化亚铁的含量（残留量）之间存在着下述的关系：%Mex%FeOy=KK是平衡常数，是温度的函数。由此可见，钢液中氧化亚铁的残留量与脱氧元素的残留量成反比，脱氧元素的残留量愈高，则氧化亚铁的残留量愈低，即钢液的脱氧程度愈彻底。,当使用几种脱氧剂进行脱氧时，应按照脱氧能力的顺序由小到大依次使用。铸造和焊接中最常用的脱氧剂是锰、硅、钛和铝。,2.先期脱氧,含有脱氧元素的造渣剂和造气剂被加热时其中的高价氧化物或碳酸盐分解出的氧和二氧化碳便和脱氧元素发生反应。,Ti2CO2TiO22CO2Al3CO2Al2O33COSi2CO2SiO22COMnCO2MnOCO反应的结果使气相的氧化性减弱，起到先期脱氧的作用。,3.沉淀脱氧,沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的FeO起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。这种方法的优点是脱氧速度快，脱氧彻底。但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量。其脱氧反应为：xMeyO（MexOy）或：xMeyFeO（MexOy）yFe,熔渣碱度BL，脱氧元素种类及数量对脱氧效果的影响，有如下关系式：其中，A、C、D为与脱氧元素有关的常数。从上式看出：金属含氧量O，随熔渣碱度BL的增大而减少；Me越多、（MexOy）越少，脱氧效果越好；熔渣性质应与脱氧产物性质相反，这样有利于降低脱氧产物在熔渣中的活度，也有利于熔渣吸收脱氧产物。,碱性渣沉淀脱氧,酸性渣沉淀脱氧,焊条药皮成分中，常采用锰铁、硅铁和钛铁作为脱氧元素，请说明它们分别适用于哪种药皮类型？答案酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素；碱性焊条常采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧。,思考题,为什么酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素？,酸性渣中含有较多的SiO2和TiO2，它们容易与锰的脱氧产物MnO生成复合物MnOSiO2和MnOTiO2，使MnO的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中MnO的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果越差。,为什么碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素？,硅的脱氧能力比锰大，但生成的SiO2熔点高，通常认为处于固态，不易聚合为大的质点；同时SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。因此，碱性焊条一般不单独用硅脱氧。,碱性焊条需采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧,把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行复合脱氧时,其脱氧产物为不饱和液态硅酸盐，它的密度小，熔点低，易于浮出，并易被熔渣吸收，从而减少钢中的夹杂物和含氧量，脱氧效果十分显著。,两种以上脱氧元素的复合脱氧剂实例,在转炉炼钢时，炉内加入一定量的硅锰合金进行预脱氧，结果使钢中氧含量大大降低；二氧化碳气体保护焊焊丝H08Mn2Si中就是用适当比例的锰和硅来进行联合脱氧。钙的脱氧能力很强，但它的蒸气压高，在钢液中溶解度低，脱氧效果变差；如果用硅钙合金作脱氧剂，则可提高钙的溶解度，减少蒸发损失，易生成低熔点的硅酸钙，对Al2O3还起助熔作用。铬镍不锈钢在熔炼末期的出钢前，通常加入硅钙合金进行最终脱氧。,4.扩散脱氧,扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，利用（FeO）与FeO能够互相转移,趋于平衡时符合分配定律的机理进行脱氧：式中的LFeO是温度的函数，与熔渣的成分有关。焊接熔池中的扩散脱氧钢铁熔炼中的扩散脱氧,焊接熔池中的扩散脱氧,碱性渣中（FeO）活度大，其扩散脱氧的能力比酸性渣差；增加熔渣中的脱氧剂含量可促进FeO向熔渣中扩散。在焊接熔池凝固过程中，由于液态熔池存在时间短，FeO的扩散速度慢，因此扩散脱氧进行得很不充分。,第四节焊缝金属的净化与合金化,1.氮对焊接质量的影响及控制,1）氮对焊接质量的影响,促进焊接气孔的形成,改变焊缝的力学性能,引起焊缝的时效脆化,2）氮的控制,加强焊接区的保护,合理确定焊接参数,利用合金元素脱氮,2.氢对焊接质量的影响及控制,1）氢对焊接质量的影响,氢脆,白点,形成气孔,产生延迟裂纹,2）氢的控制,控制氢的来源,限制焊接材料的含氢量,清除焊丝和焊件表面上的杂质,采用冶金措施脱氢,在焊接材料中加入氟化物,增加焊接材料的氧化性,在焊接材料中加入稀土元素,采用工艺措施减氢,控制焊接参数,进行焊后脱氢处理,3.氧对焊接质量的影响及控制,1）氧对焊接质量的影响,降低焊缝金属的力学性能影响焊接过程和质量,2）氧的控制,限制焊接材料的含氧量选择合适的焊接方法及参数采取冶金措施脱氧,4.硫的危害及控制,（1）硫的危害,凝固时偏析，在晶界形成低熔点共晶,FeFeS（熔点为985）FeSFeO（熔点为940）NiSNi（熔点为644）,结晶裂纹,（2）硫的控制,限制焊接材料的含硫量,采用冶金方法脱硫,沉淀脱硫和沉淀脱氧一样，是将脱硫合金元素直接加入液态金属中进行脱硫。常用的脱硫元素有锰、镁、钠、钙、稀土等。这些元素与硫的亲和力大于铁，与硫形成熔点高，不溶于液态钢铁的稳定硫化物，上浮进入渣相而进行脱硫的方法。,锰和镁脱硫反应为：FeSMn(MnS)FeMgS(MgS)由式可以看出，温度升高，平衡常数减小，不利于脱硫。特别是对于镁，升高温度，其脱硫能力急剧下降。,钢的熔炼中，只有含氧量极低时，才能用锰和镁脱硫。因氧与Mn、Mg的结合能力远高于S，当锰和镁加入钢液中首先脱氧，锰和镁对钢水几乎无脱硫作用。,熔渣脱硫是目前铸造和焊接冶金中