【正文】 氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物。氧化性很小 – 例如： CaF2NaF、 CaF2BaCl2NaF ?鹽 氧化物型熔渣：氟化物和強金屬氧化物組成。 氧化性較小 例如： CaF2 –CaOSiO2（低氫型） 、 CaF2 –CaOAl2O3 ?氧化物型熔渣：主要由各種金屬氧化物組成。 氧化性較強 例如： CaO TiO2SiO2（鈦鈣型）、 MnOSiO2 焊接鋁、鈦和其它化學(xué)活性金屬及其合金 焊接合金鋼及合金 焊接低碳鋼 和低合金鋼 （二）熔渣微觀結(jié)構(gòu) 液態(tài)熔渣的結(jié)構(gòu)有兩種理論： 分子理論 和 離子理論 分子理論可簡明的定性為解釋熔渣與金屬之間的冶金反應(yīng) ,但不能解釋一些重要現(xiàn)象，如導(dǎo)電性、電解等。 ： 1).液態(tài)熔渣由自由氧化物及其復(fù)合物的分子組成 2).氧化物之間成鹽反應(yīng)服從質(zhì)量作用定律 )()()(22OSOCOSOCkiaia???當 T↑k↓自由氧化物 ↑濃度復(fù)合物濃度 ↓熔渣活性 ↑ T↓k↑自由氧化物濃度 ↓復(fù)合物濃度 ↑熔渣活性 ↓ ????QOSOCOSOC iaia ???? 223).只有自由氧化物才能與金屬作用 ][)(][)( enne FOMMOF ??????? COFOOF ee ][][)(4).各氧化物之間的化學(xué)親和力可近似用生成復(fù)合物時的熱效應(yīng)來衡量 卡5 9 0 02 ???? OSOFOSOF ieie卡2 8 4 0 0)(2 222 ???? OSOCOSOC iaia5).液態(tài)熔渣是理想的熔體 服從理想溶液定律 分子理論可簡明的定性解釋熔渣與金屬之間的冶金反應(yīng) ,但不能解釋一些重要現(xiàn)象， 如導(dǎo)電性 、 電解等 。 ： 1).熔滴是由簡單和復(fù)雜的離子組成的中性溶液 負電性大的元素以負離子形式存在 負電性小的元素以正離子形式存在 堿性渣中 SiO2 少 ， 氧以自由氧離子形式存在 酸性渣中 SiO2多 ， 形式復(fù)雜的離子 . 之間形成離子團 ， 極性鍵結(jié)合 . ???? OClF ..?????eea FFKC ..?2O?44OSi693OSiOSi ?2).離子的分布，聚集和相互作用取決于它的綜合矩 綜合矩 =Z/r r= 其子 Z— 離子電荷 （ 靜電單位 ） r— 離子半徑 離子綜合矩越大 ， 靜電場愈強 ， 與其它離子作用力愈大綜合矩 如 綜合矩最大４７ cm810? ?? rT?4Si負離子 綜合矩最大７ .３ 二者可結(jié)合成或更復(fù)雜的離子 當Ｚ ↑綜合矩 ↑ r↓綜合矩 ↑ ?2O?44SiO 鹽型簡單結(jié)構(gòu)均勻溶液，氧化型熔渣具有復(fù)雜網(wǎng)狀，結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分更不均勻的離子溶液，鹽 — 氧化物型比較復(fù)雜的化學(xué)成分微觀不均的離子溶液。 ?2O3).液態(tài)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 離子理論 分子理論 由于離子交換電荷 、 運動 、 形成電流 . ][)(2][2)( 24 SiFeFeSi ??? ??][)(2][2)( 2 SiF e OFeS i O ???（三）熔渣的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系 分子理論認為熔渣中的氧化物按其性質(zhì)可分為三類 ?1).酸性氧化物 SiO2 TiO2 P2O5 2).堿性氧化物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO 3).中性氧化物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 根據(jù)分子理論堿度的定義為： ai、 ω i—熔渣中堿性氧化物的質(zhì)量分數(shù)、堿度系數(shù) aj、 ωj—熔渣中酸性氧化物的質(zhì)量分數(shù)、堿度系數(shù) B1＞ 1 堿 B1 ＜ 1 酸 B1 ＝ 1 中 ?????njjjmiiiaaB111??離子理論對堿度定義 液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度定義為堿度 . B2=∑aiMi Mi渣中第 i種氧化物的摩爾分數(shù) 。 ai渣中第 i種氧化物的堿度系數(shù) 。 B2 ＞ 0 堿 B2 ＜ 0 酸 B2 =0 中 )()()(22322222Z r OT i OOAlS i OF e OM n OOKONaC a FM g OC a OB??????????式中 CaO、 MgO、 CaF SiO2 等以質(zhì)量百分數(shù)計 B1＞ 1 堿 B1 ＜ 1 酸 B1 ＝ 1 中 (1)溫度對粘度的影響 長渣 : T↓ η↑ 短渣 : T↓ η↑↑ (2)熔渣成分對粘度的影響 ?CaF2 CaO SiO2 實際氣相與熔渣間的界面張力 . 鍵能越大表面張力越大 . 金屬鍵 :K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO 共價鍵 :SiO2 TiO2 P2O5 藥皮熔點 :藥皮熔化溫度 熔渣熔點 :固態(tài)熔渣熔化溫度 焊接鋼的熔點在 11501350℃ （一）置換氧化 (SiO2) +2[Fe]＝ [Si]+2FeO T↑反應(yīng)向右進行 lgKSi=(FeO)2[Si]/(SiO2)=13460/T+ (MnO)+[Fe]=[Mn]+ FeO lgKMn=(FeO)[Mn]/(MnO)=6600/T+ 二、熔渣對焊縫金屬的氧化 AF=[SiO2+042B12(MnO)]/100B1 AF＞ 高活性 AF=~ AF= 活性能 AF ≤ （二）擴散氧化 L=ω(FeO)/ ω[FeO] T↑L↓ L——FeO在熔渣和液態(tài)鐵中的分配系數(shù) 飽和 SiO2 lgL=4906/T 飽和 CaO lgL=5014/ 三、焊縫金屬的脫氧 （一）脫氧的目的和選擇脫氧的原則 通過焊絲、焊劑或藥皮向焊接區(qū)加入某些物質(zhì)，減弱被焊金屬及其合金元素的氧化程度或使被氧化的焊縫金屬及其合金元素從其氧化物中還原出來，從而降低焊縫金屬中的含氧量 選擇原則 質(zhì) （二）先期脫氧 藥皮反應(yīng)區(qū) Fe2O3+Mn=MnO+2FeO CaCO3+Mn=CaO+CO+MnO （三）沉淀脫氧 1 Mn的脫氧 [Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO) K=aMnO/=γMnO.(MnO)/ 2 Si的脫氧 [Si]+2[FeO]＝ (SiO2) +2[Fe] 3 Si/Mn聯(lián)合脫氧 （四）擴散脫氧 L=(FeO)/[FeO] T↑L↓ 四、焊縫金屬中硫和磷的控制 （一）焊縫中硫的危害及控制 產(chǎn)生硫化物夾雜，增大結(jié)晶裂紋傾向，降低焊縫沖擊韌性和耐蝕性 （ 1）限制焊接材料中含硫量 （ 2）用冶金方法脫硫 堿性焊條脫硫 (CaO)＋ [FeS]＝ (CaS)＋ (FeO) (MnO)＋ [FeS]＝ (MnS)＋ (FeO) 冶金方法脫硫 脫硫劑：堿性氧化物、錳脫硫 [Mn]+[FeS]=(MnO)+[Fe] LgK=8220/ T ↓ K↑ 有利于脫硫 (MgO)＋ [FeS]＝ (MgS)＋ (FeO) （二）焊縫中磷的危害及控制 增大焊縫金屬的結(jié)晶裂紋傾向和冷脆性 （ 1）限制焊接材料中含磷量 （ 2）脫磷反應(yīng) 脫磷反應(yīng) a） .FeO將磷氧化生成 P2O5 b） .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)+11[Fe] 2[Fe3P]+5(FeO)+4(CaO)= (CaO)+11[Fe] 167。 24 焊縫金屬的合金化 一、合金化的目的及方式 （一）目的 : 補嘗合金元素 。 改善焊縫的組織和性能 。 特殊性能 （二）方式： 二、合金過渡過程的理論分析 （一）合金劑過渡的方式 合金 →渣 液 →渣 液界面 →液態(tài)金屬中溶解 →擴散 →攪拌均勻 . (二）在合金過渡過程中各階段的作用 Kb≤ 熔滴過渡為主 Kb＞ 熔池過渡為主 三、合金過渡系數(shù)用及其影響因素 ? ?? ?ed MM??? ?ω（ Md） 合金元素在熔敷金屬中含量 ω（ Me） 合金元素在焊接材料中的原始含量 某合金化元素在熔敷金屬中實際質(zhì)量分數(shù)與其在焊接材料中原始質(zhì)量分數(shù)之比 （二）影響過渡系數(shù)的因素 Cu、 Ni、 Co、 Fe、 W、 Mo、 Cr、 Mn、 V、 Si、 Ti、 Zr、 Al 在 1600℃ 各種合金元素對氧的親和力 由左到右增強 合金元素的含量 ↑ η↑ , 但增加一定時 ,趨于定值 . 藥皮或焊劑的氧化勢 ↑ η↓ 合金元素與其氧化物共存時 , η ↑ 合金元素與其氧化物與渣的酸堿性相同時 , η ↑ Kb ↑η↓ 熔合比及焊縫成分的控制 （ 一 ） 、 熔合比 ? 熔合比 ：焊縫金屬中，局部熔化的母材所占的比例。 ? mb——焊縫中熔化母材所占的質(zhì)量 ? md——焊縫中熔敷金屬所占的質(zhì)量 )/( dbb mmm ???dbbAAA???熔合比概念示意圖 合金元素的實際含量： ）元素的實際質(zhì)量分數(shù)（焊接材料熔敷金屬中該）；分數(shù)（該元素在母材中的質(zhì)量式中：%)(%)()()1()()(???????dbdbwMwMwMwMwMw ??母材成分一定時，焊縫成分控制有兩個途徑： 調(diào)整焊接材料的成分 控制焊接工藝來改變?nèi)酆媳燃斑^渡系數(shù) 本章小結(jié) 本章以手工電弧焊焊接低碳鋼和低合金鋼的冶金問題為重點，從熱力學(xué)的角度來闡明焊接化學(xué)冶金的一般規(guī)律。也討論了熔渣對金屬的作用、合金過渡的幾種形式及影響因素