焊接过程气体对金属的作用

电弧下碳酸盐能全部分解。
药皮中的CaF2、 SiO2、TiO2、 Na2CO3，使碳酸 盐分解温度区间移
向低温。
对含有CaCO3 的焊条烘干温度
<450℃；含有 MgCO3的焊条烘 干温度<350℃
高价氧化物Fe2O3、MnO2在焊接过程中发生逐 级分解：
6Fe2O3 4Fe3O4 O2 2Fe3O4 6FeO O2 4MnO2 2Mn2O3 O2 6Mn2O3 4Mn3O4 O2 2Mn3O4 6MnO O2
反应结果产生大量氧气和低价氧化物。
材料蒸发
物质的沸点越低越容易蒸发；溶液中物质浓度越高， 饱和蒸气压越大，越易蒸发。
气体分解
➢ 简பைடு நூலகம்气体的分解
设 分解平衡常数为 Kp，分解后混合气体总压为p0， 则分解度α可表示为：
Kp
K p 4 p0
焊接条件下，H2和 O2分解度很大，绝大 部分以原子态存在，
合金元素的影响
N2的分解度小，基本 以分子形式存在。
➢ 复杂气体的分解
CO2和H2O是焊接 冶金中常见的复杂气体， 高温下进行热分解。
综上所述，电弧区内气体是由CO、CO2、H2O、 O2、H2、N2、金属和熔渣的蒸气以及它们的分 解或电离的产物组成的混合物。
其中对焊接质量影响最大的是：N2 、H2 、O2、 CO2、H2O。
(C6H10O5)m
7 2
mO2
6mCO2
5mH2
试验研究表明：220～250℃开始分解，220 ～320℃质量损失可达50%，800℃完成分解。含 有机物的焊条烘干温度不应超过200℃。
碳酸盐、高价氧化物的分解
冶金中常用碳酸盐有CaCO3、MgCO3、BaCO3和白
云石CaMg(CO3)2，加热超过一定温度发生分解，产
原因：电弧中受激分 子、原子溶解快；N+ 可在阴极溶解；其它 含氮物质分解引起溶 解度增加。
氮对焊接质量的影响
在碳钢焊缝中氮是有害物质。 - 促使生产气孔 - 提高焊缝金属强度，降低塑性和韧性 氮在钢中溶解度低，主要以过饱和形式存在或以针
状氮化物（Fe4N）存在于晶界或晶内导致强度、硬度 ↑，塑性、韧性↓，尤其低温韧性下降明显。
- 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。
影响焊缝含氮的因素及控制措施
焊接区保护的影响
焊接工艺参数的影响
焊接U↑，电弧长度↑保护变 差，作用时间增加；
焊接I↑，过度频率↑，作用 时间↓，溶解量↓； 正极性比反极性大。
生CO2气体。
CaCO3 CaO CO2
8920 lg pCO2 T 7.54
MgCO3 MgO CO2
lg pCO2
5785 6.27 T
空气中CO2分压为30.4Pa（0.0003atm）， CaCO3分解
温度545℃； MgCO3为325℃。当分解压力达到1atm，
CaCO3剧烈分解温度为910℃， MgCO3为650℃，可见
2 焊接化学冶金
2.1.2 气体对金属的作用
焊接区内的气体
气体的来源和产生
焊接区的气体主要来源于焊接材料；热源周围的空 气会少量侵入电弧；焊丝和母材坡口附近的铁锈、油 污、油漆、吸附水等。
机物的分解、燃烧
制造焊条常用淀粉、纤维素、糊精、藻酸盐等有机物 作为造气剂和涂料增塑剂。受热将发生复杂的分解和 燃烧反应，称为热氧化分解反应。如纤维素的热氧化 分解反应
氮对金属的作用
焊接区周围的空气是气相中氮的主要来源。 根据氮与金属作用的特点可分为两种情况： ① 不与氮发生作用的金属：Cu、Ni，不溶解也不形成 氮化物。（可用氮作为保护气体） ② 与氮作用的金属：Fe、Ti，能溶解也能形成氮化物。
氮在金属中的溶解
溶解过程：
气体分子向气液界面上运动 气体被金属表面吸附
气体分子在金属表面上分解 气体原子穿过界面，向内部扩散
上述溶解过程属纯化学溶解，可由质量作 用定律确定氮在金属中的溶解度。
N2 2[N ] SN KN2 pN2
氮的溶解随温度增 高而增大 ；温度继续增 加，溶解度急剧下降。
当凝固时，氮的溶 解度突然下降。
电弧条件下氮气 的溶解比平方根定律 计算高。