【文章內(nèi)容簡介】 性熔渣對(duì)金屬的氧化活性熔渣對(duì)金屬的氧化可分為兩種基本形式：擴(kuò)散氧化和置換氧化，置換氧化是金屬氧化的主要途徑。①擴(kuò)散氧化焊接鋼時(shí)，由于FeO既能溶于渣又能溶于液態(tài)鋼，所以它能在鋼液和熔渣間進(jìn)行擴(kuò)散。在一定溫度平衡時(shí)，它在兩相中的濃度應(yīng)符合：L=(FeO)/[FeO]在溫度不變的情況下，當(dāng)增加熔渣中FeO的濃度(FeO)時(shí)，(FeO)/[FeO]大于分配系數(shù)L，擴(kuò)散平衡被破壞，渣中的FeO就會(huì)向鋼液中擴(kuò)散，這個(gè)過程就是擴(kuò)散氧化?？梢钥闯?，由于(FeO)/[FeO]L是發(fā)生擴(kuò)散氧化的條件，所以L越小擴(kuò)散氧化越容易發(fā)生。已經(jīng)證明溫度越高，L越小，所以擴(kuò)散氧化主要是在溫度高的熔滴階段和熔池高溫區(qū)進(jìn)行。擴(kuò)散氧化過程需要一定的時(shí)間，所以它不是金屬氧化的主要途徑。②置換氧化置換氧化又叫滲錳滲硅增氧反應(yīng)，是渣中的活性氧化物MnO、SiO2與鋼液間發(fā)生置換氧化反應(yīng)：置換氧化是吸熱反應(yīng)，所以主要發(fā)生在熔滴區(qū)和熔池高溫區(qū)，是金屬氧化的主要途徑。（3）焊件表面氧化物對(duì)金屬的氧化2Fe(OH)2＝Fe2O3+3H2OFe2O3+［Fe］＝3FeOFe3O4+[Fe]=4FeO 脫氧反應(yīng)（1）對(duì)脫氧劑的要求用于脫氧的元素或鐵合金叫脫氧劑。為達(dá)到脫氧目的，脫氧劑應(yīng)滿足下列要求：①脫氧劑在焊接溫度下對(duì)氧的親和力應(yīng)比被焊金屬對(duì)氧的親和力大。②脫氧的產(chǎn)物應(yīng)不溶于液態(tài)金屬，其密度也應(yīng)小于液態(tài)金屬的密度，同時(shí)應(yīng)盡量使脫氧產(chǎn)物處于液態(tài)。③必須考慮脫氧劑對(duì)焊縫成分、性能及工藝性能的影響。④成本盡量低。（2）脫氧反應(yīng)①先期脫氧先期脫氧發(fā)生在藥皮反應(yīng)區(qū)。Fe2O3 + Mn = MnO+2FeOFeO + Mn = MnO + FeOMnO2 + Mn = 2MnO2CaCO3 + Ti＝TiO2 +2CaO + 2CO2CaCO3 + Si = SiO2 + 2CaO + 2CO先期脫氧的效果取決于脫氧劑對(duì)氧的親和力、它的粒度、氧化劑與脫氧劑的比例、焊接電流密度、伸出長度等因素。②擴(kuò)散脫氧它是擴(kuò)散氧化的逆反應(yīng)，發(fā)生在液態(tài)金屬與熔渣界面，以分配定律為理論基礎(chǔ)。當(dāng)(FeO)/[FeO]分配系數(shù)L時(shí)，發(fā)生擴(kuò)散氧化，溫度升高L值減小有利于擴(kuò)散氧化進(jìn)行，所以擴(kuò)散氧化發(fā)生在熔滴區(qū)以及熔池頭部高溫區(qū)，另外堿性渣也有利于擴(kuò)散氧化進(jìn)行。擴(kuò)散脫氧和擴(kuò)散氧化相反，當(dāng)(FeO)/[FeO] 分配系數(shù)L時(shí)，發(fā)生擴(kuò)散脫氧，溫度降低L值增大有利于擴(kuò)散脫氧進(jìn)行，所以擴(kuò)散脫氧發(fā)生在熔池尾部低溫區(qū)，另外酸性渣有利于擴(kuò)散脫氧進(jìn)行。由于擴(kuò)散脫氧發(fā)生在溫度較低的熔池尾部，熔渣與金屬的粘度大，而且時(shí)間短，所以擴(kuò)散脫氧不是脫氧的主要途徑。擴(kuò)散脫氧的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)因脫氧而造成夾雜。③沉淀脫氧（置換脫氧）這是置換氧化的逆反應(yīng)。它的原理是利用溶于液態(tài)金屬中的脫氧劑和[FeO]反應(yīng)，把鐵還原，而且要求脫氧產(chǎn)物浮入渣中。沉淀脫氧比先期脫氧進(jìn)行的徹底，是最重要的脫氧方法。下面介紹幾種常見的脫氧反應(yīng)：碳脫氧 [C]+[FeO]=CO↑+[Fe]錳脫氧 [Mn]+[FeO]=(MnO)+[Fe]硅脫氧[Si]+2[FeO] =(SiO2)+2[Fe] 硅錳聯(lián)合脫氧 硫、磷對(duì)焊縫金屬的作用和控制 硫的危害與控制（1）硫的危害硫是鋼中的有害雜質(zhì)之一，當(dāng)它以FeS形式存在時(shí)危害最大。它容易發(fā)生偏析，以低熔點(diǎn)共晶Fe+FeS(熔點(diǎn)985℃)和FeS+FeO(熔點(diǎn)940℃)的形式呈片狀或鏈狀分布在晶界上，這樣就增加了焊縫金屬產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向，同時(shí)還會(huì)降低沖擊韌性和抗腐蝕性。（2）控制硫的措施可以從限制來源、采取冶金措施兩方面加以考慮，以“限”為主。⑴限制來源焊縫中的硫主要來源有三個(gè)：⑵冶金脫硫方式有三種：① 元素脫硫 [FeS]+[Mn]=(MnS)+[Fe]② 熔渣脫硫 [FeS]+(MnO)=(MnS)+(FeO)[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)[FeS]+(MgO)=(MgS)+(FeO)③ 稀土 磷的危害與控制（1）磷的危害磷在多數(shù)焊縫中都是一種有害的雜質(zhì)，存在形式以Fe2P和Fe3P為主。和硫一樣，磷也是在液態(tài)鐵中溶解度大，在固態(tài)鐵中溶解度很小，金屬發(fā)生液固轉(zhuǎn)變時(shí)，磷在晶界偏析形成磷化鐵。磷化鐵可以和鐵、鎳形成晶界低熔點(diǎn)共晶相（Fe3P+Fe：1050℃，Ni3P+Ni：880℃），促使金屬熱裂；即使不形成低熔點(diǎn)共晶相，由于磷化鐵本身硬而脆，所以磷化鐵的存在又會(huì)促使冷脆。（2）控制磷的措施由于磷一旦進(jìn)入液態(tài)金屬，脫磷就相當(dāng)困難，比脫硫效果還差，所以控制[P]應(yīng)以“限”為主。脫磷反應(yīng)分為兩步：①將磷氧化生成P2O5②使之與渣中的堿性氧化物生成穩(wěn)定的磷酸鹽2[Fe3P]+5(FeO)+3(CaO)= (CaO)3P2O3+11[Fe]2[Fe3P]+5(FeO)+4(CaO)= (CaO)4P2O3+11[Fe] 焊縫金屬的合金化（滲合金）所謂合金化，就是把需要的合金元素通過焊接材料過渡到焊縫金屬中去的過程。 合金化的目的⑴補(bǔ)償焊接過程中由于蒸發(fā)、氧化等原因所造成的合金元素的損失。⑵消除焊接缺陷（氣孔、裂紋等），改善焊縫金屬的組織和性能。⑶獲得具有特殊性能的堆焊金屬。所以，研究焊縫金屬的合金化具有非常重要的意義。 合金化的方式常用的合金化方式有以下幾種：（1）應(yīng)用合金焊絲（或帶極、板極）（2）應(yīng)用藥芯焊絲或藥芯焊條（3）應(yīng)用合金藥皮或粘接焊劑（4）應(yīng)用合金粉末（5）置換氧化 合金過渡系數(shù)η（1）概念合金過渡系數(shù)等于某種合金元素在熔敷金屬中的實(shí)際含量與它的原始含量之比，也就是：η=[Me]實(shí)/[Me]始 某種合金元素在熔敷金屬中的實(shí)際含量[Me]實(shí)可以用儀器直接測出來，而它的原始含量需要經(jīng)過計(jì)算獲得， [Me]始=d[Me]母材+(1d)（[Me]焊絲+Kb[Me]藥皮）式中：d為熔合比，即在焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例；Kb為藥皮質(zhì)量系數(shù)（藥皮質(zhì)量/焊絲質(zhì)量）或焊劑熔化率（焊劑熔化量/焊絲質(zhì)量）。 合金過渡系數(shù)通常小于1，且。（2）影響過渡系數(shù)的因素①合金元素的物化性質(zhì)②合金元素的含量③合金劑的粒度 ④藥皮（或焊劑）的成分⑤藥皮重量系數(shù) Kb↑，η↓⑥過渡的途徑：⑦焊接方法：一般， 焊接接頭的組織和性能焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)及HAZ三部分（圖22）。圖22 焊接接頭示意圖1焊縫；2熔合區(qū)；3HAZ；4母材熔池金屬從液態(tài)凝固到室溫，一般要經(jīng)歷兩次組織變化：由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的凝固過程稱為一次結(jié)晶；當(dāng)溫度降到相變溫度后發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變稱為二次結(jié)晶或固態(tài)相變，常溫下的焊縫金相組織就是二次結(jié)晶組織。 焊縫金屬的凝固組織 焊接熔池凝固的特殊性（1）熔池體積小、冷卻速度快。（2）熔池中的金屬處于過熱狀態(tài)（3）熔池是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶 熔池凝固的特點(diǎn)（1）聯(lián)生結(jié)晶焊接條件下，一般是以熔合區(qū)附近加熱到半熔化狀態(tài)的母材晶粒表面為現(xiàn)成表面，開始形核，并且以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長。這種依附母材半熔化晶粒為現(xiàn)成表面，并與柱狀晶粒形成共同晶粒的凝固方式稱為聯(lián)生結(jié)晶或外延結(jié)晶。（2）擇優(yōu)生長柱狀晶生長時(shí)它的長大趨勢不同，當(dāng)母材半熔化晶粒的晶格位向（晶體最易長大方向）與最大溫度梯度方向（散熱最快的方向）一致時(shí)，有利于柱狀晶的生長。（3）偏向晶與定向晶柱狀晶的生長方向和焊速還有關(guān)系。在一般焊速下，柱晶是呈朝焊縫中心生長并向焊接方向前傾的彎曲形態(tài)，稱為偏向晶，焊速越慢，柱晶前傾的越厲害。如果相反，焊接速度很高，那么柱晶生長方向基本不變，它是垂直與焊縫金屬邊界對(duì)向生長，從而形成定向晶。 焊縫凝固組織的形態(tài)焊縫中的晶體形態(tài)主要是柱狀晶和少量等軸晶。柱狀晶的微觀形態(tài)又分為平面晶、胞狀晶、胞狀樹枝晶和樹枝晶。如果鋼中合金元素含量增大、液態(tài)熔池內(nèi)溫度梯度降低或熔池凝固