焊接过程气体对金属的作用-氢
焊接材料的氢脆性分析与控制
焊接材料的氢脆性分析与控制引言焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业和建筑业等领域。
然而，焊接过程中存在一个重要的问题，即氢脆性。
氢脆性是指在焊接过程中，金属材料吸收了过多的氢气，导致焊接接头的脆性增加，从而降低了焊接接头的强度和韧性。
本文将对焊接材料的氢脆性进行分析，并探讨如何有效控制氢脆性的发生。
一、氢脆性的成因氢脆性的形成主要与焊接过程中的氢气吸收有关。
在焊接过程中，由于焊接材料的表面存在氧化物或水分，当焊接材料处于高温状态时，水分分解产生氢气。
这些氢气会渗入焊接接头中，并在冷却过程中扩散到晶界和夹杂物周围。
当氢气聚集到一定程度时，会导致晶界的脆化，从而引起氢脆性的发生。
二、氢脆性的影响氢脆性对焊接接头的性能有着重要影响。
首先，氢脆性会降低焊接接头的强度和韧性，使其易于发生断裂。
其次，氢脆性还会导致焊接接头的塑性变形能力下降，使其在受力时更容易发生变形和破裂。
此外，氢脆性还会影响焊接接头的耐腐蚀性能，加速材料的腐蚀速度。
三、氢脆性的分析方法为了有效分析焊接材料的氢脆性，可以采用多种方法。
首先，可以利用金相显微镜观察焊接接头的晶界和夹杂物周围是否存在氢气聚集的现象。
其次，可以通过拉伸试验和冲击试验等力学性能试验，评估焊接接头的强度和韧性是否受到氢脆性的影响。
此外，还可以使用电化学测试方法，测量焊接接头的腐蚀电流密度，评估氢脆性对焊接接头耐腐蚀性能的影响。
四、氢脆性的控制方法为了控制焊接材料的氢脆性，可以采取一系列的措施。
首先，可以在焊接前对焊接材料进行预热处理，提高焊接材料的温度，从而促进氢气的扩散和释放。
其次，可以选择合适的焊接材料和焊接工艺，避免使用容易产生氢气的材料，减少氢气的吸收。
此外，还可以在焊接过程中采用保护气体，如氩气，减少氧化物和水分的生成，从而减少氢气的产生。
五、案例分析为了更好地理解焊接材料的氢脆性分析与控制，以下以某焊接接头为例进行分析。
首先，通过金相显微镜观察焊接接头的晶界和夹杂物周围存在氢气聚集的现象。
焊接和切割金属用的气体
焊接和切割金属用的气体
焊接和切割金属是制造业中常见的工艺，而气体则是这些工艺
中不可或缺的一部分。
焊接和切割金属通常需要使用各种气体来提
供燃料、保护和冷却。
下面我们将讨论一些常见的用于焊接和切割
金属的气体。
首先，氧气是焊接和切割金属中最常用的气体之一。
在焊接过
程中，氧气可以与燃料气体（如乙炔）结合，产生高温火焰，用于
熔化金属并连接工件。
在切割金属时，氧气也可以与金属反应，产
生氧化物并通过高压氧气流将金属切割成所需形状。
其次，乙炔是另一种常用的焊接和切割金属的气体。
乙炔与氧
气混合后可以产生高温火焰，用于焊接和切割金属。
乙炔的高温火
焰可以提供足够的热量，以使金属熔化并形成牢固的连接。
除了氧气和乙炔，还有其他一些气体也被用于焊接和切割金属。
例如，氩气常用于保护气体焊接，以防止熔化的金属与空气中的氧
气和水蒸气发生反应。
二氧化碳也常用于保护气体焊接，同时也可
以作为切割金属时的辅助气体。
总的来说，焊接和切割金属用的气体在制造业中扮演着至关重要的角色。
不同的气体可以提供不同的功能，如提供燃料、保护和冷却，从而帮助工人们完成高质量的焊接和切割工艺。
因此，了解和正确使用这些气体对于确保工作安全和生产效率至关重要。
焊缝金属扩散氢测定
由金属表面扩散溢出的微小氢气泡必须通过收 集介质浮升到集气管顶部，为使氢气泡通过介质时 不至于对测量结果有影响，必须要求介质具有一定 的物理和化学性能。
具体要求是：对氢的溶解度较小，具有低的蒸汽 压力，化学稳定性好，对人体无害和液体的粘度值 低及价格便宜。
目前所用的介质有：甘油，石蜡油，酒精，水 银。20mol K2CO3以及硅油等。 甘油和石蜡油的主要缺点是粘度大；水银有害于人 体健康，且价格昂贵；酒精则可能溶解氢且容易挥 发，因此，没有一种介质能完全满足要求。
索氏体 （S）
贝氏体（B）
马氏体 （M）
奥氏体（A）
（cm2/s） 4.0×10-7 3.5×10-7 3.2×10-7 2.5×10-7 2.1×10-12
5.焊缝金属的含氢量影响因素
（1）大气温度与湿度；（2）保护气体 的含水量；（3）焊丝及工件的清理质量； （4）焊接材料的型号、烘焙温度、保温时 间和存放条件；（5）所用的焊接方法、工 艺参数、焊接电流的种类和极性；（6）焊 件的焊后热处理 等
便在焊缝中产生氢气孔。
碳钢或低合金钢焊缝,若含氢量高,则常常在其拉伸 或弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点,即所谓 的白点
（2）氢使焊缝在室温附近塑性严重下降,称为氢脆
3. 氢的产生及来源
由于焊接方法不同，导致氢向金属中溶解的 途径也不相同。对于手弧焊，氢主要以两个途 径进入焊缝金属中。 ⑴氢通过气相与液相金属的界面以原子或质子 的形式被吸附后溶入金属中。 ⑵氢是通过熔渣层以扩散形式溶入金属中。
⑶极性选择按说明书规定，交直流两用 的焊条采用交流焊接
3. 实验方法及步骤
测氢试验的基本操作过程和步骤如下： 焊前准备 焊接 水冷 清洗 吹干放
入气体收集器。
氢气保护热处理-概述说明以及解释
氢气保护热处理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以主要介绍氢气保护热处理的背景和相关概念。
可以按照以下方式进行撰写：引言部分：氢气保护热处理的重要性和应用范围氢气保护热处理是一种重要的金属加工技术，主要通过在高温下将金属与氢气接触，以改善材料的性能和延长其使用寿命。
这种热处理方法已经在工业领域得到广泛应用，并逐渐成为金属工业中的重要环节。
随着现代工业技术的不断发展，对于金属材料的要求越来越高，例如高强度、高韧性、高耐腐蚀性等特性。
而氢气保护热处理作为一种有效的改性方法，在满足这些要求的同时，也能提高材料的硬度和耐磨性。
氢气保护热处理的基本原理在氢气保护热处理中，金属材料首先置于高温环境中，然后与氢气接触。
在高温下，氢气可以渗透到金属的晶格中，与其中的不纯物质或缺陷相结合，从而改善材料的性能。
通过这种方式，氢气保护热处理可以使金属材料具备更好的韧性、硬度和耐腐蚀性等性能。
不仅如此，氢气保护热处理还可以促进晶粒细化和析出物的生成，从而进一步提高材料的性能。
这是因为高温下的氢气可以促进晶界迁移和析出物的形成，使得材料的晶粒更加均匀细小，从而提高材料的强度和韧性。
综上所述，氢气保护热处理作为一种有效的改性方法，已经在许多领域得到了广泛应用。
它不仅能够改善金属材料的性能，还可以提高材料的延展性和耐腐蚀性，适用于包括航空航天、汽车制造、机械制造等行业。
本文将进一步探讨氢气保护热处理的定义、原理和应用领域，并对其未来的发展进行展望。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第一部分为引言部分，主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，将简要介绍氢气保护热处理的背景和相关概念。
文章结构部分则说明了本文的章节安排和内容分布，使读者对文章整体有一个清晰的认识。
目的部分则明确了本文撰写的目的和意义，为后续内容的论述提供了指导和依据。
接下来的第二部分是正文部分，主要包括氢气保护热处理的定义和原理，以及其在应用领域的具体案例。
焊接用气体的分类
1． 焊接用气体的分类根据各种气体在工作过程中的作用，焊接用气体主要分为保护气体和气焊、切割时所用的气体。
1.1 保护气体保护气体主要包括二氧化碳（CO 2）、氩气（Ar ）、氦气（He ）、氧气（O 2）和氢气（H 2）。
国际焊接学会指出，保护气体统一按氧化势进行分类，并确定分类指标的简单计算公式为：分类指标=O 2%+1/2CO 2%。
在此公式的基础上，根据保护气体的氧化势可将保护气体分成五类。
Ⅰ类为惰性气体或还原性气体，M 1类为弱氧化性气体，M 2类为中等氧化性气体，M 3和C 类为强氧化性气体。
保护气体各类型的氧化势指标见表1。
焊接黑色金属时保护气体的分类见表2。
1.2 气焊、切割用气体根据气体的性质，气焊、切割用气体又可以分为两类，即助燃气体（O2）和可燃气体。
可燃气体与氧气混合燃烧时，放出大量的热，形成热量集中的高温火焰（火焰中的最高温度一般可达2000～3000℃），可将金属加热和熔化。
气焊、切割时常用的可燃气体是乙炔，目前推广使用的可燃气体还有丙烷、丙烯、液化石油气（以丙烷为主）、天然气（以甲烷为主）等。
几种常用可燃气体的物理和化学性能见表3。
2 焊接用气体的特性不同焊接或切割过程中气体的作用也有所不同，并且气体的选择还与被焊材料有关，这就需要在不同的场合选用具有某一特定物理或化学性能的气体甚至多种气体的混合。
焊接和切割中常用气体的主要性质和用途见表4，不同气体在焊接过程中的特性见表5。
表4 焊接常用气体的主要特征和用途2.1 二氧化碳气体（CO2）（1）CO2气体的性质CO2气体是氧化性保护气体，CO2有固态、液态、气态三种状态。
纯净的CO2气体无色、无味。
CO2气体在0℃和1atm（101325Pa）下，密度是1.9768g/L，是空气的1.5倍。
CO2易溶于水，当溶于水后略有酸味。
CO2气体在高温时发生分解（CO2→CO+O，-283.24kJ），由于分解出原子态氧，因而使电弧气氛具有很强的气体性。
焊接区内的气体对焊接质量的影响
焊接区内的气体对焊接质量的影响气焊过程中焊接区内的大量气体是由一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氧气、氮气以及由它们分解的产物和金属、熔渣的蒸气等组成的混合气体。
其中对焊接质量影响最大的是氧气(O2)、氢气(H2)和氮气(N2)。
一、氧的影响(一)氧的来源气焊过程中不可避免地有氧气侵入，如气体火焰中自由状态的氧常常进入内焰而侵入熔池．外焰中的二氧化碳和水蒸汽中的氧，也常和熔池内液体金属及其附近的热态金属化合；当气焊火焰因风吹歪斜偏离熔池、焊炬过早离开熔池，都使气体火焰不能很好地保护熔池而造成空气中的氧侵入焊接区；再者，焊丝、熔剂和母材中溶解的氧或氧化物，金属表面的油脂、铁锈、油漆等污物及熔剂内部的结晶水等均构成了氧的来源。
(二)氧对焊接和焊接质量的影响由于金属本身在加热到很高温度时非常容易氧化，致使焊缝金属及其合金元素迅速被氧化而形成氧化物。
氧对焊接和焊接质量的主要影响有：1．使焊缝金属及合金元素被烧损，造成焊缝的力学性能下降。
在熔滴和熔池表面，铁被氧化成氧化亚铁(FeO)，当钢中存在过量的氧时便生成三氧化二铁(Fe2O3 )，这些铁的氧化物以不规则的点状凝集物或在晶界成不完整的褐色细网的形式存在，在碳钢和合金钢中除了基体铁被氧化，其它元素，例如碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)和铬(Cr)等也会被氧化。
氧化的结果使熔池中有益的元素烧损，使焊缝金属的强度、硬度和塑性等发生明显的下降。
如图2—10所示为氧对低碳钢力学性能的影响。
焊接有色金属时的氧化反应，如焊接紫铜时，当温度接近铜的熔点(1083℃))，在焊缝结晶时，氧化亚铜又会和铜形时，铜很容易被氧化生成氧化亚铜(CuO2成低熔点共晶(CuO·Cu)分布在铜的晶界上，使焊缝容易产生热裂纹，降低其接2头性能。
焊接黄铜时，黄铜所含的锌(Zn)很容易在焊接火焰温度下气化、蒸发和氧化，从而改变黄铜的化学成分，使焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能降低。
气焊气割常用气体的性质及使用安全要求
气焊气割常用气体的性质及使用安全要求气焊气割是金属加工过程中常见的手段，其使用的气体种类较为多样。
本文就气焊气割常用气体的性质以及使用安全要求作一简单介绍。
气焊气割常用气体种类1.活性气体：氧气、氮气、氩气、氦气2.燃烧气体：乙炔、丙烷、甲烷、氢气活性气体性质氧气氧气在空气成份中的含量为21%，使火焰迅速燃烧。
使用过程中注意氧气具有生火性，需避免火花、烟草和其它易燃物接触。
氮气氮气被用作惰性气体，稳定化焊接现场，同时还可以防止新焊接区域与外界空气发生化学反应。
另外，氮气用于惰性气体焊顶、采样、泄漏检测等方面。
氩气氩气是常见的惰性气体，其稳定性好，常被用于TIG焊接中，可用于对铁、钢、铜、镁、铝等材料进行焊接，并且使用氩气焊接可以保证产品质量，还可以使焊接的表面形态变得更加平滑。
氦气氦气在焊接工作中具有较好的稳定性，其使用范围广泛，可用于焊接各种金属、切割以及焊接和切割同时进行的特殊工艺等。
燃烧气体性质乙炔乙炔是一种门槛低、可燃性强、强制燃烧温度高的燃气。
在使用乙炔之前，必须注意储存、输送和使用过程中必须杜绝火源和过度振动，以免出现爆炸。
丙烷丙烷气体的燃烧效果稳定，速度较快，其加热效果比乙炔稍逊。
丙烷是一种安全的燃气，使用过程中需要注意防止过度振动、维护气瓶、杜绝火源等。
氢气氢气的燃烧效果明显，常被用于高温高速灼烧的切割过程中。
使用氢气时，需避免与氧气混合使用，否则将会产生剧烈的爆炸。
甲烷甲烷在焊接过程中使用广泛，其加热效果较好，可以实现多种加热方式，且使用安全。
使用安全要求1.必须储存气瓶，且储存气瓶的地方必须通风良好，并保持干燥。
2.使用过程中必须杜绝火源和过度振动。
3.建议使用特制的气体管道，其管道内压力应保证稳定，且管道表面应保持干净和整洁。
4.气体使用压力要按照气瓶标识所示的最高压力使用，不得超压使用。
5.当气瓶使用完毕后，应将其排空，并进行适当的清洗和维护。
以上是气焊气割常用气体的性质及使用安全要求的介绍，希望能对您的工作带来一些帮助。
氢原子焊的基本原理
氢原子焊的基本原理
氢原子焊是一种利用氢气所产生的化学反应热和电弧辐射热来实现金属的焊接的，其原理示意如图3-4所示，在焊枪上有两个喷嘴和两根作为电极的钨棒，电弧在两根有一定夹角的电极之间产生，呈扇形的电弧使从嘴头喷出的氢气产生大量的化学反应热，并与电弧的辐射热一道熔化本体金属和填充焊丝。
原子氢焊也是一种非熔化极气体保护焊，不过此时氢气不仅是保护介质，而且还起传递热量的作用。
氢气在电弧高温中的化学反应过程如图3-5所示。
从两嘴头喷出的氢气形成气幕罩住熔池区，电弧区域的氢气(H2)，在高温作用下发生吸热分解反应而成为氢原子（H）。
分解后的氢原子(H)与较冷的工件接触，又重新结合为氢分子（H2），同时，放出原来从电弧中吸收的热量而熔化焊件和焊丝。
图3-4 氢原子焊示意图3-5 氢气在电弧中的反应过程由此可见，氢原子焊熔化焊件和焊丝的热量，主要来源于氢气所产生的化学反应热和电弧的辐射热。
同时，氢气在高温作用下能与空气中的氧、氮化合，而防止它们侵入熔池，对焊接区起保护作用。
由此可见，氢原子焊时，由于氢气熱容量和热传导系数高，在高温时分解度又很大，因此，对真电弧的冷却作用很强，使引弧发生困难，所以，要求焊接电源具有较高的空载电压（达300V），作业人员应加强防止电击的安全措施。
二保焊用的混合气成分
二保焊混合气成分分析二保焊是一种常见的焊接工艺，其混合气成分的选择对于焊接质量有着至关重要的影响。
本文将对二保焊所用的混合气成分进行详细的分析，包括氩气、氦气、氮气、氢气、氧气、二氧化碳和空气等方面。
一、氩气氩气是一种惰性气体，在焊接过程中不与金属发生反应，也不溶于金属。
因此，氩气广泛应用于二保焊中，作为保护气体，防止焊接过程中金属被氧化。
氩气的电离能较高，有利于电弧的稳定燃烧。
二、氦气氦气也是一种惰性气体，与氩气类似，不易与金属发生反应。
氦气的电离能比氩气更高，因此更有利于电弧的稳定燃烧。
但是，氦气的成本较高，一般只在特殊需求的情况下使用。
三、氮气氮气是一种双原子气体，在焊接过程中不与金属发生反应，也可以起到保护金属不被氧化的作用。
氮气的化学性质比较稳定，可以有效地隔绝空气中的氧气和氮气，防止金属氧化和氮化。
但是，氮气的电离能较低，不利于电弧的稳定燃烧。
四、氢气氢气是一种可燃气体，在焊接过程中可以起到还原剂的作用，将金属氧化物还原成金属。
但是，氢气的燃点很低，易引发爆炸危险，因此使用时需要特别小心。
同时，氢气的电离能较低，不利于电弧的稳定燃烧。
五、氧气氧气是焊接过程中常用的氧化剂，可以将金属氧化成金属氧化物。
在二保焊中，氧气一般与其他气体混合使用，如二氧化碳或氩气等。
氧气的电离能较高，有利于电弧的稳定燃烧。
但是，氧气易与金属发生反应，造成金属氧化和氮化。
六、二氧化碳二氧化碳是一种温室气体，在焊接过程中可以起到保护气体的作用，防止金属被氧化。
二氧化碳的电离能较低，不利于电弧的稳定燃烧。
但是，二氧化碳的成本较低，且对环境的影响较小。
在低碳钢焊接中，二氧化碳可以有效地减少氮气和氢气的使用量，提高焊接效率和焊接质量。
七、空气空气中含有氧气、氮气、二氧化碳等气体成分，其中氧气是主要的氧化剂。
在焊接过程中，如果使用空气作为保护气体，由于其中含有大量的氧气和氮气，易造成金属的氧化和氮化。
因此，在二保焊中一般不使用空气作为保护气体。
焊接化学冶金详细介绍
焊接化学冶金
焊接化学冶金的特殊性
焊接区金属的保护，焊接化学冶金的反应区，焊接 化学冶金系统的不平衡性。
焊接区内气体与金属的作用
焊接区内的气体，气体与金属的作用。
焊接熔渣对金属的作用
焊接熔渣及其性质，焊接熔渣对金属的氧化，焊缝 金属的脱氧。
焊缝金属的净化与合金化
氮对焊接质量的影响及控制，氢对焊接质量的影响 及控制，氧对焊接质量的影响及控制，硫的危害及 控制，磷的危害及控制，焊缝金属的合金化。
自保护方法无法避免空气的有害影响，保护效果欠 佳，生产上也很少采用，焊缝中氮的质量分数高达 0.12%。
1.1 焊接化学冶金的特殊性
二.焊接化学冶金的反应区
焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连
分区域 续进行的。
连续进行 各区的反应条件也存在差异，从而影响到
各区反应的方向和限度。
不填丝的钨极气体 熔池反应区 保护焊和电子束焊
特点 故冶金反应最激烈，不但反应速度快，而且反应
最完全，对焊缝成分和性能影响最大。
1.1 焊接化学冶金的特殊性
1.1 焊接化学冶金的特殊性
二.焊接化学冶金的反应区
2. 熔滴反应区
概念
是指从焊条端部熔滴形成、长大到过渡至熔池的 整个区域。
反应
气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金 成分的氧化和还原、以及焊缝金属的合金化等。
反应温度高，反应时间短，相的接触面积大，并 有强烈的混合作用，反应物含量偏离平衡甚远。
CaCO3、MgCO3等碳酸盐和 Fe2O3、MnO2等高价 氧化物发生分解，形成CO2和O2等气体。
铁合金 的氧化
水分蒸发和某些物质分解所形成的H2O、CO2和O2 等氧化性气体，对被焊金属和药皮中的铁合金 (如
3-2气体与金属的作用
氢在金属中的溶解
根据氢与金属作用的特点可分为两类：
① 能形成稳定氢化物的金属：Zr、Ti、V、Ta、Nb等，金属吸收氢是放热
反应，较低温度下吸收大量氢。
② 不形成稳定氢化物的金属：Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等，但能溶解氢，
溶解氢是吸热反应。
氢对金属的作用
溶解途径
焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径不同。 - 气体保护焊，氢以原子或质子的形式溶入金属； - 电渣焊，氢通过渣层溶入金属； - 手工焊和埋弧焊，上述途径兼而有之。
氮与金属作用
氮与金属作用
- 时效脆化
金属中过饱和的氮处于不稳定状态，随时间延长，过 饱和氮将逐渐析出，形成稳定氮化物。使焊缝金属强度 ↑，塑性、韧性↓。 加入氮稳定元素，可抑制和消除时效现象。
氮与金属作用
3 影响焊缝含氮量的因素及控制措施（1）
保护是控制焊缝氮的主要措施 (1) 加强焊接区的保护：如渣保护（SAW）、气保护（TIG、 MIG）或气－渣联合保护。
氮与金属作用 影响焊缝含氮量的因素及控制措施（2） (2) 增加焊条药皮重量系数Kb可以降低焊缝含氮量（图1－20）。
(3) 合金元素的影响：金属中的碳在焊接过程中生成CO、CO2，可以加强气保护， 降低焊缝含氮量（图1－23）。合金元素Ti、Al、Zr、RE对氮有较大的亲和力，形 成稳定的氮化物进入渣中。
(OH ) （F ) (O2 ) HF
渣中水的溶解度↓
氢对金属的作用
氢从渣中向金属中过渡：
（Fe2 ) 2(OH ) [ Fe] 2[O] 2[ H ] [ Fe] 2(OH ) ( Fe2 ) (O 2 ) 2[ H ] 2(OH ) (O 2 ) [O] 2[ H ]
气保焊的原理
气保焊的原理
气保焊是一种常用的金属焊接方法，其原理是利用高温熔化金属表面，再加入保护性气体，防止与空气中的氧气和水蒸气反应，从而保护熔融池，提供良好的焊接环境，以确保焊缝质量。
具体来说，气保焊的主要原理可归纳为以下几点：
1. 熔化金属：通过高温能量源（如电弧、火焰等），使金属工件表面局部加热达到熔点，形成熔融池。
熔融池是焊接时产生的熔化金属的区域。
2. 保护气体：在熔融池周围加入保护性气体，如氩气、氩-氮
混合气体等。
这些气体具有较高的稳定性和抗氧化性，能够防止氧气和水蒸气进入熔融池，减少金属的氧化和氢化，以提高焊接质量。
3. 气流：通过喷嘴或枪头喷射出的气流，将保护气体送入熔融池周围，形成保护气氛。
这样可以将周围的大气与焊接区隔离，防止外界杂质的污染和干扰。
4. 气流调节：通过控制喷嘴或枪头的气流速度、方向和角度等参数，来调节保护气氛对焊接区域的覆盖程度和流动性，以适应不同的焊接需求。
例如，在焊接垂直位置时，需要增加气流速度来保持较好的覆盖效果。
综上所述，气保焊的原理是通过熔化金属、保护气体和气流的
相互作用，形成一种稳定的焊接环境，以实现金属焊接过程中的保护和质量控制。
气体在金属中的溶解
-1
3、合金成分对溶解度的影响
氮 溶 解 度 SN/ ％
合金元素含量wMe /% 氢在二元系铁合金中的溶解度（1600℃）
合金元素含量wMe /% 氮在二元系铁合金中的溶解度（1600℃）
放热反应
能形成稳定氢化物
氮、氢在铁中的溶解度
在铁的气化温度附近， 在铁的气化温度附近， 气体溶解度陡降。 气体溶解度陡降。 氮、氢在液态铁中的溶解 度随温度升高而增大。 度随温度升高而增大。 氮、氢在金属凝固 时溶解度陡降。 时溶解度陡降。 氮、氢在奥氏体中的 溶解度大于铁素体。 溶解度大于铁素体。
1 溶 解 度 2
温度 气体溶解度与热效应和温度的关系 1－吸热溶解 2－放热溶解 － －
2、氮、氢、氧在金属中的溶解度
氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向
气体 金 属与合金 铁和铁基合金 氮 Al、Ti、V、Zr等金属及合金 、 、 、 等金属及合金 Fe、Ni、Al、Cu、Mg、Cr、Co 、 、 、 、 、 、 等金属及合金 氢 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Th 、 、 、 、 、 等金属及合金 放热反应 吸热反应 不能形成稳定氢化物 溶解反应类型 吸热反应 能形成稳定氮化物 形成化合物倾向
一、气体的溶解过程
直接溶入液态金属 液态金属； 原子或离子状态 → 直接溶入液态金属； 分子状态的气体 先分解为原子或离子之后再溶 分子状态的气体 → 先分解为原子或离子之后再溶 解到液态金属中。 解到液态金属中。 双原子气体溶入金属液的两种方式： 双原子气体溶入金属液的两种方式： 吸附 — 分解 — 溶入 分解 — 吸附 — 溶入
氧在金属中的溶解度与温度的关系 氧在金属中的溶解度与温度的关系
焊接区内的气体对焊接质量的影响
焊接区内的气体对焊接质量的影响气焊过程中焊接区内的大量气体是由一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氧气、氮气以及由它们分解的产物和金属、熔渣的蒸气等组成的混合气体。
其中对焊接质量影响最大的是氧气(O2)、氢气(H2)和氮气(N2)。
一、氧的影响(一)氧的来源气焊过程中不可避免地有氧气侵入，如气体火焰中自由状态的氧常常进入内焰而侵入熔池．外焰中的二氧化碳和水蒸汽中的氧，也常和熔池内液体金属及其附近的热态金属化合；当气焊火焰因风吹歪斜偏离熔池、焊炬过早离开熔池，都使气体火焰不能很好地保护熔池而造成空气中的氧侵入焊接区；再者，焊丝、熔剂和母材中溶解的氧或氧化物，金属表面的油脂、铁锈、油漆等污物及熔剂内部的结晶水等均构成了氧的来源。
(二)氧对焊接和焊接质量的影响由于金属本身在加热到很高温度时非常容易氧化，致使焊缝金属及其合金元素迅速被氧化而形成氧化物。
氧对焊接和焊接质量的主要影响有：1．使焊缝金属及合金元素被烧损，造成焊缝的力学性能下降。
在熔滴和熔池表面，铁被氧化成氧化亚铁(FeO)，当钢中存在过量的氧时便生成三氧化二铁(Fe2O3)，这些铁的氧化物以不规则的点状凝集物或在晶界成不完整的褐色细网的形式存在，在碳钢和合金钢中除了基体铁被氧化，其它元素，例如碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)和铬(Cr)等也会被氧化。
氧化的结果使熔池中有益的元素烧损，使焊缝金属的强度、硬度和塑性等发生明显的下降。
如图2—10所示为氧对低碳钢力学性能的影响。
焊接有色金属时的氧化反应，如焊接紫铜时，当温度接近铜的熔点(1083℃)时，铜很容易被氧化生成氧化亚铜(CuO2)，在焊缝结晶时，氧化亚铜又会和铜形成低熔点共晶(Cu2O·Cu)分布在铜的晶界上，使焊缝容易产生热裂纹，降低其接头性能。
焊接黄铜时，黄铜所含的锌(Zn)很容易在焊接火焰温度下气化、蒸发和氧化，从而改变黄铜的化学成分，使焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能降低。
氢气在金属加工中的应用
氢气在金属加工中的应用金属是一种广泛应用于各种工业和生活领域的重要材料，在加工过程中需要使用各种技术手段来改变其物理和化学性质。
其中，氢气作为一种常用的处理气体在金属加工中扮演着重要的角色。
氢气的应用能够提高金属的加工效率、改善材料的性能、吸附氧化皮、防止表面腐蚀等。
氢气在焊接加工中的应用在焊接过程中，氢气通常被用作保护气体，以防止空气中的水分和氧气对熔化金属的影响，减少焊接时金属氧化的数量。
通过将氢气通入焊接区域，可以形成一个稳定的保护气氛，从而保护熔池，防止焊缝表面氧化、氢脆破裂等问题的出现。
目前，在焊接中应用氢气保护的技术已经越来越成熟，成为了一种常用的焊接加工方式。
氢气在表面处理中的应用另外，氢气在金属的表面处理中也有广泛的应用。
例如，在冷轧的过程中，氢气被用作一种还原性脱氧剂，以减少碳强化和其他合金元素对表面微观结构的影响。
此外，氢气还可以用于催化和改善表面化学反应，从而提高表面质量，使材料表面更加平滑和光滑。
氢气在热处理中的应用在热处理中，氢气同样也扮演着非常重要的角色。
经过优化的氢气处理可以改变金属晶体结构中的缺陷、孔洞和氧化皮等，从而使材料的强度、硬度、韧性等性能得到提高。
此外，在高温冶炼中，氢气也可以用作还原剂，将金属产物从化合物中析出。
通过氢气在热处理过程中的应用，还可以得到质量更好的轻金属、合金和其他高强度材料。
氢气在防腐处理中的应用最后，氢气还可以用于防腐处理。
通常，金属表面会因为暴露在空气中久而久之而出现腐蚀现象，但是通过将氢气通入金属表面，可以将氢气吸附到氧化皮上，使其脱落。
此外，在金属表面覆盖一层氢气保护膜，也可以实现金属表面不受外界的损害。
总之，氢气在金属加工和处理过程中具有广泛的应用。
通过使用不同的氢气处理技术，可以改善金属的物理和化学性质，提高材料的性能，从而满足不同领域的需求。
在未来的发展中，氢气的应用将会进一步扩大和深入，为人们提供更多高性能、高效率的金属材料。
氢气混氩气的作用
《氢气混氩气的作用》氢气和氩气是两种常见的气体元素。
氢气（H2）是最轻的元素，它在宇宙中丰度最高，同时也是许多化学反应的重要组成部分。
氩气（Ar）则是一种惰性气体，它在地球上的大气中占据了相当一部分，由于其化学惰性，常常被用作保护气体或者实验中的填充气体。
在特定情况下，我们需要将氢气和氩气进行混合。
这样做的目的和效果多种多样，下面我们就来探讨一下氢气混氩气的一些主要作用。
1. **焊接和切割**：在金属加工领域，氢气和氩气的混合物经常被用作焊接和切割的保护气体。
这是因为氢气和氩气的混合可以有效防止氧和氮气与焊接部分的金属发生反应，从而减少氧化和氮化的可能，提高焊接的质量。
2. **半导体制造**：在半导体制程中，氢气和氩气的混合物常被用作蚀刻和清洗气体。
氢气的还原性可以帮助去除半导体表面的氧化物，而氩气则可以通过溅射作用帮助清洗表面。
3. **科学研究**：在科学研究中，氢气和氩气的混合物常被用作实验气体。
例如，在物理学实验中，可以用氢气和氩气的混合物来模拟某些特定的环境条件，以便研究物质在这些条件下的性质和行为。
4. **气体放电灯**：在某些特殊的气体放电灯中，也会使用氢气和氩气的混合物作为填充气体。
这主要是因为这两种气体的混合物在电场作用下能够发出特定的光线，从而实现照明的目的。
尽管氢气混氩气在各个领域有着广泛的应用，但也需要注意安全问题。
氢气是一种高度易燃的气体，而氩气虽然化学性质稳定，但在高浓度下可能会导致窒息。
因此，在操作和使用氢气混氩气时，必须严格遵守相关的安全操作规程，以防止意外事故的发生。
总的来说，氢气混氩气在许多领域都发挥着重要的作用。
通过了解和应用这些气体的性质和行为，我们可以更好地利用它们，从而为我们的生活和工作带来更多的便利和效益。
焊接消氢记录
焊接消氢记录1. 背景介绍焊接是一种常见的金属加工方法，它通过加热金属材料使其熔化，并利用填充金属或熔化材料来连接两个或多个金属部件。
然而，在焊接过程中，氢气的存在可能会导致焊缝中出现氢脆现象，从而降低焊接接头的强度和可靠性。
为了解决焊接中的氢脆问题，进行焊接消氢是非常重要的。
2. 焊接消氢的原理焊接消氢是通过在焊接过程中采取一系列措施，将焊接区域的氢气含量降到最低，从而减少氢脆的发生。
常见的焊接消氢方法包括：•预热：在焊接之前，对焊接材料进行适当的预热，可以将材料中的氢气释放出来，减少氢气的含量。
•保护气体：在焊接过程中，使用适当的保护气体，如氩气，来排除空气中的氧气和水分，减少氢气的生成。
•降低焊接速度：降低焊接速度可以减少热输入，从而减少氢气的吸收和扩散。
•使用低氢电极：选择低氢电极可以减少焊接材料中的氢含量。
3. 焊接消氢的重要性焊接消氢对于焊接接头的质量和性能至关重要。
如果焊接过程中未能有效消除氢气，焊接接头很容易出现氢脆现象，从而导致焊接接头的强度降低，容易发生裂纹和断裂。
此外，氢脆还可能引起焊接接头的腐蚀和变形，影响焊接接头的使用寿命和可靠性。
4. 焊接消氢记录的重要性焊接消氢记录是对焊接过程中消氢措施的记录和总结，具有以下重要性：•焊接质量控制：通过记录焊接消氢过程中的措施和结果，可以及时发现和解决焊接中的氢脆问题，确保焊接接头的质量和性能。
•质量追溯：焊接消氢记录可以作为质量追溯的重要依据，当焊接接头出现质量问题时，可以通过查看记录找出问题的原因，并采取相应的纠正措施。
•经验总结：通过记录不同焊接过程中的消氢措施和效果，可以积累经验，总结出适合不同材料和焊接条件的最佳消氢方法，提高焊接效率和质量。
5. 焊接消氢记录的内容焊接消氢记录通常包括以下内容：•焊接项目信息：记录焊接的项目名称、焊接材料、焊接方法等基本信息。
•焊接消氢措施：记录采取的焊接消氢措施，如预热温度、保护气体种类和流量、焊接速度等。
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H2O (SimOnq ) 2(OH ) (SimOn(q12) )
渣中自由氧离子↑水的溶解 度↑。 渣中含有氟化物，有
(OH ) （F ) (O2 ) HF
渣中水的溶解度↓
氢从渣中向金属中过渡：
（Fe2 ) 2(OH ) [Fe] 2[O] 2[H ] [Fe] 2(OH ) (Fe2 ) (O2 ) 2[H ]
氢对金属的作用
氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质及 电弧周围空气中的水蒸气。 氢在金属中的溶解 根据氢与金属作用的特点可分为两类：
① 能形成稳定氢化物的金属：Zr、Ti、V、Ta、 Nb等，金属吸收氢是放热反应，较低温度下吸收大 量氢。
② 不形成稳定氢化物的金属：Al、Fe、Ni、Cu、 Cr、Mo等，但能溶解氢，溶解氢是吸热反应。
- 形成气孔 - 产生冷裂纹
控制氢的措施Biblioteka - 限制焊接材料中的含氢量
焊接材料存放时间与吸水量有关
- 清除焊丝和焊件表面的杂质 焊丝和焊件坡口附近表面的铁锈、油污、吸附
水等是增加焊缝含氢的原因之一。
- 冶金处理 降低气相中氢的分
压，可减少氢在液态金 属中的溶解度。通过调整 材料使氢形成比较稳定的 氢化物（HF、OH）。
甘油法或水银法可测定熔敷金属扩散氢。 熔敷金属的扩散氢含量：指焊后立即按标准方法 测定并换算为标准状态下的含氢量。 真空加热法可测量残余氢含量
氢在焊接接头中的扩散和分布是一个比较复杂的问题， 至今尚未充分认识。
焊接条件下，引起氢扩散的原因有：浓度、温度、组织 结构、应力等，扩散模型建立和试验研究都存在困难。
2(OH ) (O2 ) [O] 2[H ]
金属通过渣进入金属，其溶解度取决于气相中水 和氢的分压、熔渣的碱度、氟化物的含量。
氢通过气相进入金属，溶解度取决氢的状态。如为分子 态，溶解度符合平方根定律
SH KH2 pH2
实际上，电弧焊气相中 氢不完全是以分子态存在， 还有相当多的原子氢和离子 等。电弧焊时氢的溶解度比 用平方根定律计算出来的标 准溶解度高得多。
合金元素对氢在Fe中 溶解有很大影响。
氢在固态钢中的溶解度与 组织有关。在奥氏体的溶解度 >铁素体+珠光体
焊缝金属中的氢及其扩散
扩散氢：以H、H-、H+形式存在，与金属形成间隙固溶 体可自由扩散。 残余氢：聚集到陷阱（晶格缺陷、显微裂纹、非金属夹 杂）中，结合成分子，不能自由扩散。
随放置时间的增加， 扩散氢↓，残余氢↑，总 的含氢量↓。
① 药皮和焊剂中加入氟化物 ② 控制材料的氧化势
[H ] pH2 pH2O [O]
增加熔池中含氧量或气相中的 氧化性可减少熔池中氢的平衡 浓度。
③ 加入微量的稀土或稀散元素
- 控制焊接工艺参数 手工电弧焊， I↑熔滴吸氢↑； U↑焊缝含氢↓。 电流种类和极性对焊缝含氢量 有影响。
通过工艺参数限制氢很有限。
氢对焊接质量的影响
-氢 脆 氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象。
氢脆是由于溶解在晶格 中的氢引起的，变形导致位错 运动堆积，形成显微空腔，氢 在空腔聚集结合成分子，产生 很高的压力，金属变脆。
- 白点 白点：碳钢或低合金钢焊缝，如含氢量高，常在其拉伸 或弯曲断口出现银白色圆形局部脆断点。
- 脱氢处理 将焊件加热到一定温
度，促使氢扩散外逸。
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溶解途径
焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径不同。 - 气体保护焊，氢以原子或质子的形式溶入金属； - 电渣焊，氢通过渣层溶入金属； - 手工焊和埋弧焊，上述途径兼而有之。
氢通过渣溶入金属，氢或水首先溶入渣中。 对含有自由氧离子的渣
H2O (O2 ) 2(OH )
对不含自由氧离子的渣