【正文】 溫度升高，氫的溶解度增大（T↑→SH↑）。這往往是造成氫氣孔的主要原因。 氫在固態(tài)金屬中的擴(kuò)散固溶在鋼焊縫中的氫原子和氫離子，由于半徑很小，可以在焊縫金屬的晶格中自由擴(kuò)散，所以稱為“擴(kuò)散氫”。由于擴(kuò)散，所以焊后隨放置時(shí)間增加，擴(kuò)散氫減少，殘余氫增多，總氫量降低。在焊縫中，氫沿焊縫長(zhǎng)度方向的分布基本均勻，只是在弧坑處含氫量高，所以在弧坑處容易產(chǎn)生氫缺陷。含氫量越高越容易產(chǎn)生冷裂，因?yàn)闅涞拇嬖谑墙宇^產(chǎn)生冷裂的三大因素之一。 氫的作用結(jié)果（對(duì)焊接質(zhì)量的影響）氫幾乎對(duì)所有的金屬焊接都有害，氫的有害作用可分為兩種：暫態(tài)現(xiàn)象——脆化、白點(diǎn)，經(jīng)時(shí)效、熱處理可消除；永久現(xiàn)象——?dú)饪住⒗淞鸭y，不可消除。氫脆是溶解在金屬晶格中的氫引起的。與此同時(shí)，溶解在金屬晶格中的原子氫不斷沿著位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向擴(kuò)散，最后聚集在顯微空腔內(nèi)，結(jié)合為分子氫。⑵白點(diǎn)（fisheye，魚眼）是含氫量高的碳鋼或低合金鋼焊縫，在拉伸或彎曲試件斷面上出現(xiàn)的銀白色圓形斑點(diǎn)。白點(diǎn)是在塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生的，使焊縫塑性嚴(yán)重下降。由于塑性變形新產(chǎn)生的微裂紋表面上，分解成原子氫，原子氫擴(kuò)散到微裂紋金屬晶格內(nèi)，引起金屬脆化。反應(yīng)生成的分子氫不溶于金屬，于是在液態(tài)金屬中形成氣泡。⑷冷裂紋冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度產(chǎn)生的一種裂紋，危害很大。④清除焊絲和焊件表面上的油、銹、吸附水等雜質(zhì)。為防止焊絲生銹，許多國(guó)家都采用表面鍍銅處理。①電流 一般，由于I↑→電弧溫度高，氫分解度大；熔滴溫度高，氫溶解度大，所以[H]↑②電壓電壓U↑→弧長(zhǎng)↑→熔滴與H作用時(shí)間↑→[H]↑→應(yīng)短弧操作③電流的種類和極性直流反接（試件接負(fù)極，焊把接正極）氫量最少，交流最多。（4） 焊后脫氫處理焊后加熱焊件，促使氫擴(kuò)散外逸，從而減少接頭中含氫量的工藝叫做脫氫處理。 氮對(duì)金屬的作用及控制 氮的來(lái)源焊接周圍的空氣是電弧氣相中氮的主要來(lái)源。 氮的作用根據(jù)氮與金屬的作用特點(diǎn)，可分為兩種情況進(jìn)行討論：①與氮不發(fā)生作用的金屬，如銅和鎳等，它們既不溶解氮，又不形成氮化物。②與氮發(fā)生作用的金屬，如鐵、錳、鈦、硅、鉻等，它們既溶解氮，又形成氮化物。 氮在金屬中的溶解氮在鐵中的溶解度隨溫度的變化關(guān)系見圖21。其中液固轉(zhuǎn)變時(shí)溶解度突降這一點(diǎn)是造成氮?dú)饪椎闹饕颉＃?）時(shí)效脆化（隨時(shí)間延長(zhǎng)，強(qiáng)度增高而塑韌性下降的現(xiàn)象）焊縫金屬中過(guò)飽和的氮處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨時(shí)間延長(zhǎng)過(guò)飽和的氮逐漸析出，形成穩(wěn)定針狀氮化物Fe4N，從而強(qiáng)度上升而塑韌性下降。②增大焊接電流。（3）冶金措施①增加焊絲或要皮中的碳含量②加入鈦、鋁、鋯和稀土等與氮親和力大的合金元素 氧對(duì)金屬的作用及控制 氧的來(lái)源（1）弧氣中的氧化性氣體OCO2和水蒸氣。氧在液態(tài)鐵中溶解度與溫度的關(guān)系也是溶解度隨溫度的升高而升高。在鐵冷卻過(guò)程中，氧的溶解度急劇下降。所以，焊縫金屬和鋼中所含的氧幾乎全部是以氧化物和硅酸鹽夾雜物的形式存在。 氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響焊縫中的氧不論以何種形式存在，對(duì)焊縫的性能都有很大的影響：（1） 降低焊縫的力學(xué)性能[O]↑→焊縫的強(qiáng)度、塑性、韌性↓↓ ，尤其低溫沖擊韌性急劇下降（2）增加焊縫的冷脆與熱脆敏感性（3）降低焊縫導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、耐蝕性等物化性能（4）使焊縫中有益的合金元素?zé)龘p，并造成飛濺和氣孔。（1）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化① 自由氧對(duì)金屬的氧化 [Fe]+1/2O2=FeO+ kJ/mol[Fe]+O=FeO+ kJ/mol② CO2對(duì)金屬的氧化CO2=CO+1/2O22[Cr]+3CO=(Cr2O3)+3[C]③ H2O對(duì)金屬的氧化H2O氣+[Fe]=[FeO]+ H2（2）活性熔渣對(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。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(guò)程就是擴(kuò)散氧化。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。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。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。③必須考慮脫氧劑對(duì)焊縫成分、性能及工藝性能的影響。（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)。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)。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。擴(kuò)散脫氧的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)因脫氧而造成夾雜。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。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。（2）控制硫的措施可以從限制來(lái)源、采取冶金措施兩方面加以考慮，以“限”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。（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。P2O3+11[Fe]2[Fe3P]+5(FeO)+4(CaO)= (CaO)4 合金化的目的⑴補(bǔ)償焊接過(guò)程中由于蒸發(fā)、氧化等原因所造成的合金元素的損失。⑶獲得具有特殊性能的堆焊金屬。 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(guò)渡系數(shù)η（1）概念合金過(guò)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(cè)出來(lái)，而它的原始含量需要經(jīng)過(guò)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）。（2）影響過(guò)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(guò)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）。 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。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。（3）偏向晶與定向晶柱狀晶的生長(zhǎng)方向和焊速還有關(guān)系。如果相反，焊接速度很高，那么柱晶生長(zhǎng)方向基本不變，它是垂直與焊縫金屬邊界對(duì)向生長(zhǎng)，從而形成定向晶。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。如高速焊時(shí)在焊縫中心易形成等軸晶；弧坑處液相少，合金濃度高且凝固速度快，也容易形成等軸晶。偏析嚴(yán)重，可能會(huì)導(dǎo)致氣孔、熱裂紋和夾渣等缺陷。在柱晶生長(zhǎng)中，熔池邊緣先凝固，低熔點(diǎn)共晶物以及雜質(zhì)被趕向熔池中心最后凝固形成宏觀偏