金屬成型液態(tài)金屬與氣相的相互作用

1、123焊絲母材熔池焊道導(dǎo)電嘴 保護(hù)氣體溶滴電弧45蒸蒸發(fā)發(fā)過(guò)過(guò)渡渡飛飛濺濺氧氧化化678910N2、H2、O2CO2 和和 H2O 直接進(jìn)入直接進(jìn)入間接分解間接分解11熱氧化分解反應(yīng)熱氧化分解反應(yīng) 220250以上發(fā)生，以上發(fā)生， 800左右完全分解左右完全分解 CO2、CO、H2、烴和水氣、烴和水氣 如纖維素的熱氧化分解反應(yīng)：如纖維素的熱氧化分解反應(yīng)：（C6H10O5）m7/2m O2（氣）（氣）6m CO2（氣）（氣）5m H2（氣）（氣） 酸性焊條藥皮中有機(jī)物的含量較高酸性焊條藥皮中有機(jī)物的含量較高12 堿性焊條藥皮中碳酸鹽的含量較高堿性焊條藥皮中碳酸鹽的含量較高高價(jià)氧化物（高價(jià)氧化物（

2、Fe2O3 和和 MnO2）的分解）的分解 （在某些酸性焊條藥皮中含量較高）（在某些酸性焊條藥皮中含量較高） 6 Fe2O3 = 4 Fe3O4 + O2 2 Fe3O4 = 6 FeO + O2 4 MnO2 = 2 Mn2O3 + O2 6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O213極易蒸發(fā)極易蒸發(fā) 后果：后果：合金元素的損失；合金元素的損失； 產(chǎn)生焊接缺陷；產(chǎn)生焊接缺陷； 增加焊接煙塵，污染環(huán)境，影響焊工身體健康。增加焊接煙塵，污染環(huán)境，影響焊工身體健康。純金屬和氟化物的沸點(diǎn)（純金屬和氟化物的沸點(diǎn)（） 14298H298H15分分解解度度溫度溫度 T / KCO2分解時(shí)氣相的平衡成分分

3、解時(shí)氣相的平衡成分與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系氣氣相相體體積積分分?jǐn)?shù)數(shù)/% 溫度溫度 T / K 雙原子氣體分解度雙原子氣體分解度與溫度與溫度的關(guān)系（的關(guān)系（P00.1MPa）16圖圖7-3 H2O分解形成的氣相成分與溫度的關(guān)系（分解形成的氣相成分與溫度的關(guān)系（P00.1MPa）溫度溫度 T /103K氣氣相相體體積積分分?jǐn)?shù)數(shù)/%171819202HH=KPHS吸附吸附 分解分解 溶溶入入分解分解 吸附吸附 溶入溶入21（ PN2 PH2 = 0.1MPa ）氮、氫在金屬凝固氮、氫在金屬凝固時(shí)溶解度陡降。時(shí)溶解度陡降。氮、氫在奧氏體中的氮、氫在奧氏體中的溶解度大于鐵素體。溶解度大于鐵素體。氮、氫在

4、液態(tài)鐵中的溶解氮、氫在液態(tài)鐵中的溶解度隨溫度升高而增大。度隨溫度升高而增大。在鐵的氣化溫度附近，在鐵的氣化溫度附近，氣體溶解度陡降。氣體溶解度陡降。22SH/mL.(100g)-1T/氫在不同金屬中的溶解度隨溫度的變化（氫在不同金屬中的溶解度隨溫度的變化（pH20.1MPa）a）I類(lèi)金屬類(lèi)金屬 b）II類(lèi)金屬類(lèi)金屬SH/mL.(100g)-1T/第第II類(lèi)金屬吸氫過(guò)程是放熱反應(yīng)，因此隨類(lèi)金屬吸氫過(guò)程是放熱反應(yīng)，因此隨著溫度的升高，氫的溶解度減小，著溫度的升高，氫的溶解度減小， 23 在室溫下仍有較大的擴(kuò)散能力，在室溫下仍有較大的擴(kuò)散能力，如在如在2020時(shí)，時(shí)，HH的擴(kuò)散速度比的擴(kuò)散速度比NN

5、、CC高高10101212倍！倍！ 占?xì)淇偭康恼細(xì)淇偭康?0%80%以上。以上。總含氫量總含氫量=擴(kuò)散氫擴(kuò)散氫氫氫2425焊條保溫桶焊條保溫桶遠(yuǎn)紅外焊條烘箱遠(yuǎn)紅外焊條烘箱 26主要是主要是CaF2，焊條藥皮中加入，焊條藥皮中加入78，即可急劇減，即可急劇減少焊縫的氫含量。少焊縫的氫含量。氟化物的去氫機(jī)理主要有以下兩種：氟化物的去氫機(jī)理主要有以下兩種：在酸性渣中在酸性渣中， CaF2和和SiO2共存時(shí)能發(fā)生如下化共存時(shí)能發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：學(xué)反應(yīng)： 2 CaF2 + 3 SiO2 = 2 CaSiO3 + SiF4 生成的氣體生成的氣體 SiF4 沸點(diǎn)很低（沸點(diǎn)很低（90），它以氣），它以氣態(tài)形式

6、存在，并與氣相中的原子氫和水蒸氣發(fā)態(tài)形式存在，并與氣相中的原子氫和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)：生反應(yīng)： SiF4 + 3 H = SiF + 3 HF SiF4 + 2 H2O = SiO2 + 4 HF 反應(yīng)生成的反應(yīng)生成的HF 在高溫下比較穩(wěn)定，故能降低在高溫下比較穩(wěn)定，故能降低焊縫的氫含量。焊縫的氫含量。272822OPPHOHH2930電流種類(lèi)和極性電流種類(lèi)和極性交流電焊接時(shí)，焊縫含氫量比用直流電焊交流電焊接時(shí)，焊縫含氫量比用直流電焊接時(shí)多接時(shí)多反極性焊接時(shí)，焊縫的含氫量比正極性時(shí)反極性焊接時(shí)，焊縫的含氫量比正極性時(shí)少少+-H+-+H+直流正極性直流正極性直流反極性直流反極性31323334溫度溫

7、度 T/溶解度溶解度%/oS734. 26320lgmax0TS35222OMenmOMennm36自由氧化物分解壓與溫度的關(guān)系自由氧化物分解壓與溫度的關(guān)系T/Lg pO2/101.3kPaMoO43.626730lg2OTp37p 計(jì)算得知，在高于鐵熔點(diǎn)的溫度下計(jì)算得知，在高于鐵熔點(diǎn)的溫度下 Po2 很小，例如溫度為很小，例如溫度為18001800，液，液態(tài)鐵中態(tài)鐵中 FeO FeO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 1時(shí)，時(shí)， Po2 =1.510-5 KPa( (說(shuō)明氣相中只要存在微量的氧，即可使鐵氧化。說(shuō)明氣相中只要存在微量的氧，即可使鐵氧化。p 通常情況下通常情況下FeOFeO溶于液態(tài)鐵中

8、，這時(shí)其分解壓為：溶于液態(tài)鐵中，這時(shí)其分解壓為： 2max2OOFeOFeO22pp3839氣氣高溫下高溫下CO2對(duì)液態(tài)鐵和其他許多金屬來(lái)說(shuō)均為活潑的氧化劑。對(duì)液態(tài)鐵和其他許多金屬來(lái)說(shuō)均為活潑的氧化劑。40855.611576lgTK415.510200lgTK42 電弧氣氛中氧分壓電弧氣氛中氧分壓Po2和的分解壓和的分解壓Po2 （101KPa） 鈦鐵礦型焊條析出的氣體：鈦鐵礦型焊條析出的氣體：2000K時(shí)，是時(shí)，是還原性還原性的；的； 2500K以上時(shí)，是以上時(shí)，是氧化性氧化性的。的。低氫型焊條析出的氣體：在高于熔池結(jié)晶溫度的情況下，都是低氫型焊條析出的氣體：在高于熔池結(jié)晶溫度的情況下，都是氧化性氧化性的，的，所以藥皮中必須加入脫氧劑。所以藥皮中必須加入脫氧劑。434445464748N2N22N2NN22N2N2N21881lg(1.246)lg2NNpT 氮在純鐵液中的溶解度可以表示為：氮在純鐵液中的溶解度可以表示為：T為溫度為溫度: PN2為氣相中分子氮的分壓。為氣相中分子氮的分壓。 溶解方式：溶解方式：1 1）氮分子、氮原子）氮分子、氮原子2 2）氮離子）氮離子3 3）氮化物）氮化物4950不同方法焊接