第一章 焊接化学冶金

第一章第一章 焊接化学冶金焊接化学冶金主要内容主要内容 焊接化学冶金过程的特点焊接化学冶金过程的特点 气相对金属的作用气相对金属的作用 熔渣对金属的作用熔渣对金属的作用 合金的过渡合金的过渡第一节第一节 焊接化学冶金过程的特点焊接化学冶金过程的特点本节概念性的内容较多，通过对本节的理解，本节概念性的内容较多，通过对本节的理解，加以记忆加以记忆焊条熔化焊条熔化形成熔滴形成熔滴过渡过渡形成熔池形成熔池焊接保护焊接保护熔合比熔合比化学冶金反应区化学冶金反应区一一 焊条熔化及熔池形成焊条熔化及熔池形成(一一)焊条的加热及熔化焊条的加热及熔化 1 焊条的加热焊条的加热 电弧焊时用于加热和熔化焊条电弧焊时用于加热和熔化焊条(或焊丝或焊丝)的热能有：的热能有：电阻热：电阻热：焊接电流通过焊芯时产生电阻热，使其本身和药皮的温焊接电流通过焊芯时产生电阻热，使其本身和药皮的温度升高电弧热：电弧热：焊条熔化、使液体金属过热和蒸发的主要能源焊条熔化、使液体金属过热和蒸发的主要能源用于加热和熔化焊条的功率用于加热和熔化焊条的功率qe仅是其全部功率的一小部分，即：仅是其全部功率的一小部分，即：qe=e eUI (e e-焊条加热有效系数焊条加热有效系数)化学反应热：化学反应热：仅占仅占13，可忽略不计。

可忽略不计2 焊条金属的平均熔化速度焊条金属的平均熔化速度 平均熔化速度：平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度平均熔化速度单位时间内熔化焊芯质量或长度平均熔化速度与焊接电流成正比与焊接电流成正比gM=G/t=pI 平均熔敷速度平均熔敷速度：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔敷速度gD=GD/t=pI 损失系数：损失系数：在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分焊条金属焊条金属(或焊丝或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数熔敷速度才是反映焊接生产率指标熔敷速度才是反映焊接生产率指标 PHMDMDgggGGG1PH)1(3 焊条金属熔滴及其过渡特性焊条金属熔滴及其过渡特性(1)熔滴过渡的形式熔滴过渡的形式 短路过渡短路过渡：短弧焊时焊条端部熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发短弧焊时焊条端部熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发生接触，形成短路，电弧熄灭在各种力的作用下过渡到熔池生接触，形成短路，电弧熄灭在各种力的作用下过渡到熔池中，电弧重新引燃，如此重复这一过程。

中，电弧重新引燃，如此重复这一过程颗粒状过渡颗粒状过渡：当电弧的长度足够长时，焊条端部的熔滴长大到较当电弧的长度足够长时，焊条端部的熔滴长大到较大的尺寸在各种力的作用下，以颗粒状落入熔池，此时不发生大的尺寸在各种力的作用下，以颗粒状落入熔池，此时不发生短路，接着进行下一个过渡周期短路，接着进行下一个过渡周期附壁过渡附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡的形式熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡的形式 碱性焊条主要是短路过渡和大颗粒状过渡碱性焊条主要是短路过渡和大颗粒状过渡用酸性焊条焊接时为细颗粒状过渡和附壁过滤用酸性焊条焊接时为细颗粒状过渡和附壁过滤以滴状形式过渡到熔池熔滴端部熔化焊条各种力的作用下长大电弧热(2)熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积熔滴的比表面积:表面积与质量之比：表面积与质量之比：设熔滴是半径为设熔滴是半径为r的球体，比表面积：的球体，比表面积：RRRS/3)34/(432ggVAS/熔滴越细，比表面积越大熔滴越细，比表面积越大cpcpcpgm/)/()21(0trtrcpmmm 2/1)/(0trcpmmcp，熔滴平均相互作用时间熔滴平均相互作用时间mcp熔滴平均质量，熔滴平均质量，mcp=m0+1/2 mtr，m0熔滴脱落后在焊条端部剩余液体量；熔滴脱落后在焊条端部剩余液体量；mtr单个熔滴质量；单个熔滴质量；熔滴长大时间；熔滴长大时间；gcp熔滴过渡一个周期内焊芯的平均熔化熔滴过渡一个周期内焊芯的平均熔化速度，速度，gcp=mtr/熔滴平均相互作用时间表示式：熔滴平均相互作用时间表示式：图图1-1 焊条端部熔滴质量随时间的变化焊条端部熔滴质量随时间的变化(低氢碱性焊条，反接低氢碱性焊条，反接)（3）熔滴温度）熔滴温度：熔滴温度是研究熔滴阶段各种物理化学反应时的熔滴温度是研究熔滴阶段各种物理化学反应时的重要数据。

重要数据目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参考随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低低碳钢熔滴的平均温度在低碳钢熔滴的平均温度在21002700 K的范围内的范围内二）熔池的形成（二）熔池的形成 熔池：熔池：焊接热源作用在焊接热源作用在焊件上焊件上所形成的所形成的具有一定几何形状的液态具有一定几何形状的液态金属部分金属部分就是熔池就是熔池熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成1 熔池形状和尺寸熔池形状和尺寸：宽度、深度和长度：宽度、深度和长度焊接电流的增加，熔池的最大深度焊接电流的增加，熔池的最大深度Hmax增大；增大；熔池的最大宽度熔池的最大宽度Bmax相对减小；相对减小；随电弧电压升高，随电弧电压升高，Hmax减小，减小，Bmax增加熔池的长度近似估算：熔池的长度近似估算：L=P2q=P2UI 2 熔池的质量和存在时间熔池的质量和存在时间 熔池的质量很小：熔池的质量很小：手工电弧焊时，手工电弧焊时，0.6-16g，多数情况下为，多数情况下为5g以下；以下；自动理弧焊时，熔池的质量较大，但通常也小于自动理弧焊时，熔池的质量较大，但通常也小于100g。

熔池存在的时间很短熔池存在的时间很短，一般只有几秒至几十秒一般只有几秒至几十秒熔池中冶金反应时间是很短暂的，但比熔滴阶段存在的时间长熔池中冶金反应时间是很短暂的，但比熔滴阶段存在的时间长vLtmax熔池最大存在时间（熔池长度决定）：熔池最大存在时间（熔池长度决定）：由熔池质量确定的时间为：由熔池质量确定的时间为：vAwmtcp 3 熔池的温度熔池的温度 熔池各处的熔池各处的温度不均匀温度不均匀熔池前部，母材就不断地熔化熔池前部，母材就不断地熔化 熔池中部具有最高的温度熔池中部具有最高的温度熔池后部的温度逐渐降低熔池后部的温度逐渐降低低 碳 钢 熔 池 的 平 均 温 度 约 为低 碳 钢 熔 池 的 平 均 温 度 约 为1770100图图1-4熔池的温度分布熔池的温度分布1-中部中部 2-前部前部 3-后部后部 4 熔池中流体的运动状态熔池中流体的运动状态 熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池中热量和质量传输过程得以进行中热量和质量传输过程得以进行1 运动方向：运动方向：熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯曲表面向熔池的后部运动；曲表面向熔池的后部运动；熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向中心运动。

中心运动2 运动作用：运动作用：a)使母材和焊条金属充分混合，形成成分使母材和焊条金属充分混合，形成成分均匀的焊缝金属均匀的焊缝金属b)有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速冶金反应，消除焊接缺陷冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔如气孔)，提，提高焊接质量高焊接质量图图1-5 TIG焊焊钛合金时熔池钛合金时熔池中金属的流向中金属的流向 二二 焊接过程中对金属的保护焊接过程中对金属的保护 (一一)保护的必要性保护的必要性（1）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中氧和氮的含量氧和氮的含量2）防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的）防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的化学成分化学成分3）防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔焊接化学冶金的焊接化学冶金的首要任务首要任务就是就是对焊接区内的金属加强保护，以免对焊接区内的金属加强保护，以免受空气的有害作用受空气的有害作用二二)保护的方式和效果保护的方式和效果1 埋弧焊：埋弧焊：是利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属是利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属的，的，焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构。

2 气体保护焊：气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度保护效果取决于保护气的性质与纯度惰性气体惰性气体(氩、氩、氦等氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金3 渣渣-气联合保护：气联合保护：焊条药皮和焊丝药芯一般是由焊条药皮和焊丝药芯一般是由造气剂、造渣剂造气剂、造渣剂和和铁合金等组成，这些物质在焊接过程中形成渣铁合金等组成，这些物质在焊接过程中形成渣-气联合保护气联合保护4 真空：真空：真空保护效果是最理想的，如度高于真空保护效果是最理想的，如度高于0.0133Pa的真空室内的真空室内进行电子束焊接，把氧和氮有害作用减至最小进行电子束焊接，把氧和氮有害作用减至最小5 自保护焊：自保护焊：在焊丝或药芯中加入脱氧和脱氮剂，使由空气进入熔在焊丝或药芯中加入脱氧和脱氮剂，使由空气进入熔化金属中的氧和氮进入熔渣中，故称自保护化金属中的氧和氮进入熔渣中，故称自保护NoImage图图1-6 熔敷金属中含氮量与焊熔敷金属中含氮量与焊丝药芯中保护材料含量关系丝药芯中保护材料含量关系 图图1-7 焊条熔化析出气体数量焊条熔化析出气体数量V对熔敷金属含氮量影响对熔敷金属含氮量影响三三 焊接化学冶金反应区及其反应条件焊接化学冶金反应区及其反应条件 不同焊接方法有不同的反应区：不同焊接方法有不同的反应区：手工电弧焊时手工电弧焊时有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。

池反应区熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊：只有熔滴和熔池反应区只有熔滴和熔池反应区不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊接不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊接只有一个熔池只有一个熔池反应区图图1-8 焊接化学冶金反应区焊接化学冶金反应区-药皮反应区药皮反应区 -熔滴反应区熔滴反应区 -熔滴反应区，熔滴反应区，(一一)药皮反应区药皮反应区 药皮反应区温度范围从药皮反应区温度范围从l00至药皮熔点至药皮熔点，主要物化反应有：，主要物化反应有：1 水分蒸发：水分蒸发：药皮被加热，吸附水就开始蒸发，药皮被加热，吸附水就开始蒸发，T100，吸附，吸附水全部蒸发，水全部蒸发，T=200400，药皮组成物结晶水将被排除，药皮组成物结晶水将被排除，化合水需更高温度下才能析出化合水需更高温度下才能析出2 有机物燃烧和分解：有机物燃烧和分解：有机物，如木粉、纤维素和淀粉等则开始分解和燃烧，形成有机物，如木粉、纤维素和淀粉等则开始分解和燃烧，形成CO、CO2、H2等气体焊条中的碳酸盐焊条中的碳酸盐(CaCO3，MgCO3)和高价氧化物和高价氧化物(如赤铁矿如赤铁矿Fe2O3，锰矿，锰矿MnO2等等)也发生分解，形成也发生分解，形成CO2、O2等气体。

等气体3 铁合金氧化：铁合金氧化：上述物化反应产生的大量气体，对被焊金属和药上述物化反应产生的大量气体，对被焊金属和药皮中的铁合金皮中的铁合金(如锰铁、硅铁和钛铁等如锰铁、硅铁和钛铁等)有很大的氧化作用有很大的氧化作用温度高于温度高于600就会发生铁合金的明显氧化，结果使气相的氧化就会发生铁合金的明显氧化，结果使气相的氧化性大大下降，即所谓性大大下降，即所谓“先期脱氧先期脱氧”二二)熔滴反应区熔滴反应区 熔滴形成、长大、过渡至熔池都属熔滴反应区熔滴形成、长大、过渡至熔池都属熔滴反应区特点：特点：1 熔滴温度高，熔滴金属过热度大熔滴温度高，熔滴金属过热度大：熔滴活性斑点处温度接近焊芯：熔滴活性斑点处温度接近焊芯沸点，约沸点，约2800；熔滴平均温度在；熔滴平均温度在18002400范围熔滴金属范围熔滴金属过热度很大，达过热度很大，达3009002 熔滴与气体和熔渣的接触面积大：熔滴与气体和熔渣的接触面积大：熔滴的比表面积大熔滴的比表面积大3 各相之间的反应时间短：各相之间的反应时间短：熔滴在焊条末端停留时间为熔滴在焊条末端停留时间为0.010.1s熔滴向熔池过渡速度高达熔滴向熔池过渡速度高达2.510 m/s，经过弧柱区时间很短。

在，经过弧柱区时间很短在这个区备相接触的平均时间约为这个区备相接触的平均时间约为0.011.0 s熔滴阶段的反应主要熔滴阶段的反应主要是在焊条末端进行是在焊条末端进行4 熔滴与熔渣发生强烈的混合：熔滴与熔渣发生强烈的混合：混合作用不仅混合作用不仅增加了相接触面积增加了相接触面积，而且有利于反应物和产物进入和退出反应表面，而且有利于反应物和产物进入和退出反应表面，加快反应速度加快反应速度三三)熔池反应区熔池反应区1 熔池反应区的物理条件熔池反应区的物理条件 与熔滴相比，与熔滴相比，熔池的平均温度较低熔池的平均温度较低，约为，约为16001900；比表面比表面积较小积较小，约为，约为3130cm2/kg；反应时间稍长些反应时间稍长些，如手工电弧焊时，如手工电弧焊时通常为通常为38s，埋弧焊时为，埋弧焊时为625s熔池温度分布极不均匀熔池温度分布极不均匀，因此在熔池的前部和后部反应可以同时，因此在熔池的前部和后部反应可以同时向相反的方向进行向相反的方向进行熔池中的强烈运动熔池中的强烈运动，有助于加快反应速度，并为气体和非金属夹，有助于加快反应速度，并为气体和非金属夹杂物的外逸创造了有利条件杂物的外逸创造了有利条件。

2 熔池反应区的化学条件熔池反应区的化学条件 熔池阶段系统中熔池阶段系统中反应物的浓度与平衡浓度之差比熔滴阶段小反应物的浓度与平衡浓度之差比熔滴阶段小，熔熔池中的反应速度比熔滴中要小池中的反应速度比熔滴中要小新熔化的母材、焊芯和药皮不断新熔化的母材、焊芯和药皮不断进入熔池前部，凝固的金属和熔渣不断从熔池后部退出反应区进入熔池前部，凝固的金属和熔渣不断从熔池后部退出反应区熔池反应区的反应物质是不断更新的熔池反应区的反应物质是不断更新的药皮重量系数药皮重量系数Kb（单位长度上药皮与焊芯的质量比单位长度上药皮与焊芯的质量比)较大时，参较大时，参与和熔池金属作用的熔渣数量比参与和熔滴金属作用的数量多与和熔池金属作用的熔渣数量比参与和熔滴金属作用的数量多因为因为Kb大时有一部分熔渣直接流入熔池，而不与熔滴发生作用大时有一部分熔渣直接流入熔池，而不与熔滴发生作用临界药皮厚度临界药皮厚度h0，在在h0以外的药皮所形成的熔渣不与熔滴接触，以外的药皮所形成的熔渣不与熔滴接触，只与熔池发生作用只与熔池发生作用增加药皮厚度能够加强熔池阶段的反应增加药皮厚度能够加强熔池阶段的反应h0取决于药皮的成分和取决于药皮的成分和焊接工艺参数。

焊接工艺参数随着随着Kb的增加，硅在熔滴和熔敷金属中的含量开始时都迅速的增加，硅在熔滴和熔敷金属中的含量开始时都迅速减少减少(即即硅的氧化损失增加硅的氧化损失增加)当当Kb0.18(相当药皮厚度为相当药皮厚度为1mm)时，熔滴中硅的氧化损失趋时，熔滴中硅的氧化损失趋于稳定，而熔池中依靠没有与熔滴接触的那一部分熔渣使硅于稳定，而熔池中依靠没有与熔滴接触的那一部分熔渣使硅继续氧化继续氧化图图l-9 硅在熔滴和熔敷金属中的含量与硅在熔滴和熔敷金属中的含量与Kb的关系的关系熔滴熔滴熔覆金属熔覆金属四四 焊接工艺条件与化学冶金反应关系焊接工艺条件与化学冶金反应关系(一一)熔合比熔合比 焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比熔合比取决于焊接方法、规范、接头形式和板厚、坡口角度和形式、熔合比取决于焊接方法、规范、接头形式和板厚、坡口角度和形式、母材性质、焊接材料种类以及焊条母材性质、焊接材料种类以及焊条(焊丝焊丝)倾角等因素倾角等因素ebCCC)1(0焊条中的合金元素实际上是有损失的，母材中的合金元素几乎可以焊条中的合金元素实际上是有损失的，母材中的合金元素几乎可以全部过渡到焊缝金属中。

焊缝中某元素的实际浓度为：全部过渡到焊缝金属中焊缝中某元素的实际浓度为：dbwCCC)1(Cd熔敷金属中某元素实际浓度，即焊接时，没有母材金属熔入时熔敷金属中某元素实际浓度，即焊接时，没有母材金属熔入时的浓度的浓度堆焊而言：212LLLSSS（二）熔滴过渡特性的影响（二）熔滴过渡特性的影响图图1-10：熔敷金属中含硅量随电压增大和焊接电流减小而增大熔敷金属中含硅量随电压增大和焊接电流减小而增大图图1-111-11中：中：fIfI反应时间反应时间SiSi损失率损失率 fU fU 相相反反图图1-10熔敷金属中含硅量与熔敷金属中含硅量与电弧电压和焊接电流的关系电弧电压和焊接电流的关系 图图1-11 CO2堆焊时过渡频率堆焊时过渡频率f和过和过渡时间渡时间与硅的损失率与硅的损失率的关系的关系 五五 焊接化学冶金系统的不平衡性焊接化学冶金系统的不平衡性焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统由物理化学可由物理化学可知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质的迁移过知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质的迁移过程焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性，在系统中的，在系统中的局部可能出现某个反应的短暂平衡状态。

局部可能出现某个反应的短暂平衡状态焊缝金属的最终成分与熔池凝固温度下的平衡成分相差较远，焊缝金属的最终成分与熔池凝固温度下的平衡成分相差较远，各种反应距离平衡的远近程度不同各种反应距离平衡的远近程度不同系统的不平衡性是焊接化学冶金过程的特点，系统的不平衡性是焊接化学冶金过程的特点，因此不能直接应因此不能直接应用热力学平衡的计算公式定量地分析焊接化学冶金问题，但用热力学平衡的计算公式定量地分析焊接化学冶金问题，但是可作定性分析是可作定性分析第二节第二节 焊接区内的气体焊接区内的气体 一、焊接区气体一、焊接区气体（一）气体来源（一）气体来源焊接材料：焊接材料：焊接区内的气体主要来源于焊接材料焊接区内的气体主要来源于焊接材料焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中都含有造气剂焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中都含有造气剂热源周围的气体介质热源周围的气体介质：热源周围的空气是难以避免的气体来源，而：热源周围的空气是难以避免的气体来源，而焊接材料中的造气剂所产生的气体，不能完全排除焊接区内的空焊接材料中的造气剂所产生的气体，不能完全排除焊接区内的空气焊丝和母材表面上的杂质：焊丝和母材表面上的杂质：焊丝表面和母材表面的杂质，如铁锈、焊丝表面和母材表面的杂质，如铁锈、油污、氧化铁皮以及吸附水等，在焊接过程中受热而析出气体进油污、氧化铁皮以及吸附水等，在焊接过程中受热而析出气体进入气相中。

入气相中二二)气体的产生气体的产生 除直接输送和侵入焊接区内的气体外，除直接输送和侵入焊接区内的气体外，焊接过程中所进行物化反应焊接过程中所进行物化反应也产生气体也产生气体1 有机物的分解和燃烧有机物的分解和燃烧2225106562/7)(mHmCOmOOHCm2 碳酸盐和高价氧化物的分解：碳酸盐和高价氧化物的分解：碳酸盐的分解碳酸盐的分解 CaCO3CaOCO2 MgCO3MgOCO2 高价氧化物的分解高价氧化物的分解：6Fe2O34Fe3O4O2；2Fe2O36FeOO24Mn2O32Mn3O4O2；6Mn2O34Mn3O4O23 材料的蒸发：材料的蒸发：电弧的高温作用下电弧的高温作用下,焊接材料中水分、金属元素和焊接材料中水分、金属元素和熔渣的各种成分发生蒸发，形成的蒸气熔渣的各种成分发生蒸发，形成的蒸气纤维素热分解反应为：纤维素热分解反应为：(三三)气体的分解气体的分解 1 简单气体的分解简单气体的分解 双原子气体双原子气体G2分解反应的通式：分解反应的通式：G G2 22G2G 22GGpppK 设气体设气体G2的原始分子数为的原始分子数为n0，已分解的分子数为，已分解的分子数为n，则平衡气体的，则平衡气体的分解度为分解度为=n/n0，若气体若气体G2分解后混合气体的总压力为分解后混合气体的总压力为p0，则分解度，则分解度可表示为可表示为04pKKpp平衡常数可表示为：平衡常数可表示为：G2 2Gno 0no n 2n 2 CO2和和H2O等等复杂气体的分解复杂气体的分解 升高温度升高温度CO2可分解生成可分解生成CO和和O2，使气相氧化性增加。

使气相氧化性增加水蒸气分解比较复杂，水蒸气分解比较复杂，分解的产物有分解的产物有H2、O2、H、O不仅增加了不仅增加了气相的氧化性，而且增加了气相中氢的分压，气相的氧化性，而且增加了气相中氢的分压，使焊缝金属增氧和使焊缝金属增氧和增氢增氢三三)气相的成分和分布气相的成分和分布 3 3 焊接方法对气相的成分和数量影响焊接方法对气相的成分和数量影响 低氢型焊条手工电弧焊接时，气相含低氢型焊条手工电弧焊接时，气相含H2和和H2O少，称少，称“低氢型低氢型”；埋弧焊时，气相中含埋弧焊时，气相中含CO2和和H2O很少，氧化性较小；很少，氧化性较小；手工电弧焊时气相的氧化性相对较大手工电弧焊时气相的氧化性相对较大对焊接质量影响较大的气体为：对焊接质量影响较大的气体为：N2、H2、O2、CO2、H2O焊接碳钢时冷至室温时气相成分焊接碳钢时冷至室温时气相成分二、氮对金属的作用二、氮对金属的作用 焊接时电弧气氛中氮的主要来源是周围的空气焊接时电弧气氛中氮的主要来源是周围的空气焊接时焊接时空气中的氮总是或多或少地会侵入焊接区，与熔化金属发空气中的氮总是或多或少地会侵入焊接区，与熔化金属发生作用生作用按照氮与金属作用的特点，可将金属分为两类：按照氮与金属作用的特点，可将金属分为两类：不与氮发生作用的金属不与氮发生作用的金属，如，如Cu、Ni、Ag等，它们既不溶解氮，等，它们既不溶解氮，又不形成氮化物。

焊接此类金属时，又不形成氮化物焊接此类金属时，可以使用氮作为保护气体可以使用氮作为保护气体；与氮发生作用的金属与氮发生作用的金属，如，如Fe、Ti、Cr等它们既能溶解氮，又能等它们既能溶解氮，又能与氮形成稳定的氮化物因此焊接这类金属时，防止焊缝金属的与氮形成稳定的氮化物因此焊接这类金属时，防止焊缝金属的氮化非常重要氮化非常重要一）氮在金属中的溶解（一）氮在金属中的溶解1.溶解过程：气体的溶解反应分为以下四个阶段：溶解过程：气体的溶解反应分为以下四个阶段：（1）气体分子向气体与金属两相界面处运动；）气体分子向气体与金属两相界面处运动；（2）气体分子被金属表面吸附；）气体分子被金属表面吸附；（3）在金属表面上，气体分子分解为原子；）在金属表面上，气体分子分解为原子；（4）气体原子穿过金属表面层，并向金属内部扩散气体原子穿过金属表面层，并向金属内部扩散氮在金属中的溶解反应为氮在金属中的溶解反应为：N22N2.溶解度溶解度SN（溶解平方根定律）：（溶解平方根定律）：22NNNpKS降低气相中氮的分压就可以减少金属中的含氮量降低气相中氮的分压就可以减少金属中的含氮量 图图1-16 氮和氢在铁中的溶解度与氮和氢在铁中的溶解度与温度关系温度关系(PN2+P金金=10l kPa(1atm)3.氮在铁中的溶解度与温度的关系：氮在铁中的溶解度与温度的关系：溶解度随温度的升高而增大。

溶解度随温度的升高而增大T=2200时，氮的溶解发达到最大值时，氮的溶解发达到最大值继续升高温度，氮的溶解度急剧下降继续升高温度，氮的溶解度急剧下降T=2750时，氮的溶解度为零时，氮的溶解度为零加入加入C、Si、Ni会减少氮的溶解度；会减少氮的溶解度；加入加入V、Nb、Cr会增加氮的溶解度会增加氮的溶解度4.电弧焊时的气体溶解过程复杂电弧焊时的气体溶解过程复杂,含含N量高的原因（量高的原因（与与纯化学溶解相纯化学溶解相比比）：）：电弧中受激的电弧中受激的N2，特别是氮原子比没有受激的，特别是氮原子比没有受激的N2的溶解速度高；的溶解速度高；电弧中的氮离子可在阴极溶解；电弧中的氮离子可在阴极溶解；氧化性电弧气氛中形成的氧化性电弧气氛中形成的NO，遇到温度较低的液态金属时又分解，遇到温度较低的液态金属时又分解为为N和和O，N会迅速溶于金属中会迅速溶于金属中二）氮对焊接质量的影响（二）氮对焊接质量的影响1 促使焊缝产生气孔促使焊缝产生气孔：液态金属在高温时可以溶解大量的氮，凝固：液态金属在高温时可以溶解大量的氮，凝固结晶时氮的结晶时氮的溶解度突然下降溶解度突然下降，过饱和氮以气泡形式从熔池中逸出，过饱和氮以气泡形式从熔池中逸出，若焊缝金属的若焊缝金属的结晶速度大于氮的逸出速度结晶速度大于氮的逸出速度时，就形成气孔。

时，就形成气孔2 氮是提高低碳、低合金钢焊缝强度，降低塑性和韧性的元素氮是提高低碳、低合金钢焊缝强度，降低塑性和韧性的元素如如果熔池中含有比较多的氮，一部分氮将以果熔池中含有比较多的氮，一部分氮将以过饱和的形式过饱和的形式存在于固存在于固溶体中；另一部分氮则以溶体中；另一部分氮则以针状氮化物针状氮化物Fe4N的形式的形式析出，分布于晶析出，分布于晶界或晶内，因而使焊缝金属的强度、硬度升高，而塑性、韧性，界或晶内，因而使焊缝金属的强度、硬度升高，而塑性、韧性，特别是低温韧度急剧下降特别是低温韧度急剧下降3 氮是促使焊缝金属时效脆化的元素氮是促使焊缝金属时效脆化的元素：焊缝金属中过饱和的氮处于：焊缝金属中过饱和的氮处于不稳定状态，随着时间的延长，过饱和的氮逐渐析出，不稳定状态，随着时间的延长，过饱和的氮逐渐析出，形成稳定形成稳定的碳氮化物的碳氮化物Fe4N，因而使焊缝金属的强度增加、塑性、韧性降低因而使焊缝金属的强度增加、塑性、韧性降低4 氮可以作为合金元素加入钢中氮可以作为合金元素加入钢中在焊缝金属中加入能形成稳定氮在焊缝金属中加入能形成稳定氮化物元素，如化物元素，如RE、A1、Ti、Zr等，可以抑制或消除时效现象。

等，可以抑制或消除时效现象三）控制焊缝合氮量的措施（三）控制焊缝合氮量的措施1 加强焊接区的保护加强焊接区的保护 （1）焊条药皮的保护作用，取决于药皮的成分和数量焊条药皮的保护作用，取决于药皮的成分和数量Kb增大，增大，SN下降，当下降，当Kb40，SN0.040.05%，下降不明显下降不明显当药皮中加入造气剂，形成气渣联合保护，使当药皮中加入造气剂，形成气渣联合保护，使SN降到降到0.022）药芯焊丝的保护效果，取决于保护成分含量和形状系数药芯焊丝的保护效果，取决于保护成分含量和形状系数形形状系数增大，保护效果好状系数增大，保护效果好形状系数：形状系数：单位长度药芯焊丝腔体内金属带的重量与外壳金属带重单位长度药芯焊丝腔体内金属带的重量与外壳金属带重量的比值量的比值2 焊接工艺参数的影响焊接工艺参数的影响（1）U（电弧长度（电弧长度），氮可以与熔滴作用时间），氮可以与熔滴作用时间，SN ，应尽量，应尽量采用短弧焊采用短弧焊2）I，熔滴过渡频率熔滴过渡频率f,熔滴阶段作用时间熔滴阶段作用时间,SN 直流正极性焊接时焊缝含氮量比反极性直流正极性焊接时焊缝含氮量比反极性(焊条接正极，工件接负焊条接正极，工件接负极极)时高。

时高3）焊接速度）焊接速度对对焊缝的含氮量影响不大焊缝的含氮量影响不大4）增加）增加焊丝直径焊丝直径，熔滴变粗，焊缝含氮量下降熔滴变粗，焊缝含氮量下降5）多层焊多层焊时焊缝含氮量比单层焊时高，这与氮的逐层积累有关时焊缝含氮量比单层焊时高，这与氮的逐层积累有关3 利用合金元素控制焊缝合氮量：利用合金元素控制焊缝合氮量：(1)增加焊丝或药皮中的含碳量可降低焊缝的含氮量，增加焊丝或药皮中的含碳量可降低焊缝的含氮量，其原因是：其原因是：a)碳能够降低氮在铁中的溶解度碳能够降低氮在铁中的溶解度b)碳氧化生成碳氧化生成CO、CO2加强保护作用，降低了氮分压加强保护作用，降低了氮分压c)碳的氧化引起熔池沸腾，有利于氮的逸出碳的氧化引起熔池沸腾，有利于氮的逸出2)Ti、A1、Zr和稀土元素对氮有较大的亲合力，能形成稳定的氮和稀土元素对氮有较大的亲合力，能形成稳定的氮化物并且这些氮化物不溶于铁水，而进入熔渣中这些元素对并且这些氮化物不溶于铁水，而进入熔渣中这些元素对氧的亲力也很大，因此，可减少气相中氧的亲力也很大，因此，可减少气相中NO的含量，这在一定程的含量，这在一定程度上减少了焊缝的含氮量度上减少了焊缝的含氮量。

三、氢对金属的作用三、氢对金属的作用（一）氢在金属中的溶解（一）氢在金属中的溶解1 按照氢与金属作用的特点，将金属划分为两类：按照氢与金属作用的特点，将金属划分为两类：1)能形成稳定氢化物的金属能形成稳定氢化物的金属 如如Zr、Ti、V、Ta、Nb等特点是：特点是：金属吸收氢的反应是金属吸收氢的反应是放热反应放热反应，温度较低时吸氢量多；，温度较低时吸氢量多；温度较高时吸氢量少温度较高时吸氢量少当吸氢量较多时，可形成氢化物当吸氢量较多时，可形成氢化物（ZrH、TiH、VH、TaH、NbH）；当温度超过氢化物保持稳定的临界温度时，氢化物发生）；当温度超过氢化物保持稳定的临界温度时，氢化物发生分解、氢则扩散逸出；分解、氢则扩散逸出；当当吸氢量较少时，这类金属与氢可形成固溶体吸氢量较少时，这类金属与氢可形成固溶体2)不能形成稳定氢化物的金属不能形成稳定氢化物的金属 如如A1、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等氢能够溶解于这类金属及其合金中，溶解反应为氢能够溶解于这类金属及其合金中，溶解反应为吸热反应吸热反应2 氢溶解的途径与焊接方法有关：氢溶解的途径与焊接方法有关：（1）气体保护焊时，）气体保护焊时，氢是通过气相与液态金属的界面氢是通过气相与液态金属的界面，以原子或，以原子或质子的形式溶入金属的；质子的形式溶入金属的；（2）电渣焊时，氢是通过）电渣焊时，氢是通过熔渣层熔渣层溶入金属的；溶入金属的；（3）手工电弧焊和埋弧焊时，氢的溶入是上述）手工电弧焊和埋弧焊时，氢的溶入是上述两种途径两种途径综合结果。

综合结果含自由氧离子酸碱性渣：含自由氧离子酸碱性渣：对于不含自由氧离子：对于不含自由氧离子：若渣中含有氟化物若渣中含有氟化物，)(2O22OHOH）（气)Si()OH(2)()2(12qnmqnOSimOOH气HFOFOH23 溶解于渣中的溶解于渣中的H以以OH离子形式存在离子形式存在4 H从熔渣中向金属中过渡发生的化学反应从熔渣中向金属中过渡发生的化学反应:2)()(2 2 2)()(2 2 2)(2)(222HOOOHHOFeOHFeHOFeOHFe5 H溶解的平方根定律溶解的平方根定律 22HHHpKS(2)合金的影响：合金的影响：C、Si、A1可降低氢在液态铁中的溶解度；可降低氢在液态铁中的溶解度；Ti、Zr、Nb及稀土元及稀土元素可以提高氢的溶解度；素可以提高氢的溶解度；Mn、N、Cr、Mg影响不大；影响不大；O可减少金属对氢吸附，减少氢在液态铁中溶解度可减少金属对氢吸附，减少氢在液态铁中溶解度3)组织：组织：在奥氏体中，氢的溶解度大；在珠光体钢，氢的溶解度在奥氏体中，氢的溶解度大；在珠光体钢，氢的溶解度小P244 6 影响溶解度的因素影响溶解度的因素(1)温度：温度：(2)熔滴阶段吸收的氢比熔池阶段多。

熔滴阶段吸收的氢比熔池阶段多在金属沸点温度时，氢的溶解度为在金属沸点温度时，氢的溶解度为0在金属相变点，氢溶解度发生突变在金属相变点，氢溶解度发生突变,易易形成气孔、裂纹等焊接缺陷形成气孔、裂纹等焊接缺陷二）焊缝金属中的氢及其扩散（二）焊缝金属中的氢及其扩散1 存在形式：存在形式：氢以氢以H、H+、H-存在，在焊缝中形成间隙固溶体存在，在焊缝中形成间隙固溶体扩散氢：扩散氢：氢原子及离子半径很小，可以在焊缝金属晶格中自由扩氢原子及离子半径很小，可以在焊缝金属晶格中自由扩散，故被称为散，故被称为扩散氢扩散氢残余氢：残余氢：氢扩散到金属的晶格缺陷、显微裂纹或非金属夹杂物边氢扩散到金属的晶格缺陷、显微裂纹或非金属夹杂物边缘的微小空隙中时，结合成氢分子，由于分子的半径大而不能自缘的微小空隙中时，结合成氢分子，由于分子的半径大而不能自由扩散，被称为由扩散，被称为残余氢残余氢2 H的扩散的扩散 焊缝金属放置时间越长，扩散氢越减少，残余氢越增加，焊缝金属放置时间越长，扩散氢越减少，残余氢越增加，而焊缝的总氢量下降而焊缝的总氢量下降3 H的扩散形式：的扩散形式：浓度扩散：浓度扩散：H由浓度高的焊缝向热影响区扩散由浓度高的焊缝向热影响区扩散 热扩散：热扩散：类金属从低温（饱和度大）向高温扩散（饱和度低），类金属从低温（饱和度大）向高温扩散（饱和度低），与浓度扩散相反。

与浓度扩散相反应力诱导扩散：应力诱导扩散：类金属发生相变、产生应力，应力的存在使类金属发生相变、产生应力，应力的存在使H向拉应力大的方向扩散，向拉应力大的方向扩散，H向焊缝根部及焊缝边界应力集中区扩向焊缝根部及焊缝边界应力集中区扩散4 H的测量的测量 测氢方法有水银法、甘油法、气相色谱法和排液法测氢方法有水银法、甘油法、气相色谱法和排液法熔敷金属扩散氢含量是熔敷金属扩散氢含量是试样经焊接后、立即冷却，按照测氢标难试样经焊接后、立即冷却，按照测氢标难规定的方法测定并换算成标准状态下的含氢量规定的方法测定并换算成标准状态下的含氢量5 H的分布的分布 氢沿焊缝长度方向的分布不均匀氢沿焊缝长度方向的分布不均匀氢不仅在焊缝中存在，还向近缝区中扩散，并且扩散深度较大氢不仅在焊缝中存在，还向近缝区中扩散，并且扩散深度较大图图1-29 氢在焊接接头横断面上氢在焊接接头横断面上的分布的分布 1-低碳钢，碱性焊条低碳钢，碱性焊条 2-低碳钢，钛型焊条低碳钢，钛型焊条 3-30CrMnSi钢，铁素体焊缝钢，铁素体焊缝4-30CrMnSi钢，奥氏体焊条钢，奥氏体焊条5-工业纯铁，纤维素型焊条工业纯铁，纤维素型焊条图图1-30 临近熔合线近缝区内氢的浓度随时间的变化临近熔合线近缝区内氢的浓度随时间的变化1-Q235+奥氏体焊缝奥氏体焊缝 2-45钢钢+奥氏体焊缝奥氏体焊缝 3-Q235+铁素体焊缝铁素体焊缝 4-45钢钢+铁素体焊缝铁素体焊缝（三）氢对焊接质量的影响（三）氢对焊接质量的影响1 形成气孔形成气孔 熔池凝固结晶时，氢的溶解度突然下降，使氢处于过饱熔池凝固结晶时，氢的溶解度突然下降，使氢处于过饱和状态，就促使发生如下反应：和状态，就促使发生如下反应：2HH2，反应生成的分子氢在，反应生成的分子氢在液态金属中形成气泡。

当气泡向外逸出的速度小于熔池的凝固速液态金属中形成气泡当气泡向外逸出的速度小于熔池的凝固速度时，就在焊缝中形成气孔度时，就在焊缝中形成气孔2 产生冷裂纹产生冷裂纹 焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在Ms温度温度以下）时才产生的焊接裂纹称为冷裂纹以下）时才产生的焊接裂纹称为冷裂纹3 造成氢脆造成氢脆 氢在室温附近使钢塑性严重下降现象称为氢脆氢在室温附近使钢塑性严重下降现象称为氢脆氢脆是由于原了氢扩散聚集于钢显微空隙中，结合为分子氢，造成空隙由于原了氢扩散聚集于钢显微空隙中，结合为分子氢，造成空隙内产生很高压力，阻碍金属塑性变形，导致金属变脆内产生很高压力，阻碍金属塑性变形，导致金属变脆4 出现白点出现白点 白点是出现在焊缝金属拉伸或弯曲试件的断面上的一种白点是出现在焊缝金属拉伸或弯曲试件的断面上的一种白色园形斑点，中心含有微细气孔或夹杂物，周围则为银白色的白色园形斑点，中心含有微细气孔或夹杂物，周围则为银白色的脆化部分，其形状类似鱼眼珠中的白点脆化部分，其形状类似鱼眼珠中的白点它主要是在外力作用下，它主要是在外力作用下，氢在微小气孔或夹杂物处的集结造成脆化。

氢在微小气孔或夹杂物处的集结造成脆化四）控制氢的措施（四）控制氢的措施1 限制焊接材料中的含氢量限制焊接材料中的含氢量 制造焊条、焊剂及药芯焊丝的各种原材制造焊条、焊剂及药芯焊丝的各种原材料，如有机物、天然云母、水玻璃、铁合金等，都不同程度地含料，如有机物、天然云母、水玻璃、铁合金等，都不同程度地含有吸附水、结晶水、化合水或溶解的氢因此，在制造低氢或超有吸附水、结晶水、化合水或溶解的氢因此，在制造低氢或超低氢（低氢（HTm时，气相中氧的分压时，气相中氧的分压PO2远大于远大于FeO的分解压的分解压PO2高温时，高温时，CO2也是很强的氧化剂也是很强的氧化剂当当T=3000 K时，时，PO2=20.3kPa，(即即0.2 atm)，气相中氧的分压，气相中氧的分压约等于空气中氧的分压；约等于空气中氧的分压；当当T3000 K时，时，CO2的氧化性超过了空气的氧化性超过了空气2FeOCOFeCO2lglgCOFeOCOK 4 H2O气对金属的氧化气对金属的氧化 水蒸气分解既使焊缝金属增氢，又使液体铁及其他合金元素氧化，水蒸气分解既使焊缝金属增氢，又使液体铁及其他合金元素氧化，其反应式及平衡常数又表示如下：其反应式及平衡常数又表示如下：22HFeOFeOH气5.5/10200lglg22TOHFeOHK当温度升高时，当温度升高时，H2O的氧化性增强。

的氧化性增强在液态铁存在的温度下，在液态铁存在的温度下，CO2氧化性大于氧化性大于H2O的氧化性的氧化性气相中含有较多的气相中含有较多的H2O时，仅仅进行脱氧并不能保证焊缝质量，时，仅仅进行脱氧并不能保证焊缝质量，必须同时去氢或减少必须同时去氢或减少H2O的来源5 混合气体对金属的氧化混合气体对金属的氧化(1)手工电弧焊时，焊接区的气相是多种气体的混合物手工电弧焊时，焊接区的气相是多种气体的混合物2)钛铁矿型焊条析出的气体在接近熔池结晶温度钛铁矿型焊条析出的气体在接近熔池结晶温度(2000 K)时，时，是还原性的；在是还原性的；在2500K以上时，是氧化性的以上时，是氧化性的3)低氢型焊条析出气体，高于熔池结晶温度时，都是氧化性低氢型焊条析出气体，高于熔池结晶温度时，都是氧化性的电弧气氛中氧的分压电弧气氛中氧的分压PO2和和FeO的分解压的分解压(l01kPa)(2)气体保护焊，改善电弧电、热和工艺特性，采用混合气体气体保护焊，改善电弧电、热和工艺特性，采用混合气体ArO2，ArCO2，ArO2CO2，O2CO2O（与与100g金属反应的总氧量金属反应的总氧量）作为评定混合气体氧化能力指标。

作为评定混合气体氧化能力指标三）氧对焊接质量的影响（三）氧对焊接质量的影响氧在焊缝金属中以氧在焊缝金属中以溶解状态和氧化物夹杂溶解状态和氧化物夹杂两种形式存在，焊缝两种形式存在，焊缝含氧量是指总的含氧量一般溶解在钢中的氧很少，绝大部分氧含氧量是指总的含氧量一般溶解在钢中的氧很少，绝大部分氧是以夹杂物的形式存在的是以夹杂物的形式存在的1 1 焊缝的强度、塑性、韧性明显下降焊缝的强度、塑性、韧性明显下降；尤其是焊缝金属的低温冲；尤其是焊缝金属的低温冲击韧度急剧下降，引起焊缝金属的时效硬化、热脆及冷脆等、以击韧度急剧下降，引起焊缝金属的时效硬化、热脆及冷脆等、以及物理及化学性能的变化及物理及化学性能的变化2 形成气孔：形成气孔：在熔池阶段，溶解的氧与碳发生冶金反应，反应产在熔池阶段，溶解的氧与碳发生冶金反应，反应产物是不溶于金属的物是不溶于金属的CO如果在熔池进行凝固时如果在熔池进行凝固时CO气泡来不及逸气泡来不及逸出，就会形成出，就会形成CO气孔3 烧损的有益合金元素，从而使焊缝金属的性能变坏烧损的有益合金元素，从而使焊缝金属的性能变坏4 形成飞溅形成飞溅 在熔滴中所进行的氧与碳的冶金反应，生成在熔滴中所进行的氧与碳的冶金反应，生成CO受热受热膨胀，造成熔滴爆炸，形成飞溅，破坏了焊接过程的稳定性。

膨胀，造成熔滴爆炸，形成飞溅，破坏了焊接过程的稳定性四）控制氧的措施（四）控制氧的措施控制氧的措施是预防和脱氧控制氧的措施是预防和脱氧1)采用纯度高的焊接材料采用纯度高的焊接材料 尽量采用不含或少含氧量的焊接材料尽量采用不含或少含氧量的焊接材料例如，采用低氧或无氧焊条、焊剂；采用高纯度的惰性气体作为例如，采用低氧或无氧焊条、焊剂；采用高纯度的惰性气体作为保护气体；真空条件下焊接，可以降低焊缝金属含氧量保护气体；真空条件下焊接，可以降低焊缝金属含氧量2)控制焊接工艺参数控制焊接工艺参数 增加电弧电压使空气容易侵入电弧，并且增加电弧电压使空气容易侵入电弧，并且增加了氧与熔滴接触的时间，致使焊缝含氧量增加为了减少焊增加了氧与熔滴接触的时间，致使焊缝含氧量增加为了减少焊缝合氧量应尽量采用短弧焊缝合氧量应尽量采用短弧焊3)采用冶金方法进行脱氧采用冶金方法进行脱氧 通过向焊丝或焊条药皮中加入某种合通过向焊丝或焊条药皮中加入某种合金元素，使这些合金元素在焊接过程中被氧化，从而保护被焊金金元素，使这些合金元素在焊接过程中被氧化，从而保护被焊金属及其合金元素不被氧化属及其合金元素不被氧化第三节第三节 焊接熔渣焊接熔渣一、焊接熔渣一、焊接熔渣（一）熔渣的作用、成分及分类（一）熔渣的作用、成分及分类1 熔渣在焊接过程中的作用熔渣在焊接过程中的作用（1）机械保护作用：）机械保护作用：液态熔渣覆盖在熔滴和熔池的表面上，把液液态熔渣覆盖在熔滴和熔池的表面上，把液态金属与空气隔离开，保护液态金属不被氧化和氮化。

熔渣凝固态金属与空气隔离开，保护液态金属不被氧化和氮化熔渣凝固后所形成的渣壳覆盖在焊缝金属上，使高温的焊缝金属不受空气后所形成的渣壳覆盖在焊缝金属上，使高温的焊缝金属不受空气的侵害2）冶金处理作用：）冶金处理作用：熔渣可以去除焊缝中的有害杂质，如脱氧、熔渣可以去除焊缝中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷、脱氢；向焊缝金属过渡有益合金元素脱硫、脱磷、脱氢；向焊缝金属过渡有益合金元素3）改善焊接工艺性能：）改善焊接工艺性能：在熔渣中加入某些物质可以使电弧容易在熔渣中加入某些物质可以使电弧容易引燃、稳定燃烧，减少飞溅，以及获得良好的焊缝成形等引燃、稳定燃烧，减少飞溅，以及获得良好的焊缝成形等2 焊接熔渣的成分和分类焊接熔渣的成分和分类（1）盐型熔渣：）盐型熔渣：由氟化盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成，如：由氟化盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成，如：CaF2-NaF，CaF2-BaCl2-NaF，KCl-NaCl-Na3AlF6，BaF2-MgF2-CaF2-LiF等渣系其特点是氧化性很小，等渣系其特点是氧化性很小，用于铝、钛和用于铝、钛和其他化学活性金属及其合金的焊接，也可用于含活性元素的高其他化学活性金属及其合金的焊接，也可用于含活性元素的高合金钢的焊接。

合金钢的焊接2）盐）盐-氧化物型熔渣：氧化物型熔渣：盐盐-氧化物型熔渣由氟化物和强金属氧化氧化物型熔渣由氟化物和强金属氧化物组成，如：物组成，如：CaF2-CaO-Al2O3、CaF2-CaO-SiO2，CaF2-CaO-Al2O3-SiO2等渣系此类等渣系此类熔渣的氧化性比较小，可用于焊接合熔渣的氧化性比较小，可用于焊接合金钢3）氧化物型熔渣：）氧化物型熔渣：氧化物型熔渣由金属氧化物组成，如；氧化物型熔渣由金属氧化物组成，如；MnO-SiO2、FeO-MnO-SiO2、CaO-TiO2-SiO2等渣系都是氧化等渣系都是氧化物型熔渣其特点是含有较多的弱氧化物，如物型熔渣其特点是含有较多的弱氧化物，如MnO、SiO2等，等，因此氧化性较强因此氧化性较强主要用于焊接低碳钢和低合金钢主要用于焊接低碳钢和低合金钢二）焊接熔渣的结构理论（二）焊接熔渣的结构理论1 分子理论分子理论 要点如下：要点如下：1）液态熔渣由不带电的分子组成液态熔渣由不带电的分子组成包括氧化物分子，包括氧化物分子，CaO、SiO2等；复合物的分子，如等；复合物的分子，如CaOSiO2、MnO.SiO2等；硫化物；氰化等；硫化物；氰化物的分子等。

物的分子等2）氧化物及其复合物处于平衡状态氧化物及其复合物处于平衡状态例如在熔渣中进行着如下反例如在熔渣中进行着如下反应：应：CaO+SiO2CaOSiO23)只有自由氧化物才能参与和液态金属的反应只有自由氧化物才能参与和液态金属的反应例如只有渣中的自由氧化物例如只有渣中的自由氧化物FeO才能参与如下的反应：才能参与如下的反应：(FeO)+C=Fe+CO 而复合物而复合物(FeO)2SiO2中的中的FeO不能参与上述反应不能参与上述反应2 离子理论离子理论 1）液态熔渣是由阳离子和阴离子组成的电中性溶液液态熔渣是由阳离子和阴离子组成的电中性溶液电负性大的元素以阴离子形式存在；电负性大的元素以阴离子形式存在；电负性小的元素形成阳离子；电负性小的元素形成阳离子；Si、Al、B等，形成复杂阴离子，等，形成复杂阴离子，SiO4-，Si3O96-，Al3O75-2）离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩）离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩(综合矩综合矩=Z/r)离子的综合矩越大，静电场越强，与其他离子的作用力也就越大离子的综合矩越大，静电场越强，与其他离子的作用力也就越大3）熔渣与金属的作用是熔渣中离子与金属原子交换电荷的过程。

熔渣与金属的作用是熔渣中离子与金属原子交换电荷的过程)(2 2)(24SiFeFeSi（三）焊接熔渣的性质与结构（三）焊接熔渣的性质与结构1 熔渣的碱度熔渣的碱度(1)分子理论分子理论分子理论分子理论定义熔渣碱度定义熔渣碱度：B1时为碱性渣；时为碱性渣；B=1时为中性渣；时为中性渣；B1时为碱性渣；时为碱性渣；B1=1为中性渣；为中性渣；B11为酸性渣为酸性渣摩尔分数摩尔分数(2)离子理论离子理论 碱度的定义与计算碱度的定义与计算 将液态熔渣中自由氧离子浓度（或氧离子活度）定义为碱度将液态熔渣中自由氧离子浓度（或氧离子活度）定义为碱度焊接焊接熔渣中自由氧离子浓度越大，熔渣的碱度就越大熔渣中自由氧离子浓度越大，熔渣的碱度就越大溶渣碱度计算公式为：溶渣碱度计算公式为：niiiMB12B20时为碱性渣时为碱性渣i渣中第渣中第i种氧化物碱度系数种氧化物碱度系数Mi渣中第渣中第i种氧化物摩尔分数种氧化物摩尔分数(1)温度对粘度的影响温度对粘度的影响 随着温度的升高，熔渣粘度下降随着温度的升高，熔渣粘度下降酸性渣粘度曲线下降比较缓慢；碱性渣粘度曲线下降比较迅速酸性渣粘度曲线下降比较缓慢；碱性渣粘度曲线下降比较迅速。

1-碱性渣碱性渣2-含含SiO2多的酸性渣多的酸性渣 2 熔渣的粘度熔渣的粘度当两种渣的度都变化当两种渣的度都变化时：时：含含SiO2多的酸性渣对应的温度变化多的酸性渣对应的温度变化T2较大，即凝固时间长，较大，即凝固时间长，称为长称为长渣长渣不适了仰焊长渣不适了仰焊而碱性渣粘度变化而碱性渣粘度变化时，对应的时，对应的温度变化温度变化T1较小，即凝固时间短，较小，即凝固时间短，称为称为短渣短渣低氢型和氧化钛型焊条低氢型和氧化钛型焊条。