《PartII焊接化学冶金—3熔渣与液态金属的相互作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PartII焊接化学冶金—3熔渣与液态金属的相互作用（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Part II 焊接化学冶金材料成型基础Part II焊接化学冶金1Part II 焊接化学冶金液态金属与熔渣的相互作用1、焊接熔渣2、熔渣的物理性质3、活性熔渣对金属的氧化2Part II 焊接化学冶金1、焊接熔渣焊接过程中，焊(或钎)剂、药皮熔化后，经 过一系列化学变化而形成的覆盖于焊(或钎)缝表面的非金属物质。3.1 焊接熔渣2、熔渣的作用(1) 机械保护作用 (2) 冶金处理作用 (3) 改善成形工艺性能作用 (4) 不利作用 3Part II 焊接化学冶金3.1 焊接熔渣(1) 机械保护作用焊中：防合金元素烧损，防H、N、O、S的侵入，减少液态金属的热损失。 焊后：防高温焊缝金属氧化
2、。(2) 冶金处理作用 a.金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷和去 氢; b. 吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物; c. 向焊缝中过渡合金。4Part II 焊接化学冶金3.1 焊接熔渣(3) 改善成形工艺性能a.电弧易于引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性及焊缝成形好；b.电弧熔炼: 稳定电弧燃烧，电阻发热体，重熔并精炼金属。 (4) 不利作用a. 强氧化性熔渣使焊缝增氧b. 易残留在金属中形成夹渣。 5Part II 焊接化学冶金3、熔渣的成分与分类熔渣由多种化合物构成，其性能主要取决于熔渣的成分与结构：(1) 盐型熔渣 (2) 盐-氧化物型熔渣 (3) 氧化物型熔渣 3.1 焊接熔渣6
3、Part II 焊接化学冶金类型成分氧化性应用盐型熔 渣金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化 合物, 如CaF2-NaF、CaF2-RaCl2- NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2- MgF2-CaF2-LiF 很小 铝、钛等化学 活性金属 盐-氧化 物型熔 渣氟化物和金属氧化物, 如CaF2-CaO -Al2O3、CaF2-CaO-SiO2、CaF2 MgO-Al2O3-SiO2较小 重要的低合金 高强钢、合金 钢及合金 氧化物 型熔渣弱碱金属氧化物,如MnO-SiO2、 FeO-MnO-SiO2、CaO-TiO2-SiO2较强低碳钢、低合 金高强钢 熔渣的成分及分类3.1 焊接熔
4、渣7Part II 焊接化学冶金4、熔渣的来源与构成 (1) SMAW的熔渣与药皮 SMAW熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂。造渣剂是药皮中最基本的组成物，通常包括钛铁矿(TiO2FeO)、金红石(TiO2)、大理石(CaCO3)、硅砂(SiO2)、长石、白泥和云母(SiO2A12O3)等。焊接过程中造渣剂熔化，形成独立熔渣相，覆盖在熔滴与熔池表面。 3.1 焊接熔渣8Part II 焊接化学冶金由氧化物和氟化 物组成的，与 SMAW的熔渣成 分类似。易于实 现焊缝 金属的 合金化(2) SAW、ESW熔渣与焊剂3.1 焊接熔渣焊剂熔炼焊剂非熔炼焊剂烧结焊剂粘结焊剂因在制造过 程中耗能太 大而逐渐
5、被 淘汰推广应 用前景 良好用于堆焊 和焊接高 强钢、不 锈钢。 碱度可调范围广, 易于添加各种合 金元素, 有利于改善焊接工艺性能 和提高焊缝力学性能。9Part II 焊接化学冶金熔渣的物化性质及其与金属的相互作用与熔渣的内部结构有密切关系。液态熔渣的结构理论:(1) 分子理论主要依据室温下对凝固熔渣的相分析和成分分析的结果(2) 离子理论基于对熔渣电化学性能的研究 3.1 焊接熔渣5、熔渣结构理论10Part II 焊接化学冶金(1) 分子理论3.1 焊接熔渣1) 液态熔渣是由自由状态化合物和复合状态化合物的分子所组成。自由化合物: 氧化物、氟化物、硫化物复合化合物: 酸性和碱性氧化物生
6、成的盐 2) 氧化物与复合物在一定温度下处于平衡状态 CaO+SiO2CaOSiO2升温: 反应应向左; 降温: 反应应向右3) 只有渣中自由氧化物才能与液态金属及其中的元素发生作用(FeO)+C=Fe+CO 硅酸铁(FeO)2SiO2中的FeO不能反应 分子理论建立早、应用广，可简明地定性分析熔渣和金属之间的一些冶金反应。但无法解释 熔渣导电性等。11Part II 焊接化学冶金(2) 离子理论3.1 焊接熔渣1) 液态熔渣是由正离子和负离子组成的电中性溶液包括简单正离子、简单负离子以及复杂负离子2) 离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于其综合矩 : 离子电荷/离子半径 离子的综合矩越大
7、，说明它的静电场越强，与异号离子的引力越大。 离子间的作用力还影响离子在熔渣中的分布 熔渣不是完全均匀的离子溶液，而是微观不均匀的溶液。 12Part II 焊接化学冶金(2) 离子理论3.1 焊接熔渣3) 液体熔渣与金属之间相互作用的过程，是原子与离子交换电荷的过程如硅还原和铁氧化的过程是金属中铁原子和渣中硅离子在两相界面上交换电荷的过程: 离子理论: Si4+2Fe=2Fe2+Si 分子理论: (SiO2)+2Fe=2(FeO)+Si 熔渣的离子理论对许多现象的解释比分子理论更合理, 但 由于目前它还没有一个完整的模型, 又缺乏系统的热力学资料, 故在化学冶金中还广泛应用分子理论。 13P
8、art II 焊接化学冶金3.2 焊接熔渣的理化性质u熔点u密度u碱度(Basicity)u粘度 ( Viseosity)u表面张力与界面张力 影响熔滴过渡，脱渣性，保护效果，焊缝成形等14Part II 焊接化学冶金3.2 焊接熔渣的理化性质1、熔点(1) 熔渣是一个多元体系，其液固转变是在一个温度区间进行的，熔点高低取决于熔渣的组分。(2) 熔渣的各组元独立相熔点较高，而以一定比例构成复合渣时可使凝固温度大大降低。15Part II 焊接化学冶金3.2 焊接熔渣的理化性质1、熔点(3) 熔渣的熔点(或焊条熔点)与焊丝和母材的熔点相匹配: 若熔渣的熔点过高熔渣过早凝固, 其与液态金属反应不充
9、分影响焊缝外观成形、甚至产生气孔和夹杂; 凝固温度过低焊缝开始凝固时, 熔渣仍处于稀流状态, 使其覆盖性变差影响对焊缝保护及外观成形(焊缝表面粗糙不平)。(4) SMAW: 一般药皮熔点要略低于焊芯金属熔点(约低100200), 适于焊接钢的熔渣熔点一般在11501350。由于药皮是机械混合物，熔化后才能形成熔渣，所以熔渣的凝固温度必然要比药皮的熔点更低一些。 16Part II 焊接化学冶金3.2 焊接熔渣的理化性质2、密度(1) 影响熔渣与液态金属间的相对位置与相对运动速度。(2) 密度与金属接近的熔渣易滞留于金属内部形成夹杂。(3) 选用焊材时，首先要保证所形成的熔渣具有合适的凝固温度范
10、围和较低的密度。17Part II 焊接化学冶金3.2 焊接熔渣的理化性质3、碱度碱度是熔渣的重要化学性质之一，影响熔渣的其他物化性质，如活性、粘度、表面张力，也 影响熔渣对液态金属脱硫、脱磷效果。不同的熔渣结构理论，碱度的定义和计算方 法都不同:(1) 分子理论下的熔渣碱度(2) 离子理论下的熔渣碱度18Part II 焊接化学冶金3.2 焊接熔渣的理化性质(1) 分子理论下的熔渣碱度熔渣碱度: 熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值。 计算公式: 碱度计算: 碱性渣: B1 酸性渣: B1, 酸性渣: B10; 酸性渣: B20 原因: 碱性氧化物在液态渣中产生O2-等, 如： CaO=
11、Ca2+O2- 酸性氧化物: ai2200: KSiKMn SiO2氧化性高于MnO。 47Part II 焊接化学冶金2) 焊丝或焊条药皮中含有Al、Ti、Cr等对氧亲和力 比铁大的元素: 3.3 活性熔渣对金属的氧化(2)、置换氧化4Al+3SiO2=2(Al2O3)+3Si2Al+3MnO=(Al2O3)+3Mn 结果: 反应生成的Al2O3使焊缝中非金属夹杂物增 多, O, Si, Mn严重降低高合金钢接头的 力学性能,尤其是低温韧性焊接时应选熔渣中 SiO2、MnO含量少的盐型或盐-氧化物型熔渣。 48Part II 焊接化学冶金思考题1、焊接过程中熔渣有什么作用？分哪几类？2、熔渣结构理论各有什么观点？各有什么不足？3、什么是熔渣的碱度？4、为什么FeO在碱性渣中的活度系数比在酸性渣中大？这是否说明碱性渣的氧化性高于酸性渣？为 什么? 5、采用碱性焊条施焊时，为什么要求严格清理去焊件坡口表面的铁锈和氧化皮，而用酸性焊条施焊 或CO2焊时对焊前清理的要求相对较低？ 49
