液态金属净化和合金过渡
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三、脱氧的方式
2）硅的脱氧反应 与分析锰类似，硅的脱氧反应为：
[Si]2[FeO] 2[Fe](SiO2) [FeO%] γSiO2(SiO2)
K[Si%]
影响因素： ① 增加[Si]、减少（ SiO2 ）→脱氧效果提高； ② 硅与氧的亲和力比锰大，脱氧能力比锰大。 SiO2 熔点高（1713℃）、易造成夹杂。不单独使用硅脱氧。
FeO MnO SiO2 TiO2 Al2O3 (FeO)2SiO2 MnO∙SiO2
1369 1580 1723 1825 2050 1205
1270
5.80 5.11 2.26 4.07 3.95
4.30
3.60
(MnO)2SiO2 1326
4.10
金属中[Mn/[Si]对脱氧产物质点半径的影响
[Mn/[Si]
1.25
1.98
2.78
最大质点半径（cm） 0.00075 0.00145 0.0126
3.60
4.18
ห้องสมุดไป่ตู้
8.70
0.01285 0.01835 0.00195
15.90 0.0006
9
三、脱氧的方式
3、扩散脱氧
扩散脱氧：以分配定律为理论基础，在液态金属与熔渣界面上进行的
脱氧
分配定律： 影响因素：
当金属中Mn和FeO的含量少时，其活度系数≈1，即αMn≈[Mn%]， αFeO ≈[FeO %]，于是：
[FeO%] γMnO(MnO) K[M n%]
影响因素： ① 增加[Mn]、减少（ MnO ）→脱氧效果提高； ② 减小γMnO →脱氧效果提高。 酸性渣，生成复合物MnO·SiO2 、 MnO·TiO2 、 使 γMnO减小，脱氧效果比碱性好。
1）锰的脱氧反应 2）硅的脱氧反应 3）硅锰联合脱氧
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三、脱氧的方式
1）锰的脱氧反应 [Mn][FeO][Fe] (MnO) K αMnO γMnO (MnO) αMnαFeO αMnαFeO
式中：γMnO —渣中MnO的活度系数；αMnO —渣中MnO的活度； αMn —金属中Mn的活度； αFeO —金属中Fe的活度。
一、硫的危害及控制
2、控制硫的措施
①限制焊材的含硫量
低碳钢、低合金钢焊丝：S＜0.03%~ 0.04%；
原材料的焙烧处理
合金钢焊丝：S＜0.025%~ 0.03% ； 不锈钢焊丝：S＜0.02%；
材料
原含硫量 /%
处理方法
限制药皮、焊剂、药芯中的含硫量。
TiO2
0.14
100℃焙烧25~30min
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三、脱氧的方式
3）硅锰联合脱氧
当[Mn] /[Si]=3~7时，脱氧产物形成硅酸盐 MnO·SiO2 ，密度小、熔点低、容易聚合、便于上浮。 应用：CO2保护焊时，焊丝中[Mn] /[Si]=1.5~3
碱性焊条，加锰铁和硅铁联合脱氧
化合物 熔点/℃
密度 /(×103kg/m3)
几种化合物的熔点和密度
② 排除脱氧后的产物，防止在焊接中形成非金属夹杂物。
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二、选择脱氧剂的原则
选择脱氧剂的原则：
1、 在焊接温度下，脱氧剂对氧的亲和力比 被焊金属 对氧的亲和力大； 1600 ℃时，各种元素对氧亲和力从小到大 的次序排列为： Cu、 Ni、Co、 Fe、 W、 Mo、Cr、Mn、V、Si、Ti、Zr、Al。 焊接铁合金时，Al、Ti 、Si、Mn可作 为脱氧剂，生产上常用它们的铁合金如锰 铁、硅铁、钛铁、铝粉等。
L
FeO
FeO
1）温度↓ →L↑，发生如下扩散过程：[FeO]→（FeO）。 即在熔池后 部低温区进行扩散脱氧。
2）降低渣中（FeO）的活度，有利于扩散脱氧。
酸性渣中（FeO）活度小、碱性渣中活度大。
脱氧效果：不充分
焊接时冷却速度大、扩散时间短、氧的扩散又慢
10
3.2 焊缝金属中硫和磷的控制
11
一、硫的危害及控制
药皮加热时，高价氧化物或碳酸盐分解出 的氧和二氧化碳与脱氧剂（如： Al、Ti 、Si、Mn ）的反应为：
Fe2O3 = FeO + O2 CaCO3 = CaO + CO2 Ti+ 2CO2 = TiO2 + 2CO Si+ 2CO2 = SiO2 + 2CO 反应结果：使气相氧化性减弱。 脱氧效果：不完全（药皮加热阶段温度低、传质 条件差）
硫的危害及控制
1、硫的危害 ◆FeS在液态铁中无限互溶，室温时溶解度 仅为0.015%~0.02%，在熔池凝固时发生偏 析。 ◆以低熔点共晶Fe+FeS（熔点985℃）或 FeS+FeO（熔点940℃）的形式呈片状或链 状分布于晶界。 因此：
①增加产生结晶裂纹的倾向。 ②降低冲击韧性、抗腐蚀性。
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液态金属净化和合金过渡
3.1 焊缝金属的脱氧
2
一、脱氧的目的和要求
脱氧——在药皮或焊丝中加入某些元素，使它在焊接中被氧化， 以降低焊接区的氧化性，保护被焊金属及有益合金元素免受 氧化；或使被氧化的金属从它们的氧化物中还原出来的反应。
脱氧剂——用于脱氧的元素或铁合金。
脱氧的目的和要求
目的：尽量减少焊缝中的含氧量。 要求： ① 防止被焊金属的氧化，减少液态金属中的溶解氧；
2、脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣，且熔点低、密度小，上浮 至熔渣中，以减少夹杂物的数量。 3、 必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性的影响，同时考 虑成本。
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三、脱氧的方式
脱氧的方式：
脱氧按其进行方式可分为：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧 1、先期脱氧
先期脱氧：在药皮的加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应。 特 点：脱氧过程的产物与熔滴不发生直接关系。
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三、脱氧的方式
2、沉淀脱氧
沉淀脱氧：指溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接反应，把铁还原， 脱氧产物浮出液态金属的一 种脱氧方式。 特 点：在熔滴和熔池内进行，脱氧反应速度快。 脱氧效果：脱氧彻底，是减少焊缝含氧量的重要环节。 但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量。其脱氧反应为：
x [ Me ] ＋ y [ O ] →（ MexOy ） 或： x [ Me ] ＋ y [ FeO ] →（ MexOy ）＋ y [ Fe ] 常用的沉淀脱氧反应：
CaF2
0.32
焙烧
②用冶金方法脱硫
选择对硫亲和力比铁大的元素进行脱硫，如锰、镁、钙等。
锰的脱硫产物为MnS不溶于钢液，其脱硫反应为：
[Fe[SM ]n (M ] n[S F)e]
熔渣中的碱性氧化物，如MnO 、 CaO 、 MgO 等，也能脱硫：
三、脱氧的方式
2）硅的脱氧反应 与分析锰类似，硅的脱氧反应为：
[Si]2[FeO] 2[Fe](SiO2) [FeO%] γSiO2(SiO2)
K[Si%]
影响因素： ① 增加[Si]、减少（ SiO2 ）→脱氧效果提高； ② 硅与氧的亲和力比锰大，脱氧能力比锰大。 SiO2 熔点高（1713℃）、易造成夹杂。不单独使用硅脱氧。
FeO MnO SiO2 TiO2 Al2O3 (FeO)2SiO2 MnO∙SiO2
1369 1580 1723 1825 2050 1205
1270
5.80 5.11 2.26 4.07 3.95
4.30
3.60
(MnO)2SiO2 1326
4.10
金属中[Mn/[Si]对脱氧产物质点半径的影响
[Mn/[Si]
1.25
1.98
2.78
最大质点半径（cm） 0.00075 0.00145 0.0126
3.60
4.18
ห้องสมุดไป่ตู้
8.70
0.01285 0.01835 0.00195
15.90 0.0006
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三、脱氧的方式
3、扩散脱氧
扩散脱氧：以分配定律为理论基础，在液态金属与熔渣界面上进行的
脱氧
分配定律： 影响因素：
当金属中Mn和FeO的含量少时，其活度系数≈1，即αMn≈[Mn%]， αFeO ≈[FeO %]，于是：
[FeO%] γMnO(MnO) K[M n%]
影响因素： ① 增加[Mn]、减少（ MnO ）→脱氧效果提高； ② 减小γMnO →脱氧效果提高。 酸性渣，生成复合物MnO·SiO2 、 MnO·TiO2 、 使 γMnO减小，脱氧效果比碱性好。
1）锰的脱氧反应 2）硅的脱氧反应 3）硅锰联合脱氧
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三、脱氧的方式
1）锰的脱氧反应 [Mn][FeO][Fe] (MnO) K αMnO γMnO (MnO) αMnαFeO αMnαFeO
式中：γMnO —渣中MnO的活度系数；αMnO —渣中MnO的活度； αMn —金属中Mn的活度； αFeO —金属中Fe的活度。
一、硫的危害及控制
2、控制硫的措施
①限制焊材的含硫量
低碳钢、低合金钢焊丝：S＜0.03%~ 0.04%；
原材料的焙烧处理
合金钢焊丝：S＜0.025%~ 0.03% ； 不锈钢焊丝：S＜0.02%；
材料
原含硫量 /%
处理方法
限制药皮、焊剂、药芯中的含硫量。
TiO2
0.14
100℃焙烧25~30min
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三、脱氧的方式
3）硅锰联合脱氧
当[Mn] /[Si]=3~7时，脱氧产物形成硅酸盐 MnO·SiO2 ，密度小、熔点低、容易聚合、便于上浮。 应用：CO2保护焊时，焊丝中[Mn] /[Si]=1.5~3
碱性焊条，加锰铁和硅铁联合脱氧
化合物 熔点/℃
密度 /(×103kg/m3)
几种化合物的熔点和密度
② 排除脱氧后的产物，防止在焊接中形成非金属夹杂物。
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二、选择脱氧剂的原则
选择脱氧剂的原则：
1、 在焊接温度下，脱氧剂对氧的亲和力比 被焊金属 对氧的亲和力大； 1600 ℃时，各种元素对氧亲和力从小到大 的次序排列为： Cu、 Ni、Co、 Fe、 W、 Mo、Cr、Mn、V、Si、Ti、Zr、Al。 焊接铁合金时，Al、Ti 、Si、Mn可作 为脱氧剂，生产上常用它们的铁合金如锰 铁、硅铁、钛铁、铝粉等。
L
FeO
FeO
1）温度↓ →L↑，发生如下扩散过程：[FeO]→（FeO）。 即在熔池后 部低温区进行扩散脱氧。
2）降低渣中（FeO）的活度，有利于扩散脱氧。
酸性渣中（FeO）活度小、碱性渣中活度大。
脱氧效果：不充分
焊接时冷却速度大、扩散时间短、氧的扩散又慢
10
3.2 焊缝金属中硫和磷的控制
11
一、硫的危害及控制
药皮加热时，高价氧化物或碳酸盐分解出 的氧和二氧化碳与脱氧剂（如： Al、Ti 、Si、Mn ）的反应为：
Fe2O3 = FeO + O2 CaCO3 = CaO + CO2 Ti+ 2CO2 = TiO2 + 2CO Si+ 2CO2 = SiO2 + 2CO 反应结果：使气相氧化性减弱。 脱氧效果：不完全（药皮加热阶段温度低、传质 条件差）
硫的危害及控制
1、硫的危害 ◆FeS在液态铁中无限互溶，室温时溶解度 仅为0.015%~0.02%，在熔池凝固时发生偏 析。 ◆以低熔点共晶Fe+FeS（熔点985℃）或 FeS+FeO（熔点940℃）的形式呈片状或链 状分布于晶界。 因此：
①增加产生结晶裂纹的倾向。 ②降低冲击韧性、抗腐蚀性。
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液态金属净化和合金过渡
3.1 焊缝金属的脱氧
2
一、脱氧的目的和要求
脱氧——在药皮或焊丝中加入某些元素，使它在焊接中被氧化， 以降低焊接区的氧化性，保护被焊金属及有益合金元素免受 氧化；或使被氧化的金属从它们的氧化物中还原出来的反应。
脱氧剂——用于脱氧的元素或铁合金。
脱氧的目的和要求
目的：尽量减少焊缝中的含氧量。 要求： ① 防止被焊金属的氧化，减少液态金属中的溶解氧；
2、脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣，且熔点低、密度小，上浮 至熔渣中，以减少夹杂物的数量。 3、 必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性的影响，同时考 虑成本。
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三、脱氧的方式
脱氧的方式：
脱氧按其进行方式可分为：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧 1、先期脱氧
先期脱氧：在药皮的加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应。 特 点：脱氧过程的产物与熔滴不发生直接关系。
5
三、脱氧的方式
2、沉淀脱氧
沉淀脱氧：指溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接反应，把铁还原， 脱氧产物浮出液态金属的一 种脱氧方式。 特 点：在熔滴和熔池内进行，脱氧反应速度快。 脱氧效果：脱氧彻底，是减少焊缝含氧量的重要环节。 但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量。其脱氧反应为：
x [ Me ] ＋ y [ O ] →（ MexOy ） 或： x [ Me ] ＋ y [ FeO ] →（ MexOy ）＋ y [ Fe ] 常用的沉淀脱氧反应：
CaF2
0.32
焙烧
②用冶金方法脱硫
选择对硫亲和力比铁大的元素进行脱硫，如锰、镁、钙等。
锰的脱硫产物为MnS不溶于钢液，其脱硫反应为：
[Fe[SM ]n (M ] n[S F)e]
熔渣中的碱性氧化物，如MnO 、 CaO 、 MgO 等，也能脱硫：