焊接化学冶金1

1、会计学1焊接化学冶金焊接化学冶金1第1页/共92页2复杂的高温多相系统三个相互作用的相：液态金属、熔渣和电弧气氛焊接区的不等温条件排除了整个系统平衡的可能性改变焊接工艺条件必然引起冶金反应条件的变化，也就影响到冶金反应的过程熔合比熔滴过渡特性焊接化学冶金分区域连续进行各区的反应条件也有较大差异影响到各区反应进行的可能性、方向、速度和限度焊接过程必须对焊接区的金属进行保护以减少有害杂质的含量和有益合金元素的损失使焊缝金属的到合适的化学成分保护分阶段工艺条件不平衡第2页/共92页3第3页/共92页4第4页/共92页5药皮反应阶段熔滴反应阶段熔池反应阶段第5页/共92页6温度oC6004002001

2、00药皮反应阶段水蒸发结晶水分解碳酸盐分解冶金反应第6页/共92页71. 药皮反应阶段第7页/共92页82. 熔滴反应阶段（冶金反应最激烈）主要反应有：气体分解和熔解、金属蒸发、金属及其化合物间的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。第8页/共92页93. 熔池反应阶段（反应速度比熔滴阶段小）熔池中的强烈运动，有助于加快反应速度，并为气体和非金属夹杂物的外逸创造了有利条件。例如，在熔池的头部发生金属的熔化，气体的吸收，并有利于吸热反应进行；而在熔池的尾部却发生金属的凝固，气体的逸出，并有利于放热反应的进行(如金属的氧化)。 第9页/共92页103. 熔池反应阶段第10页/共92页11三、焊接参数与焊

3、接化学冶金反应关系一般来说，熔合比随焊接电流增加而增加，随电弧电压、焊接速度的增加而减小。 1BBBwww焊缝金属中合金元素B的含量与熔合比的关系为 通过改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分第11页/共92页12三、焊接参数与焊接化学冶金反应关系3.工艺参数影响参加冶金反应的熔渣量 埋弧焊时，焊接工艺参数可以在很宽的范围内变化， 使焊剂的熔化率发生很大的变化。 第12页/共92页13四、焊接化学冶金系统的不平衡性第13页/共92页14保护气造气剂油锈水一、气体的来源和组成第14页/共92页15一、气体的来源和组成酸性焊条碱性焊条气相的主要成分是CO、H2、H2O，除此外还含有少量的CO2、O2

4、、N2和金属蒸发气。 气相的主要成分是CO、CO2，含H2O、H2很少 埋弧焊时，气相的主要成分是CO及H2组成，而O2、N2、H2O很少。埋弧焊第15页/共92页1622251065627mHmCOmOOHCm第16页/共92页17第17页/共92页18CaCO3MgCO3BaCO3CaMg(CO3)2Fe2O3MnO22323COMgOMgCOCOCaOCaCO243243322322243243326246246246OMnOOMnOOMnOMnOOMnMnOOFeOOFeOOFeOFe第18页/共92页19第19页/共92页20第20页/共92页21T(oC)N (cm3/1oog)第

5、21页/共92页222O+NNO+N2O+NNO+N2N+ONO+O3)氮通过离子形式溶入 氮原子在阴极压降区受到高速电子的碰撞而离解为N+，在电场的作用下向阴极运动，并在阴极表面上与电子中和，溶入金属中。是电化学过程第22页/共92页23 氮在铁中的溶解度与温度的关系T(oC)N (cm3/1oog)第23页/共92页24 氮对焊缝金属常温力学性能的影响 氮对低碳钢焊缝低温韧性的影响第24页/共92页25：nN：微量，起到强化作用第25页/共92页26-+直流正接（直流负极性）第26页/共92页27第27页/共92页28应用广泛重点讨论第28页/共92页29 OHOOHHOFeOHFeHOF

6、eOHFe222222222222( ) 表示在熔渣中 表示在金属中H 可以进入液相OH不溶于液态金属第29页/共92页30H (cm3/1oog)T(oC)总氢量扩散氢残余氢第30页/共92页31焊缝中形成焊缝和热影响区中形成第31页/共92页32第32页/共92页33第33页/共92页34T(oC)H (cm3/1oog)第34页/共92页35第35页/共92页36第36页/共92页37第37页/共92页38第38页/共92页39第39页/共92页40第40页/共92页41液态铁中氧的溶解度与温度的关系第41页/共92页42第42页/共92页43第43页/共92页44n冶金方法脱氧冶金方法

7、脱氧最有效最有效第44页/共92页45第45页/共92页46第46页/共92页47焊接铝、钛和其它化学活性金属及其合金焊接合金钢及合金焊接低碳钢和低合金钢第47页/共92页4822ROROORBB1碱性渣B=1中性渣B1酸性渣第48页/共92页4922CaOSiOCaO SiO第49页/共92页504+2+(Si )+2Fe=2(Fe )+Si第50页/共92页51第51页/共92页52222322223CaO+MgO+K O+Na O+0.4MnO+FeO+CaFSiOTiOZrOAl O=+0.3+)B（）（21niiiBa M第52页/共92页53粘度越大22ROROORB第53页/共9

8、2页54n熔渣在液态时导电第54页/共92页552.5.1 氮对金属的作用2.5.2 氢对金属的作用2.5.3 氧对金属的作用第55页/共92页56氧化方式第56页/共92页57系统第57页/共92页5843. 6T26730lgP2第58页/共92页59mol/76kJ.515FeOOFemol/97kJ.26FeOO21Fe2FeOCOFeCO2 22HFeOFeOH第59页/共92页60FeOFeOL 第60页/共92页61第61页/共92页62第62页/共92页63钢，使焊缝增氧 FeO 2FeOSiFe2SiO FeO 2FeO FeOMnFeMnO FeO 第63页/共92页64先

9、期脱氧药皮反应阶段在固态药皮中 阶段 1沉淀脱氧熔池反应阶段在熔滴和熔池中阶段 2扩散脱氧液态金属/熔渣阶段 3第64页/共92页65MnOCOCaOMnCaCOCOSiOCaOSiCaCOMnOMnMnOFeMnOMnFeOFeOMnOMnOFe32323222222Al、Ti 对氧的亲和力很大，在先期脱氧的过程中大部分被烧损，故沉淀脱氧作用不大第65页/共92页66 MnOFeFeOMn第66页/共92页67 222SiFeOFeSiO第67页/共92页68第68页/共92页69又慢，扩散脱氧是不充分的FeOFeO 第69页/共92页702.6.1 硫的危害2.6.2 磷的危害2.6.3

10、脱硫措施 2.6.4 脱磷措施 第70页/共92页71第71页/共92页72第72页/共92页73第73页/共92页74 FeOCaSFeSCaOFeOMnSFeSMnOFeMnSFeSMn第74页/共92页75FeOPCaOCaOFeOPFeFeOPCaOCaOFeOPFe114521135252435233第75页/共92页76第76页/共92页77第77页/共92页78ONHPS 来源 危害 措施第78页/共92页79N NHHOOS SP P酸性焊条酸性焊条碱性焊条碱性焊条韧性韧性冷裂纹冷裂纹热裂纹热裂纹etc.etc.第79页/共92页80n第80页/共92页81第81页/共92页8

11、22225106562/7)(mHmCOmOOHCm2 碳酸盐和高价氧化物的分解： 碳酸盐的分解 CaCO3CaOCO2 MgCO3MgOCO2 高价氧化物的分解：6Fe2O34Fe3O4O2； 2Fe2O36FeOO24Mn2O32Mn3O4O2；6Mn2O34Mn3O4O23 材料的蒸发：电弧的高温作用下, 焊接材料中水分、金属元素和熔渣的各种成分发生蒸发，形成的蒸气。纤维素热分解反应为：1 有机物的分解和燃烧第82页/共92页83返回第83页/共92页8423422CaF +3SiO =2CaSiO +SiF4SiF +3H=SiF +3HF气422SiF +2H O=SiO+4HF气碱性渣中：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 22222Na OSiO + H O=2NaOH+ SiO ( -1)H Onmnm222NaOH+CaF =2NaF+Ca(OH)22CaF+H O=CaO+2HF气气气2NaF+HF=NaHF返回第84页/共92页85第85页/共92页863. 熔池反应阶段（反应速度比熔滴阶段小）熔池中的强烈运动，有助于加快反应速度，并为气体和非金属夹杂物的外逸创造了有利条件。例如，在熔池的头部发生金属的熔化，气体的吸