第3讲：焊接熔渣对金属的作用分解

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。

a ）碱度的分子理论

熔渣的碱度就是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：K 2O 、Na 2O 、CaO 、MgO 、MnO 、FeO ，

酸性氧化物：SiO 2、TiO 2、P 2O 5等。

B1＞1为碱性渣， B1＜1为酸性渣， B1=1为中性渣。

b ）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：

M k 是渣中第 k 种氧化物的摩尔分数，a k 是其碱度系数

当B2＞0时为碱性渣，B2＜0为酸性渣，B2= 0为中性渣。

2）粘度――指熔渣内部各层之间相对运动时的内摩擦力；

其碱度系数

酸性氧化物的质量分数其碱度系数碱性氧化物的质量分数⨯∑⨯∑=1B ∑==n k k k M a 1

2B

一般，粘度越大，保护效果差，冶金作用小；

粘度过小，保护作用也差，对成形不利。

影响因素：

a）熔渣成分

焊钢用熔渣的粘度：1500℃左右，0.1～0.2Pa·S；

酸性渣――加入SiO2――阴离子的尺寸↑――粘度↑；

――加入碱性氧化物或TiO2――阴离子的尺寸↓――粘度↓；

碱性渣――加入碱性氧化物――未熔固体颗粒增多――粘度↑；

――加入SiO2――未熔固体颗粒减少――粘度↓；

碱性或酸性渣――加入CaF2――粘度↓。

b）温度↑，粘度↓；

酸性渣：长渣，凝固时间长，不适于仰焊；

碱性渣：短渣，凝固时间短，适于全位置焊接；

图2-18，粘度与温度的关系。

3）熔渣的表面张力：

指气相与熔渣之间的界面张力或相互接触的比表面能。

补：

多相体系中相之间存在着界面。习惯上人们仅将气-液，气-固界面称为表面。表面张力即界面张力，通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。如：在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直

指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。

影响因素：

a）化学键能――质点间的作用力。

酸性氧化物――化学键能小――表面张力小；

碱性氧化物――化学键能大――表面张力大；

CaF2――表面张力减小；

b）温度：升高，张力下降；

4）熔渣的熔点：

固态熔渣开始熔化的温度――一定的温度区间进行；

一般比焊缝金属的熔点低200～450℃.

影响因素：成分――药皮中的难熔物质↑，熔点↑；

颗粒度――↑，熔点↑；

焊钢的熔渣熔点1150～1350℃。

对比：造渣温度――药皮开始熔化的温度；

造渣温度－一般比熔点高100～200℃.比焊芯的熔点低100～250℃.

二、熔渣对焊缝金属的氧化

熔渣的氧化（或还原）能力是指熔渣向液态金属中传入氧（或从液态金属中导出氧）的能力。氧化性较强的熔渣又称为活性熔渣。

1、置换氧化

――主要发生在熔滴阶段和熔池前部的高温区。

指被焊金属与其他金属或非金属的氧化物发生置换反应而导致的氧化。

渣中易分解的氧化物＋铁＝FeO（大部分→熔渣，小部分→焊缝）＋元素。

例如，用低碳钢焊丝配合高硅高锰焊剂(如HJ431)埋弧焊时，易发生如下置换氧化反应:

（FeO）

↑

（SiO2）+ 2 [ Fe ] =[ Si ] + 2 FeO

↓

或 : （MnO） [ Mn ] [FeO]

影响因素：

1）熔渣的活性系数――

A F ＝[w(SiO

2

)+0.5w(TiO

2

)+0.4w(ZrO

2

)+0.4w(Al

2

O

3

)+0.42B

1

2w(MnO)]／B1