第2讲焊接区内气体与金属的作用.docVIP

第 2 次课 2 学时 上次课复习： 熔滴、熔池反应区的特点 本次课题（或教材章节题目）：第一章 焊接化学冶金 第二节 焊接区内气体与金属的作用 教学要求： 1、熟悉焊接区气体的产生途径 2、气体对金属的作用。 重 点：氢和氧的溶解，氧化性气体对金属的氧化 难 点： 教学手段及教具：讲授、PowerPoint课件、动画、板书 讲授内容及时间分配： 第二节 焊接区气体对金属的作用（90mins） 1、复习上次课的内容（5mins） 2、气体在金属中的溶解（35mins） 3、氧化性气体对金属的氧化（45mins） 小结，布置作业（5mins） 课后作业 1、对焊接质量影响较大的气体有哪几种？ 2、简述气体对金属的作用。 参考资料 见附录1 第二节 焊接区内气体与金属的作用 焊接过程中，液态金属与各种气体发生相互作用――对焊件的性能产生影响。 深入了解气体的来源及其与金属的相互作用机制，对于控制金属中气体的含量，提高焊件的质量至关重要。 一、焊接区内的气体 （一）气体的种类和来源 1、种类：影响最大的气体包括――氮、氢、氧、水蒸气、二氧化碳。 2、来源：――焊接材料（主要）、母材和焊接环境气氛。 3、产生途径 1）直接侵入或输入； 2）物化反应产生： ①有机物的分解和燃烧： 淀粉、纤维素、糊精等受热（220～250℃）氧化分解，产物主要是CO2。 试验表明，含有机物的焊条加热温度应控制在150℃，不能超过200℃。 ②碳酸盐和高价氧化物的分解： CaCO3 = CaO + CO2↑， MgCO3 = MgO + CO2↑ 6Fe2O3 = 4Fe3O4 + O2↑ 2 Fe3O4 = 6 FeO + O2↑ 4MnO2 = 2 Mn2O3 + O2↑ 6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O2↑ ③物质的蒸发及冶金反应： 焊材中的水分； 金属元素（Zn、Mg、Pb、Mn)； 熔渣(氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF)； 某些冶金反应――气态产物； 4、结果： 合元损失；产生缺陷；增加焊接烟尘，影响焊工身体。 （二）气体分解和气相的组分 1、气体分解 简单气体（指N2、H2、O2等双原子气体）的分解 ； 复杂气体（指CO2和H2O等）的分解，分解产物在高温下还可进一步分解和电离。 2、气相的组分 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分 药 皮 类 型 气相成分（体积分数） /% 备 注 CO CO2 H2 H2O 高钛型（J421） 46.7 5.3 34.5 13.5 焊条在 110℃ 烘干2h 钛钙型（J422） 50.7 5.9 37.5 5.7 钛铁矿型（J423） 48.1 4.8 36.6 10.5 氧化铁型（J424） 55.6 7.3 24.0 13.1 纤维素型（J425） 42.3 2.9 41.2 12.6 低氢型（J427） 79.8 16.9 1.8 1.5 二、气体与金属的作用 （一）气体在金属中的溶解 1、溶解反应热力学 一般，气体分子→ 分解为原子－溶解到液态金属中。 双原子气体溶入金属液的两种方式： 1） 温度不够高或气体难以分解时：吸附 — 分解 — 溶入； X在金属中的溶解度 2）焊接温度下氢、氧等气体的溶解：分解 — 吸附 — 溶入； X在金属中的溶解度 2、氮在金属中的溶解 1）氮与金属的作用方式 不发生作用―Cu、Ni―不溶+不反应； 发生作用―Fe、Ti―溶+形成氮化物； 2）理论上，氮在铁中的溶解度如图所示： a）气化温度附近，溶解度↓↓。 b）氮、氢在液态铁中，温度↑，溶解度↑ c）氮、氢在金属凝固时溶解度↓↓。 d） 氮、氢的溶解度：奥氏体铁素体。 3）实际上 a）电弧焊中熔池的溶氮量比计算的标准溶氮量高，图2-8。 b）氮在金属凝固时溶解度陡降－－部分残留在焊缝中(固溶氮、分子氮和氮化物)－－影响性能。 c）氮与铜、镍不发生作用，可以作焊接保护气体。 3、氢在金属中的溶解 1）氢与金属的作用特点： 形成稳定氢化物――放热反应――Nb、Ti、V、Zr等――焊接此类金属时要防止较低固态时吸收大量的氢