第2章焊接化学冶金汇总

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双原子气体被金属表面吸附并分解成单原子，原子穿过表面溶入金属内部溶解。
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（2）氮在金属中的溶解
• P52图2-7氢、氮在铁中的溶解度与温度的关系。
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（3）氢在金属中的溶解
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氢的来源
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（1）氢的溶解度及影响因素
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1）氢在铁中的溶解度与温度的关系
• P52图2-7氢在金属中的溶解度与温度的关系。
• 2）合金元素对氢在铁中溶解度的影响
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( 3）作用时间短。
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( 4）液体金属与熔渣发生强烈的混合。
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熔滴反应区是焊接冶金反应最为激烈的部位，对焊缝的成分影响最大。
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3、熔池反应区的特点
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熔池反应区：熔滴+熔渣+熔化的母材
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(1）熔池反应区速度比熔滴区低，且对整个化学冶金过程的贡献也比较小。
• (2)反应不同步， 熔池的温度分布极不均匀，前部温度高，发生母材金属熔化、气体吸收和氧 化反应，后部温度低发生金属凝固、气体逸出和脱氧反应。
• （3）并受到传热、传质和动量的影响。
• 难以判断反应方向、速度和限度。
• 2、焊接化学冶金系统是不平衡的反应系统
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（1）温度分布不均匀。
• （2）冷却快，反应时间短。
• （3）并受到传热、传质和动量的影响。
• 2.2焊接区内气体与金属的作用
• 2.2.1焊接区的气体
• 1、气体的种类和来源
• （1）N2、O2、H2O、CO、CO2、H2、HF和金属、熔渣蒸气。
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［Fe］ + O = FeO + 515.76kJ/mol
• ［Mn］ + O = Mn O + Q
• （3）水对对金属的氧化
• ［Fe］ + H2O = FeO + H2
• (4)混合气体对金属的作用
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除惰性气体外，其他混合气体都含氧，都有氧化性。
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在焊接过程中，熔滴阶段反应最强烈，熔滴阶段的反应时间（熔滴存在的时间）随着电弧
• （3）发生搅拌作用，在电弧吹力和气流、温度不同物质密度不同、表面张力变化共同作用 下发生搅拌，有利于气体逸出、夹杂物的浮出和焊缝的均匀化。
• 2.1.3焊接化学冶金系统的不平衡
• 1、焊接化学冶金系统是多相的反应系统
• 焊接方法不同，组成系统的相也不同。
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（1）反应温度高；
• （2）参与反应的相数多、在界面上多相参与反应。
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提高氢在铁中溶解度的元素：Ti、Zr、Nb；
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降低氢在铁中溶解度的元素：Si、C、Al；
• （2）氢在焊缝中的扩散
• 因为冷却快只有部分氢在熔池凝固时逸出，其余的氢以原子和正离子在焊缝中形成间隙固溶 体，因原子半径很小，在焊缝金属中 自由扩散，所以称之为“扩散氢”。小部分氢扩散到金
属晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂边缘空隙处，结合为分子，不能自由扩散，称之为“残 余氢”。
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（1）水分蒸发
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（2）某些物质分解
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（3）铁合金氧化
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一方面有机械保护作用；另一方面对焊条药皮终的合金元素有很大的氧化作用。即先期脱
氧。
• 2、熔滴反应区的特点
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(1）温度高，是焊接区温度最高的部分，达到了金属的沸点，约为1800℃
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(2)熔滴的比表面积大，约为炼钢时的1000倍，因而与气相和熔渣的接触面积大。
• （4）真空保护
• （5）自保护
• 2.1.2焊接化学冶金的反应区的特点
• 焊接化学冶金反应区：药皮反应区，熔滴反应区，熔池反应区 。不同焊接方法
• 化学冶金反应区不同、焊条电弧焊有三个反应区，熔化极焊气保焊有二个反应区，不熔化极 气体保护焊一个反应区。
• 1、药皮反应区的特点
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固态时，发生蒸发、分解与化合等物理化学反应。
• 4)冶金反应产生的气体
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5）空气的侵入。
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HF、SiF4、H2等。
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2、气体的分解和组分
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（1）H2O、CO、CO2等分解成简单气体；
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N2、O2、H2等分解成原子或正离子+电子。
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（2）气相的组分
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P51表2-6
• 2.2.2 气体与金属的作用
• 1、气体在金属内的溶解
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（1）气体在金属内的溶解机理
• （2）熔渣保护：埋弧焊的熔渣、焊条药皮和焊芯焊丝的药芯造渣剂焊接时形成的熔渣。埋 弧焊含氮量0.002～0.007%。
• （3）气-渣联合保护
• 焊条药皮焊接时形成的熔渣+气体，焊芯焊丝焊接时造渣剂形成的熔渣，造气剂产生CO2气 体。药芯焊丝焊接时通常还另加气体保护。保护效果较好。含氮量0.01～0.014%。
• 氢对焊接接头性能和缺陷的形成影响很大，必须严加控制。
• 影响熔敷金属含氢量的因素：
• 焊后的放置时间；
• 温度；
• 焊接方法：P55表2-7
• 金属的组织。
• （5）氧在金属中的溶解
• 氧在熔池液态是以氧化铁和原子氧的形态存在，熔池凝固后其溶解度很小，多以氧化铁和硅 酸盐夹杂物的形态在金属中。
• 当钢中合金元素增加焊缝中含氧量降低。
• （2）来源空气、焊材、母材。
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1）焊条（药芯）有机物的分解；
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2）碳酸盐和高价氧化物的分解
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碳酸钙545℃开始分解，910℃剧烈分解；碳酸钙325℃开始分解，650℃剧烈分解；
NaCO3、SiO2 、TiO2、CaF2使碳酸钙分解温度降低。
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3）物质的蒸发
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低熔点的物质的蒸发：Zn、Mg、Pb、Mn、、KF、NaF、LiF。
• 2、氧化气体对金属的作用
• （1）自由氧对金属的作用
• ［Fe］ + 1/2 O2 = FeO + 26.97kJ/mol
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［Fe］ + O = FeO + 515.76kJ/mol
• （2）CO2对金属的氧化
• CO2 + = CO + 1/2 O2
• CO2 + = CO + O
• ［Fe］ + 1/2 O2 = FeO + 26.97kJ/mol
第2章焊接化学冶金
第2章焊接化学冶金
• 2.1 焊接化学冶金的特征
• 2.1.1焊接区金属的保护
• 1.无保护的危害
• （1）焊缝含氧、氮显著增加。焊缝中的锰、硅、碳严重烧损.
• （2）焊缝机械性能显著变差。
• 2. 保护的方式和效果
• （1）气体保护：气体的种类和纯度
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活性气体、惰性气体、混合气体。含氮量0.008～0.015%。
电压的增加而变长。为减少金属的氧化， 尽量使用短弧焊。
• 2.3焊接熔渣金属的相互作用；
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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质之一，起着十分重要的作用。熔