【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Si、 A1可降低氫在液態(tài)鐵中的溶解度； Ti、 Zr、 Nb及稀土元素可以提高氫的溶解度； Mn、 N、 Cr、 Mg影響不大； O可減少金屬對(duì)氫吸附，減少氫在液態(tài)鐵中溶解度。 (3) 組織： 在奧氏體中，氫的溶解度大；在珠光體鋼，氫的溶解度小。 P2446 影響溶解度的因素(1) 溫度：(2) 熔滴階段吸收的氫比熔池階段多。 在金屬沸點(diǎn)溫度時(shí)，氫的溶解度為 0。 在金屬相變點(diǎn)，氫溶解度發(fā)生突變 , 易形成氣孔、裂紋等焊接缺陷。（二）焊縫金屬中的氫及其擴(kuò)散1 存在形式： 氫以 H、 H+、 H存在，在焊縫中形成間隙固溶體。 擴(kuò)散氫： 氫原子及離子半徑很小，可以在焊縫金屬晶格中自由擴(kuò)散，故被稱為 擴(kuò)散氫 。 殘余氫： 氫擴(kuò)散到金屬的晶格缺陷、顯微裂紋或非金屬夾雜物邊緣的微小空隙中時(shí)，結(jié)合成氫分子，由于分子的半徑大而不能自由擴(kuò)散，被稱為 殘余氫 。2 H的擴(kuò)散 焊縫金屬放置時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散氫越減少，殘余氫越增加，而焊縫的總氫量下降。3 H的擴(kuò)散形式： 濃度擴(kuò)散： H由濃度高的焊縫向熱影響區(qū)擴(kuò)散 熱擴(kuò)散： Ⅰ 類金屬從低溫（飽和度大）向高溫?cái)U(kuò)散（飽和度低），與濃度擴(kuò)散相反。 應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散： Ⅱ 類金屬發(fā)生相變、產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力的存在使 H向拉應(yīng)力大的方向擴(kuò)散， H向焊縫根部及焊縫邊界應(yīng)力集中區(qū)擴(kuò)散。 4 H的測(cè)量 測(cè)氫方法有水銀法、甘油法、氣相色譜法和排液法。 熔敷金屬擴(kuò)散氫含量是 試樣經(jīng)焊接后、立即冷卻，按照測(cè)氫標(biāo)難規(guī)定的方法測(cè)定并換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的含氫量 。5 H的分布 氫沿焊縫長(zhǎng)度方向的分布不均勻。 氫不僅在焊縫中存在，還向近縫區(qū)中擴(kuò)散，并且擴(kuò)散深度較大 。 圖 129 氫在焊接接頭橫斷面上的分布 1低碳鋼，堿性焊條 2低碳鋼，鈦型焊條 3 30CrMnSi鋼，鐵素體焊縫4 30CrMnSi鋼，奧氏體焊條5工業(yè)純鐵，纖維素型焊條圖 130 臨近熔合線近縫區(qū)內(nèi)氫的濃度隨時(shí)間的變化1Q235+奧氏體焊縫 245鋼 +奧氏體焊縫 3Q235+鐵素體焊縫 445鋼 +鐵素體焊縫 （三）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響1 形成氣孔 熔池凝固結(jié)晶時(shí)，氫的溶解度突然下降，使氫處于過飽和狀態(tài)，就促使發(fā)生如下反應(yīng)： 2H→ H2，反應(yīng)生成的分子氫在液態(tài)金屬中形成氣泡。當(dāng)氣泡向外逸出的速度小于熔池的凝固速度時(shí)，就在焊縫中形成氣孔。2 產(chǎn)生冷裂紋 焊接接頭冷卻到較低溫度下（對(duì)于鋼來說在 Ms溫度以下）時(shí)才產(chǎn)生的焊接裂紋稱為冷裂紋。3 造成氫脆 氫在室溫附近使鋼塑性嚴(yán)重下降現(xiàn)象稱為氫脆 。氫脆是由于原了氫擴(kuò)散聚集于鋼顯微空隙中，結(jié)合為分子氫，造成空隙內(nèi)產(chǎn)生很高壓力，阻礙金屬塑性變形，導(dǎo)致金屬變脆。4 出現(xiàn)白點(diǎn) 白點(diǎn)是出現(xiàn)在焊縫金屬拉伸或彎曲試件的斷面上的一種白色園形斑點(diǎn)，中心含有微細(xì)氣孔或夾雜物，周圍則為銀白色的脆化部分，其形狀類似魚眼珠中的白點(diǎn)。 它主要是在外力作用下，氫在微小氣孔或夾雜物處的集結(jié)造成脆化。（四）控制氫的措施1 限制焊接材料中的含氫量 制造焊條、焊劑及藥芯焊絲的各種原材料，如有機(jī)物、天然云母、水玻璃、鐵合金等，都不同程度地含有吸附水、結(jié)晶水、化合水或溶解的氫。因此，在制造低氫或超低氫（ [H]1mL/100g）型焊條和焊劑時(shí)，應(yīng)盡量選用不含或少含氫的原材料。2 清除工件及焊絲表面上的油污、雜質(zhì) 工件坡口附近以及焊絲表面上的鐵銹、油污、水分 等是使焊縫增氫原因之一。3 冶金處理 1)焊條藥皮和焊劑中加入氟化物 2CaF2+3SiO2=2CaSiO3＋ SiF4 SiF4+3H= SiF+3HF； SiF4 +2H2O=SiO2+4HF CaF2去 H： CaF2氣 +H2O氣 =CaO氣 +2HF； CaF2氣 +2H=Ca氣 +2HF 2）控制焊接材料的氧化還原勢(shì)熔池中氫的平衡濃度為：增加氣相中的氧化性，或增加熔池中的含氧量都可以減少熔池中氫的平衡濃度。氧化性氣體可以奪氫生成穩(wěn)定的 OH，反應(yīng)式為：CO2+H=CO+OH； O+H=OH； O2+H2=2OH低氫型焊條藥皮中碳酸鹽，受熱分解析出 CO2，進(jìn)行反應(yīng)而去氫。CO2氣體保護(hù)焊的焊縫含氫量比較低。為了獲得氫、氧含量都比較低的焊縫， 在增加脫氧劑的同時(shí)，還必須采取其他的去氫措施。3）在焊條藥皮或焊芯中加入微量的稀土或稀散元素 加入微量的 Y、 Te、 Se可以大幅度降低擴(kuò)散氫含量 。4 控制焊接工藝參數(shù) 增大焊接電流會(huì)使熔滴吸收的氫量增加，同時(shí)電流的種類和極性也對(duì)焊縫的含氫量也有影響， 直流反接 [H]低（焊條正，工件負(fù)）5 焊后脫氫處理 焊后把焊件加熱到一定的溫度，促使氫擴(kuò)散外邊的工藝叫脫氫處理。167。 把焊件加熱到 350℃ ，保溫 1h，可將絕大部分?jǐn)U散氫去除。167。 對(duì)于易產(chǎn)生冷裂紋焊件常要求進(jìn)行脫氫處理。167。 奧氏體鋼焊接接頭進(jìn)行脫氫處理效果不大，因而是不必要的。四、氧對(duì)金屬的作用(一 ) 氧在金屬中的溶解167。 氧是以 原子氧和氧化亞鐵 FeO兩種形式溶于液態(tài)鐵中的。167。 如果與液態(tài)鐵平衡的是 純 FeO熔渣 ，則溶于液態(tài)鐵中的氧量達(dá)到最大值，用 [O]max表示。它與溫度的關(guān)系為：?濕度升高時(shí)，氧在液態(tài)鐵中的溶解度增大。?合金元素含量的增加 ，氧的溶解度下降（見右圖）。 （二）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化1 金屬氧化還原方向的判據(jù)167。 設(shè)金屬氧化物的分解反應(yīng)通式如下：氧化物分解反應(yīng)平衡常數(shù)等于氧分壓，稱之為氧化物的分解壓 PO2。分解壓可以作為判斷金屬氧化還原反應(yīng)方向的標(biāo)準(zhǔn)。167。 假設(shè)在金屬 氧 金屬氧化物系統(tǒng)中氧分壓為 {PO2}金屬被氧化平衡金屬被還原 氧化物的分解壓 PO2隨溫度的升高而增加。在 FeO為純凝聚相時(shí)，其分解壓為：實(shí)際上 FeO不是純凝聚相，而是溶于液態(tài)鐵中，這時(shí) FeO分解壓可用下式表示 2自由氧對(duì)金屬的氧化167。 在空氣中無任何保護(hù)的條件下，進(jìn)行光焊絲焊接時(shí)，可認(rèn)為氣相中氧的分壓就是空氣中氧的分壓， {PO2}＝ （即），遠(yuǎn)大于表 115（ P48） 中所示焊接溫度下 FeO的分解壓，所以鐵被氧化。焊接鋼時(shí)，鋼液中對(duì)氧親合力比鐵大的合金元素 (如 C、 Si、Mn等 )也要被氧化 ： 原子氧對(duì)鐵的氧化更為激烈167。3 CO2對(duì)金屬的氧化167。當(dāng) TTm時(shí)，氣相中氧的分壓 {PO2}遠(yuǎn)大于 FeO的分解壓 PO2。167。高溫時(shí)， CO2也是很強(qiáng)的氧化劑 。167。當(dāng) T=3000 K時(shí)， {PO2}=， (即 atm)，氣相中氧的分壓約等于空氣中氧的分壓；167。當(dāng) T3000 K時(shí)， CO2的氧化性超過了空氣。167。 4 H2O氣對(duì)金屬的氧化167。 水蒸氣分解既使焊縫金屬增氫，又使液體鐵及其他合金元素氧化，其反應(yīng)式及平衡常數(shù)又表示如下：當(dāng)溫度升高時(shí)， H2O的氧化性增強(qiáng)。在液態(tài)鐵存在的溫度下， CO2氧化性大于 H2O的氧化性。氣相中含有較多的 H2O時(shí)，僅僅進(jìn)行脫氧并不能保證焊縫質(zhì)量，必須同時(shí)去氫或減少 H2O的來源。5 混合氣體對(duì)金屬的氧化(1) 手工電弧焊時(shí)，焊接區(qū)的氣相是多種氣體的混合物。(2) 鈦鐵礦型焊條析出的氣體在接近熔池結(jié)晶溫度 (2023 K)時(shí)，是還原性的；在 2500K以上時(shí)，是氧化性的。(3) 低氫型焊條析出氣體，高于熔池結(jié)晶溫度時(shí)，都是氧化性的。 電弧氣氛中氧的分壓 {PO2}和 FeO的分解壓 (l01kPa)(2) 氣體保護(hù)焊，改善電弧電、熱和工藝特性，采用混合氣體。 Ar＋ O2， Ar＋ CO2， Ar＋ O2＋ CO2， O2＋ CO2。ΣO（ 與 100g金屬反應(yīng)的總氧量 ）作為評(píng)定混合氣體氧化能力指標(biāo)。（三）氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響167。氧在焊縫金屬中以 溶解狀態(tài)和氧化物夾雜 兩種形式存在，焊縫含氧量是指總的含氧量。一般溶解在鋼中的氧很少，絕大部分氧是以夾雜物的形式存在的。1 焊縫的強(qiáng)度、塑性、韌性明顯下降 ；尤其是焊縫金屬的低溫沖擊韌度急劇下降，引起焊縫金屬的時(shí)效硬化、熱脆及冷脆等、以及物理及化學(xué)性能的變化。2 形成氣孔： 在熔池階段，溶解的氧與碳發(fā)生冶金反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物是不溶于金屬的 CO。如果在熔池進(jìn)行凝固時(shí) CO氣泡來不及逸出，就會(huì)形成 CO氣孔。3 燒損的有益合金元素，從而使焊縫金屬的性能變壞。4 形成飛濺 在熔滴中所進(jìn)行的氧與碳的冶金反應(yīng)，生成 CO受熱膨脹，造成熔滴爆炸，形成飛濺，破壞了焊接過程的穩(wěn)定性。（四）控制氧的措施控制氧的措施是預(yù)防和脫氧。(1) 采用純度高的焊接材料 盡量采用不含或少含氧量的焊接材料。例如，采用低氧或無氧焊條、焊劑；采用高純度的惰性氣體作為保護(hù)氣體；真空條件下焊接，可以降低焊縫金屬含氧量。(2) 控制焊接工藝參數(shù) 增加電弧電壓使空氣容易侵入電弧，并且增加了氧與熔滴接觸的時(shí)間，致使焊縫含氧量增加。為了減少焊縫合氧量應(yīng)盡量采用短弧焊。(3) 采用冶金方法進(jìn)行脫氧 通過向焊絲或焊條藥皮中加入某種合金元素，使這些合金元素在焊接過程中被氧化，從而保護(hù)被焊金屬及其合金元素不被氧化。第三節(jié) 焊接熔渣一、焊接熔渣（一）熔渣的作用、成分及分類1 熔渣在焊接過程中的作用（ 1）機(jī)械保護(hù)作用： 液態(tài)熔渣覆蓋在熔滴和熔池的表面上，把液態(tài)金屬與空氣隔離開，保護(hù)液態(tài)金屬不被氧化和氮化。熔渣凝固后所形成的渣