焊接过程气体对金属的作用-氢详解
第一章 焊接化学冶金
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3)、气孔 4)、组织变化和显微斑点
焊缝金属A—M时，由于氢在A有较大的 溶解度，当含氢量高的焊缝自A化，温度 冷却时，引起局部A过冷残余A增加，残 余A—M时，富氢的组织内产生大的内应 力，造成显微裂纹
5)、产生冷裂纹
第一章 焊接化学冶金
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（四）控制氢的措施
1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分 2)、严格清理工件及焊丝：去锈、油污 、吸附水分 3)、冶金处理 4)、调整焊接规范 5)、焊后脱氢处理
气体保护、抽真空。对于适渣型焊条： 保护效果取决于药皮的数量及成分
2）、焊接工艺规范影响 ： 3）、焊丝成分的影响 ：增加焊丝或药
皮中的含碳量可降低焊缝中的含氮量d
第一章 焊接化学冶金
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三、氢对金属的作用
（一）、氢在金属中的溶解 1、来源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯 中水分，药皮中有机物为、焊件表面杂 质（锈、油）空气中水分 第一类能形成稳定氢化物金属 第二类不形成稳定氢化物的金属
第一章 焊接化学冶金
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2.熔渣的成分和分类
1).熔渣成分：大体由氧化物、氯化
物、氟化物、硼酸盐类组成是多种 化学组成的复杂体系。
2).熔渣分为三类
第一类 氧化物型 第二类 盐—氧化物型 第三类 盐型
第一章 焊接化学冶金
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（二）熔渣结构理论
液态熔渣的结构有两种理论：
分子理论和离子理论
分子理论可简明的定性为解释熔渣与 金属之间的冶金反应,但不能解释一 些重要现象，如导电性、电解等。
第一章 焊接化学冶金
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四、氧对金属的作用
（一）氧在金属中的溶解
1).以原子氧形式溶解 2).以FeO形式溶解
焊接区内的气体对焊接质量的影响
焊接区内的气体对焊接质量的影响姓名：徐志刚学号：1006031029 指导老师：邢文静气焊过程中焊接区内的大量气体是由一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氧气、氮气以及由它们分解的产物和金属、熔渣的蒸气等组成的混合气体。
其中对焊接质量影响最大的是氧气(O2)、氢气(H2)和氮气(N2)。
一、氧的影响(一)氧的来源气焊过程中不可避免地有氧气侵入，如气体火焰中自由状态的氧常常进入内焰而侵入熔池．外焰中的二氧化碳和水蒸汽中的氧，也常和熔池内液体金属及其附近的热态金属化合；当气焊火焰因风吹歪斜偏离熔池、焊炬过早离开熔池，都使气体火焰不能很好地保护熔池而造成空气中的氧侵入焊接区；再者，焊丝、熔剂和母材中溶解的氧或氧化物，金属表面的油脂、铁锈、油漆等污物及熔剂内部的结晶水等均构成了氧的来源。
(二)氧对焊接和焊接质量的影响由于金属本身在加热到很高温度时非常容易氧化，致使焊缝金属及其合金元素迅速被氧化而形成氧化物。
氧对焊接和焊接质量的主要影响有：1．使焊缝金属及合金元素被烧损，造成焊缝的力学性能下降。
在熔滴和熔池表面，铁被氧化成氧化亚铁(FeO)，当钢中存在过量的氧时便生成三氧化二铁(Fe2O3)，这些铁的氧化物以不规则的点状凝集物或在晶界成不完整的褐色细网的形式存在，在碳钢和合金钢中除了基体铁被氧化，其它元素，例如碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)和铬(Cr)等也会被氧化。
氧化的结果使熔池中有益的元素烧损，使焊缝金属的强度、硬度和塑性等发生明显的下降。
如图2—10所示为氧对低碳钢力学性能的影响。
焊接有色金属时的氧化反应，如焊接紫铜时，当温度接近铜的熔点(1083℃)时，铜很容易被氧化生成氧化亚铜(CuO2)，在焊缝结晶时，氧化亚铜又会和铜形成低熔点共晶(Cu2O·Cu)分布在铜的晶界上，使焊缝容易产生热裂纹，降低其接头性能。
焊接黄铜时，黄铜所含的锌(Zn)很容易在焊接火焰温度下气化、蒸发和氧化，从而改变黄铜的化学成分，使焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能降低。
3.2焊接区内的气体及对其金属的作用
2(OH－) === (O2－) + 2[H] +[O]
结果，焊缝在渗氢的同时也增氧。
college
Sany
氢在金属中的溶解（4）
综上所述，氢是通过熔渣向金属过渡，其溶 解度取决于气相中的氢和水蒸气的分压、含氧量、 熔渣碱度（图1－24）、氟化物含量等。 如果金属内有第一类元 素，则能增加氢的溶解度
（图1－27）。
氧是表面活性元素，可 以减少氢的吸附。
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焊缝金属中氢的扩散（1）
在焊缝金属凝固时，来不及逸出的氢以原子和 分子两种形式残留氢在焊缝中：
(1) 扩散氢：以H和H＋形式存在与焊缝中形成间隙 固溶体，可以在金属晶格内自由移动，占焊缝氢含 量的80%以上。 (2) 残余氢：当扩散氢移动到金属内部缺陷的部位 时，氢原子转换成氢分子，因体积增大，滞留在这 些部位。 随着放置时间的延长或加热，焊缝中的扩散氢减少， 残余氢增加，总的氢量减少。
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控制氢的措施（1）
主要是以控制氢的来源为主。 （1）限制焊接材料中的含氢（水）量：尽量少用或不用含吸附水、结晶 水、化合水的焊接材料，如有机物、天然云母等。 （2）清理焊丝和工件表面杂质：一些金属氧化物常含结晶水，如 FeO·H2O, Al(OH)3, Mg(OH)2，在焊接高温下，释放出的结晶水会增加 焊缝含氢量。
college 手工焊条产生的气体来源（2）
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（2）碳酸盐和高价氧化物的分解
药皮中的CaCO3、MgCO3等，加热到一 定温度开始分解
MCO3 = MO + CO2
lg pCO2
A B T
一般碳酸盐在300℃开始分解，600℃以 上剧烈分解。所以含碳酸盐的焊条烘烤温度 不能超过300℃。
氮氢混合气在激光焊接中的作用
氮氢混合气在激光焊接中的作用1.引言1.1 概述概述氮氢混合气在激光焊接中作为一种重要的辅助气体，发挥着关键的作用。
激光焊接作为一种高效、高精度的焊接方法，已在许多领域得到广泛应用。
而氮氢混合气的加入可以显著改善激光焊接的焊缝形态和焊接质量，提高焊接速度和焊接深度。
本文将介绍氮氢混合气的组成和性质，探讨氮氢混合气在激光焊接中的作用机理，以及其对焊接质量的影响。
在结论部分，将对氮氢混合气在激光焊接中的作用进行总结，并展望其在激光焊接领域的发展前景。
通过深入研究氮氢混合气在激光焊接中的作用，不仅可以为工业界提供指导性意见，优化激光焊接工艺参数，提高焊接质量和生产效率，还可以为相关研究领域提供理论基础和实验依据。
通过总结和展望，将有助于推动氮氢混合气在激光焊接领域的更广泛应用和进一步研究。
文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：本篇文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
1. 引言部分（Introduction）1.1 概述（Overview）：简要介绍激光焊接技术的背景和发展情况，强调氮氢混合气在激光焊接中的重要性和研究意义。
1.2 文章结构（Structure of the Article）：说明本篇文章的整体结构，即主要包括正文中的几个部分，以及各部分内容的主要目标和安排。
1.3 目的（Purpose）：阐明文章的研究目标，即对氮氢混合气在激光焊接中的作用进行系统的研究和分析，以期为激光焊接领域的相关研究和应用提供参考。
2. 正文部分（Main Body）2.1 氮氢混合气的组成和性质（Composition and Properties of Nitrogen-Hydrogen Mixture）：介绍氮氢混合气的制备方法、成分比例以及相关物理和化学性质。
2.2 氮氢混合气在激光焊接中的作用机理（Mechanism of Nitrogen-Hydrogen Mixture in Laser Welding）：探讨氮氢混合气在激光焊接过程中的作用机制，包括其参与的化学反应、能量传输途径等。
焊接区气体对焊缝金属的作用
焊接区气体对焊缝金属的作用部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑焊接区内气体对焊缝金属的作用和控制措施潘蛟亮(宁波技工学校, 浙江宁波 315030 > [摘要]：焊接过程中，熔池周围充满了大量的气体，这些气体不断与熔池金属发生作用，影响焊缝金属的成分和性能，决定着焊接接头的质量。
本文简述了焊接区内的气体来源，分析了氢、氧、氮三种气相会对焊接质量产生的影响，并提出了相应的措施。
b5E2RGbCAP关键词：气相，焊接质量，裂纹焊接区内，气体成分比较多，在焊接过程中，熔池周围充满着各种气体。
这些气体和熔渣与熔化金属之间不断地进行复杂的冶金反应<氧化与还原、有害杂质去除等），影响焊缝金属的成分和性能。
所以，首先要知道焊接区气体的来源、成分和数量，并采取有效措施减少和消除气体带来的不利影响。
p1EanqFDPw一、焊接区内的气体焊接区内的气体主要来源于以下几个方面1、焊接材料，焊条药皮、焊剂和焊丝药芯中含有造气剂、高价氧化物和水分都是气体的重要来源。
2、热源周围的气体介质，药皮或焊剂中的造气剂所产生的气体并不能完全隔绝热源周围空气的入侵，空气也有可能进入到焊缝金属中。
DXDiTa9E3d3、焊丝和母材表面上的杂质，如焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、油污、铁锈、吸附的水分等，在焊接高温加热时也会析出气体进入电弧区。
RTCrpUDGiT4、高温蒸发所产生的气体，电弧区的温度很高，达到了金属和熔渣的沸点，是部分金属和熔渣蒸发，以气体的形态存在于电弧的气相中。
5PCzVD7HxA焊接区内的气体主要成分是CO、H2、H2O<水蒸气）、CO2和少量的氮，这些气体在高温时，这些气体在高温时将分解出一定的氧，以及它们分解或电离的产物所组成的混合物。
气体中，以氢、氮、氧三种气体对焊缝金属质量的影响最大。
jLBHrnAILg二、氢对金属的作用及其控制1、氢在金属中的溶解对于氢氧氮这样的双原子气体来说，必须分解为原子或离子才能溶于金属。
焊缝金属扩散氢测
红外光谱法
利用红外光谱技术检测焊 缝金属中氢的特定吸收峰， 从而确定氢的含量。
测定设备的改进与优化
高精度传感器
研发高灵敏度、高分辨率的传感 器，提高氢含量的测量精度。
自动化设备实现焊缝金属扩散氢测定源自自动 化，减少人为误差和操作时间。
选择合适的焊接工艺
优化焊接参数
选择合适的焊接电流、电压和焊接速 度，避免过热和冷却速度过快，以减 少焊缝金属中的扩散氢含量。
采用低氢焊接方法
如采用活性气体保护焊、激光焊接等 低氢焊接方法，以降低焊缝金属中的 扩散氢含量。
加强焊接过程的控制
严格控制预热和层间温度
适当提高预热温度和层间温度，以降低焊缝金属中的扩散氢含量。
在线监测系统
将测定设备与生产线结合，实现 焊缝金属扩散氢的实时监测。
焊缝金属扩散氢测定与其他领域的交叉研究
材料科学
研究不同材料对氢扩散的影响，为新型材料的开 发提供依据。
焊接工艺
结合焊接工艺参数对焊缝金属扩散氢的影响，优 化焊接工艺。
失效分析
通过焊缝金属扩散氢测定结果，分析焊接结构失 效的原因。
THANKS FOR WATCHING
03 焊缝金属扩散氢的测定方 法
直接测定法
真空法
将焊缝金属置于真空环境中，通 过测量氢气在真空中的压力变化 来直接测定扩散氢的含量。
渗透法
利用渗透剂渗透到焊缝金属中， 通过测定渗透剂中氢气的含量来 推算焊缝金属中的扩散氢含量。
间接测定法
热导法
通过测量焊缝金属在加热过程中的热 导率变化，推算出其中的扩散氢含量 。
焊缝金属扩散氢的特性
焊接过程气体对金属的作用
氮对焊接质量的影响
在碳钢焊缝中氮是有害物质。 - 促使生产气孔 - 提高焊缝金属强度，降低塑性和韧性 氮在钢中溶解度低，主要以过饱和形式存在或以针
状氮化物（Fe4N）存在于晶界或晶内导致强度、硬度 ↑，塑性、韧性↓，尤其低温韧性下降明显。
N2的分解度小，基本 以分子形式存在。
➢ 复杂气体的分解
CO2和H2O是焊接 冶金中常见的复杂气体， 高温下进行热分解。
综上所述，电弧区内气体是由CO、CO2、H2O、 O2、H2、N2、金属和熔渣的蒸气以及它们的分 解或电离的产物组成的混合物。
其中对焊接质量影响最大的是：N2 、H2 、O2、 CO2、H2O。
(C6H10O5)m
7 2
mO2
6mCO2
5mH2
试验研究表明：220～250℃开始分解，220 ～320℃质量损失可达50%，800℃完成分解。含 有机物的焊条烘干温度不应超过200℃。
碳酸盐、高价氧化物的分解
冶金中常用碳酸盐有CaCO3、MgCO3、BaCO3和白
云石CaMg(CO3)2，加热超过一定温度发生分解，产
- 时效脆化 金属中过饱和的氮处于不稳定状态，随时间延长，
过饱和氮将逐渐析出，形成稳定氮化物。使焊缝金属 强度↑，塑性、韧性↓。
加入氮稳定元素，可抑制和消除时效现象。
影响焊缝含氮的因素及控制措施
焊接区保护的影响
焊接工艺参数的影响
焊接U↑，电弧长度↑保护变 差，作用时间增加；
焊接I↑，过度频率↑，作用 时间↓，溶解量↓； 正极性比反极性大。
气体分子在金属表面上分解 气体原子穿过界面，向内部扩散
埋弧焊中的氢对焊缝质量的影响
文章编号：1673-887X(2010)07-0020-02埋弧焊中的氢对焊缝质量的影响新疆维吾尔自治区博州建宏设备安装有限责任公司克西格达拉摘要介绍了焊接氢的来源，指出了焊缝金属中氢的溶解和存在方式，分析了氢对焊缝质量的不利影响，提出了减少焊缝合氢量的对策。
关键词埋弧焊氢焊缝质量预防措施doi：10．3969／j．i ssn．1673-887X．2010．07．008中图分类号1-G423文献标志码A随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法、毛胚制造手段发展成为制造行业中一项生产尺寸精确产品的手段。
而埋弧自动焊凭借焊接速度高、熔深大、生产率高、机械化操作程序高、劳动条件好等优点，越来越广泛地应用于生产中。
如锅炉压力容器制造，锅筒简体的纵横焊缝；钢结制作，如电解槽制作巾，长侧板、底板等平板对接。
钢吊车梁制作中的上下翼缘板的T型焊缝等等。
但是，埋弧自动焊也有其缺点。
通常情况下，接头有可能产生2种类型裂纹，即结晶裂纹和氢致裂纹。
结晶裂纹只限于焊缝金属。
氢致裂纹则可能发生在焊缝金属和热影响区。
这种裂纹多发生在低合金钢、中合金钢和高碳钢的焊接热影响区中，可能在焊后立即出现，也可能在焊后数小时、数天甚至更长时间才出现。
氢致裂纹危害性非常大，因此，应尽可能地减少焊缝中的含氢量，对于提高焊缝质量有重要的意义。
1焊接氢的来源1．1焊剂或焊条中的水分焊条药皮、焊剂中含有较多的结晶水、化合水；而且，焊条的药皮和焊剂也对空气中的水分有较强吸附作用(空气湿度越大，暴露在空气中的时间越长，则这些材料的含水量越大)。
同时，若焊剂不清洁，含有较多的粉尘和杂物时，也会在焊接时分解出大量的氢。
1．2焊丝与焊剂表面的油污油漆吸附水铁锈油是碳氢化合物，在焊接过程中会分懈出氢。
铁锈主要成分是m Fe20，、nH20，其中水约占10％的含量。
在焊接高温下，铁锈将产生化学反应，分解出大量氢。
1．3焊接电弧周围的水蒸气空气湿度越大，则电弧区和焊缝的含氢量就会越大。
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控制氢的措施
- 限制焊接材料中的含氢量
焊接材料存放时间与吸水量有关
- 清除焊丝和焊件表面的杂质 焊丝和焊件坡口附近表面的铁锈、油污、吸附
水等是增加焊缝含氢的原因之一。
- 冶金处理 降低气相中氢的分
压，可减少氢在液态金 属中的溶解度。通过调整 材料使氢形成比较稳定的 氢化物（HF、OH）。
- 脱氢处理 将焊件加热到一定温
度，促使氢扩散外逸。
金属通过渣进入金属，其溶解度取决于气相中水 和氢的分压、熔渣的碱度、氟化物的含量。
氢通过气相进入金属，溶解度取决氢的状态。如为分子 态，溶解度符合平方根定律
SH KH2 pH2
实际上，电弧焊气相中 氢不完全是以分子态存在， 还有相当多的原子氢和离子 等。电弧焊时氢的溶解度比 用平方根定律计算出来的标 准溶解度高得多。
合金元素对氢在Fe中 溶解有很大影响。
氢在固态钢中的溶解度与 组织有关。在奥氏体的溶解度 >铁素体+珠光体
焊缝金属中的氢及其扩散
扩散氢：以H、H-、H+形式存在，与金属形成间隙固溶 体可自由扩散。 残余氢：聚集到陷阱（晶格缺陷、显微裂纹、非金属夹 杂）中，结合成分子，不能自由扩散。
随放置时间的增加， 扩散氢↓，残余氢↑，总的 含氢量↓。
氢对焊接质量的影响
-氢 脆 氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象。
氢脆是由于溶解在晶格 中的氢引起的，变形导致位错 运动堆积，形成显微空腔，氢 在空腔聚集结合成分子，产生 很高的压力，金属变脆。
- 白点 白点：碳钢或低合金钢焊缝，如含氢量高，常在其拉伸 或弯曲断口出现银白色圆形局部脆断点。
甘油法或水银法可测定熔敷金属扩散氢。 熔敷金属的扩散氢含量：指焊后立即按标准方法 测定并换算为标准状态下的含氢量。 真空加热法可测量残余氢含量
氢在焊接接头中的扩散和分布是一个比较复杂的问题， 至今尚未充分认识。
焊接条件下，引起氢扩散的原因有：浓度、温度、组织 结构、应力等，扩散模型建立和试验研究都存在困难。
渣中自由氧离子↑水的溶解 度↑。 渣中含有氟化物，有
(OH ) （F ) (O2 ) HF
渣中水的溶解度↓
氢从渣中向金属中过渡：
（Fe2 ) 2(OH ) [Fe] 2[O] 2[H ] [Fe] 2(OH ) (Fe2 ) (O2 ) 2[H ]
2(OH ) (O2 ) [O] 2[H ]
氢对金属的作用
氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质及 电弧周围空气中的水蒸气。 氢在金属中的溶解 根据氢与金属作Байду номын сангаас的特点可分为两类：
① 能形成稳定氢化物的金属：Zr、Ti、V、Ta、 Nb等，金属吸收氢是放热反应，较低温度下吸收大 量氢。
② 不形成稳定氢化物的金属：Al、Fe、Ni、Cu、 Cr、Mo等，但能溶解氢，溶解氢是吸热反应。
① 药皮和焊剂中加入氟化物 ② 控制材料的氧化势
[H ] pH2 pH2O [O]
增加熔池中含氧量或气相中的 氧化性可减少熔池中氢的平衡 浓度。
③ 加入微量的稀土或稀散元素
- 控制焊接工艺参数 手工电弧焊， I↑熔滴吸氢↑； U↑焊缝含氢↓。 电流种类和极性对焊缝含氢量 有影响。
通过工艺参数限制氢很有限。
溶解途径
焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径不同。 - 气体保护焊，氢以原子或质子的形式溶入金属； - 电渣焊，氢通过渣层溶入金属； - 手工焊和埋弧焊，上述途径兼而有之。
氢通过渣溶入金属，氢或水首先溶入渣中。 对含有自由氧离子的渣
H2O (O2 ) 2(OH )
对不含自由氧离子的渣
H2O (SimOnq ) 2(OH ) (SimOn(q12) )