焊接气体与金属的相互作用

氧化铁型（J424）
55.6
7.3
24.0
13.1
烘干2h
纤维素型（J425）
42.3
2.9
41.2
12.6
低氢型（J427）
79.8
16.9
1.8
1.5
低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型” 酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。
第三章 焊接气体与金属的相互作用
9
4、气体的分解
简单气体（指 F2 、H2、O2、 N2等双原子气体）的分解 ； 复杂气体（指CO2和H2O等）的分解，分解产物在高温下
还可进一步分解和电离。
编号
反应式
H
298
/kJ.mol
编号
反应式
H
wk.baidu.com
298
/kJ.mol
1
F2＝F＋F
－270
6 CO2＝CO＋1/2O2 －282.8
14
双原子气体溶入金属液的两种方式
氮溶解过程
第三章 焊接气体与金属的相互作用
15
双原子气体溶入金属液的两种方式
焊接温度下氢、氧等气体的溶解过程
第三章 焊接气体与金属的相互作用
16
双原子气体溶入金属液的两种方式
氮溶解过程
氢、氧等气体的溶解过程
第三章 焊接气体与金属的相互作用
17
二、气体的溶解度 **
第三章 焊接气体与金属的相互作用
19
金金属属发吸生收相气变体
时为当，吸金由热属于反由金应液，属相溶组转 溶
1
变织解为结度固构随相的温时变度，的化溶升，解
解 度
2
高而增加；金属
度气吸的体收突的气然溶体下解为降放度将热将对
焊发比反温件生固应度中突相的，气变更上溶孔有。升解的而度利液形降随于相成
温度
产气低生体。直的接溶的解影。响。 气体溶解度与热效应和温度的关系
第一节 气体的来源与产生 第二节 气体在金属中的溶解 第三节 氧化性气体对金属的氧化 第四节 气体的控制措施
第三章 焊接气体与金属的相互作用
1
第一节 气体的来源与产生
第三章 焊接气体与金属的相互作用
2
一、焊接区内的气体来源**
①焊条药皮、焊剂、焊芯的
造气剂;②高价氧化物及有
间接分解
机物的分解气体;③母材坡
第三章 焊接气体与金属的相互作用
6
3．材料的蒸发
焊接过程中，除了焊接材料和母材表 面的水分发生蒸发外，金属元素和熔渣的 各种成分在电弧高温作用下也会发生蒸发， 形成相当多的蒸气。
金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn 极易蒸发
氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF
第三章 焊接气体与金属的相互作用
7
后果： ①合金元素的损失； ②产生焊接缺陷； ③增加焊接烟尘，污染环境，影响 焊工身体健康。
相
体
分 解 度
积 分 数
Φ/
α
%
温度 T / K
双原子气体分解度α与温度 的关系（P0＝0.1MPa）
温度 T / K
CO2分解时气相的平衡成分 与温度的关系
第三章 焊接气体与金属的相互作用
11
第三章 焊接气体与金属的相互作用
12
第二节 气体在金属中的溶解
在焊接过程中，与液态金属接触的 气体可分为简单气体和复杂气体两大类。 前者如H2、N2、O2等，后者如CO2、H2O、 CO等。
4
1．有机物的分解和燃烧
酸性焊条药皮中有机物的含量较高。 焊条药皮中的淀粉、 热氧化分解反应 纤维素、糊精等有机物 220~250℃以上发生， （造气、粘接、增塑剂） 800℃左右完全分解
CO2、CO、H2、烃和水气
如纤维素的热氧化分解反应：
(C6H10O5)m＋7/2m O2（气）＝6m CO2(气)＋5m H2（气）
第三章 焊接气体与金属的相互作用
5
2．碳酸盐和高价氧化物的分解
高碱价性氧焊化条物药（皮Fe中2O碳3 酸和盐Mn的O含2）量的较分高解。
碳酸盐（6 CFaeC2OO33、= M4 gFCeO3O3 等4 +）O的2 分解 CaCO23 =FeC3aOO4+=C6OF2↑eO（+ 5O452℃～ 910℃） MgCO34=MMngOO2+=C2OM2↑n2（O332+5℃O2～ 650℃） 6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O2
第三章 焊接气体与金属的相互作用
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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
溶解反应类型 形成化合物倾向
铁和铁基合金 氮
Al、Ti、V、Zr等金属及合金
吸热反应 放热反应
能形成稳定氮化物
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
吸热反应 放热反应
直接进入
口的油污、油漆、铁锈、水
分;④空气中的气体、水分;
⑤保护气体及其杂质气体.
焊接区的气体
N2、H2、O2
CO2 和 H2O
第三章 焊接气体与金属的相互作用
3
二、焊接区内的气体产生**
1．有机物的分解和燃烧
2．碳酸盐和高价氧化物的分解
3．材料的蒸发
4、气体的分解
第三章 焊接气体与金属的相互作用
第三章 焊接气体与金属的相互作用
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表3-1 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分
药皮类型 高钛型（J421）
气相成分（体积分数） /%
CO
CO2
H2
H2O
46.7
5.3
34.5
13.5
备注
钛钙型（J422）
50.7
5.9
37.5
5.7
钛铁矿型（J423）
48.1
4.8
焊条在
36.6
10.5
110℃
溶解度 —— 在一定压力和温度条件 下，气体溶入金属的饱和浓度。
溶解度S的 影响因素
压力与温度 气体种类 合金成分
第三章 焊接气体与金属的相互作用
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1．压力和温度的影响
理想气体溶解度的平方根定律：
S k x Px
Px 为气体分压， Px ↑ → 溶解度↑ Kx 为常数，取决于温度和金属的种类。
2
H2＝H＋H
－433.9
7
H2O＝H2＋1/2O2 －483.2
3 H2＝H＋H+＋e －1745
8 H2O＝OH＋1/2H2 －532.8
4
O2＝O＋O
－489.9
9
H2O＝H2＋O
－977.3
5
N2＝N＋N
－711.4 10
H2O＝2H＋O －1808.3
第三章 焊接气体与金属的相互作用
10
气
一、气体的溶解过程
二、气体的溶解度
第三章 焊接气体与金属的相互作用
13
一、气体的溶解过程
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
子之后再溶解到液态金属中。 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
第三章 焊接气体与金属的相互作用