金属成型设计 第三节 焊接熔渣对金属的作用
第3讲：焊接熔渣对金属的作用资料
第 3 次课 2 学时第三节焊接熔渣对金属的作用一、焊接熔渣及其性质1、作用1）机械保护作用； 2）冶金处理作用； 3）改善焊接工艺性能的作用；2、熔渣的种类和成分1）盐型熔渣：组成＝金属卤化物＋不含氧的化合物；特点：氧化性小；用途：焊接铝、钛和其他化学活性金属及其合金；2）盐――氧化物型熔渣：组成＝氟化物+强金属氧化物；特点：氧化性较小；用途：焊接合金钢及低碳钢重要件；3）氧化物型熔渣：组成＝金属氧化物；特点：氧化性较强；用途：焊接低碳钢和低合金钢；3、熔渣的微观结构1）熔渣结构的分子理论液态熔渣是由化合物分子组成的理想溶液，氧化物与复合物在一定温度下处于平衡状态；只有自由氧化物才能参与冶金反应。
如：（FeO）+ [ C ] = [ Fe ] + CO 而 (FeO)2·SiO2中的 FeO 不能参与上面的反应。
2）熔渣的离子理论液态熔渣是由阳离子和阴离子组成的电中性溶液。
离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩（离子电荷/离子半径）。
液体熔渣与金属之间相互作用，是原子与离子交换电荷的过程。
如：Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ]3）分子－离子共存理论4、熔渣的性质1）酸碱度――评价熔渣碱性强弱的指标；酸度是碱度的倒数；酸性氧化物：强－SiO2－TiO2－P2O5－弱；碱性氧化物：强－K2O－Na2O－CaO－MgO－BaO－MnO－FeO－弱；中性氧化物：Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等；补充：科学上把含有6.02×1023个微粒的集体作为一个单位，称为摩尔，1摩任何物质的质量都是以克为单位，数值上等于该种原子的相对原子质量。
通常把1mol 物质的质量，叫做该物质的摩尔质量（符号是M ），摩尔质量的单位是克／摩（符号是“g／mol”），例如，水的摩尔质量为18g ／mol ，写成M （H 2O ）=18g ／mol 。
混和物或溶液中的一种物质的摩尔数与各组分的总摩尔数之比,即为该组分的摩尔分数。
3焊接化学冶金及焊缝金属的合金化
三、焊接化学冶金反应区
焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连续进行的，以手工电弧焊为例， 有三个反应区:药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。
（一）药皮反应区（100℃至药皮的熔点1200℃） 1) 水分的蒸发
>100℃，吸附水全部蒸发； >200~400℃，结晶水被排除； 更高的温度，化合水。
2) 某些物质的分解
(二) 焊缝金属中的氢及其扩散
在钢焊缝中，氢大部分是以H、H+或H-形式存在的，它们与焊缝金属形成 间隙固溶体。由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金 属的晶格中自由扩散，故称之为扩散氢。
（3）氢对金属的作用
主要来源：焊接材料中的水分、含氢物质及电弧周围空气中的水蒸气等。 (一) 氢在金属中的溶解 根据氢与金属作用的特点可把金属分为两类： 第一类是能形成稳定氢化物的金属，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。这类金属吸
收氢的反应是放热反应，因此在较低温度下吸氢量大，在高温时吸氢量 少。焊接这类金属及合金时，必须防止在固态下吸收大量的氢，否则将 严重影响接头质量。 第二类是不形成稳定氢化物的金属，如Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等。但氢 能够溶于这类金属及其合金中，溶解反应是吸热反应。
1）与熔滴相比，熔池的平均温度较低,1600~1900℃; 2）比表面积较小，约为3~130cm2/kg; 3）反应时间稍长些，但也不超过几十秒; 4）温度分布极不均匀，熔池中有一定的强烈运动。
熔池前部发生金属熔化和气体吸收，并有利于发展吸热反应； 熔池后部发生金属凝固和气体逸出，并有利于发展放热反应。
熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小，并且在整个反应过程中的贡献也 较小。合金元素在熔池阶段被氧化的程度比熔滴阶段小就证明了这一 点。但是在某些情况下，熔池中的反应也有相当大的贡献。
焊接熔渣的作用
焊接熔渣的作用
焊条药皮、焊剂和药芯焊丝中的药芯，在焊接过程中受热熔化后形成焊接熔渣。
焊接熔渣在焊接冶金过程中具有十分重要的作用：
1、机械保护作用：药皮受热洗出气体并形成熔渣，隔绝空气，对液态熔池起保护作用，防止氮气等有害气体侵入焊接区域。
熔渣凝固后的渣壳覆盖在焊缝表面，可以防止高温的焊缝金属被氧化，并可减慢焊缝金属的冷却速度。
2、冶金处理作用：与焊芯配合，通过冶金反应去除有害杂质（如O、N、H、S、P），保护或渗入有益的合金元素，使焊缝金属具有较强的抗气孔能力、抗裂性以及满足使用要求的力学性能。
3、改善焊接工艺性能：焊条药皮中一般含有易电离物质，使电弧容易点燃，保证焊接电弧稳定燃烧，飞溅小，焊缝成形美观，易于脱渣，适于各种空间位置的焊接等。
焊接熔渣在一定条件下也可能产生不利的作用，如烧损焊缝金属中的合金元素、产生气孔、夹渣等焊接缺陷，造成脱渣困难而影响焊接生产率等。
为了使焊接熔渣起到预期的良好作用，关键在于通过调整和控制熔渣的化学成分和数量，使其具有合适的物理化学性质。
金属与熔渣的作用
一）、熔渣的作用 二）、焊接熔渣的分类与来源
三）、铸造熔炼过程中的熔渣
一）、熔渣的作用
示例见药皮焊条电弧焊过程图。
1. 机械保护作用 2. 冶金处理作用 3. 改善成形工艺性能作用
药皮焊条电弧焊过程
埋 弧 焊 过 程 示 意 图
1. 机械保护作用
熔渣的比重一般轻于液态金属，高温下浮在液态 金属的表面，使之与空气隔离，可避免液态金属中 合金元素的氧化烧损，防止气相中的氢、氮、氧、 硫等直接溶入，并减少液态金属的热损失。熔渣凝 固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可以继续保护处在 高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。
有合适的凝固温度范围和较低的密度。
表8-5几种常见化合物的熔点和密度
化合物 熔点/℃ 密度 /(×103kg/m3) FeO MnO SiO2 1369 1580 1723 TiO2 Al2O3 (FeO)2SiO2 MnO∙SiO2 (MnO)2SiO2 1825 2050 1205 1270 1326
2. 冶金处理作用
熔渣与液态金属之间能够发生一系列物化反应， 从而对金属与合金成分给予较大影响。适当的熔渣 成分，可以去除金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、 脱磷和去氢。熔渣还可以起到吸附或溶解液态金属 中非金属夹杂物的作用。焊接过程中，可通过熔渣 向焊缝中过渡合金。
3. 改善成形工艺性能作用
适当的熔渣（或焊条药皮）构成，对于熔焊电弧的引燃、 稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝外观成形等焊
三）、铸造熔炼过程中的熔渣
钢铁熔炼熔渣的主要成分有 SiO2、CaO、 Al2O3 、FeO、MgO、MnO 等氧化物和少量 CaF2 ，其来源为： 生铁或废钢原材料中所含的各种合金元素,熔炼过 加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、铁矾 程中由于氧化而形成的氧化物； 土、粘土砖块等； 作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等； 浸蚀下来的炉衬耐火材料； 原材料带入的泥沙或铁锈； 脱氧、脱硫产物。
金属成型设计焊接熔渣对金属的作用
Si4＋ + 2 [ Fe ] =2＋ 2+ F[ eSi ] 14
（四）熔渣的性质
酸碱度 粘度
结合P24焊条工 艺性能知识
表面张力
熔点
15
1、熔渣的酸碱度
碱度－－评价熔渣碱性强弱的指标 。 酸度－－碱度的倒数。
碱度的分子理论 碱度的离子理论
16
（1）碱度的分子理论
碱度－－熔渣中的碱性氧化物与酸性 氧化物含量的比值。
1）分配系数 2）分配系数的影响因素
31
1）分配系数
? 对钢来讲，在一定温度下平衡时，FeO 分配符合以下公式：
L?
w ? FeO
w ? FeO
?
?
? 当温度不变时，分配系数L一定，增加液 态熔渣中的FeO的含量将会使液态金属增氧。
32
2）分配系数的影响因素
? a) 温度: T ↑, L值↓ 即高温时，FeO更容易向金属中分配。 主要发生在熔滴阶段和熔池前部高温区
＝ 2[Fe] +(SiO2)
[Mn]+[FeO]= [Fe] + (MnO)
(SiO2) +(MnO) ＝（ MnO ·SiO2）
43
思考题
1. 酸性焊条可采用锰铁作为脱氧元素？ 2. 碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素，
需采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧？
44
思考题 1.酸性焊条可采用锰铁作为脱氧元素？
3.60
49
碱性渣沉淀脱氧
50
4、扩散脱氧 －－扩散氧化的逆过程
被焊金属的氧化物－－从液态金属进入熔渣 → 焊缝金属含氧量 ↓。
w w
(FeO)
[FeO]
熔焊原理第三章
气相对金属的作用
（4）氧对金属的氧化 1)自由氧对金属的氧化 2）CO2对金属的氧化 3）H2O气对金属的氧化 4）混合气体对金属的氧化 。 2、控制氧的措施 （1）控制焊接材料的含氧量 （2）控制焊接工艺参数 （3）脱氧
熔渣及其对金属的作用
一、熔渣的作用及分类
1、熔渣在焊接过程中的作用 （1）机械保护作用 （2）改善焊接工艺性能的作用 （3）冶金处理作用 （4）改善热规范的作用 2、熔渣的成分和分类 根据焊接熔渣的成分和性能可将其分为三大类 ： 第一类 盐型熔渣 它们主要由金属的氟酸盐、氯酸 盐和不含氧的化合物组成 ； 第二类 盐-氧化物型熔渣主要由氟化物和碱土金属 的氧化物组成 ； 第三类 氧化物型熔渣主要由各种氧化物组成。
焊缝金属的硫、磷控制
一、焊缝金属中硫、磷的危害性
1、硫的危害 硫在钢中主要以FeS和MnS形式存在 ，增加了焊缝 金属结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧度和抗 腐蚀性 。 2、磷的危害 磷主要以Fe2P和Fe3P的形式存在 ，增加了焊缝金 属的冷脆性，即冲击韧度降低，脆性转变温度升高 。
二、硫的控制
气相对金属的作用
四、氧对金属的作用及其控制
1、氧对金属的作用 （1）氧对焊接质量的影响 1）影响焊缝金属的性能 2）导致气孔的产生 3） 合金元素的烧损 （2）氧在金属中的溶解 氧是以原子氧和氧化亚铁FeO两种形式溶于液态铁 中的 温度升高，氧在液态铁中的溶解度增大。在液 态铁中有第二类金属元素时，随着合金元素含量的 增加氧的溶解度下降。
焊缝金属的合金化
三、影响合金过渡系数的因素
合金元素的过渡系数是指焊接材料中的合金元素 过渡到焊缝金属中的数量与其原始含量的百分比。 因此凡是能减少合金元素损失的因素，都可以提 高过渡系数；反之，则降低过渡系数。 1、合金元素对氧的亲和力的影响 2、合金元素的物理性质的影响 3、焊接区介质的氧化性的影响 4、合金元素的浓度的影响 5、合金元素的粒度 6、药皮（焊剂）的成分 7、药皮的重量系数和焊接参数
熔渣在冶金中的作用
当然，熔渣对冶炼过程也会有一些不利的影响。例 如，熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷，大大缩短 了炉子的使用寿命；产量很大的熔渣带走了大量热 量，因而大大地增加了燃料的消耗；渣中含有各种 有价金属，降低了金属的直收率等。
炉渣的作用
主要作用：使杂质与金属产品等分离：使矿石 和熔剂中的脉石、燃料中的灰分等杂质集中， 并在高温下与冶炼产品金属或熔锍等分离。 其它作用： 1、熔渣是进行冶金物理化学反应的载体。 2、熔渣的融化温度决定着炉内可能达到的最 高冶炼温度。 3、控制熔渣成覆盖在金属或合金 之上，作为一种保护层，以防止金属熔体受炉气的 饱和和氧化。
5、熔渣是一种可以综合利用的中间产品。例如， 钛铁矿常用电炉冶炼成高钛渣，再进而提取钛。又 如对铜、铅、砷和其它杂质很多的锡矿，常先进行 造渣熔炼使90％的锡成渣，然后再冶炼含锡渣提取 金属锡
6、熔渣是电炉冶金的电阻发热体。用矿热式电炉 冶炼金属时，可通过控制电极插入渣中的深度来调 节电炉的输入电功率；
熔渣的作用与分类
5
2. 冶金处理作用
可以去除金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷 和去氢。 熔渣还可以吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物。 焊接过程中，可通过熔渣向焊缝中过渡合金。
6
3. 改善成形工艺性能作用
适当的熔渣（或焊条药皮）构成，对于熔焊电弧
的引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊
缝外观成形等焊接工艺性能的影响至关重要；电弧
前诊
1
一、熔渣的作用
二、焊接熔渣的分类与来源
2
一、熔渣的作用
1. 机械保护作用
2. 冶金处理作用 3. 改善成形工艺性能作用
焊条电弧焊 3
焊条电弧焊过程
4
1. 机械保护作用
比重轻于液态金属，浮在液态金属的表面，使之与 空气隔离，避免合金元素的氧化烧损，防止气相直 接溶入，减少液态金属的热损失。 熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，继续保护处 在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。
CaF2 – CaO – SiO2
CaF2 – MgO – Al2O3 – SiO2
这类熔渣的氧化性较小，主要用于重要的低合金 高强钢、合金钢及合金的焊接。
12
盐型熔渣
主要由金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物 组成。如： CaF2 – NaF 、 CaF2 – BaCl2 – NaF 、 KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2- MgF2- CaF2-LiF 盐型熔渣的氧化性很小，主要用于铝、钛等活 性金属的焊接。
18
总结与练习
1、总结：本节主要知识点。
（1）：熔渣的作用。 （ 2）：焊接熔渣的分类与来源。 2、练习： （1）：熔渣的作用主要有 ,
再见
20
低氢型焊条又称碱性焊条，主要特点是不含具有造气功能的有机物而含大量碳 除低氢型焊条外的为酸性焊条，这类焊条药皮不论是以硅酸盐为主还是以钛酸 酸盐和一定数量的 CaF2 。碳酸盐在加热分解过程中形成熔渣（CaO或MgO） 并放出 CO2 气体。CaF CaF2 除了造渣作用之外，还能减少液态金属中的氢含量。 盐为主，一般不含 ，含少量碳酸盐和有机物。 ２ 17
焊接冶金与金属焊接性
（1）增加了熔滴相的接触面积 （2）有利于反应物和产物进入和退出反应表面
——加快反应速度。
第一章 焊接化学冶金
总之：
熔滴反应时间短，温度高，相接触面积大， 有强烈的混合作用——反应最激烈，许多冶金反 应可以达到接近终了的程度——对焊缝成分影响 最大。
熔滴主要反应：气体的溶解和分解，金属的蒸 发，金属及其合金成分的氧化和还原，焊缝金属 的合金化等。
第一章 焊接化学冶金
三、焊接化学冶金反应区及其反应条件
分区域（阶段）连续进行： 焊条——熔滴——熔池
第一章 焊接化学冶金
第一章 焊接化学冶金
（一）药皮反应区
温度100oC → 焊条熔化温度（钢焊条1500oC
） 主要反应：脱水、造气
吸附水蒸发，结晶水排除，白泥、白云母中的结晶水 ，温度与成分有关。
焊接时，电流通过焊芯时产生电阻热，从而使焊 条的温度升高，同时，电弧产生的热量使焊条熔化。
第一章 焊接化学冶金
2、焊接金属熔滴及其过渡特性 焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴
焊接过程 稳定性
重点研究
熔滴特性 至关重要
焊接冶金
焊缝成形
熔滴过渡的分类
MAG焊的熔滴过渡形式
Rotary arc
Pulsed arc Short arc
过渡速度高达2.5～10m/s。 经过弧柱区的时间极短，只有0.0001～0.001s。 各相接触时间平均为0.01～0.1s。
反应主要在焊条末端进行。反应进行很剧烈。
第一章 焊接化学冶金
4、与熔渣发生强烈混合 熔滴的形成、长大过程中，表面形状不断变化，
表面不断破坏，表面渣层破坏，渣与熔滴交流。熔 滴中有渣，渣被熔滴金属包围。
焊接熔渣及其对金属的作用
5014 lg L 1.980 T
T↑，L↓，即高温时FeO向焊缝中分配。扩散氧化 主要发生在熔滴阶段和熔池高温区；焊接温度下，L>1， FeO在渣中的分配量总要大些。 同样温度条件下， FeO在碱性渣中比酸性渣更易向 金属中分配。
置换氧化
渣中含有较多易分解氧化物，则可能与液态铁发 生置换反应，使铁氧化，另一元素还原。
AF<0.1 惰性焊剂
焊丝或药皮中焊有对氧亲和力比铁大的元素，将 与硅、锰发生更激烈的置换反应。
4[ Al] 3( SiO2 ) 2( Al2O3 ) 3[ Si ] 2[ Al] 3( MnO ) ( Al2O3 ) 3[ Mn]
使焊缝中Al2O3夹杂增加，焊缝含氧升高，同时硅、 锰增加。
② 温度升高熔渣的表面张力减小 T↑，离子半径↑，综合矩↓，相互作用减弱。
-
熔渣的熔点 ——影响工艺和质量的重要因素，要求与焊 丝、母材相匹配。 熔渣熔点：固态熔渣开始熔化的温度。 焊条药皮熔点指药皮开始熔化的温度（造渣温度）。 熔渣（药皮）熔点取决于组成物的种类、数量和粒度。
活性熔渣对焊缝金属的氧化
氧化物型熔渣具有复杂网络结构的化学成分更不 均匀的离子溶液。
③ 熔渣与金属的作用过程是原子与离子交换
电荷的过程
( Si4 ) 2[ Fe ] 2( Fe 2 ) [ Si]
熔渣的性质与其结构的关系
溶质的碱度 ——重要化学性质
分子理论将氧化物分为三类： 酸性氧化物 SiO2、TiO2、P2O5
-
熔渣的粘度 ——渣重要的物理性质，对保护效果、焊 接工艺性能和化学冶金都有显著影响 粘度：单位速度梯度下，作用在单位面积上的内摩擦 力。——流体发生相对运动时，其内摩擦力的量度，用 η表示，其倒数1/η称为流动性。 粘度取决于熔渣的成分和温度，实际上取决于熔渣 的结构。
金属成型2.液态金属与熔渣的相互作用
二、熔渣的黏度
熔渣的黏度
熔渣的黏度——是指熔渣内部相对运动时内摩擦力的大 小。 黏度对保护效果、工艺性能、化学冶金有显著影响。 影响黏度的因素 ： ①温度 温度↑→黏度η↓ 。 焊条电弧焊时，按熔渣黏度随温度变化的情况分： 短渣——黏度随温度下降增加迅速，凝固温度区间较窄。 ΔT/Δη 较小，凝固时间短，适用于全位置焊 长渣——黏度随温度下降增加缓慢，凝固温度区间较宽。 ΔT/Δη 较大，凝固时间长，不适应于仰焊。 ② 熔渣的成分 一般酸性渣的黏度比碱性渣大
熔炼焊剂 —— 由一些氧化物和氟化 物组成； 非熔炼焊剂（烧结焊剂、粘结焊剂） —— 易于实现焊缝金属的合金化。
7
三、熔渣的成分和分类
熔渣的成分和分类
第一类 ： 盐型熔渣 主要有金属氟化物、氯酸盐和不含氧的化合物组成。 渣系： CaF2-NaF、CaF2-BaCl2-NaF等。 氧化性很小，用于焊接铝、钛和活性金属及合金及其高合金钢。
正、负离子的综合矩
离子 K＋ Na＋ 离子半径/nm 0.133 0.095
综合矩×102 （静库/cm）
3.61 5.05
离子 Ti4＋ Al3＋
离子半径/nm 0.068 0.050
综合矩×102 （静库/cm）
28.2 28.8
Ca2＋
Mn2＋ Fe2＋ Mg2＋
0.106
0.091 0.083 0.078
材料成形原理（焊接部分）
2 液态金属与熔渣的相互作用
1
2.1 熔渣的作用与形成
2
药皮焊条电弧焊过程
3
埋 弧 焊 过 程 示 意 图
4
一、熔渣的作用
1、机械保护作用
液态覆盖在熔滴和熔池表面，把液态金属与空气隔开，防止氧化 和氮化； 凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，防止高温的焊缝受空气的有害 作用 2、冶金处理作用 去除焊缝中的有害物质，如脱氧、脱硫、脱磷、去氢； 吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物； 添加合金元素，使焊缝金属合金化 3、 改善焊接工艺性能 加入适当的物质，使电弧易引燃，稳定燃烧，减少飞溅，使脱渣 性和焊缝成形良好
液态金属和熔渣的相互作用
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
（二）熔渣碱度的离子理论
把液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）定义为碱度。渣中 自由氧离子的浓度越大，其碱度越大。计算式为：
B2
a M
i 1 i
n
i
Mi 是渣中第 I 种氧化物的摩尔分数，ai 是该氧化物的碱度系数。 表8-4 渣中常见氧化物的ai值
二、熔渣的离子理论
（1）认为液态熔渣是由正离子和负离子组成的电中性溶液。
（2）离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于它的综合
矩（离子电荷/离子半径）。离子的综合矩越大，说明它的 静电场越强，与异号离子的引力越大。 （3）液体熔渣与金属之间相互作用的过程，是原子与离子交 换电荷的过程。如： Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ]
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
氧化物型熔渣
这类熔渣含有较多的弱碱金属氧化物，是应用 最为普遍的一类渣系，如：
MnO – SiO2 、
FeO – MnO – SiO2 、 CaO – Ti02 – SiO2 等。 这类熔渣一般具有较强的氧化性，用于低碳 钢、低合金高强钢的焊接。
生铁或废钢原材料中所含的各种合金元素 ,熔炼过程中由于 加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、铁矾土、粘 氧化而形成的氧化物； 土砖块等； 作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等； 浸蚀下来的炉衬耐火材料； 原材料带入的泥沙或铁锈； 脱氧、脱硫产物。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
3. 改善成形工艺性能作用
适当的熔渣（或焊条药皮）构成，对于熔焊电弧的引
燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝外观成形
焊接熔渣的作用
焊接熔渣的作用
焊条药皮、焊剂和药芯焊丝中的药芯，在焊接过程中受热熔化后形成焊接熔渣。
焊接熔渣在焊接冶金过程中具有十分重要的作用：
1、机械保护作用：药皮受热洗出气体并形成熔渣，隔绝空气，对
液态熔池起保护作用，防止氮气等有害气体侵入焊接区域。
熔渣凝固后的渣壳覆盖在焊缝表面，可以防止高温的焊缝金属被氧化，并可减慢焊缝金属的冷却速度。
2、冶金处理作用：与焊芯配合，通过冶金反应去除有害杂质（如
O、N、H、S、P），保护或渗入有益的合金元素，使焊缝金属具有较强的抗气孔能力、抗裂性以及满足使用要求的力学性能。
3、改善焊接工艺性能：焊条药皮中一般含有易电离物质，使电弧
容易点燃，保证焊接电弧稳定燃烧，飞溅小，焊缝成形美观，易于脱渣，适于各种空间位置的焊接等。
焊接熔渣在一定条件下也可能产生不利的作用，如烧损焊缝金属中的合金元素、产生气孔、夹渣等焊接缺陷，造成脱渣困难而影响焊接生产率等。
为了使焊接熔渣起到预期的良好作用，关键在于通过调整和控制熔渣的化学成分和数量，使其具有合适的物理化学性质。
熔渣对精炼炉及真空过程处理的影响
熔渣对精炼炉及真空过程处理的影响熔渣是由材料在高温下熔化后形成的一种半固态物质，在金属冶炼过程中扮演着非常重要的角色。
它不仅可以吸附并去除金属内部的杂质，还能控制金属的成分和温度。
在精炼炉和真空过程中，熔渣对提高生产质量、节约能源、降低生产成本等方面有着至关重要的影响。
首先，熔渣在精炼炉中能够有效地去除金属中的杂质。
在金属冶炼的过程中，金属通常会含有不同程度的杂质，它们会影响金属的性质和性能。
因此，需要加入熔渣来溶解和去除这些杂质。
熔渣通过与金属的接触作用，能够吸附和包裹在金属表面的杂质，随后由于熔渣的密度更大，可以在重力的作用下定期将不纯物质从金属中沉淀出来，使金属的纯度得到提高。
其次，熔渣还可以对精炼炉中温度进行控制。
在精炼炉的冶炼过程中，金属的温度是非常重要的指标。
如果温度过高，会导致熔化速度太快、氧化反应加剧，同时还会浪费大量燃料。
而过低的温度则会使冶炼速度减慢、金属中的杂质反应不完全。
这时候，熔渣就能发挥作用了。
它可以稳定熔炉的温度，防止过热或过冷，从而保证冶炼效率和节约能源。
最后，熔渣在真空过程中有着非常重要的作用。
在制造高纯金属的过程中，需要在真空条件下进行冶炼，熔渣扮演着所谓“熔剂”和“护渣”的双重角色。
其中“熔剂”是指将金属完全熔化的物质，而“护渣”则是保护金属不被氧化或其他污染物质侵蚀。
熔渣在真空过程中的选择非常重要，需要根据不同金属的特性和生产工艺来调整熔渣的成分和比例，以达到最好的效果。
总结来说，在精炼炉和真空过程中，熔渣是不可或缺的一部分。
它在抽取和去除杂质、控制温度和保护金属等方面都起到了非常重要的作用。
因此，对于熔渣的选择和使用，必须非常小心谨慎，才能确保金属冶炼的最佳效果。
数据分析是一种基于数据的推理和决策方法，它有助于理解和说明事物之间的关系，用数值数据和量化技术来发现问题和解决问题。
在真实生活中，数据分析常常被应用在商业、金融、政治、医疗等领域，可以有效提高决策的准确性和效率。
焊接熔渣及其对金属的作用PPT文档38页
谢谢你的阅读❖ 知识就是财富Fra bibliotek❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
焊接熔渣及其对金属的作用
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
焊接熔渣
焊接资讯焊接熔渣来源：本站编辑发布日期：2010-9-17 阅读次数：71 次焊接冶金过程是包括金属、熔渣、气体三者在内的一个体系，熔渣是其中一个极为重要的因素，这一节主要介绍熔渣的作用和熔渣的物理化学性质两方面。
1 熔渣的作用熔渣在焊接冶金过程中的作用主要有以下三个：⑴机械保护作用⑵改善焊接工艺性能的作用⑶冶金处理作用2 熔渣的组成钢焊条的熔渣是由各种氧化物及其盐类组成的，碱性焊条和焊剂形成的渣中还含有氟化物。
焊接熔渣中的氧化物按其性质可分为三类：①酸性氧化物——按酸性由强变弱的顺序有SiO2、TiO2、P2O5等；②碱性氧化物——按碱性由强变弱的顺序有K2O、Na2O、CaO、 MgO、BaO、MnO、FeO 等；③中性氧化物——Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等。
这些氧化物是呈酸性还是呈碱性，决定于熔渣的性质。
在强酸性渣中它呈弱碱性，在强碱性渣中它呈弱酸性。
3 熔渣的物化性质3.1 熔渣的碱度碱度是衡量熔渣酸碱性的指标，是熔渣的重要化学性质，其它物化性质都与碱度由密切关系，它可以反映熔渣的冶金反应能力和物理性质。
熔渣的碱度的定义可以表示为：为计算方便，氧化物含量也可以改为质量百分比：根据B值就可以将熔渣分为酸性渣和碱性渣。
当B>1.3时为碱性渣；当B<1.3时为酸性渣。
酸性渣的焊条我们称为酸性焊条，碱性渣的焊条我们称为碱性焊条。
它们的冶金性能、焊接工艺性能以及焊缝的成分和性能都有显著不同。
但利用上面的计算公式实际计算出来的B值是不准确的，因为它既没有考虑到氧化物酸性和碱性的强弱程度，也没有考虑酸性氧化物与碱性氧化物形成复合物的情况。
比较精确的计算公式是：式中的氧化物以质量百分比计算。
当B1大于1时为碱性渣，小于1时为酸性渣，等于1时为中性渣。
这个公式计算起来比较麻烦，所以清华大学的陈伯蠡教授建议采用下列修正式：当B1大于1.5时为碱性渣，小于1.0时为酸性渣，1～1.5时为中性渣。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1）脱氧剂对氧的亲和力>被焊金属对氧的亲和力；
1800℃时，元素的脱氧能力：
Fe、Cr、Mn、V、Si、 B、 Ti、 Mg、 C、 Al、Ce
小
大
2）脱氧产物不溶于液态金属，其密度<液态金属， 且在焊接条件下为液态；
3）综合考虑对焊缝成分、性能及焊接工艺性的影响；
37
2、先期脱氧
焊条电弧焊药皮反应区内，脱氧剂与高价氧化物或
21
（1） 熔渣成分
酸性渣：
－－SiO2 ↑ ―阴离子尺寸↑―粘度↑；
－－碱性氧化物或TiO2--阴离子尺寸↓―粘度↓； ―－加入CaF2―粘度↓。
碱性渣：
－－碱性氧化物↑ ―未熔固体颗粒↑ ―粘度↑； －－SiO2 ↑ ―未熔固体颗粒↓ ―粘度↓；
――－加入CaF2――粘度↓。
22
（2）温度
短渣
48
几种常见氧化物的熔点和密度
化 合 物 FeO MnO SiO2 TiO2 Al2O3 (FeO)2SiO2 MnO∙SiO2
熔 点 / ℃ 1370 1580 1713 1825 2050 1205 密度
/(×103kg/m3) 5.80 5.11 2.26 4.07 3.95 4.30
1270 3.60
特点 ①发生在熔池尾部的低温区内；
②钢液中Si的含量↑，渣中SiO2的含量↓,提高熔 渣的碱度－－脱氧效果↑。 ③SiO2易形成夹杂－－一般不单独用硅脱氧。
42
c ) 锰硅联合脱氧－－Mn／Si＝3~7
[Si]+2[FeO]＝ 2[Fe] +(SiO2) [Mn]+[FeO]= [Fe] + (MnO)
纤维素型 34.7 17.5 5.5 11.9 14.4 2.1 5.8 3.8 4.3 — 0.60 -1.3
低氢型 24.1 7.0 1.5 4.0 3.5 35.8 —- 0.8 0.8 20.3 1.86 0.9
46
酸性渣沉淀脱氧
47
2. 碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素， 需采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧？
――主要发生在熔滴阶段和熔池前部的高温区。
30
2、扩散氧化
指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属 使焊缝增氧－－扩散氧化。
1）分配系数 2）分配系数的影响因素
31
1）分配系数
• 对钢来讲，在一定温度下平衡时，FeO 分配符合以下公式：
L
w
w
FeO
FeO
当温度不变时，分配系数L一定，增加液 态熔渣中的FeO的含量将会使液态金属增氧。
• 熔渣的氧化性很小，用于铝、钛等活性金属的焊接
9
2、盐—氧化物型熔渣
• 主要由氟化物和金属氧化物组成。如： CaF2 – CaO – Al2O3， CaF2 – CaO – SiO2， CaF2 – MgO – Al2O3 – SiO2
• 熔渣的氧化性较小，用于合金钢及低碳钢的重要 件的焊接。
10
碱度－－评价熔渣碱性强弱的指标。 酸度－－碱度的倒数。
碱度的分子理论 碱度的离子理论
16
（1）碱度的分子理论
碱度－－熔渣中的碱性氧化物与酸性 氧化物含量的比值。
碱性氧化物：K2O、Na2O、CaO、
MgO、MnO、FeO
酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等。
17
B1＞1－－－碱性渣， B1＜1－－－酸性渣， B1 = 1－－－中性渣
• 离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩 （离子电荷/离子半径）。 • 液体熔渣与金属之间相互作用，是原子与离子交换
电荷的过程。如： Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ]
14
（四）熔渣的性质
酸碱度 粘度
结合P24焊条工 艺性能知识
表面张力
熔点
15
1、熔渣的酸碱度
3）降低了MnO 的活度－－脱氧效果较好
45
药皮焊条电弧焊熔渣的化学成分举例
焊条 类型
熔渣化学成分（%）
熔渣碱度
SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO CaO MgO Na2O K2O CaF2 Ｂ１ Ｂ２
钛型 23.4 37.7 10.0 6.9 11.7 3.7 0.5 2.2 2.9 — 0.43 -2.0
温度↑，粘度↓；
1 2
长渣
长渣：T↓，粘度缓慢增大的熔渣。
不适于仰焊；
∆T
T
短渣： T↓，粘度急剧增大的熔渣。图2-18 熔渣粘度与温度的关系 适于全位置焊接；
23
焊缝的空间位置有：平焊、横焊、立焊和仰焊
24
3、熔渣的表面张力
指熔渣与气相之间的界面张力。
影响因素：
a）化学键能－－质点间的作用力.
40
• a)锰脱氧
[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO) 特点
①温度降低，有利于反应向右进行； 发生在熔池尾部的低温区内； ②钢液中锰的含量↑，渣中MnO的含量↓－ －脱氧效果↑； ③熔渣性质－－酸性渣效果好，碱性渣差；
41
• b) 硅脱氧
[Si]+2[FeO]＝ (SiO2) +2[Fe]
4
(一）熔渣的作用
机械保护作用 冶金处理作用 改善工艺性能作用
5
机械保护作用
• 液态时：比重轻－－浮在液态金属的表面－ －隔离空气－－避免合金元素烧损－－ 防止气相溶入－－减少液态金属热损失
• 凝固后：渣壳－－覆盖在焊缝上－－保护高 温下的焊缝金属。
6
冶金处理作用
• 去除金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱 磷和去氢。 • 吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物。 • 通过熔渣向焊缝中过渡合金。
3、氧化物型熔渣
• 含有较多的弱碱金属氧化物，应用最为普遍的一类 渣系，如： MnO – SiO2 、 FeO – MnO – SiO2 、 CaO – Ti02 – SiO2 等。
• 具有较强的氧化性，用于低碳钢、低合金高强钢的 一般件的焊接。
11
（三）熔渣的微观结构
分子理论 离子理论 分子－离子共存理论
↓
或 : （MnO）
[ Mn ] [FeO]
28
置换氧化
29
影响因素 1、熔渣的活性系数AF： AF＝[w(SiO2)+0.5w(TiO2)+0.4w(ZrO2)+0.4w(Al2O3)
+0.42B12w(MnO)]／B1 AF↑，氧化性↑，熔敷金属中氧含量↑，图2-20
2、温度：
温度↑，置换反应越激烈。
52
2）熔渣的性质： 扩散脱氧能力，酸性渣>碱性渣。
a) 酸性渣中： SiO2+(FeO) ＝ FeO·SiO2； TiO2 +(FeO) ＝ FeO·TiO2；
（FeO）的活度↓， 扩散脱氧↑。
b）碱性渣中（FeO）活度大，其扩散脱氧的能 力比酸性渣差；
53
2、特点
在液态金属与熔渣界面上进行，不会造成夹杂。 在熔池后部的低温区进行，脱氧不充分；
32
2）分配系数的影响因素
• a) 温度: T ↑, L值↓ 即高温时，FeO更容易向金属中分配。 主要发生在熔滴阶段和熔池前部高温区
• b) 熔渣的性质：
FeO 在碱性渣中比在酸性渣中更容易向钢液 中分配。
33
酸性渣 碱性渣 正酸碱是性性由渣渣于中中这酸S个iO性原2氧、因化T，i物O在2较碱等少性酸，焊性F条氧eO药化大皮物部中较分一多以般，自不Fe由加O状入的态含活存F度在e低O，，的
18
（2）熔渣碱度的离子理论
碱度指液态熔渣中自由氧离子的活度
n
B2
ak M k
k 1
Mk是渣中第 k 种氧化物的摩尔分数， ak 是其碱度系数
19
B2＞0－－－碱性渣， B2＜0－－－酸性渣， B2= 0－－－中性渣
20
2、熔渣的粘度
指熔渣内部各层之间相对运动时的内摩擦力；
影响因素 熔渣成分 温度
(SiO2) +(MnO)＝（ MnO·SiO2）
43
思考题
1. 酸性焊条可采用锰铁作为脱氧元素？ 2. 碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素，
需采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧？
44
思考题 1.酸性焊条可采用锰铁作为脱氧元素？
1）酸性渣中含有较多的 SiO2 和 TiO2
2）与锰的脱氧产物 MnO 生成复合物 MnO·SiO2 和 MnO·TiO2
7
改善成形工艺性能作用
• 电弧的引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱 渣性能及焊缝外观成形等焊接工艺性能.
8
（二）熔渣的种类和成分
1、盐型熔渣
• 主要由金属卤化物和不含氧的化合物组成。 如： CaF2 – NaF 、 CaF2 – BaCl2 – NaF 、 KCl-NaCl-Na3AlF6、 BaF2- MgF2- CaF2-LiF
54
思考题
• 焊条药皮成分中，常采用锰铁、硅铁和钛铁 作为脱氧元素，请说明它们分别适用于哪种 药皮类型？
物不即质容F。e易O并向在要金渣求属中焊中的接扩活时散度严，系格因数清此大除分，焊配所件率以表L更面值容上较易的大向氧。金化属皮中和扩铁散锈。。
34
判断： 碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的高？
35
三、焊缝金属的脱氧 *重点
脱氧剂的选择原则 先期脱氧 沉淀脱氧 扩散脱氧
36
1、脱氧剂的选择原则
脱氧能力与 温度有关
1
1.3 焊接熔渣对金属的作用
• 本节重点： • 熔渣的作用和性质； • 熔渣对焊缝金属的氧化及焊缝脱氧方式
• 本节难点： • 焊接熔渣的结构理论