焊接8液态金属与熔渣的相互作用.ppt

1、第八章液体金属与熔渣的相互作用，第一节渣的作用与第二节渣结构及碱度形成第三节渣的物理性质第四节活性熔渣对金属的氧化，第一节渣的作用与形成，焊接过程或合金熔炼过程，与液体金属接触，引起化学冶金反应，除气体介质外，还有在高温下熔化的液体熔渣。了解熔渣的特性对控制焊接、铸造过程中的化学冶金反应至关重要。一、熔渣的作用2、熔渣的分类和来源3、铸造熔炼过程中的熔渣、1、熔渣的作用、药皮焊条电弧焊过程图等。1.机械保护作用2。冶金处理作用3。改善成型工艺性能作用，药皮焊条电弧焊过程，埋设电弧焊过程示意图，1。机械保护作用，熔渣的比重一般比液态金属轻，在高温下浮在液态金属表面，与空气隔离，避免液态金属中合金

2、元素氧化，熔渣凝固形成的渣壳复盖在焊接上，可以继续保护高温下的焊接金属免受空气的有害作用。2 .冶金处理作用，熔体和液态金属之间可能发生一系列物化反应，对金属和合金成分有很大影响。适当的熔渣成分能从金属中去除有害杂质，如脱酸、脱硫、脱磷、除氢。熔渣还可以起到吸附或溶解液态金属非金属杂物的作用。在焊接过程中，可以通过熔渣将合金转换为焊接。3 .对焊接工艺性能的影响很重要，包括提高整形工艺性能、配置合适的熔体(或焊条药皮)、熔化电弧点火、稳定燃烧、减少飞溅、提高斜杠性能和焊肉整形。电炉熔炼，熔渣具有稳定的电弧燃烧作用。用熔渣保护铸件可以减少铸件和铸件之间的粘合，提高铸件的表面质量，降低内部应力。熔

3、渣也有不利的作用，例如强氧化性熔渣可以使液态金属变成氧气，侵蚀炉衬。密度大或熔点太高的熔体留在金属上，容易形成碎屑。2，焊接熔渣的分类和来源，(1)焊接熔渣的类型，(2)焊接熔渣的来源，(1)焊接熔渣的类型，根据熔渣的组成分类：盐渣盐渣盐氧化渣，盐渣示例：CaF2 NaF，CaF、盐氧化物熔渣，主要由氟化物和金属氧化物组成。例如：caf 2 Cao al 2o 3 caf 2 Cao SiO 2 caf 2 MGO al2o 3 SiO 2等熔渣具有较小的氧化性，主要用于重要的低合金高强度钢、合金钢和合金焊接。氧化物型熔渣，这种熔渣含有较多的约碱金属氧化物，是应用最广泛的尾矿系统，如MnO S

4、iO2，FeO MnO SiO2，CaO Ti02 SiO2等。这种熔渣一般具有较强的氧化性，用于低碳钢、低合金高强度钢的焊接。(2)熔渣的来源和构成，1，药皮焊条电弧焊时熔渣和药皮2，埋弧焊中熔渣和药皮2，电渣电弧焊，电熔渣和药皮，1，药皮焊条电弧焊时熔渣和药皮焊接过程中熔渣熔化，形成独立的熔渣，复盖水滴和熔池表面。表8-1药皮焊条电弧焊熔渣的化学成分实例，低氢焊条也称为碱性焊条，主要特点是不含有空气生成功能的有机物，含有大量的碳酸盐和一定量的CaF2。碳酸盐在加热分解过程中形成熔渣(CaO或MgO)并释放CO2气体。除了碎屑作用外，CaF还可以降低液态金属的氢含量。除了低氢焊条以外，酸性焊

5、条是以硅酸盐为主还是以钛盐为主，一般不含CaF2，含有少量的碳酸盐和有机物。2，在埋弧焊过程中，在埋弧焊过程中，在熔渣和焊剂、埋弧焊电弧焊和电渣焊接过程中，在焊接坡口上方堆积的焊剂被加热形成熔渣，复盖在焊接电弧和熔池上，保护和冶金处理熔金属。焊剂与熔接线(或熔接台)一起使用，其作用类似于焊条的熔接芯，而焊剂的作用类似于焊条的药皮。焊剂和焊工的合理匹配是决定焊接金属化学成分和力学性能的重要因素。冶炼通量由一些氧化物和氟化物成分组成。非冶炼焊剂(烧结焊剂、粘合焊剂)很容易实现焊接金属的合金化。3、铸造熔炼过程中熔渣、钢熔渣的主要成分有SiO2、CaO、Al2O3、FeO、MgO、MnO等氧化物和少

6、量CaF2，其来源是生铁或废钢原料中包含的各种合金元素，在熔炼过程中氧化形成的氧化物。原材料带来的泥浆或铁锈，如用作氧化剂或冷却剂的矿石和烧结；添加石灰、石灰石、萤火虫、铝土矿网站、粘土砖等矿渣材料；侵蚀的内衬耐火材料；脱氧脱硫产物。有色金属熔化中的熔融残渣主要来自溶剂，冶炼中用于气体去除、脱酸或杂物的溶剂种类多种多样。例如：在铝合金精制过程中，以NaCl、KCl为主的各种氯盐混合成低熔点的溶剂。铜合金精炼的常用溶剂有木炭、玻璃(Na2OCaO6SiO2)、苏打(Na2CO3)、石灰(CaO)、硼砂(Na2B4O7)等。钢冶炼时的熔渣成分也与具体的冶炼方法有关。第二节渣结构和碱度，1，熔渣结构

7、的分子理论2，熔渣的离子理论3，熔渣的碱度，1，熔渣结构的分子理论，(1)液体熔渣与自由状态化合物(包括氧化物、氟化物、硫化物的分子等)复合状态化合物()(3)只有渣中的自由氧化物才能起液体金属和其中的元素作用。例如，(FeO) C=Fe CO，硅酸(FeO)2SiO2的FeO不能参与上述反应。2，认为熔渣的离子理论，(1)液体熔渣是由正离子和负离子组成的传记中性溶液。(2)熔渣中离子的分布、收集和相互作用取决于它的综合力矩(离子电荷/离子半径)。离子的合成力矩越大，静电场越强，与二胡离子的重力就越大。(3)液体熔融残渣和金属相互作用的过程是原子和离子交换电荷的过程。例如：Si4 2 Fe=2

8、 Fe2 Si，阳离子中Si4的综合力矩最大，阴离子中O2-的综合力矩最大小，因此容易结合成复杂的硅氧阴离子SiO44-。表8-3正负离子的综合力矩，3，熔渣的碱度，熔渣的氧化能力，粘度等都对熔渣的碱度和紧密相关，碱度对液态金属的脱硫、脱磷效果也有重要影响。(a)渣碱度的分子理论；(b)渣碱度的离子理论；(a)渣碱度的分子理论；分子理论表明，渣碱度是渣中碱性氧化物和酸性氧化物浓度的比率。碱性氧化物：K2O、Na2O、CaO、MgO、MnO、FeO等；酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等。考虑到氧化性强和弱的差异，碱度表达式为0.018 Cao 0.015 MgO 0.006 caf 2

9、0.014(K2O Na2O)0.007(MnO FeO)B1=0.017 SiO 2 0.005(al2o 3 to，(b)残渣中游离氧离子的浓度越高，碱度越大。计算公式是Mi在残渣中第一个氧化物的摩尔分数，ai是氧化物的碱度系数。B20是碱性残渣，B20是酸性残渣，B2=0是中性残渣。表8-4残渣中常见的氧化物的ai值，碱性残渣的ai为正数。这是因为碱性氧化物在液体残渣中生成O2(例如，CaO=Ca2 O2，酸性氧化物消耗残渣中O2: SIO2O2=SIO44)。因此，这是因为碱性残渣中O2多，碱性高。酸性残渣中O2少，碱度低。O2越多，表示氧化性越强吗？第三节渣相物理性质，1，熔渣的凝固

10、温度和密度2，熔渣的粘度3，熔渣的表面张力和介面张力，1，熔渣的凝固温度和密度，熔渣是多元体系，其液-固转换在一定的温度区间内完成。一般来说，构成熔渣的各要素组的独立相具有较高的熔点，以一定的比例构成复合渣时，凝固温度大大降低。在金属熔炼或熔焊中，熔渣的熔点比熔(或母材)金属略低。熔点过高或过低可能会影响液态金属的保护效果和焊肉的形成。密度是熔渣的基本特性之一，影响熔渣和液态金属之间的相对位置和相对运动速度。密度高的熔融残渣停留在金属内部，容易形成杂物。选择焊接材料时，首先要确保形成的熔渣具有适当的凝固温度范围和低密度。表8-5几个茄子常见化合物的熔点和密度，第二，熔渣的粘度，熔渣的粘度是比较

11、重要的性能，即使太大太小也没有理想。粘度过高的熔渣会降低金属和熔渣之间的冶金反应速度。粘度太小的熔渣容易丢失，影响熔池(或焊接)牙齿整体位置焊接时的整形和保护效果。熔渣的粘度与其成分和结构有关。一般来说，液体熔渣的粘度随着温度的下降而上升，这是因为温度下降时熔渣中离子(或粒子)的聚合度提高，粘度提高。在药皮焊条电弧焊时，根据熔体粘度随温度变化的速度，将熔渣分为“长渣”和“短渣”。随着温度的升高，粘度急剧下降的残渣称为短残渣，随着温度的升高，粘度缓慢下降的残渣称为长残渣。短尾渣在焊接凝固后快速凝固，整个位置焊形成型，长尾渣只能用于平焊位置焊接。炉渣的粘度与组成和结构有关。SiO2多渣结构复杂，S

12、i-O负离子聚合度大，离子尺寸，粘度大。温度上升时，复杂的Si-O离子逐渐形成破坏、小Si-O负离子、粘度慢慢下降，因此含有大量SiO2的酸性残渣是很长的残渣。碱性残渣中的离子尺寸，粘度低，温度高，离子浓度高，粘度迅速下降，因此碱性残渣是短暂的残渣。具有大量SiO2的熔体Si-O负离子聚合程度大，复杂负离子的尺寸大小大，粘度大。减少酸性残渣中的SiO2，增加TiO2，增加碱性氧化物的含量，可以减少复杂的Si-O负离子，降低粘度，使残渣成为短渣。在残渣中加入CaF2可以起到很好的稀释作用。碱性残渣中CaF2能促进CaO的熔化，降低粘度。酸性尾矿中CaF2的F-能量破坏Si-O键，聚合离子尺寸减少

13、，粘度减少。因此，在焊接渣和炼钢渣中经常使用CaF2作为稀释剂。3、熔渣的表面张力及介面张力、熔渣的表面张力及熔渣与液态金属之间的介面张力，对冶金过程动力学及液态金属的熔渣等杂质排放有重要影响。还影响熔渣对液态金属的复盖性能，从而影响隔离保护效果和焊肉成型。化学键和表面张力渣与液态金属之间的界面张力、表面张力影响因素、温度t、化学键和表面张力、原子间键能、碱性氧化物(例如MgO、CaO、Al2O3、MnO、FeO等)通常是离子键化合物，表面张力大酸性氧化物(例如sgo、CaO、al2o 3、MnO、FeO)碱度高的残渣表面张力大小大。碱性残渣中加入酸性氧化物TiO2、SiO2、B2O3等，可以

14、减少碱性残渣的表面张力。CaF2在降低矿渣表面张力中起着重要作用。、熔渣和液态金属之间的介面张力、介面张力小时，熔渣对金属的保护效果更好。相反，熔渣有助于从液态金属中分离。酸性残渣和液态金属之间的介面张力小，液态金属的润湿性好，熔渣容易在钢表面展开，钢液的保护效果好。形成杂物的倾向比较小。碱性焊条焊接时，复盖水滴表面的熔渣表面张力大，水滴容易变粗，飞溅多。酸性焊条焊接时，转换后的水滴颗粒小，弹跳少，焊接鳞片密，外观好。第四节活性熔渣对金属的氧化，1，熔渣的氧化性2，扩散氧化3，更换氧化，1，熔渣的氧化性，高温下复盖液态金属表面的熔渣，液体金属的保护作用和化学冶金反应过程的顺利进行的作用，包括氧

15、化性强的熔渣对液体金属污染的副作用熔渣的氧化(或还原)氧化性较强的熔渣也称为活性熔渣。熔渣的氧化性和FeO的活动、熔渣的氧化性通过普通渣中最不稳定的氧化物FeO量的高低及其氧化物在熔渣中的活性来测定。熔渣不是理想溶液，所以渣中氧化铁的含量不是参与氧化反应时的有效浓度，氧化反应在熔渣中的实际活动也与FeO有关。图8-4多元渣系中，FeO的等活性曲线(1600)对特定FeO含量的熔渣，在熔渣中碱性氧化物和酸性氧化物的含量比(即熔渣碱度)牙齿2时，相应的熔渣氧化性最强。在碱性残渣中，FeO的活动系数大于酸性残渣，熔渣的氧化性与温度的关系，了解熔渣成分时，根据图8-4，揭示了1600以下熔渣中FeO的活性FeO，然后在牙齿温度下，由熔渣和液态金属组成的系统达到平衡时，液态金属的氧含量可以估计如下。% O=% O % O max是温度相关常数，如果T=1600，则% O max=0.23。温度越高，熔渣的氧化性就越高。2，扩散氧化，熔渣中的FeO溶于残渣，溶于液态钢，在一定温度下，两个阶段的平衡浓度符合分配规律。温度升高时，L值降低。也就是说，在高温下，FeO更容易分配给金属。焊接中的扩散氧化，焊接时残渣中的FeO对金属的扩散氧化主要在熔化阶段和熔池前的高温下转化为液态金属。随着熔池尾部温度的下降，液态金属过度饱和的氧