焊接化学冶金

焊接化学冶金第1页/共86页23.1焊接化学冶金过程的特点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86页3一、焊接时焊缝金属的保护熔化金属与周围的空气会发生激烈的相互作用，使焊缝金属中氧和氮含量显著增加。光焊丝焊接时，[N]增加20~45倍，[O]增加7~35倍，[Mn]、[C]蒸发、氧化损失易产生气孔，导致塑性韧性下降,不实用为提高焊缝金属的质量，必须尽量减少焊缝金属中有害杂质的含量和有益合金元素的损失，使焊缝金属得到合适的化学成分。对焊接区内的金属加强保护，以免受空气的有害作用——焊接化学冶金的首要任务第3页/共86页4保护的方式1）埋弧焊：是利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属的，焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构。2）气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度。惰性气体(氩、氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金。3）渣-气联合保护：焊条药皮和焊丝药芯一般是由造气剂、造渣剂和铁合金等组成，这些物质在焊接过程中形成渣-气联合保护。4)真空：真空保护效果是最理想的，如度高于0.0133Pa的真空室内进行电子束焊接，把氧和氮有害作用减至最小。5)自保护焊：在焊丝或药芯中加入脱氧和脱氮剂，使由空气进入熔化金属中的氧和氮进入熔渣中，故称自保护。第4页/共86页5二、焊接化学冶金反应区手工电弧焊时冶金反应分区分阶段进行，有三个反应区药皮反应阶段熔滴反应阶段熔池反应阶段第5页/共86页61.药皮反应阶段温度oC600400200100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86页7

药皮反应区温度范围从l00℃至药皮熔点，主要物化反应有：1）水分蒸发：药皮被加热，吸附水就开始蒸发，T>100℃，吸附水全部蒸发，T=200~400℃，药皮组成物结晶水将被排除，化合水需更高温度下才能析出。2）有机物燃烧和分解：

★

有机物，如木粉、纤维素和淀粉等则开始分解和燃烧，形成CO、CO2、H2等气体。

★

焊条中的碳酸盐(CaCO3，MgCO3)和高价氧化物(如赤铁矿Fe2O3，锰矿MnO2等)也发生分解，形成CO2、O2等气体。3）铁合金氧化：上述物化反应产生的大量气体，对被焊金属和药皮中的铁合金(如锰铁、硅铁和钛铁等)有很大的氧化作用。

温度高于600℃就会发生铁合金的明显氧化，结果使气相的氧化性大大下降，即所谓“先期脱氧”

。1.药皮反应阶段第7页/共86页8熔滴形成、长大、过渡至熔池都属熔滴反应区。特点：1熔滴温度高，熔滴金属过热度大：熔滴活性斑点处温度接近焊芯沸点，约2800℃；熔滴平均温度在1800~2400℃范围。熔滴金属过热度很大，达300~900℃。2熔滴与气体和熔渣的接触面积大：熔滴的比表面积大3各相之间的反应时间短：熔滴在焊条末端停留时间为0.01~0.1s。熔滴向熔池过渡速度高达2.5~10m/s，经过弧柱区时间很短。在这个区各相接触的平均时间约为0.01~1.0s。熔滴阶段的反应主要是在焊条末端进行。4熔滴与熔渣发生强烈的混合：混合作用不仅增加了相接触面积，而且有利于反应物和产物进入和退出反应表面，加快反应速度。2.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86页91）熔池反应区的物理条件

●与熔滴相比，熔池的平均温度较低，约为1600~1900℃；比表面积较小，约为3~130cm2/kg；反应时间稍长些，如手工电弧焊时通常为3~8s，埋弧焊时为6~25s。●熔池温度分布极不均匀，因此在熔池的前部和后部反应可以同时向相反的方向进行。（熔池的突出特点）3.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86页102）熔池反应区的化学条件▲

熔池阶段系统中反应物的浓度与平衡浓度之差比熔滴阶段小，熔池中的反应速度比熔滴中要小。新熔化的母材、焊芯和药皮不断进入熔池前部，凝固的金属和熔渣不断从熔池后部退出反应区。熔池反应区的反应物质是不断更新的。▲

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。因为Kb大时有一部分熔渣直接流入熔池，而不与熔滴发生作用。▲临界药皮厚度h0，在h0以外的药皮所形成的熔渣不与熔滴接触，只与熔池发生作用。增加药皮厚度能够加强熔池阶段的反应。h0取决于药皮的成分和焊接工艺参数。3.熔池反应阶段第10页/共86页11三、焊接参数与焊接化学冶金反应关系1.影响熔合比焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。熔合比取决于焊接方法、规范、接头形式和板厚、坡口角度和形式、母材性质、焊接材料种类以及焊条(焊丝)倾角等因素。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。

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86页122.影响冶金反应的条件焊接参数与熔滴的过渡特性有很大关系。熔滴阶段的反应时间(熔滴存在的时间)随焊接电流的增加而变短，随电弧电压的增加而变长。因此，可以断定反应进行的完全程度将随电流的增加而减小，随电弧电压的增加而增大。

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86页13

焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统。由物理化学可知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质的迁移过程。焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性，在系统中的局部可能出现某个反应的短暂平衡状态。焊缝金属的最终成分与熔池凝固温度下的平衡成分相差较远，各种反应距离平衡的远近程度不同。系统的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，但是可作定性分析。四、焊接化学冶金系统的不平衡性第13页/共86页14焊接区内，气体主要来源于焊接材料通过系列物化反应产生的焊条药皮、焊剂，药芯中的造气剂、高价氧化物和水分气电焊时，采用的保护气体及杂质热源周围的空气焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水高温下金属和熔渣蒸发产生的气体保护气造气剂油锈水3.2气相对焊缝金属的作用一、气体的来源和组成第14页/共86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、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86页16有机物的分解和燃烧热氧化分解反应：造气剂、涂料增塑剂淀粉、纤维素、糊精、藻酸盐等有机物↓受热分解和燃烧反应2.3.2气体的产生实际色谱分析证明气态产物主要是CO2，还有少量的CO、H2、烃和水气220～250oC开始分解含有机物的焊条，烘干温度控制在150oC，不应超过200oC第16页/共86页172.3.2气体的产生有机物的分解和燃烧Tips：酸性焊条烘干条件：250oC，1h

纤维素型（30%有机物）烘干条件：100oC碱性焊条烘干条件：350～400oC，1h第17页/共86页18碳酸盐和高价氧化物的分解2.3.2气体的产生CaCO3MgCO3BaCO3CaMg(CO3)2Fe2O3MnO2第18页/共86页192.3.2气体的产生材料的蒸发焊接材料中的水分金属元素熔渣的各种成分焊接时的蒸发现象不仅使气相成分复杂化，而且造成元素的损失，甚至产生焊接缺陷，增加焊接烟尘，污染环境第19页/共86页20二、氮对金属的作用来源：焊接区周围的空气与金属的作用不与氮发生作用的金属—不溶解氮、不形成氮化物Cu、Ni氮保护气与氮发生作用的金属—既溶解氮又能形成稳定氮化物Fe、Ti防止焊缝金属氮化是焊接这类合金的重要环节第20页/共86页211.氮在金属中的溶解1）以原子形式溶入运动→吸附→分解→穿越→扩散纯化学溶解，不受电场影响氮在铁中的溶解度与温度的关系T(oC)[N](cm3/1oog)第21页/共86页221.氮在金属中的溶解2）以NO的形式溶入当气相中同时存在氮和氧时，在电弧高温作用下，将发生如下反应在NO与温度较低的熔滴和熔池金属相遇时，将分解出原子氮与氧，很快溶于金属中。3)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86页232.氮对焊接质量的影响1）促使产生气孔（保护不良：引弧、熄弧弧坑）液态金属高温时溶解大量氮，凝固时溶解度下降过饱和的氮以气泡形式逸出焊缝金属结晶速度>气泡逸出速度→形成气泡氮在铁中的溶解度与温度的关系T(oC)[N](cm3/1oog)第23页/共86页242.氮对焊接质量的影响2）降低焊缝金属的力学性能冷却速度大一部分氮以过饱和形式存在于固溶体中一部分以针状氮化物Fe4N的形式析出强度、硬度升高塑性和韧性，特别是低温韧性急剧下降

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86页252.氮对焊接质量的影响3）促使焊缝金属时效脆化概念：指金属和合金(如低合金钢)从高温快冷或经过一定程度冷加工变形后，其性能随时间改变的现象。

焊缝中的氮处于过饱和的不稳定态随时间延长，过饱和的N析出形成Fe4N→强度↑，塑性↓，韧性↓焊缝金属中，Ti、Al、Zr可以抑制或消除时效现象例如：15MnVNV：V改变氮化物的形态，使之弥散点状分布N：微量，起到强化作用第25页/共86页263.控制N的措施1）加强保护N一旦进入液态金属脱氮比较困难主要措施→加强保护、防止空气与金属作用2）合理选择焊接工艺参数采用短弧焊增加焊接电流直流正接好于交流，好于直流反接增加焊丝直径N%，多层焊>单层焊N%，小直径焊条>大直径焊条-+直流正接（直流负极性）第26页/共86页273）控制焊条（焊丝）的化学成分增加含碳量可降低焊缝含氮量C降低了N在Fe中的溶解度CO、CO2降低了气相中氮的分压C氧化引起熔池沸腾，利于N2

逸出Ti、Al、Zr和RE与N有较大亲和力，可形成稳定氮化物，且不溶于液态钢与O有较大亲和力，减少气相中NO的含量3.控制N的措施第27页/共86页28不形成稳定氢化物的金属Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo但是氢能够溶于这类金属及其合金中三、氢对金属的作用☆来源：焊条药皮和焊剂中的有机物、结晶水或吸附水

焊丝与母材表面的油污、铁锈

电弧周围空气中的水蒸气根据氢与金属的作用能形成稳定氢化物的金属Zr、Ti、V、Ta、Nb固态下吸收大量氢应用广泛重点讨论第28页/共86页291.氢在金属中的溶解H的溶解过程→与焊接方法相关气体保护焊：气/液金属界面，H2，H，H+电渣焊、电渣熔炼：渣/液金属界面(先溶于熔渣，以OHˉ的形式存在)手工电弧焊、埋弧焊：两者兼而有之氢从熔渣中向金属中过渡()表示在熔渣中[]表示在金属中H可以进入液相OHˉ不溶于液态金属第29页/共86页302.氢在金属中的扩散焊缝（固态金属）中氢的存在形式以H、H+、Hˉ形式存在，形成间隙固溶体可以在金属晶格中自由扩散的氢—扩散氢：80-90%聚集在杂质、微裂纹、晶格缺陷的氢—残余氢焊后随着放置时间增加：扩散氢减少残余氢增加总氢量下降[H](cm3/1oog)T(oC)总氢量扩散氢残余氢第30页/共86页313.氢对焊接质量的影响熔焊时，进入焊缝和热影响区中的氢将对接头产生危害。1、氢气孔2、氢白点3、氢脆4、氢致裂纹焊缝中形成焊缝和热影响区中形成第31页/共86页323.氢对焊接质量的影响1）氢脆焊缝和热影响区中有氢存在时，将会降低其塑性，产生氢脆焊接接头不同部位的氢脆敏感性与组织种类有关奥氏体＜纯铁素体＜铁素体＋珠光体＜低碳马氏体＜贝氏体＜索氏体＜托氏体＜高碳马氏体降低熔敷金属的碳含量母材含碳量过高时，需减少母材金属的稀释率机理：在拉伸和弯曲过程中金属的位错发生运动和堆积，溶解在晶格中的原子氢沿位错方向扩散和聚集，在显微空腔中结合为分子氢。这个过程的发展使空腔内产生很高的压力，从而导致金属变脆。

第32页/共86页332.5.2氢对焊接质量的影响2）氢白点氢白点：碳钢和低合金钢焊缝金属中含氢量较多时，在拉伸或弯曲的试件断面上，出现光亮圆形的局部脆性断裂点直径0.5～3mm，白点周围为韧性断口多数情况，白点中心有气孔或夹杂物实质：拉伸或弯曲的塑性变形过程中，在焊缝金属中局部产生的氢脆现象。第33页/共86页343.氢对焊接质量的影响3）氢气孔形成原因：熔池液态金属中溶解较多的氢冷却凝固后，氢在固液相中溶解度突变T(oC)[H](cm3/1oog)第34页/共86页353.氢对焊接质量的影响V金属结晶长大>V气泡逸出多余的氢将在液固界面处形成气泡固液相中溶解度差别越大，越易形成氢气孔平衡态：氢气孔敏感性Al>Fe>Ni非平衡态：凝固前后溶解度差别更大第35页/共86页363.氢对焊接质量的影响4）产生冷裂纹危害严重主要因素：钢种的淬硬倾向焊接接头含氢量及其分布接头所承受的拘束应力状态后续课程中重点研究第36页/共86页374.控制氢的措施1）限制焊接材料中H的来源烘干少用或不用含结晶水的原料制造焊条注意防潮2）焊前严格清除油锈第37页/共86页384.控制氢的措施3）冶金处理（设法使氢转化为不溶于金属的、稳定的氢化物，OH与HF）氟化物有去氢的作用，如CaF2，产物有毒提高氧化势:CO2+H=CO+OH

低氢型焊条、CO2焊微量稀土元素，进一步去氢：碲、钇第38页/共86页394.控制氢的措施4）控制焊接参数Ｉ↑→［Ｈ］↑〈温度高〉Ｕ↑→［Ｈ］↓电流种类和极性（直流反接比较好）5）脱氢处理焊后将焊件加热到一定的温度促使氢扩散外逸焊件加热到350oC,保温1h第39页/共86页40四、氧对金属的作用☆根据氧与金属的作用不溶解氧，但焊接时发生激烈氧化的金属Mg、Al等能有限溶解氧，同时焊接过程中也发生氧化的金属Fe、Ni、Cu、Ti等生成的金属氧化物能溶解于相应的金属中主要研究FeO第40页/共86页411.氧在金属中的溶解氧以原子氧和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铁冷却过程中，氧的溶解度急剧下降液态铁中氧的溶解度与温度的关系焊缝金属中所含的氧氧化物（FeO、SiO2、MnO）硅酸盐夹杂第41页/共86页422.氧对焊接质量的影响氧在焊缝中无论以何种形式存在，对焊缝性能都有很大的影响。随氧含量提高：焊缝强度、塑性、韧性都明显下降尤其是低温冲击韧度急剧下降热脆：在某一温度出现脆硬相，350～400oC冷脆：析出相硬，形态不好时效硬化：析出相使基体强化CO在熔池凝固时来不及逸出，形成气孔烧损有益合金元素影响焊接过程稳定性第42页/共86页432.氧对焊接质量的影响必须指出，焊接材料具有氧化性并不是在所有情况下都是有害的为了减少焊缝含氢量，改进电弧的特性，获得必要的熔渣物理化学性能，在焊接材料中有时要故意加入一定量的氧化剂第43页/共86页443.控制氧的措施鉴于氧的有害作用，必须控制焊缝的氧含量纯化焊接材料选用不含氧或含氧少的焊接材料例如，采用高纯度的惰性气体作为保护气体，采用低氧、无氧焊条、焊剂，乃至真空室中焊接控制焊接工艺参数——很有限电弧电压U↑，空气侵入电弧，焊缝含氧增加采用短弧焊脱氧冶金方法脱氧——最有效第44页/共86页452.3熔渣及其对金属的作用熔渣是指焊接过程中焊条药皮或焊剂熔化后，在熔池中参与化学反应而形成覆盖于熔池表面的熔融状非金属物质。它是焊接冶金反应的主要参与物之一，起着十分重要的作用。熔渣在焊接区形成独立的相。熔渣在焊接过程中能够起到机械保护焊缝金属免受空气影响作用，能够改善焊接工艺性能，调整和控制焊缝金属的成分和性能。第45页/共86页46一、熔渣的作用、成分和分类1．熔渣在焊接过程中的作用(1)机械保护作用焊接时形成的熔渣覆盖在熔池的表面上，使液态金属与空气隔离，阻止空气中的氧与氮进入，防止处于高温的熔池金属受到空气的有害作用。(2)改善焊接工艺性能的作用良好的焊接工艺性能是保证焊接化学冶金过程顺利进行的前提。在焊条药皮中加入适当的物质(如K2CO3)，可使电弧引燃容易、燃烧稳定、飞溅减小，保证良好的操作性、脱渣性、焊缝成形等。(3)冶金处理作用熔渣和液态金属能够发生一系列的物理化学反应，对焊缝金属的成分有很大的影响。例如，在一定的条件下熔渣可以去除焊缝中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷、去氢等，还可向焊缝金属过渡有益的元素。总之，控制熔渣的成分与性能，可以在很大范围内调整和控制焊缝的成分与力学性能。为了使熔渣具备上述作用，必须使熔渣具有合适的物理性能(如熔点、粘度、密度等)和冶金能力，而这些又取决于它的成分与结构。第46页/共86页472.熔渣的成分第一类：盐型熔渣金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物氧化性很小第二类：盐-氧化物型熔渣氟化物和强金属氧化物氧化性较小第三类：氧化物型熔渣金属氧化物氧化性较强焊接铝、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86页48熔渣的碱度熔渣中的氧化物按性质分为三类酸性氧化物SiO2、TiO2、P2O5碱性氧化物K2O、Na2O、CaO、MgO、BaO、MnO、FeO中性氧化物Al2O3、Fe2O3、Cr2O3R2O、RO—碱性氧化物摩尔分数RO2—酸性氧化物分数没有考虑氧化物的酸碱性强弱程度不同也没有考虑碱性氧化物和酸性氧化物形成中性复合物的情况2.熔渣的分类B>1→碱性渣B=1→中性渣B<1→酸性渣第48页/共86页49二、熔渣的结构理论熔渣的物理化学性质及其与金属的作用与熔渣的内部结构有密切的关系。分子理论：以对凝固后的熔渣进行相分析和化学分析结果为依据(1)熔渣是由自由氧化物及其复合物的分子组成的SiO2，TiO2，CaO，MgO，FeO等；复合物有：硅酸盐(如FeO·SiO2、MgO·SiO2、CaO·SiO2、(CaO)2·SiO2等)，钛酸盐(如FeO·TiO2、MnO·TiO2等)，铝酸盐等(2)氧化物及其复合物处于平衡状态(3)只有自由氧化物才能参与和金属的反应第49页/共86页50二、熔渣的结构理论离子理论：在研究熔渣电化学性质的基础上提出，熔渣由正负离子组成的中性溶液(1)熔渣是由简单和复杂的离子组成的溶液(2)熔渣与金属之间反应是离子与原子交换电荷的过程，如结果是硅进入液态焊缝金属，铁变成离子进入熔渣。第50页/共86页51三、熔渣的性质1.碱度：表征熔渣碱性强弱的量(1)氧化物的分类焊接熔渣中的氧化物按其性质可以分为如下三类：第一类是酸性氧化物，按照它们的酸性由强至弱的顺序有SiO2、TiO2、P2O5、V2O5等。第二类是碱性氧化物，按照碱性强弱的顺序有K2O、Na2O、CaO、MnO、FeO等。第三类是中性氧化物，主要有Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等。这些氧化物在不同的熔渣中可以呈酸性，也可以呈碱性。例如，Al2O3在强碱性熔渣中呈弱酸性，而在强酸性熔渣中呈弱碱性。第51页/共86页521.熔渣的碱度(2)熔渣的碱度计算分子理论式中各种氧化物均以质量分数计算。B3>1.5为碱性熔渣；B3<1为酸性熔渣；B1=1～1.5为中性熔渣离子理论式中Mi——渣中第i种氧化物物质的量(mol)；

ai——渣中第i种氧化物的碱度系数，见表3-13。第52页/共86页53三、熔渣的性质1.碱度分子理论离子理论液态熔渣中自由氧离子的浓度（氧离子的活度）粘度液态金属层与层之间的摩擦系数熔渣的保护效果、焊接工艺性能和化学冶金取决于熔渣成分和温度，实质上取决于熔渣的结构结构越复杂，阴离子尺寸越大，熔渣质点移动越困难，粘度越大第53页/共86页542.4.4熔渣的性质表面张力气相与熔渣之间的界面张力影响熔滴过渡、焊缝成形、脱渣性以及许多冶金反应熔点影响焊接工艺性能和质量的重要因素需与焊丝和母材的熔点相匹配导电性熔渣在液态时导电第54页/共86页552.5气体对金属的作用★焊接区内的气体是由CO2、H2O、N2、H2、O2、金属和熔渣的蒸气以及它们分解和电离的产物组成的混合物对焊接质量影响最大的是N2、H2、O2、CO2、H2O2.5.1

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86页562.5.3氧化还原反应金属氧化还原方向的判据(物理化学)金属氧化氧化性气体对金属的氧化活性熔渣扩散氧化置换氧化铁锈、氧化皮脱氧分阶段脱氧Mn、Si脱氧氧化方式第56页/共86页57焊接时金属的氧化是在各个反应区通过氧化性气体（O2、CO2、H2O）与活性熔渣与金属相互作用实现的金属氧化还原方向判据(不要求)金属金属氧化物氧化性气体2.5.3氧化还原反应系统第57页/共86页582.5.3氧化还原反应P1：金属氧化物分解压P2：金属-氧-金属氧化物氧化物系统中央的实际分压P1>P2金属被氧化P1=P2处于平衡态P1<P2金属被还原在焊接温度下FeO的分解压是很小的，气相中只有要微量的氧，即可使铁氧化第58页/共86页592.5.3氧化还原反应金属氧化：氧化性气体自由氧：空气中少量侵入高价氧化物CO2H2O混合性气体第59页/共86页602.5.3氧化还原反应金属氧化：活性熔渣A.扩散氧化FeO既溶于渣又溶于液态钢，一定温度下平衡温度升高，L减小→高温时FeO向液态钢中分配扩散氧化主要是熔滴阶段和熔池高温区进行焊接温度下L>1第60页/共86页612.5.3氧化还原反应金属氧化：活性熔渣A.扩散氧化同样温度下，FeO在碱性渣中比酸性渣中更容易向金属中分配在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多碱性渣含SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO活度大，易向金属中扩散，使焊缝增氧☆碱性焊条对铁锈和氧化皮敏感性大的原因第61页/共86页622.5.3氧化还原反应金属氧化：活性熔渣A.扩散氧化但是，不能认为碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条高碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低碱性焊条药皮的氧化势小的缘故第62页/共86页632.5.3氧化还原反应金属氧化：活性熔渣B.置换氧化熔渣中含有较多的易分解的氧化物，则可能与液态铁发生置换反应，使铁氧化，而另一元素还原反应结果：焊缝增加硅和锰，同时使铁氧化，生成的FeO大部分进入熔渣；小部分金属液态钢，使焊缝增氧第63页/共86页642.5.3氧化还原反应先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脱氧第64页/共86页652.5.3氧化还原反应金属氧化—脱氧A.分阶段脱氧①先期脱氧（药皮反应阶段）脱氧过程和脱氧产物与熔滴不发生直接关系Si、MnAl、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86页662.5.3氧化还原反应金属氧化—脱氧A.分阶段脱氧②沉淀脱氧熔池反应阶段锰脱氧硅脱氧硅锰联合脱氧增加金属中锰含量，减少渣中MnO，可以提高脱氧效果在碱性渣中MnO的活度系数较大，不利于锰脱氧一般酸性焊条用锰铁作为脱氧剂，而碱性焊条不单独用锰铁作脱氧剂第66页/共86页672.5.3氧化还原反应金属氧化—脱氧A.分阶段脱氧②沉淀脱氧熔池反应阶段锰脱氧硅脱氧硅锰联合脱氧提高熔渣的碱度和金属中的含硅量，可以提高硅的脱氧效果硅的脱氧能力比锰大，但生成的SiO2熔点高，不易聚合为大的质点SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢中分离，易造成夹杂第67页/共86页682.5.3氧化还原反应金属氧化—脱氧A.分阶段脱氧②沉淀脱氧熔池反应阶段锰脱氧硅脱氧硅锰联合脱氧锰和硅按适当比例加入金属中进行联合脱氧时可以得到较好的脱氧效果优点：脱氧产物MnO·SiO2熔点低，比重小，易聚成球，浮到渣中去，减少焊缝夹杂物[Mn]/[Si]=3～7时效果最佳第68页/共86页692.5.3氧化还原反应金属氧化—脱氧A.分阶段脱氧③扩散脱氧（熔池后部）液态金属与熔渣界面上进行关键是降低渣中的FeO的活度温度下降时FeO的分配系数L增大，则：酸性渣中FeO活度小，利于脱氧碱性渣中FeO活度大，扩散脱氧能力比酸性差在熔池后部的低温区进行扩散脱氧优点：不因脱氧造成夹杂焊接条件下，冷速大，扩散时间短，氧的扩散又慢，扩散脱氧是不充分的第69页/共86页702.6脱硫&脱磷2.6.1

硫的危害2.6.2磷的危害2.6.3脱硫措施

2.6.4脱磷措施

第70页/共86页712.6.1硫的危害高温时：FeS与液态铁可以无限互溶室温下：FeS在固态铁中的溶解度非常低熔池凝固时发生偏析低熔点共晶Fe+FeS、Fe+FeO呈片状或链状分布于晶界增加了焊缝金属产生结晶裂纹的倾向，同时降低冲击韧性和抗腐蚀性当硫以FeS形式存在时危害性最大第71页/共86页722.6.1硫的危害焊接合金钢，尤其是高镍合金钢时，S的危害更大NiS，与Ni形成熔点更低的共晶产生结晶裂纹的倾向更大钢中含碳量增加时会促进S的偏析，增加危害第72页/共86页732.6.2磷的危害液态钢中可以溶解较多的磷，主要以Fe2P、Fe3P的形式存在磷在固态