固定管焊接(焊接金属脱氧脱氮脱磷)

1、.【组织教学】1、点名检查学生出勤情况2、强调课堂纪律【作业点评】1、 上次作业质量情况2、对出现问题较多的进行课堂纠正【复习提问】1、焊接冶金过程道特点是什么? 2、简述焊接区氧、氢、氮的来源及其对焊缝的影响。【相关工艺】焊接金属脱氧脱氮脱磷1焊缝金属的脱氧焊缝金属脱氧的目的是要尽量减少熔池金属的含氧量(对低碳钢和低合金钢来说，危害性最大的主要是FeO，使焊缝金属中氧化夹杂物减少到最低限度。 焊缝金属的脱氧主要有两个途径：脱氧剂脱氧(按脱氧的时间可分为先期脱氧、沉淀脱氧)及扩散脱氧。 选择脱氧剂的原则如下： (1)脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大。元素对氧的亲和力大小

2、顺序为：Al、Ti、C、Si、Mn、Fe(强一弱)。在实际生产中，常用它们的铁合金或金属粉，如锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等作为脱氧剂。元素对氧的亲和力越大，脱氧能力越强。 (2)脱氧后的产物应不溶于金属，且熔点较低，密度比金属小，容易从熔池中上浮人渣。 酸性焊条和碱性焊条的药皮类型不同，它们采用的脱氧途径及脱氧剂选用的元素也有所区别，现分别叙述如下：(1)酸性焊条(以E4303型为例) 1)先期脱氧 焊接开始后，在焊条药皮加热过程中，药皮中的碳酸盐受热分解，其化学反应式如下：MnO+Si02=MnO·SiO2(入渣)这种尽可能早期把氧去除，以免氧与熔化金属发生作用后使金属氧化的脱氧方式称

3、为 “先期脱氧”。它主要发生在焊条端部反应区，脱氧过程和脱氧产物一般不和熔滴金属发生直接关系。MnO是碱性氧化物。E4303型熔渣中酸性氧化物SiO2和Ti02很多。酸性氧化物与碱性氧化物可以形成稳定的熔渣，因此上述反应容易向右进行，也就是说脱氧效果好。如果E4303型焊条的药皮主要采取硅铁(SiFe)和钛铁(TiFe)作脱氧剂，则：由于E4303型熔渣中Si02及Ti02已经很多，因此上述反应不容易向右进行，从而不易脱氧。2)沉淀脱氧(熔池脱氧) 也就是利用熔池中的合金元素进行脱氧，并使脱氧后的产物不溶于熔池而排人熔渣，脱氧对象主要是溶解于熔池的FeOc，在E4303型焊条药皮中用Mn脱氧效

4、果很好。Si、Ti对氧的亲和力比Mn和氧的亲和力大得多，但E4303型焊条的熔渣中含有大量的Si()2和Ti02，而Si和Ti脱氧后的生成物也是SiO2和Ti02，均系酸性氧化物，无法与熔渣中存在的大量酸性氧化物结合成稳定的熔渣。因此以下脱氧反应难以向右进行而无法脱氧： 2FeO+Si=SiO2+2Fe 2FeO+Ti=Ti02+2Fe 而Mn的脱氧反应是： FeO+Mn=MnO+Fe MnO系碱性氧化物，很容易与酸性氧化物(SiO2、Ti02)结合成稳定的熔渣，所以Mn是E4303型焊条中较好的脱氧剂。 3)扩散脱氧 FeO既可溶解于Fe中，也可以从熔池扩散到熔渣中。熔池中FeO不断扩散到熔

5、渣，使熔池的含氧量降低，称为扩散脱氧。由于FeO系碱性氧化物，而在E4303型焊条的熔渣中有大量SiO2和Ti02(酸性氧化物)，因此可结合成稳定的熔渣。 FeO+SiO2=FeO·SiO2 FeO+TiO2=FeO·Ti02 这有利于熔池中FeO不断地向熔渣中扩散，但焊接过程中的冶金时间很短，而扩散脱氧需要较长时间，所以扩散脱氧效果是有限的。熔池的搅拌作用有利于扩散脱氧。(2)碱性焊条(以E5015型为例) 1)先期脱氧 E5015型焊条药皮中含有大量的大理石原料，在加热时放出C02气体： 药皮中主要依靠硅铁和钛铁来脱氧，脱氧反应是： 2C02+Si=Si02+2CO E

6、5015型焊条熔渣碱性氧化物很多，约占熔渣的23以上，熔渣的碱度很大，这样酸性脱氧产物SiO2和Ti02很容易和熔渣中的碱性氧化物结合，生成复合化合物： Si02+CaO=CaO.SiO2(入渣) Ti02+CaO=Ca0.Ti02(入渣) 如果E5015型焊条采用锰铁作脱氧剂，则脱氧产物MnO是碱性的，则不易形成稳定的熔渣。因此锰铁在E5015型焊条中只起渗合金作用。2)沉淀脱氧 E5015型焊条药皮中用Ti、Si对熔池中的FeO脱氧效果较好，脱氧反应是： 2FeO+Ti=TiO2+2Fe 2FeO+Si=SiO十2Fe 脱氧后的产物人渣固定：脱硫没有影响，其原因是酸性焊条的熔渣碱度很小，而

7、酸性氧化物的数量很大，增加一点CaO并不能发挥脱硫的作用。 2)碱性焊条(以E5015型为例) E5015型焊条药皮中含有大量的大理石、氟石和铁合金，脱氧能力强，熔渣中有大量的碱性氧化物，这使CaO和CaF2的脱硫效果显著。虽然药皮中锰铁含量小，其元素脱硫作用不大，但总的来说，E5015型焊条脱硫能力是强的。可是由于焊接冶金时间短，脱硫反应不能完全，加上其他条件的限制，因此焊接冶金脱硫比炼钢冶金脱硫效果差，所以必须严格控制焊接材料(包括焊芯及药皮)中的含硫量。2焊缝金属的脱磷 磷以铁的磷化物(P、Fe3P)形式存在于钢中，它能与铁形成低熔点共晶产物，聚于晶界，易引起热裂。更严重的是，这些低熔点

8、共晶产物削弱了晶粒间的结合力，使钢在常温或低温时变脆(即冷脆性)，造成冷裂，故磷在钢中是有害的元素。因此，在低碳钢和低合金钢焊缝中，含磷量一般要加以限制。脱磷的过程有两个阶段：(1)将P氧化成P2O5; 上述反应是放热反应，高温时反应不易向右进行。这些反应虽然可以脱去一些磷，但远远不够，还需要使R05形成稳定的复合化合物而进人熔渣，以促进反应向右进行。因此需要第二阶段。(2)利用碱性氧化物与P2O5复合成稳定的磷酸盐 碱性氧化物与P2O5结合的能力依次为： Ca0、MgO、MnO、FeO、A12O3、FezO3(强一弱) CaO效果最好，因此常用CaO来脱磷。 从上述讨论中可知，渣中如同时有足

9、够的自由I的和自由CaO在渣中未形成稳定复合化合物的FeO或CaO，则脱磷效果好，但在碱性焊条或酸性焊条中，要同时具有上述两种物质是困难的。 碱性焊条熔渣含有自由CaO较多，但碱性焊条脱氧性强，因此不能同时有较多的自由Fe，如一定要增加FeO，势必引起焊缝金属中含氧量上升，以致降低焊缝性能。此外要求熔渣中FeO含量高，这又和脱氧要求相矛盾，因为脱磷要求同时脱氧.酸性焊条中含自由CaO极少，因此脱磷效果较碱性焊条差。由于脱磷较难，所以一般是以严格控制原材料中的含磷量为主。 3焊缝金属的渗合金焊接过程中，熔池金属中的合金元素会由于氧化和蒸发等造成烧损，因而改变了焊缝金属的合金成分，使力学性能变坏。

10、为了使焊缝金属的成分、性能和组织符合预定的要求，就必须根据合金元素损失的情况向熔池中添加一些合金元素。这种方法称为焊缝金属的渗合金。渗合金不但可以获得成分、组织和性能与母材相同或相近的焊缝金属，还可以向焊缝金属中渗入母材不含或少含的合金元素，形成化学成分、组织和性能与母材完全不同的焊缝金属，以满足焊件对焊缝金属的特殊要求。例如用堆焊的方法来提高焊件表面耐磨、耐热、耐蚀等性能，就是通过渗合金来达到的。手弧焊时，向焊缝中渗合金的方式有两种：一种是通过焊芯(合金钢焊芯)过渡；一种是通过焊条药皮(即将合金成分加在药皮里)过渡。还可以两种方式同时兼有。通过焊芯渗合金时，焊芯中的合金元素含量应高于母材。但

11、制造这样成分的焊芯，有时在生产上有一定困难。采用合金钢焊芯，外面再涂以碱性熔渣的保护药皮，渗合金的效果和可靠性都好。通过药皮渗合金，就是在药皮中加入各种铁合金粉末和合金元素，然后在焊接时，把这些元素过渡到焊缝金属中去。这种方法在生产上应用得较广泛。通常是采用低碳钢焊芯 H08、H08A，并且在焊条药皮中加入合金剂，从而达到渗合金的目的。通过药皮渗合金，一般均采用氧化性极低的碱性熔渣，以减少合金元素元素的烧损；有时也采用氧化性不大的酸性钛钙型熔渣。 焊条药皮常用的合金剂有：锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、钛铁、硼铁等。 一般焊条药皮中的合金剂和脱氧剂无明显的区分。即同一种合金元素，既起脱氧剂的作用，又起合金剂的作用。如E4303型焊条药皮中的锰铁，虽然主要用作脱氧剂，但也有少部分用作合金剂而渗入焊缝金属，以弥补焊丝或钢材中锰元素的烧损，改善焊缝金属的力学性能。【课堂小结】1、焊缝金属的脱氧； 2、焊缝金属的脱磷；3、焊缝金属的渗合金。【布置作业】 1、焊缝金属脱氧的途径有哪些?哪种焊条脱氧效果好?为什么?2、为什要向焊缝金属渗合金?渗合金的方式有几种?【技能教学组织】1、点名,