熔焊原理-气相对金属的作用课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,1.2,气相对金属的作用,熔焊原理,1.2 气相对金属的作用熔焊原理,1.2,气相对金属的作用,焊接区内的气体,1,气体的来源和产生,焊接材料（造气剂、高价氧化物、水分等）,气体介质（保护气体及杂质，热源周围的空气）,焊丝和母材表面上的铁锈、油漆等杂质。,通过物化反应产生的：,（有机物的分解和燃烧、碳酸盐和高价氧化物的分解、金属元素和熔渣的蒸发）,通过冶金反应产生的：,1.2 气相对金属的作用焊接区内的气体1 气体的来源和产生,2,1.2,气相对金属的作用,气体的分解,双原子气体,(N,2,/H,2,/O,2,),复杂气体,(CO,2,/H,2,O),气体的分解度,与温度的关系图,在焊接条件下，,H,2,、,O,2,分解度很大，绝大部分以原子状态存在；,N,2,分解度很小，基本上以分子状态存在。,1.2 气相对金属的作用 气体的分解 双原子气体(N2/,3,1.2,气相对金属的作用,氮对金属的作用,2,来源,：主要是焊接区周围的空气。,氮与金属作用有两种情况：,不与氮发生作用的金属，如,Cu,、,Ni,等，既不能溶解氮又不形成氮化物，可用,N,2,作为保护气体。,与氮发生作用的金属，,如,Fe,、,Ti,等，,既能溶解氮又能形成稳定的氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。,1.2 气相对金属的作用氮对金属的作用2来源：主要是焊接区周,4,1.2,气相对金属的作用,电弧焊时气体溶解过程的特点,：,熔化金属过热度大；,在熔池表面上通过局部活性部分和熔滴吸收气体；,电弧气氛中有受激的分子、原子和离子，气体的活性,，气体在金属中的溶解度,电弧焊时熔化金属吸收的气体量一般会高于它的平衡含量,(,溶解度,),氮在金属中的溶解,1.2 气相对金属的作用 氮在金属中的溶解,5,1.2,气相对金属的作用,氮在金属中的溶解方式,：,以,原子,形式溶入：,焊接区的氮气分子首先被金属表面所吸附并分解为氮原子，然后氮原子穿过金属表面层向金属内部溶解。,以,离子,形式溶入：,氮原子受到高速电子的碰撞而分解为,N,+,，氮离子在电场的作用下向阴极运动，并在阴极表面上与电子中和，溶入金属中。,以,NO,形式溶入：,当气相中同时存在氮和氧时，在电弧高温作用下，氮和氧会形成一定浓度的,NO,。当,NO,与温度较低的熔滴和熔池金属相遇时，分解为原子氮与氧而溶于金属中。,1.2 气相对金属的作用,6,1.2,气相对金属的作用,电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度,：,电弧中受激的,氮分子,，特别是,氮原子,的溶解速度比没受激的氮分子要快得多；,电弧中的,氮离子,N,+,可在阴极溶解；,在氧化性电弧气氛中形成,NO,，遇到温度较低的液态金属时分解，,N,迅速溶于金属。,1.2 气相对金属的作用,7,1.2,气相对金属的作用,氮对焊接质量的影响,形成气孔,强度、硬度，同时塑性和韧性,使焊缝金属产生时效脆化,1.2 气相对金属的作用 氮对焊接质量的影响,8,时间,液态钢中的,N,快冷,过饱和,N,(,固溶体中,),以针状,Fe,4,N,形式析出,分布于晶界或晶内,N,析出形成针状,Fe,4,N,焊缝金属,塑韧性,强硬度,时效脆化,析出脆化,氮使焊缝金属脆化,焊缝金属中加入,Ti,、,Al,、,Zr,等可抑制或消除时效现象,1.2,气相对金属的作用,时间液态钢中的N快冷过饱和N以针状Fe4N形式析出分布于晶,9,1.2,气相对金属的作用,氮对焊缝金属常温力学性能的影响 氮对低碳钢焊缝低温韧性的影响,1.2 气相对金属的作用氮对焊缝金属常温力学性能的影响,10,1.2,气相对金属的作用,影响焊缝含氮量的因素及控制措施,焊接区保护的影响,：,气一渣保护、渣保护、气体保护、抽真空。,对于适渣型焊条：保护效果取决于药皮的数量及成分,焊接工艺参数的影响,：,U,，弧长,，,t,氮,-,熔滴,，,N%,。,尽量采用短弧焊,I,，,f,熔滴过渡,，,t,氮,-,熔滴,，,N%,。,d,焊丝,，,d,熔滴,，,N%,。,合金元素的影响,：,增加焊丝或药皮中的含碳量,TiAlZrRE,，形成稳定的氮化物,加强焊接区的保护,选择正确的焊接参数,控制焊接材料中的合金元素,1.2 气相对金属的作用 影响焊缝含氮量的因素及控制措施,11,1.2,气相对金属的作用,氢对金属的作用,3,氢的主要来源,：,焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气中的水蒸气、,焊接坡口周围的油污,等。,氢在金属中的溶解,氢与金属的作用,形成稳定氢化物，但能溶解氢的金属,（,Al,、,Fe,、,Ni,、,Cu,、,Cr,、,Mo,等）,形成稳定氢化物的金属,（,Zr,、,Ti,、,V,、,Ta,、,Nb,等）,1.2 气相对金属的作用氢对金属的作用3氢的主要来源：焊接材,12,1.2,气相对金属的作用,氢向金属中溶解的途径,：因焊接方法而异。,气体保护焊：氢通过气相与液态金属的界面以原子或质子的形式溶入金属,电渣焊：氢通过渣层溶入金属,手工电弧焊和埋弧焊：上述两者途径,焊接时，气相中的氢可处于分子、原子和离子状态,1.2 气相对金属的作用氢向金属中溶解的途径：因焊接方法而异,13,1.2,气相对金属的作用,氢在铁中的溶解度,a,、组织结构的影响：,FCC,晶格中,BCC,晶格中,固态相变时,H,溶解度发生突变,b,、合金元素的影响：,1.2 气相对金属的作用a、组织结构的影响：,14,1.2,气相对金属的作用,焊缝金属中的氢及其扩散,存在形式,扩散氢：,H,、,H,、,H,残余氢（剩余氢）：,H,2,总含氢量,=,扩散氢剩余氢，对第二类金属，扩散氢约占,80,90%,。,氢的扩散,刚焊接的接头中,H,扩散,一部分,H,逸出，溶解量降低,一部分转化为残余,H,且逐渐增加,一部分向近缝区扩散,1.2 气相对金属的作用 焊缝金属中的氢及其扩散刚焊接的接,15,1.2,气相对金属的作用,氢对焊接质量的影响,暂态现象,：,氢脆、白点,(,经时效、热处理可消除,),永久现象,：,气孔、冷裂纹（不可消除）,1.2 气相对金属的作用 氢对焊接质量的影响,16,1.2,气相对金属的作用,1),氢脆,定义：在室温附近，由于氢溶解在金属晶格中而引起钢的塑性严重下降的现象。,金属拉伸,位错运动、堆积,显微空腔,晶格中的原子氢,H+H=H,2,沿位错运动方向扩散,压力,金属变脆,形成,1.2 气相对金属的作用1)氢脆 金属拉伸位错运动、,17,1.2,气相对金属的作用,2,）白点,定义：,碳钢或低合金钢焊缝因含氢量高而在其拉伸或弯曲断面上出现的银白色圆形局部脆断点，称为白点。焊缝产生白点时，其塑韧性下降。,特征：,肉眼可见，直径,0.5,3mm,，中心处有气孔或小的夹渣，周围为塑性断口，形似鱼眼也称“鱼眼”。,1.2 气相对金属的作用,18,1.2,气相对金属的作用,“,诱捕理论,”,解释：,焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙，好象,“,陷阱,”,一样捕捉氢原子，并在其中结合成氢分子，在拉伸试验中,“,陷阱,”,中的氢分子被吸附。由于塑性变形新产生的微裂纹表面上，分解成原子氢，原子氢扩散到微裂纹金属晶格内，引起金属脆化。,对白点的敏感性,(,影响因素,),：,含氢量,金属组织：铁素体钢；奥氏体钢；含,Cr,、,Ni,、,Mo,的钢,变形速度,1.2 气相对金属的作用对白点的敏感性(影响因素)：,19,1.2,气相对金属的作用,3),气孔,熔池凝固时由于溶解度的骤降，使熔池中的氢处于过饱和状态，发生,2H=H,2,反应，生成的分子氢不溶于金属，便在液态金属中形成气泡。当气泡外逸速度小于凝固速度时，就在焊缝中形成气孔。,4,）冷裂纹,1.2 气相对金属的作用3)气孔,20,1.2,气相对金属的作用,1),限制焊接材料中的含氢量：制造时、储存时、使用前注意项,2),严格清理焊件及焊丝：去锈、油污、吸附水分,3),冶金处理：调整焊接材料的成分，使氢在焊接过程中生成较稳定的不溶于液态金属的氢化物如,HF,、,OH,等,在药皮和焊剂中加入氟化物（如,CaF,2,）；,控制焊接材料的氧化还原势,(,增加熔池,O,含量或气相氧化性,),；,在药皮或焊芯中加入微量的稀土或稀散元素如碲,Te,、硒,Se,、钇,Y,4),调整焊接规范,5),焊后脱氢处理：热处理，使,H,扩散逸出,.,易产生冷裂纹的焊件,控制氢的措施,1.2 气相对金属的作用1)限制焊接材料中的含氢量：制造时,21,1.2,气相对金属的作用,氧对金属的作用,4,第一类：不溶于氧，但焊接时发生激烈氧化的金属，如,Mg,、,Al,等,第二类：能有限溶于氧，同时在焊接时也发生氧化的金属，如,Fe,、,Ni,、,Cu,、,Ti,等,1.2 气相对金属的作用氧对金属的作用4第一类：不溶于氧，但,22,1.2,气相对金属的作用,氧在金属中的溶解,溶解形式,：,O,、,FeO,焊缝中氧存在形式,：,溶解,O,、氧化物,(,FeO,、,SiO,2,、,MnO,等,),、硅酸盐,1.2 气相对金属的作用 氧在金属中的溶解,23,1.2,气相对金属的作用,氧化性气体对金属的氧化,自由氧对金属的氧化,CO,2,对金属的氧化,H,2,O,气对金属的氧化,混合气体对金属的氧化,1/2O,2,+Fe=FeO,，,O+Fe=FeO,CO,2,+Fe=FeO+CO,H,2,O,气,+Fe=FeO+H,2,1.2 气相对金属的作用 氧化性气体对金属的氧化1/2O2,24,1.2,气相对金属的作用,氧对焊接质量的影响,降低力学性能、物理性能和化学性能,产生气孔（,CO,）,合金元素氧化烧损,焊接工艺性能变差,控制氧的措施,纯化焊接材料（低氧或无氧焊条，高纯惰性保护气体，真空）,控制焊接工艺参数（如采用短弧焊）,脱氧（如加入脱氧剂）,1.2 气相对金属的作用 氧对焊接质量的影响 控制氧的措,25,