PartII焊接化學(xué)冶金—3熔渣與液態(tài)金屬的相互作用(整理打印版)課件

1、Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金1材料成型基礎(chǔ)材料成型基礎(chǔ)Part II焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金2液態(tài)金屬與熔渣的相互作用1 1、焊接熔渣、焊接熔渣2 2、熔渣的物理性質(zhì)、熔渣的物理性質(zhì)3 3、活性熔渣對(duì)金屬的氧化、活性熔渣對(duì)金屬的氧化Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金31 1、焊接熔渣、焊接熔渣 焊接過程中，焊焊接過程中，焊( (或釬或釬) )劑、藥皮熔化后劑、藥皮熔化后，經(jīng)，經(jīng)過一系列化學(xué)變化而形成的過一系列化學(xué)變化而形成的覆蓋于焊覆蓋于焊( (或釬或釬) )縫表縫表面的非金屬物質(zhì)。面的非

2、金屬物質(zhì)。3.1 焊接熔渣2 2、熔渣的作用、熔渣的作用 (1) 機(jī)械保護(hù)作用機(jī)械保護(hù)作用 (2) 冶金處理作用冶金處理作用 (3) 改善成形工藝性能作用改善成形工藝性能作用 (4) 不利作用不利作用 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金43.1 焊接熔渣(1) (1) 機(jī)械保護(hù)作用機(jī)械保護(hù)作用焊中：焊中：防止合金元素?zé)龘p，防防止合金元素?zé)龘p，防HH、NN、OO、S S的侵入，減少液態(tài)金屬的熱損失。的侵入，減少液態(tài)金屬的熱損失。 焊后：焊后：防高溫焊縫金屬氧化。防高溫焊縫金屬氧化。(2) (2) 冶金處理作用冶金處理作用 a.a.去除金屬中的有害雜質(zhì)，如脫氧、脫硫、脫磷和去

3、氫去除金屬中的有害雜質(zhì)，如脫氧、脫硫、脫磷和去氫; ; b. b. 吸附或溶解液態(tài)金屬中非金屬夾雜物吸附或溶解液態(tài)金屬中非金屬夾雜物; ; c. c. 向焊縫中過渡合金。向焊縫中過渡合金。(3) (3) 改善成形工藝性能改善成形工藝性能a.a.使電弧易于引燃、穩(wěn)定燃燒、減少飛濺，改善脫渣性及焊縫成形好；使電弧易于引燃、穩(wěn)定燃燒、減少飛濺，改善脫渣性及焊縫成形好；b.b.電弧熔煉電弧熔煉: : 穩(wěn)定電弧燃燒，電阻發(fā)熱體，重熔并精煉金屬。穩(wěn)定電弧燃燒，電阻發(fā)熱體，重熔并精煉金屬。 (4) (4) 不利作用不利作用a. a. 強(qiáng)氧化性熔渣使焊縫增氧強(qiáng)氧化性熔渣使焊縫增氧b. b. 易殘留在金屬中形成

4、夾渣。易殘留在金屬中形成夾渣。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金53 3、熔渣的成分與分類、熔渣的成分與分類 熔渣由多種化合物構(gòu)成，其性能主要取決于熔渣的成分與結(jié)構(gòu)：熔渣由多種化合物構(gòu)成，其性能主要取決于熔渣的成分與結(jié)構(gòu)： (1) (1) 鹽型熔渣鹽型熔渣 (2) (2) 鹽鹽- -氧化物型熔渣氧化物型熔渣 (3) (3) 氧化物型熔渣氧化物型熔渣 3.1 焊接熔渣渣系：焊接熔渣是一個(gè)多成分的復(fù)雜體系，渣系：焊接熔渣是一個(gè)多成分的復(fù)雜體系，通常將含量少，影響小的次要成分略去，通常將含量少，影響小的次要成分略去，簡(jiǎn)化為含量多、影響大的成分組成的渣系簡(jiǎn)化為含量多、影響大的成

5、分組成的渣系Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金6類型類型成分成分氧化性氧化性應(yīng)用應(yīng)用鹽型熔鹽型熔渣渣金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物合物, 如如CaF2-NaF、CaF2-RaCl2-NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2-MgF2-CaF2-LiF 很小很小 鋁、鈦等化學(xué)鋁、鈦等化學(xué)活性金屬活性金屬 鹽鹽-氧化氧化物型熔物型熔渣渣氟化物和金屬氧化物氟化物和金屬氧化物, 如如CaF2-CaO -Al2O3、CaF2-CaO-SiO2、CaF2 MgO-Al2O3-SiO2較小較小 重要的低合金重要的低合金高強(qiáng)鋼、合金高強(qiáng)鋼、合金

6、鋼及合金鋼及合金 氧化物氧化物型熔渣型熔渣弱堿金屬氧化物弱堿金屬氧化物,如如MnO-SiO2、FeO-MnO-SiO2、CaO-TiO2-SiO2較強(qiáng)較強(qiáng)低碳鋼、低合低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼金高強(qiáng)鋼 熔渣的成分及分類熔渣的成分及分類3.1 焊接熔渣Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金74 4、熔渣的來源與構(gòu)成、熔渣的來源與構(gòu)成 (1) SMAW(1) SMAW的熔渣與藥皮的熔渣與藥皮 SMAWSMAW熔渣來源于焊條熔渣來源于焊條藥皮中的造渣劑。藥皮中的造渣劑。 造渣劑是藥皮中最基本的組成物，通常包括造渣劑是藥皮中最基本的組成物，通常包括鈦鐵礦鈦鐵礦(TiO(TiO2 2FeO)

7、FeO)、金紅石、金紅石(TiO(TiO2 2) )、大理石、大理石(CaCO(CaCO3 3) )、硅砂、硅砂(SiO(SiO2 2) )、長(zhǎng)石、白泥和云母、長(zhǎng)石、白泥和云母(SiO(SiO2 2A1A12 2OO3 3) )等。等。 焊接過程中造渣劑熔化，形成獨(dú)立熔渣相，焊接過程中造渣劑熔化，形成獨(dú)立熔渣相，覆蓋在熔滴與熔池表面。覆蓋在熔滴與熔池表面。 3.1 焊接熔渣Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金8由氧化物和氟化由氧化物和氟化物組成的，與物組成的，與SMAW的熔渣成的熔渣成分類似。分類似。易于實(shí)易于實(shí)現(xiàn)焊縫現(xiàn)焊縫金屬的金屬的合金化合金化(2) SAW(2) SA

8、W、ESWESW熔渣與焊劑熔渣與焊劑3.1 焊接熔渣焊劑焊劑熔煉焊劑非熔煉焊劑燒結(jié)焊劑粘結(jié)焊劑因在制造過因在制造過程中耗能太程中耗能太大而逐漸被大而逐漸被淘汰淘汰推廣應(yīng)用推廣應(yīng)用前景良好前景良好用于堆焊用于堆焊和焊接高和焊接高強(qiáng)鋼、不強(qiáng)鋼、不銹鋼。銹鋼。 堿度可調(diào)范圍廣堿度可調(diào)范圍廣, 易于易于添加各種合金元素添加各種合金元素, 有有利于改善焊接工藝性能利于改善焊接工藝性能和提高焊縫力學(xué)性能。和提高焊縫力學(xué)性能。Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金9 熔渣的物化性質(zhì)及其與金屬的相互作用與熔熔渣的物化性質(zhì)及其與金屬的相互作用與熔渣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。渣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。

9、 液態(tài)熔渣的結(jié)構(gòu)理論液態(tài)熔渣的結(jié)構(gòu)理論: : (1) (1) 分子理論分子理論 主要依據(jù)室溫下對(duì)凝固熔渣的相分析和成分主要依據(jù)室溫下對(duì)凝固熔渣的相分析和成分分析的結(jié)果分析的結(jié)果 (2) (2) 離子理論離子理論 基于對(duì)熔渣電化學(xué)性能的研究基于對(duì)熔渣電化學(xué)性能的研究 3.1 焊接熔渣5 5、熔渣結(jié)構(gòu)理論、熔渣結(jié)構(gòu)理論P(yáng)art II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金10(1) (1) 分子理論分子理論3.1 焊接熔渣 1) 1) 液態(tài)熔渣是由自由狀態(tài)化合物和復(fù)合狀態(tài)化合物的分子所組成。液態(tài)熔渣是由自由狀態(tài)化合物和復(fù)合狀態(tài)化合物的分子所組成。 自由化合物自由化合物: 氧化物、氟化物、硫化物氧

10、化物、氟化物、硫化物 復(fù)合化合物復(fù)合化合物: 酸性和堿性氧化物生成的鹽酸性和堿性氧化物生成的鹽 2) 2) 氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài)氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài) CaO+SiOCaO+SiO2 2CaOCaOSiOSiO2 2升溫升溫: : 反應(yīng)向左反應(yīng)向左; ; 降溫降溫: : 反應(yīng)向右反應(yīng)向右 3) 3) 只有渣中自由氧化物才能與液態(tài)金屬及其中的元素發(fā)生作用只有渣中自由氧化物才能與液態(tài)金屬及其中的元素發(fā)生作用(FeO)+C=Fe+CO (FeO)+C=Fe+CO 硅酸鐵硅酸鐵(FeO)(FeO)2 2SiOSiO2 2中的中的FeOFeO不能反應(yīng)不能反應(yīng) 分子理論建

11、立早、應(yīng)用廣，可簡(jiǎn)明地定性分析熔渣和金屬之間的一些冶金反分子理論建立早、應(yīng)用廣，可簡(jiǎn)明地定性分析熔渣和金屬之間的一些冶金反應(yīng)。但無法解釋熔渣導(dǎo)電性等。應(yīng)。但無法解釋熔渣導(dǎo)電性等。Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金11(2) (2) 離子理論離子理論3.1 焊接熔渣 1) 1) 液態(tài)熔渣是由正離子和負(fù)離子組成的電中性溶液液態(tài)熔渣是由正離子和負(fù)離子組成的電中性溶液 包括簡(jiǎn)單正離子、簡(jiǎn)單負(fù)離子以及復(fù)雜負(fù)離子包括簡(jiǎn)單正離子、簡(jiǎn)單負(fù)離子以及復(fù)雜負(fù)離子 2) 2) 離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決于其綜合矩離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決于其綜合矩: : 離子電荷離子電荷

12、/ /離子半徑離子半徑 離子的綜合矩越大，說明它的靜電場(chǎng)越強(qiáng)，與異號(hào)離子的引力越大。離子的綜合矩越大，說明它的靜電場(chǎng)越強(qiáng)，與異號(hào)離子的引力越大。 離子間的作用力還影響離子在熔渣中的分布離子間的作用力還影響離子在熔渣中的分布 熔渣不是完全均勻的離子溶液，而是熔渣不是完全均勻的離子溶液，而是微觀不均勻的溶液。微觀不均勻的溶液。 3) 3) 液體熔渣與金屬之間相互作用的過程，是原子與離子交換電荷的過程液體熔渣與金屬之間相互作用的過程，是原子與離子交換電荷的過程 如硅還原和鐵氧化的過程是金屬中鐵原子和渣中硅離子在兩相界面上交換電荷的過程如硅還原和鐵氧化的過程是金屬中鐵原子和渣中硅離子在兩相界面上交換電

13、荷的過程: :離子理論離子理論: Si: Si4+4+2Fe=2Fe+2Fe=2Fe2+2+Si+Si分子理論分子理論: (SiO: (SiO2 2)+2Fe=2(FeO)+Si )+2Fe=2(FeO)+Si 熔渣的離子理論對(duì)許多現(xiàn)象的解釋比分子理論更合理熔渣的離子理論對(duì)許多現(xiàn)象的解釋比分子理論更合理, , 但由于目前它還沒有一個(gè)完整的模但由于目前它還沒有一個(gè)完整的模型型, , 又缺乏系統(tǒng)的熱力學(xué)資料又缺乏系統(tǒng)的熱力學(xué)資料, , 故在化學(xué)冶金中還廣泛應(yīng)用分子理論。故在化學(xué)冶金中還廣泛應(yīng)用分子理論。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金123.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)u熔點(diǎn)熔

14、點(diǎn)u密度密度u堿度堿度(Basicity)(Basicity)u粘度粘度 ( Viseosity)( Viseosity)u表面張力與界面張力表面張力與界面張力 影響熔滴過渡，脫渣性，保護(hù)效果，焊影響熔滴過渡，脫渣性，保護(hù)效果，焊縫成形等縫成形等Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金133.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)1 1、熔點(diǎn)、熔點(diǎn)(1) (1) 熔渣是一個(gè)多元體系，其液固轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行的，熔點(diǎn)高低取決于熔渣的組熔渣是一個(gè)多元體系，其液固轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行的，熔點(diǎn)高低取決于熔渣的組分。分。(2) (2) 熔渣的各組元獨(dú)立相熔點(diǎn)較高，而以一定比例構(gòu)成復(fù)合渣時(shí)可使凝

15、固溫度大大降低。熔渣的各組元獨(dú)立相熔點(diǎn)較高，而以一定比例構(gòu)成復(fù)合渣時(shí)可使凝固溫度大大降低。(3) (3) 熔渣的熔點(diǎn)熔渣的熔點(diǎn)( (或焊條熔點(diǎn)或焊條熔點(diǎn)) )與焊絲和母材的熔點(diǎn)相匹配與焊絲和母材的熔點(diǎn)相匹配: : 若熔渣的熔點(diǎn)過高若熔渣的熔點(diǎn)過高熔渣過早凝固熔渣過早凝固, , 其與液態(tài)金屬反應(yīng)不充分其與液態(tài)金屬反應(yīng)不充分影響焊縫外觀成形、甚至產(chǎn)生氣孔和夾雜影響焊縫外觀成形、甚至產(chǎn)生氣孔和夾雜; ; 凝固溫度過低凝固溫度過低焊縫開焊縫開始凝固時(shí)始凝固時(shí), , 熔渣仍處于稀流狀態(tài)熔渣仍處于稀流狀態(tài), , 使其覆蓋性變差使其覆蓋性變差影響對(duì)焊縫保護(hù)及外觀成形影響對(duì)焊縫保護(hù)及外觀成形( (焊縫表面粗糙

16、焊縫表面粗糙不平不平) )。(4) SMAW: (4) SMAW: 一般藥皮熔點(diǎn)要略低于焊芯金屬熔點(diǎn)一般藥皮熔點(diǎn)要略低于焊芯金屬熔點(diǎn)( (約低約低100200100200), ), 適于焊接鋼的熔渣熔適于焊接鋼的熔渣熔點(diǎn)一般在點(diǎn)一般在1150135011501350。由于藥皮是機(jī)械混合物，熔化后才能形成熔渣，所以熔渣的凝固。由于藥皮是機(jī)械混合物，熔化后才能形成熔渣，所以熔渣的凝固溫度必然要比藥皮的熔點(diǎn)更低一些。溫度必然要比藥皮的熔點(diǎn)更低一些。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金143.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)2 2、密度、密度(1) (1) 影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對(duì)位置與

17、相對(duì)運(yùn)影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。動(dòng)速度。(2) (2) 密度與金屬接近的熔渣易滯留于金屬內(nèi)部形密度與金屬接近的熔渣易滯留于金屬內(nèi)部形成夾雜。成夾雜。(3) (3) 選用焊材時(shí)，首先要保證所形成的熔渣具有選用焊材時(shí)，首先要保證所形成的熔渣具有合適的凝固溫度范圍和較低的密度。合適的凝固溫度范圍和較低的密度。Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金153.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)3 3、堿度、堿度 堿度是熔渣的重要化學(xué)性質(zhì)之一，影響熔渣堿度是熔渣的重要化學(xué)性質(zhì)之一，影響熔渣的其他物化性質(zhì)，如活性、粘度、表面張力，也的其他物化性質(zhì)，如活性、粘度、表面張力，也影響熔渣對(duì)

18、液態(tài)金屬脫硫、脫磷效果。影響熔渣對(duì)液態(tài)金屬脫硫、脫磷效果。 不同的熔渣結(jié)構(gòu)理論，堿度的定義和計(jì)算方不同的熔渣結(jié)構(gòu)理論，堿度的定義和計(jì)算方法都不同法都不同: : (1) (1) 分子理論下的熔渣堿度分子理論下的熔渣堿度 (2) (2) 離子理論下的熔渣堿度離子理論下的熔渣堿度Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金163.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)(1) (1) 分子理論下的熔渣堿度分子理論下的熔渣堿度熔渣堿度熔渣堿度: : 熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值。度的比值。計(jì)算公式計(jì)算公式: : 酸性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)堿性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)B堿度計(jì)算堿

19、度計(jì)算: :堿性渣堿性渣: B1: B1酸性渣酸性渣: B1: B1, 1, 酸性渣酸性渣: B: B1 11, 0; 0; 酸性渣酸性渣: B: B2 20; 00原因原因: : 堿性氧化物在液態(tài)渣中產(chǎn)生堿性氧化物在液態(tài)渣中產(chǎn)生OO2-2-等等, , 如：如：CaO=CaCaO=Ca2+2+O+O2-2-酸性氧化物酸性氧化物: : ai00 原因原因: :酸性氧化物消耗渣中的酸性氧化物消耗渣中的OO2-2-, , 如：如：SiOSiO2-2-+2O+2O2-2-=SiO=SiO4 44-4-Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金20焊條或焊焊條或焊劑類型劑類型熔渣化學(xué)成分（

20、質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（熔渣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%） 堿度堿度類型類型酸堿性酸堿性SiOSiO2 2TiOTiO2 2Al Al2 2O O3 3 FeOFeOMnOMnOCaOCaOMgOMgONaNa2 2O OK K2 2O OCaFCaF2 2B B1 1B B2 2氧化物型氧化物型酸性酸性鈦型鈦型23.423.437.737.710.010.06.96.911.711.73.73.70.50.52.22.22.92.90.430.43-2.0-2.0氧化物型氧化物型酸性酸性鈦鈣型鈦鈣型25.125.130.230.23.53.59.59.513.713.78.88.85.25.21.71.72

21、.32.30.760.76-0.9-0.9氧化物型氧化物型酸性酸性鈦鐵礦型鈦鐵礦型 29.229.214.014.01.11.115.615.626.526.58.78.71.31.31.41.41.11.10.880.88-0.1-0.1氧化物型氧化物型酸性酸性氧化鐵型氧化鐵型 40.440.41.31.34.54.522.722.719.319.31.31.34.64.61.81.81.51.50.600.60-0.7-0.7氧化物型氧化物型酸性酸性纖維素型纖維素型 34.734.717.517.55.55.511.911.914.414.42.12.15.85.83.83.84.34.3

22、0.600.60-1.3-1.3氧化物型氧化物型酸性酸性低氫型低氫型24.124.17.07.01.51.54.04.03.53.535.835.80.80.80.80.820.320.31.861.860.90.9鹽鹽- -氧化物型氧化物型堿性堿性HJ430HJ43038.538.51.31.34.74.743431.71.70.450.456.06.00.620.62-0.33-0.33氧化物型氧化物型酸性酸性HJ251HJ25118.218.222.022.018.018.023.023.01.01.07.07.010.010.03.03.06.06.014.014.017.017.02

23、3.023.030.030.01.151.151.441.440.0480.0480.490.49鹽鹽- -氧化物型氧化物型堿性堿性焊接熔渣的化學(xué)成分舉例 3.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)(3) (3) 兩種兩種理論的熔渣堿度比較理論的熔渣堿度比較Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金213.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)(4) (4) 有關(guān)有關(guān)熔渣堿度的一般規(guī)律熔渣堿度的一般規(guī)律u根據(jù)熔渣堿度，焊條和焊劑分為酸性和堿性兩根據(jù)熔渣堿度，焊條和焊劑分為酸性和堿性兩大類。大類。u低氫型焊條又稱堿性焊條，其藥皮主要特點(diǎn)是低氫型焊條又稱堿性焊條，其藥皮主要特點(diǎn)是不含有機(jī)物，含大量碳酸鹽和一定的不含

24、有機(jī)物，含大量碳酸鹽和一定的CaFCaF2 2。u其它非低氫型焊條又稱為酸性焊條，主要以硅其它非低氫型焊條又稱為酸性焊條，主要以硅酸鹽或鈦酸鹽為主，一般不含酸鹽或鈦酸鹽為主，一般不含CaFCaF2 2。u堿度越大，焊縫氧、硫含量越低。堿度越大，焊縫氧、硫含量越低。u堿性渣易吸潮，電弧穩(wěn)定性和脫渣性較差，堿性渣易吸潮，電弧穩(wěn)定性和脫渣性較差，Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金223.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)4 4、粘度、粘度 主要影響保護(hù)效果、焊縫成形、熔池中氣體主要影響保護(hù)效果、焊縫成形、熔池中氣體的外逸等的外逸等: :u金屬與渣之間的冶金反應(yīng)金屬與渣之間的冶金反應(yīng), ,

25、在動(dòng)力學(xué)上取決于它在動(dòng)力學(xué)上取決于它們之間的相對(duì)傳輸速度們之間的相對(duì)傳輸速度熔渣的粘度越小熔渣的粘度越小, , 流動(dòng)性流動(dòng)性越好越好, , 則擴(kuò)散越容易則擴(kuò)散越容易, , 對(duì)冶金反應(yīng)的進(jìn)行就越有利對(duì)冶金反應(yīng)的進(jìn)行就越有利, , 越易于氣體的逸出。越易于氣體的逸出。u在焊接工藝上在焊接工藝上, , 焊接熔渣的粘度過小焊接熔渣的粘度過小熔渣熔渣易流易流失失影響對(duì)熔池影響對(duì)熔池( (或焊縫或焊縫) )在全位置焊接時(shí)的成形和在全位置焊接時(shí)的成形和保護(hù)效果。保護(hù)效果。Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金233.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)4 4、粘度、粘度SMAW, SMAW, 根據(jù)粘度隨

26、溫度變化的速率根據(jù)粘度隨溫度變化的速率, , 熔渣分為熔渣分為: :2TT1T長(zhǎng)渣短渣O熔渣粘度隨溫度變化 長(zhǎng)渣長(zhǎng)渣: : 隨溫度升高粘隨溫度升高粘度下降緩慢的渣。度下降緩慢的渣。短渣短渣: : 隨溫度增高粘隨溫度增高粘度急劇下降的渣。度急劇下降的渣。短渣因凝固時(shí)間短適合短渣因凝固時(shí)間短適合于全位置焊，長(zhǎng)渣適合于全位置焊，長(zhǎng)渣適合于平位置焊。于平位置焊。Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金243.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)4 4、粘度、粘度渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān): : (1) (1) 酸性渣酸性渣: Si-O: Si-O陰離子聚合程度大、離子尺

27、寸大、粘度大。在溫度升高時(shí)復(fù)雜的陰離子聚合程度大、離子尺寸大、粘度大。在溫度升高時(shí)復(fù)雜的Si-OSi-O離離子逐漸破壞，形成較小的子逐漸破壞，形成較小的Si-OSi-O陰離子，粘度緩慢下降，因此陰離子，粘度緩慢下降，因此含含SiOSiO2 2多的酸性渣為長(zhǎng)渣。多的酸性渣為長(zhǎng)渣。 (2) (2) 堿性渣中離子尺寸小、粘度低，且隨溫度升高離子濃度增大，粘度迅速下降，因此堿性渣中離子尺寸小、粘度低，且隨溫度升高離子濃度增大，粘度迅速下降，因此堿堿性渣以及鈦型和鈦鈣型為短渣。性渣以及鈦型和鈦鈣型為短渣。 (3) (3) 在酸性渣中減少在酸性渣中減少SiOSiO2 2, , 增加增加TiOTiO2 2,

28、 , 使復(fù)雜的使復(fù)雜的Si-OSi-O陰離子減少陰離子減少, , 可降低粘度可降低粘度, , 使渣成為使渣成為短渣。短渣。 (4) (4) 在酸性渣中加入能產(chǎn)生在酸性渣中加入能產(chǎn)生OO2-2-的堿性氧化物的堿性氧化物(CaO(CaO、MgOMgO、MnOMnO、FeOFeO等等) )能破壞能破壞Si-OSi-O離子鍵離子鍵, , 使使Si-OSi-O離子的聚合程度降低、粘度降低，使渣向短渣轉(zhuǎn)化離子的聚合程度降低、粘度降低，使渣向短渣轉(zhuǎn)化。 (5) (5) 堿性渣中高熔點(diǎn)堿性渣中高熔點(diǎn)CaOCaO多時(shí)，可出現(xiàn)未熔化的固體顆粒而使粘度升高。多時(shí)，可出現(xiàn)未熔化的固體顆粒而使粘度升高。 (6) (6)

29、 在焊接熔渣和煉鋼熔渣中常用在焊接熔渣和煉鋼熔渣中常用CaFCaF2 2作為稀釋劑作為稀釋劑: : 渣中加入渣中加入CaFCaF2 2可起到很好的稀釋作用?？善鸬胶芎玫南♂屪饔?。 堿性渣中，堿性渣中，CaFCaF2 2能促使能促使CaOCaO熔化，降低粘度；酸性渣中，熔化，降低粘度；酸性渣中，CaFCaF2 2的的F F- -能更有效地破壞能更有效地破壞Si-OSi-O鍵，減小聚鍵，減小聚合離子尺寸，降低粘度。合離子尺寸，降低粘度。Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金253.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)5 5、表面張力和界面張力、表面張力和界面張力 熔渣的表面張力及熔渣與液態(tài)金屬

30、間的界熔渣的表面張力及熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力對(duì)于冶金過程動(dòng)力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣面張力對(duì)于冶金過程動(dòng)力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜質(zhì)相的排出有重要影響。它還影響到熔渣等雜質(zhì)相的排出有重要影響。它還影響到熔渣對(duì)液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護(hù)對(duì)液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護(hù)效果及焊縫外觀成形效果及焊縫外觀成形。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金263.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)5 5、表面張力和界面張力、表面張力和界面張力(1) (1) 熔渣的表面張力熔渣的表面張力 s-gs-g與溫度和熔渣組元質(zhì)點(diǎn)間化學(xué)鍵的鍵能有關(guān)與溫度和熔渣組元質(zhì)點(diǎn)間化學(xué)鍵的鍵能有關(guān): : 1)

31、 1) 溫度越高，表面張力越低。溫度越高，表面張力越低。 2) 2) 具有離子鍵的物質(zhì)其鍵能較大具有離子鍵的物質(zhì)其鍵能較大, , 表面張力也較大表面張力也較大, , 如如MgOMgO、CaOCaO、AlAl2 2OO3 3、MnOMnO、FeOFeO等；等； 3) 3) 具有極性鍵的物質(zhì)其鍵能較小，表面張力也較小具有極性鍵的物質(zhì)其鍵能較小，表面張力也較小, , 如如SiOSiO2 2、TiOTiO2 2等；等； 4) 4) 具有共價(jià)鍵的物質(zhì)其鍵能最小，表面張力也最小具有共價(jià)鍵的物質(zhì)其鍵能最小，表面張力也最小, , 如如B B2 2OO3 3、P P2 2OO5 5等。等。因此，堿度高的渣表面張

32、力大。在堿性渣中加入酸性氧化物因此，堿度高的渣表面張力大。在堿性渣中加入酸性氧化物TiOTiO2 2、SiOSiO2 2、B B2 2OO3 3等能降低堿性渣的表面張力。另外，等能降低堿性渣的表面張力。另外，CaFCaF2 2對(duì)降低熔渣表面張力也有對(duì)降低熔渣表面張力也有顯著作用。顯著作用。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金273.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)5 5、表面張力和界面張力、表面張力和界面張力(2) (2) 熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力影響焊接質(zhì)量熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力影響焊接質(zhì)量: : 界面張力小時(shí)界面張力小時(shí), , 熔渣對(duì)金屬的覆蓋保護(hù)效果較好熔渣對(duì)金屬的覆蓋

33、保護(hù)效果較好; ;反之反之, , 則有利于熔渣從液態(tài)金屬中分離。則有利于熔渣從液態(tài)金屬中分離。 1) 1) 酸性渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小酸性渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小, , 對(duì)液對(duì)液態(tài)金屬的潤(rùn)濕性較好，在鋼液表面易鋪展，對(duì)鋼態(tài)金屬的潤(rùn)濕性較好，在鋼液表面易鋪展，對(duì)鋼液的保護(hù)效果較好。液的保護(hù)效果較好。 2) SMAW: 2) SMAW: 覆蓋在熔滴表面的熔渣與熔滴間覆蓋在熔滴表面的熔渣與熔滴間的界面張力過大時(shí)的界面張力過大時(shí), , 易造成熔滴粗化易造成熔滴粗化, , 飛濺增多。飛濺增多。Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金283.2 焊接熔渣的理化性質(zhì)6 6、脫渣性、

34、脫渣性熔渣的脫渣性熔渣的脫渣性: : 焊后覆蓋在焊縫表面的固態(tài)熔渣渣殼從焊縫表面脫落的難易程度。焊后覆蓋在焊縫表面的固態(tài)熔渣渣殼從焊縫表面脫落的難易程度。影響脫渣性的主要因素影響脫渣性的主要因素: : (1) (1) 熔渣與焊縫金屬之間的化學(xué)結(jié)合力。焊鋼時(shí)熔渣中的熔渣與焊縫金屬之間的化學(xué)結(jié)合力。焊鋼時(shí)熔渣中的FeO, FeO, 既能溶解在金屬中既能溶解在金屬中, , 又能又能溶解在熔渣中溶解在熔渣中, , 因此它能使金屬和熔渣結(jié)合在一起因此它能使金屬和熔渣結(jié)合在一起, , 從而使渣殼不易脫落。從而使渣殼不易脫落。 (2) (2) 焊渣和金屬的線脹系數(shù)相差越大，熔渣本身的彈性越小焊渣和金屬的線脹

35、系數(shù)相差越大，熔渣本身的彈性越小, , 脫渣性就越好。脫渣性就越好。7 7、導(dǎo)電性、導(dǎo)電性 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金293.2 焊接熔渣的理化性質(zhì) 熔渣的凝固溫度、粘度和表面張力對(duì)熔渣的凝固溫度、粘度和表面張力對(duì)焊接、熔煉過程中的化學(xué)冶金反應(yīng)質(zhì)量及焊接、熔煉過程中的化學(xué)冶金反應(yīng)質(zhì)量及熔焊工藝性能影響很大，尤其是在全位置熔焊工藝性能影響很大，尤其是在全位置焊接時(shí)，具有適當(dāng)表面張力與凝固溫度的焊接時(shí)，具有適當(dāng)表面張力與凝固溫度的短渣，對(duì)于阻止液態(tài)熔池與熔渣在重力作短渣，對(duì)于阻止液態(tài)熔池與熔渣在重力作用下的下流、保證焊縫的外觀成形是至關(guān)用下的下流、保證焊縫的外觀成形是

36、至關(guān)重要的。重要的。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金303.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化u熔渣的氧化或還原能力是指熔渣向液態(tài)金屬中傳入氧或從液態(tài)金屬中導(dǎo)出氧的能力。氧化性熔渣的氧化或還原能力是指熔渣向液態(tài)金屬中傳入氧或從液態(tài)金屬中導(dǎo)出氧的能力。氧化性較強(qiáng)的熔渣又稱為活性熔渣。較強(qiáng)的熔渣又稱為活性熔渣。1 1、熔渣的氧化性、熔渣的氧化性u(píng)熔渣的氧化性熔渣的氧化性: : 取決于熔渣中的氧化物，取決于熔渣中的氧化物，常用渣中含有最不穩(wěn)定的氧化物常用渣中含有最不穩(wěn)定的氧化物FeOFeO的高低及該氧的高低及該氧化物在熔渣中的活度來衡量。化物在熔渣中的活度來衡量。u由于熔渣并非理想溶

37、液，渣中氧化鐵的含量并不是參加氧化反應(yīng)時(shí)的有效濃度，氧化反應(yīng)能由于熔渣并非理想溶液，渣中氧化鐵的含量并不是參加氧化反應(yīng)時(shí)的有效濃度，氧化反應(yīng)能否順利進(jìn)行與否順利進(jìn)行與FeO在熔渣中的活度在熔渣中的活度FeO有關(guān)有關(guān): CaO, K2O, Na2O, TiO2, Al2O3, MgO, SiO2, MnO穩(wěn)定性降低Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金313.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化uFeOFeO相當(dāng)不穩(wěn)定，通常用相當(dāng)不穩(wěn)定，通常用FeOFeO的活度的活度 FeOFeO來代來代表熔渣氧化能力的強(qiáng)弱。表熔渣氧化能力的強(qiáng)弱。u計(jì)算計(jì)算FeOFeO的活度時(shí)，將熔渣中其他鐵的高價(jià)氧的活

38、度時(shí)，將熔渣中其他鐵的高價(jià)氧化物化物FeFe2 2OO3 3，折算成，折算成FeOFeO的含量的含量: :FeFe2 2OO3 3+Fe=3FeO+Fe=3FeO全氧折合法全氧折合法或或FeFe2 2OO3 3=2FeO+1/2O2=2FeO+1/2O2全鐵折合法全鐵折合法1 1、熔渣的氧化性、熔渣的氧化性Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金323.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化u根據(jù)熔渣成分查表得出熔渣中根據(jù)熔渣成分查表得出熔渣中FeOFeO的活度的活度 FeOFeO, , 估算出該溫度下熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到平估算出該溫度下熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)液態(tài)金屬中的

39、含氧量衡時(shí)液態(tài)金屬中的含氧量: :1 1、熔渣的氧化性、熔渣的氧化性 FeOmaxO%O% OOmaxmax為在純氧化鐵構(gòu)成的熔渣下與之平衡時(shí)液態(tài)金屬中為在純氧化鐵構(gòu)成的熔渣下與之平衡時(shí)液態(tài)金屬中%O%O的極限的極限含量。含量。 OOmaxmax是與溫度有關(guān)的常數(shù)是與溫度有關(guān)的常數(shù): : 734. 26320Olg%maxT隨著溫度的升高，熔渣的氧化性增大。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金332 2、熔渣對(duì)金屬的氧化、熔渣對(duì)金屬的氧化方式：方式： (1) (1) 擴(kuò)散氧化擴(kuò)散氧化 (2) (2) 置換氧化置換氧化3.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化FeO)FeO(擴(kuò)散平衡符合

40、分配定律符合分配定律 若熔渣中含有比較多的易分解的氧化物若熔渣中含有比較多的易分解的氧化物, , 可可與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng), , 使金屬氧化使金屬氧化, , 同時(shí)發(fā)生同時(shí)發(fā)生原氧化物中金屬元素的還原原氧化物中金屬元素的還原 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金343.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化 熔渣中的熔渣中的FeOFeO既溶于渣又溶于液態(tài)鋼，在一定溫度下，它在兩相中的平衡濃度既溶于渣又溶于液態(tài)鋼，在一定溫度下，它在兩相中的平衡濃度符合分配定律符合分配定律: : (1)(1)、擴(kuò)散氧化、擴(kuò)散氧化FeO(FeO)L1) 1) 在在SiOSiO2 2飽和的酸性

41、渣飽和的酸性渣: 2) : 2) 在在CaOCaO飽和的堿性渣飽和的堿性渣: : 877. 14906lgTL980. 15014lgTLT, L, FeO:, L, FeO: 在高溫時(shí)，在高溫時(shí)，F(xiàn)eOFeO更容易向金屬中分配更容易向金屬中分配 焊接時(shí)渣中的焊接時(shí)渣中的FeOFeO主要是在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)向液態(tài)金屬中過渡的。主要是在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)向液態(tài)金屬中過渡的。在熔池尾部在熔池尾部, , 隨著溫度的下降隨著溫度的下降, , 液態(tài)金屬中過飽和的氧化鐵會(huì)向熔渣中擴(kuò)散液態(tài)金屬中過飽和的氧化鐵會(huì)向熔渣中擴(kuò)散, , 這一過這一過程稱之為擴(kuò)散脫氧。程稱之為擴(kuò)散脫氧。 Part II

42、 Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金353.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化在同樣溫度下在同樣溫度下, FeO, FeO在堿性渣中比在酸性渣中更在堿性渣中比在酸性渣中更容易向金屬中分配。即容易向金屬中分配。即: : 在熔渣中含在熔渣中含F(xiàn)eOFeO相同的相同的討論討論: : 酸性渣和堿性渣含氧量的比較酸性渣和堿性渣含氧量的比較渣的性質(zhì)與焊縫含氧量的關(guān)系情況下情況下, , 堿性渣時(shí)金屬中堿性渣時(shí)金屬中的含氧量比酸性渣時(shí)大。的含氧量比酸性渣時(shí)大。 熔渣的分子理論來解釋熔渣的分子理論來解釋: Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金36堿性渣堿性渣: : SiO SiO2 2、TiOT

43、iO2 2等酸性氧化物較少等酸性氧化物較少, FeO, FeO大部分以自由狀態(tài)存在大部分以自由狀態(tài)存在, , 即即FeOFeO在渣中的活度系數(shù)在渣中的活度系數(shù)大大, , 因而容易向金屬中擴(kuò)散因而容易向金屬中擴(kuò)散, , 使液態(tài)金屬中增氧。因此使液態(tài)金屬中增氧。因此, , 在堿性焊條藥皮中一般不加入含在堿性焊條藥皮中一般不加入含F(xiàn)eOFeO的物質(zhì)的物質(zhì), , 并要求焊接時(shí)嚴(yán)格清除焊件表面上的氧化皮和鐵銹并要求焊接時(shí)嚴(yán)格清除焊件表面上的氧化皮和鐵銹, , 否則否則, , 將使焊縫增氧并可能產(chǎn)生氣將使焊縫增氧并可能產(chǎn)生氣孔等缺陷孔等缺陷, , 這是堿性焊條對(duì)鐵銹和氧化皮敏感性大的原因。這是堿性焊條對(duì)鐵

44、銹和氧化皮敏感性大的原因。 3.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化討論討論: : 酸性渣和堿性渣含氧量的比較酸性渣和堿性渣含氧量的比較酸性渣酸性渣: :SiOSiO2 2、TiOTiO2 2等酸性氧化物較多等酸性氧化物較多, , 它們能與它們能與FeOFeO形成復(fù)合物形成復(fù)合物( (如如FeOSiOFeOSiO2 2), ), 使自由使自由FeOFeO減少，減少，所以在熔渣中所以在熔渣中FeOFeO含量相同的情況下，擴(kuò)散到金屬中的氧較少。含量相同的情況下，擴(kuò)散到金屬中的氧較少。 堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高? ? 多數(shù)情況下堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條低多數(shù)情況

45、下堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條低: : 因?yàn)楸M管堿性渣中因?yàn)楸M管堿性渣中FeOFeO的活度系數(shù)大的活度系數(shù)大, , 但但堿性渣中堿性渣中FeOFeO的含量并不高的含量并不高, , 因此堿性渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性比酸性渣要小。因此堿性渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性比酸性渣要小。 Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金37 擴(kuò)散氧化反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于界面附擴(kuò)散氧化反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于界面附近近FeOFeO的擴(kuò)散速度、接觸界面面積大小與擴(kuò)散的擴(kuò)散速度、接觸界面面積大小與擴(kuò)散反應(yīng)時(shí)間。熔焊時(shí)由于熔渣在高溫液態(tài)下的存反應(yīng)時(shí)間。熔焊時(shí)由于熔渣在高溫液態(tài)下的存在時(shí)間短暫，因此擴(kuò)散氧化程度一般遠(yuǎn)不能

46、達(dá)在時(shí)間短暫，因此擴(kuò)散氧化程度一般遠(yuǎn)不能達(dá)到平衡狀態(tài)到平衡狀態(tài) 。3.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化(1)(1)、擴(kuò)散氧化、擴(kuò)散氧化Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金38已知在堿性渣和酸性渣中各含有已知在堿性渣和酸性渣中各含有15%15%的的FeOFeO，熔池的平均溫度為，熔池的平均溫度為17001700，問在該溫度下平衡時(shí)分配到熔池中的問在該溫度下平衡時(shí)分配到熔池中的FeOFeO量各為多少？為什么在兩種情況量各為多少？為什么在兩種情況下分配到熔池中的下分配到熔池中的FeOFeO量不同？為什量不同？為什么焊縫中實(shí)際含么焊縫中實(shí)際含F(xiàn)eOFeO量遠(yuǎn)小于平衡時(shí)量遠(yuǎn)小于平衡時(shí)的含量？的含量？3.3 活性熔渣對(duì)金屬的氧化思考題：思考題：Part II Part II 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金391) SAW: HJ431+1)