1.2氣相對金屬的作用熔焊原理1.2氣相對金屬的作用焊接區(qū)內(nèi)的氣體1 氣體的來源和產(chǎn)生焊接材料（造氣劑、高價(jià)氧化物、水分等）氣體介質(zhì)（保護(hù)氣體及雜質(zhì)，熱源周圍的空氣）焊絲和母材表面上的鐵銹、油漆等雜質(zhì)。通過物化反應(yīng)產(chǎn)生的：

（有機(jī)物的分解和燃燒、碳酸鹽和高價(jià)氧化物的分解、金屬元素和熔渣的蒸發(fā)）

通過冶金反應(yīng)產(chǎn)生的：1.2氣相對金屬的作用 氣體的分解

雙原子氣體(N2/H2/O2)

復(fù)雜氣體(CO2/H2O)氣體的分解度α與溫度的關(guān)系圖在焊接條件下，H2、O2分解度很大，絕大部分以原子狀態(tài)存在；N2分解度很小，基本上以分子狀態(tài)存在。1.2氣相對金屬的作用氮對金屬的作用2來源：主要是焊接區(qū)周圍的空氣。氮與金屬作用有兩種情況：不與氮發(fā)生作用的金屬，如Cu、Ni等，既不能溶解氮又不形成氮化物，可用N2作為保護(hù)氣體。與氮發(fā)生作用的金屬，如Fe、Ti等，既能溶解氮又能形成穩(wěn)定的氮化物，這種情況下就要防止焊縫金屬的氮化。1.2氣相對金屬的作用

電弧焊時(shí)氣體溶解過程的特點(diǎn)：

熔化金屬過熱度大；在熔池表面上通過局部活性部分和熔滴吸收氣體；電弧氣氛中有受激的分子、原子和離子，氣體的活性↑，氣體在金屬中的溶解度↑電弧焊時(shí)熔化金屬吸收的氣體量一般會高于它的平衡含量(溶解度)

氮在金屬中的溶解1.2氣相對金屬的作用

氮在金屬中的溶解方式：①以原子形式溶入：焊接區(qū)的氮?dú)夥肿邮紫缺唤饘俦砻嫠讲⒎纸鉃榈?，然后氮原子穿過金屬表面層向金屬內(nèi)部溶解。②以離子形式溶入：氮原子受到高速電子的碰撞而分解為N+，氮離子在電場的作用下向陰極運(yùn)動，并在陰極表面上與電子中和，溶入金屬中。③以NO形式溶入：當(dāng)氣相中同時(shí)存在氮和氧時(shí)，在電弧高溫作用下，氮和氧會形成一定濃度的NO。當(dāng)NO與溫度較低的熔滴和熔池金屬相遇時(shí)，分解為原子氮與氧而溶于金屬中。1.2氣相對金屬的作用

電弧焊時(shí)熔化金屬的含氮量高于溶解度：電弧中受激的氮分子，特別是氮原子的溶解速度比沒受激的氮分子要快得多；電弧中的氮離子N+可在陰極溶解；在氧化性電弧氣氛中形成NO，遇到溫度較低的液態(tài)金屬時(shí)分解，N迅速溶于金屬。1.2氣相對金屬的作用

氮對焊接質(zhì)量的影響

形成氣孔

↑強(qiáng)度、硬度，同時(shí)↓塑性和韌性使焊縫金屬產(chǎn)生時(shí)效脆化時(shí)間↑液態(tài)鋼中的N快冷過飽和N(固溶體中)以針狀Fe4N形式析出分布于晶界或晶內(nèi)N析出形成針狀Fe4N焊縫金屬塑韌性↓強(qiáng)硬度↑時(shí)效脆化析出脆化氮使焊縫金屬脆化焊縫金屬中加入Ti、Al、Zr等可抑制或消除時(shí)效現(xiàn)象1.2氣相對金屬的作用1.2氣相對金屬的作用氮對焊縫金屬常溫力學(xué)性能的影響氮對低碳鋼焊縫低溫韌性的影響1.2氣相對金屬的作用

影響焊縫含氮量的因素及控制措施

焊接區(qū)保護(hù)的影響：

氣一渣保護(hù)、渣保護(hù)、氣體保護(hù)、抽真空。對于適渣型焊條：保護(hù)效果取決于藥皮的數(shù)量及成分

焊接工藝參數(shù)的影響：

U↑，弧長↑，t氮-熔滴↑，N%↑。盡量采用短弧焊

I↑，f熔滴過渡↑，t氮-熔滴↓，N%↓。

d焊絲↑，d熔滴↑，N%↓。

合金元素的影響：

增加焊絲或藥皮中的含碳量

Ti\Al\Zr\RE，形成穩(wěn)定的氮化物加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)選擇正確的焊接參數(shù)控制焊接材料中的合金元素1.2氣相對金屬的作用氫對金屬的作用3氫的主要來源：焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)、電弧周圍空氣中的水蒸氣、焊接坡口周圍的油污等。

氫在金屬中的溶解氫與金屬的作用

形成穩(wěn)定氫化物，但能溶解氫的金屬（Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等）

形成穩(wěn)定氫化物的金屬（Zr、Ti、V、Ta、Nb等）1.2氣相對金屬的作用氫向金屬中溶解的途徑：因焊接方法而異。氣體保護(hù)焊：氫通過氣相與液態(tài)金屬的界面以原子或質(zhì)子的形式溶入金屬電渣焊：氫通過渣層溶入金屬手工電弧焊和埋弧焊：上述兩者途徑焊接時(shí)，氣相中的氫可處于分子、原子和離子狀態(tài)1.2氣相對金屬的作用氫在鐵中的溶解度a、組織結(jié)構(gòu)的影響：FCC晶格中BCC晶格中固態(tài)相變時(shí)H溶解度發(fā)生突變b、合金元素的影響：1.2氣相對金屬的作用

焊縫金屬中的氫及其擴(kuò)散①存在形式

擴(kuò)散氫：H、H＋、H－

殘余氫（剩余氫）：H2

總含氫量=擴(kuò)散氫＋剩余氫，對第二類金屬，擴(kuò)散氫約占80～90%。②氫的擴(kuò)散剛焊接的接頭中

H擴(kuò)散一部分H逸出，溶解量降低一部分轉(zhuǎn)化為殘余H且逐漸增加一部分向近縫區(qū)擴(kuò)散1.2氣相對金屬的作用

氫對焊接質(zhì)量的影響

暫態(tài)現(xiàn)象：氫脆、白點(diǎn)(經(jīng)時(shí)效、熱處理可消除)

永久現(xiàn)象：氣孔、冷裂紋（不可消除）

1.2氣相對金屬的作用1)氫脆定義：在室溫附近，由于氫溶解在金屬晶格中而引起鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象。金屬拉伸位錯運(yùn)動、堆積顯微空腔晶格中的原子氫H+H=H2沿位錯運(yùn)動方向擴(kuò)散壓力↑金屬變脆形成1.2氣相對金屬的作用2）白點(diǎn)定義：碳鋼或低合金鋼焊縫因含氫量高而在其拉伸或彎曲斷面上出現(xiàn)的銀白色圓形局部脆斷點(diǎn)，稱為白點(diǎn)。焊縫產(chǎn)生白點(diǎn)時(shí)，其塑韌性下降。特征：肉眼可見，直徑0.5～3mm，中心處有氣孔或小的夾渣，周圍為塑性斷口，形似魚眼也稱“魚眼”。1.2氣相對金屬的作用“誘捕理論”解釋：焊縫中的氣孔及非金屬夾雜物邊緣的空隙，好象“陷阱”一樣捕捉氫原子，并在其中結(jié)合成氫分子，在拉伸試驗(yàn)中“陷阱”中的氫分子被吸附。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。對白點(diǎn)的敏感性(影響因素)：

含氫量金屬組織：鐵素體鋼；奧氏體鋼；含Cr、Ni、Mo的鋼變形速度1.2氣相對金屬的作用3)氣孔熔池凝固時(shí)由于溶解度的驟降，使熔池中的氫處于過飽和狀態(tài)，發(fā)生2[H]=H2反應(yīng)，生成的分子氫不溶于金屬，便在液態(tài)金屬中形成氣泡。當(dāng)氣泡外逸速度小于凝固速度時(shí)，就在焊縫中形成氣孔。4）冷裂紋

1.2氣相對金屬的作用1)限制焊接材料中的含氫量：制造時(shí)、儲存時(shí)、使用前注意項(xiàng)2)嚴(yán)格清理焊件及焊絲：去銹、油污、吸附水分3)冶金處理：調(diào)整焊接材料的成分，使氫在焊接過程中生成較穩(wěn)定的不溶于液態(tài)金屬的氫化物如HF、OH等在藥皮和焊劑中加入氟化物（如CaF2）；控制焊接材料的氧化還原勢(增加熔池O含量或氣相氧化性)；在藥皮或焊芯中加入微量的稀土或稀散元素如碲Te、硒Se、釔Y

4)調(diào)整焊接規(guī)范5)焊后脫氫處理：熱處理，使H擴(kuò)散逸出.易產(chǎn)生冷裂紋的焊件

控制氫的措施1.2氣相對金屬的作用氧對金屬的作用4第一類：不溶于氧，但焊接時(shí)發(fā)生激烈氧化的金屬，如Mg、Al等第二類：能有限溶于氧，同時(shí)在焊接時(shí)也發(fā)生氧化的金屬，如Fe、Ni、Cu、Ti等1.2氣相對金屬的作用

氧在金屬中的溶解溶解形式：O、FeO焊縫中氧存在形式：溶解O、氧化物(FeO、SiO2、MnO等)、硅酸鹽1.2氣相對金屬的作用

氧化性氣體對金屬的氧化

自由氧對金屬的氧化CO2對金屬的氧化H2O氣對金屬的氧化混合氣體對金屬的氧化1/2O2+[Fe]=FeO，O+[Fe]=FeOCO2+[Fe]=[FeO]+COH