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1、一、焊接化學(xué)冶金A緒論1、焊接化學(xué)冶金：即液態(tài)金屬、熔渣和氣相之間在高溫下發(fā)生的復(fù)雜冶金反應(yīng)。2、焊接化學(xué)冶金直接影響焊縫的成分、組織和性能。3、熱力學(xué)角度闡明：主要涉及氣相的溶解、金屬的氧化和焊縫的脫氧、脫硫、脫磷、除氫以及焊縫金屬的合金化4、焊縫區(qū)金屬保護：氣體保護、熔渣保護、渣-氣聯(lián)合保護、真空保護以及自保護。5、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)：藥皮反應(yīng)區(qū)、熔滴反應(yīng)區(qū)、熔池反應(yīng)區(qū)5.1藥皮反應(yīng)區(qū)：水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解（纖維素、木粉、淀粉、CaCO3、MgCO3、Fe2O3、MnO2）、鐵合金的氧化（降低氣相的氧化性，實現(xiàn)
2、先期脫氧）5.2熔滴反應(yīng)區(qū)：反應(yīng)溫度高（平均達1800℃~2400℃）、相的接觸面積大、反應(yīng)時間短、相的混合強烈（熔滴形成長大及過渡收到多種力）。5.3熔池反應(yīng)區(qū)：反應(yīng)速度低（溫度1600℃~1900℃、比表面積小、熔池存在時間長）、反應(yīng)不同步（熔池前部金屬熔化、氣體的吸收和氧化反應(yīng)，熔池后部金屬凝固、氣體逸出和脫氧反應(yīng)）、具有一定的攪動作用。B焊接區(qū)內(nèi)氣體與金屬作用6、氣體的種類：N2、H2、O2、H2O、CO2金屬蒸氣、熔渣蒸氣以及他們分解和電離的產(chǎn)物。對焊接質(zhì)量有重要影響的是N2、H2、O2、H2O和CO2。7、氣
3、體的物質(zhì)來源：焊接材料（焊條藥皮、焊劑、藥芯中的造氣劑、高價氧化物和水分）、母材（油污、鐵銹、氧化皮及吸附水）、環(huán)境氣氛(周圍空氣及所含水蒸氣、被焊金屬及其合金的蒸發(fā)產(chǎn)物)。8、氣體的供給途徑：有機物的分解和燃燒、碳酸鹽和高價氧化物的分解、物質(zhì)的蒸發(fā)及冶金反應(yīng)、直接輸入或侵入。9、氣相的組分:與焊接方法、焊接材料和焊接規(guī)范有關(guān)。低氫型：氣相中含H2和H20很少，焊縫含氫量低。埋弧焊：氣相中含CO2和H2O很少，氣相氧化性很小。焊條電弧焊：含CO2和H2O總量較多，使氣相氧化性相對增大。10、氣體與金屬的作用表現(xiàn)兩種類型：
4、氣體在金屬中的溶解和氣體與金屬的化學(xué)反應(yīng)。10.1氣體在金屬中的溶解：10.11溶解反應(yīng)熱力學(xué)：雙原子氣體在金屬中的溶解機理可分為兩步：首先是氣體分子被金屬表面所吸附并分解為原子，然后是原子穿過金屬表面層向金屬深處溶解10.12氮在金屬中的溶解:氮的主要來源是焊接區(qū)周圍的空氣。氮在液態(tài)鐵中的溶解度隨溫度的升高而增大，在溫度為2200℃達到最大值，繼續(xù)升溫后由于金屬蒸氣增加使氣相中氮的分壓減小，而導(dǎo)致氮的溶解度急劇降低，當(dāng)溫度達到鐵的沸點（2750℃）時氮的溶解度已降至為零。當(dāng)液態(tài)鐵凝固時，氮的溶解度突然下降，降幅達到75
5、%左右，這就意味著焊接熔池結(jié)晶時會有大量的氮需要逸出，若氮的逸出速度小于熔池的結(jié)晶速度，則氮就將殘留在焊縫中，并以過飽和的固溶氮、分子氮和氮化物等形式存在，從而對焊縫性能產(chǎn)生影響。氮與銅、鎳某些金屬不發(fā)生作用。10.13氫在金屬中的溶解：a、氫向金屬中溶解兩個途徑：一種是氫通過氣相與金屬的界面以原子或質(zhì)子的形式溶入金屬（如氣體保護焊）；另一種是氫通過熔渣層過渡后再進入金屬（如電渣焊）。b、氫在焊縫中的擴散行為：1、在鋼焊縫中，大部分氫以H或H+形式存在，并與焊縫金屬形成間隙固溶體，而且由于氫原子或離子半徑很小而能在焊縫金
6、屬的晶格中自由擴散，故稱之為擴散氫；2、小部分氫擴散聚集到金屬的晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的間隙中，并結(jié)合為氫分子，因其半徑擴大而不能自由擴散，故稱之為殘余氫。（注：所有焊接方法都使焊縫金屬增氫，但CO2焊的含氫量最少，尤其是擴散氫含量極少，是一種超低氫的焊接方法。在焊條電弧焊中，只有采用低氫型焊條時，焊縫的含氫量才明顯降低。）3、氫在鐵素體等體心立方晶格組織中的擴散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其在奧氏體組織中的擴散速度，故采用奧氏體焊縫均可顯著降低熔合區(qū)附近部位的含氫量。10.14氧在金屬中的溶解:a、在液態(tài)鐵中，氧是以原子
7、狀態(tài)和FeO的形式溶解的，其溶解度隨溫度的升高而增大。b、當(dāng)液態(tài)鐵中有第二種合金元素時，氧的溶解度隨合金元素含量的增加而下降，在室溫下，氧在鐵中的溶解度極低，固態(tài)焊縫中所含的氧多以氧化物和硅酸鹽夾雜物形式存在，故焊縫中的含氧量是包括這些夾雜物中所含的氧在內(nèi)的。**10.15氧化性氣體對金屬的氧化：1、氧化性氣體主要是指自由狀態(tài)的氧氣、二氧化碳、水蒸氣及其混合氣體，在焊接區(qū)內(nèi)的各個反應(yīng)區(qū)中，它們與金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致合金元素?zé)龘p，并使焊縫增氧，從而降低接頭的性能。2、采用含有氧化性氣體的混合氣體保護焊時，應(yīng)根據(jù)其氧化能力
8、的大小選擇含有合適脫氧劑的焊絲。C焊接熔渣對金屬的作用11、焊接熔渣：是藥皮、藥芯、和焊劑受熱熔化及化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)的由多種物質(zhì)組成的復(fù)雜體系，在焊接過程中起到極其重要的作用。（通過熔渣的種類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)調(diào)整和控制焊縫金屬成分和性能）12、熔渣的作用:機械保護、冶金處理（去除有害物質(zhì)及實現(xiàn)焊縫金屬凈化與合金化）、工藝性能
