熔焊原理-气相对金属的作用
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金属成型1.液态金属与气相的相互作用
射流过渡 短路过渡 颗粒状过渡
附壁过渡
蒸 发 过 渡
氧 化 飞 溅
5
二、熔池的形成
1、熔池
熔池： 熔池：母材上由熔化的焊条 和母材组成的有一定几何形 状的液体金属。 状的液体金属。
熔池的形状、尺寸、温度、 熔池的形状、尺寸、温度、存 在时间、 在时间、流动状态对冶金反 应、 结晶方向、晶体结构、 结晶方向、晶体结构、夹杂物的 数量与分布、焊接缺陷均有影响。 数量与分布、焊接缺陷均有影响。
极易蒸发
纯金属和氟化物的沸点（ 纯金属和氟化物的沸点（℃） 物质 沸点 物质 沸点 物质 沸点 Zn 907 Cu 2547 CsF 1257 Mg 1126 Fe 2753 AlF3 1260 Pb 1740 Ti 3127 KF 1500 Mn 2097 V 3380 LiF 1670 Cr 2222 C 4502 NaF 1700 Al 2327 Nb 4742 BaF2 2137 Ni 2459 Mo 4804 MgF2 2239 Si 2467 W 5927 CaF2 2500
溶解反应类型 吸热反应
形成化合物倾向 不能形成稳定氢化物
氢
Ti、Zr、V、Nb、Ta、Th 、 、 、 、 、 等金属及合金
放热反应
能形成稳定氢化物
19
、 氢 金属 的溶解
2、氢的溶解途径 1）通过气相溶入金属中
服从亨利定律: 服从亨利定律:
双原子气体溶入金属液的两种方式 吸 附 — 分 解 — 溶 入 气体 解 分 解 — 吸 附 — 溶 入 氢、 氢、 气体的溶解
高价氧化物（ 高价氧化物（Fe2O3 和 MnO2）的分解 （在某些酸性焊条药皮中含量较高） 在某些酸性焊条药皮中含量较高） 6 Fe2O3 = 4 Fe3O4 + O2 2 Fe3O4 = 6 FeO + O2 4 MnO2 = 2 Mn2O3 + O2 6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O2
附壁过渡
蒸 发 过 渡
氧 化 飞 溅
5
二、熔池的形成
1、熔池
熔池： 熔池：母材上由熔化的焊条 和母材组成的有一定几何形 状的液体金属。 状的液体金属。
熔池的形状、尺寸、温度、 熔池的形状、尺寸、温度、存 在时间、 在时间、流动状态对冶金反 应、 结晶方向、晶体结构、 结晶方向、晶体结构、夹杂物的 数量与分布、焊接缺陷均有影响。 数量与分布、焊接缺陷均有影响。
极易蒸发
纯金属和氟化物的沸点（ 纯金属和氟化物的沸点（℃） 物质 沸点 物质 沸点 物质 沸点 Zn 907 Cu 2547 CsF 1257 Mg 1126 Fe 2753 AlF3 1260 Pb 1740 Ti 3127 KF 1500 Mn 2097 V 3380 LiF 1670 Cr 2222 C 4502 NaF 1700 Al 2327 Nb 4742 BaF2 2137 Ni 2459 Mo 4804 MgF2 2239 Si 2467 W 5927 CaF2 2500
溶解反应类型 吸热反应
形成化合物倾向 不能形成稳定氢化物
氢
Ti、Zr、V、Nb、Ta、Th 、 、 、 、 、 等金属及合金
放热反应
能形成稳定氢化物
19
、 氢 金属 的溶解
2、氢的溶解途径 1）通过气相溶入金属中
服从亨利定律: 服从亨利定律:
双原子气体溶入金属液的两种方式 吸 附 — 分 解 — 溶 入 气体 解 分 解 — 吸 附 — 溶 入 氢、 氢、 气体的溶解
高价氧化物（ 高价氧化物（Fe2O3 和 MnO2）的分解 （在某些酸性焊条药皮中含量较高） 在某些酸性焊条药皮中含量较高） 6 Fe2O3 = 4 Fe3O4 + O2 2 Fe3O4 = 6 FeO + O2 4 MnO2 = 2 Mn2O3 + O2 6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O2
焊接过程气体对金属的作用-氢详解
- 形成气孔 - 产生冷裂纹
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
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
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。
熔焊原理第三章
焊接冶金特点
四、焊接参数对焊接冶金的影响
焊接参数：是指在焊接时,为保证焊接质量,而选定的 焊接电源、焊接电流、电弧电压、焊接速度、热输 入等参数的总称 1、熔合比的影响 在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比 改变焊缝金属的熔合比就可以改变焊缝金属的化学 成分。因此，焊接时必须严格控制焊接工艺条件以 使熔合比稳定合理。 在焊接异种钢时，要根据熔合比选择焊接材料。
氮除了对焊缝的性能有害的作用之外，也 有有利的影响。
气相对金属的作用
气相对金属的作用
3、控制氮的措施
（1）加强机械保护 ：主要措施 （2）选用合理的焊接工艺参数 电弧电压增加，焊缝含氮量增大，故应尽量采用 短弧焊。采用直流反极性接法，减少了氮离子向熔 滴溶解的机会，因而减少了焊缝的含氮量 （3）控制焊丝金属的成分 增加焊丝或药皮中的含碳量可降低焊缝的含氮量 焊丝中加入一定数量与氮亲和力大的合金元素，如 Ti、Zr、Al或稀土元素等，可形成稳定氮化物进入 熔渣，起到脱氮的作用
（1）限制焊接材料中的含氢量 焊接材料在使用前应按规定的温度和时间进行烘焙， 存放焊接材料时应采取有必要的防潮措施 对保护气体采用脱水或干燥措施
（2）清除焊件和焊丝表面的杂质 焊前应仔细清理：焊件坡口和焊丝表面的铁锈、 油污、吸附水以及其他含氢物质
气相对金属的作用
（3）进行冶金处理：
通过化学反应降低电弧气氛中氢的分压，从而降低氢在液 体金属中的溶解度
采用直流反极性接法减少了氮离子向熔滴溶解的机会因而减少了焊缝的含氮量3控制焊丝金属的成分增加焊丝或药皮中的含碳量可降低焊缝的含氮量焊丝中加入一定数量与氮亲和力大的合金元素如tizral或稀土元素等可形成稳定氮化物进入熔渣起到脱氮的作用气相对金属的作用四氧对金属的作用及其控制1氧的来源电弧中氧化性气体co2o2h2o等侵入的空气药皮中的高价氧化物和焊接材料与焊件表面的铁锈水分等分解产物2氧对焊缝金属的影响1影响焊缝金属的性能随着焊缝中含氧量的增加其强度塑性韧性等各项力学性能指标都下降其中冲击韧度下降最为显著气相对金属的作用气相对金属的作用2导致气孔的产生生成不溶于金属的co如熔池结晶时co气泡来不及逸出则在焊缝中形成co气孔3合金元素的烧损使钢中的有益合金元素氧化从而使焊缝的性能变坏4产生飞溅在焊接时熔滴区产生的co使熔滴爆炸产生飞溅影响焊接过程的稳定性气相对金属的作用3氧在金属中的溶解氧是以原子氧和氧化亚铁feo两种形式溶于液态铁中的温度升高氧在液态铁中的溶解度增大
焊接过程气体对金属的作用
原因：电弧中受激分 子、原子溶解快；N+ 可在阴极溶解；其它 含氮物质分解引起溶 解度增加。
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
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
焊接区内气体对焊缝金属的作用和控制措施
焊接区内气体对焊缝金属的作用和控制措施摘要焊接过程中，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。
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。
1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；3）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；4）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。
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。
2氢对金属的作用及其控制2.1氢在金属中的溶解度如果是双原子气体，例如H2，O2等，只有分解为单原子或者是离子状态才能融入到金属中。
氢和氮气体在铁中的溶解度与温度的关系见图1。
从图中可以看出：1）当T<2400℃时，在液态金属铁中，氢的溶解度随着温度的升高而增大；2）在液固转变点温度时，氢的溶解度突然急剧下降，就会形成氢气孔；3）在铁元素不同晶体结构中，氢的溶解度是不同的，一般在面心立方晶格的溶解度要比体心立方晶格的溶解度要大。
熔焊原理第三章
气相对金属的作用
（4）氧对金属的氧化 1)自由氧对金属的氧化 2）CO2对金属的氧化 3）H2O气对金属的氧化 4）混合气体对金属的氧化 。 2、控制氧的措施 （1）控制焊接材料的含氧量 （2）控制焊接工艺参数 （3）脱氧
熔渣及其对金属的作用
一、熔渣的作用及分类
1、熔渣在焊接过程中的作用 （1）机械保护作用 （2）改善焊接工艺性能的作用 （3）冶金处理作用 （4）改善热规范的作用 2、熔渣的成分和分类 根据焊接熔渣的成分和性能可将其分为三大类 ： 第一类 盐型熔渣 它们主要由金属的氟酸盐、氯酸 盐和不含氧的化合物组成 ； 第二类 盐-氧化物型熔渣主要由氟化物和碱土金属 的氧化物组成 ； 第三类 氧化物型熔渣主要由各种氧化物组成。
焊缝金属的硫、磷控制
一、焊缝金属中硫、磷的危害性
1、硫的危害 硫在钢中主要以FeS和MnS形式存在 ，增加了焊缝 金属结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧度和抗 腐蚀性 。 2、磷的危害 磷主要以Fe2P和Fe3P的形式存在 ，增加了焊缝金 属的冷脆性，即冲击韧度降低，脆性转变温度升高 。
二、硫的控制
气相对金属的作用
四、氧对金属的作用及其控制
1、氧对金属的作用 （1）氧对焊接质量的影响 1）影响焊缝金属的性能 2）导致气孔的产生 3） 合金元素的烧损 （2）氧在金属中的溶解 氧是以原子氧和氧化亚铁FeO两种形式溶于液态铁 中的 温度升高，氧在液态铁中的溶解度增大。在液 态铁中有第二类金属元素时，随着合金元素含量的 增加氧的溶解度下降。
焊缝金属的合金化
三、影响合金过渡系数的因素
合金元素的过渡系数是指焊接材料中的合金元素 过渡到焊缝金属中的数量与其原始含量的百分比。 因此凡是能减少合金元素损失的因素，都可以提 高过渡系数；反之，则降低过渡系数。 1、合金元素对氧的亲和力的影响 2、合金元素的物理性质的影响 3、焊接区介质的氧化性的影响 4、合金元素的浓度的影响 5、合金元素的粒度 6、药皮（焊剂）的成分 7、药皮的重量系数和焊接参数
熔焊原理：焊接化学冶金过程
熔焊原理：焊接化学冶金过程
⊙焊接化学冶金过程的特点 一、焊接时的焊缝金属保护
焊接化学不同保护方式其保护效果是不同的。焊条药皮和药芯焊丝一般由造 气剂、造渣剂、铁合金等组成。这些物质熔化以后形成熔渣覆盖在液体金属表面， 将金属与空气隔离，防止了金属中有益元素的烧损和有害物质的侵入。此隔离作 用通常叫做机械保护作用。同时造气剂(主要是有机物，碳酸盐等)受热分解，析 出大量气体。据计算，熔化l00g焊芯，焊条可析出2500—5080cm3的气体。这些 气体在药皮套筒中被加热膨胀，形成定向气流吹向熔池，也起到机械保护作用。
2．来自于热源周围空气 3．来自于焊丝和母材表面的杂质 4．来自于高温蒸发产生的气体 焊接时，因为焊接区的温度往往超过金属的沸点，致使在焊接区出现金属和熔 渣的蒸发，形成的蒸气而进入气相。 CO2、H2O、CO可归结为与氢、氮、氧的作用。 二、氢对熔池金属的作用 1．氢在金属中的溶解
熔焊原理：焊接化学冶金过程
焊接电流增加，熔深加大，电弧伸入熔池内部，焊剂熔化量减少；电弧电压 增加，焊剂熔化量增加。焊剂熔化量的改变，意味着与液态金属作用的熔渣数量 的变化，反应物的含量必然影响产物的含量，最终影响焊缝的化学成分。 四、焊接化学冶金系统及其不平衡性
直接应用化学平衡的有关公式对焊接化学冶金问题进行定量分析是办不到的。 但是，可以利用化学知识对冶金反应的方向与趋势作定性的分析。
三、熔渣的碱度 1．氧化物的分类
焊接熔渣中的氧化物按其性质可以分为如下三类： 第一类是酸性氧化物，按照它们的酸性由强至弱的顺序有SiO 2、TiO 2、P2O5 V 2O5等。 第二类是碱性氧化物，按照碱性强弱的顺序有K2O、NaO、CaO、MnO、FeO 等。 第三类是两性氧化物
熔焊原理：焊接化学冶金过程
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• 通过冶金反应产生的：
1.2 气相对金属的作用
气体的分解
在焊接条件下，H2、O2分解度很大，绝大部分以原子 状态双存原在子；气N体2分(解N2度/H很2/O小2，) 基本复上杂以气分体子(状CO态2存/H在2O。)
气体的分解度α与温度的关系图
1.2 气相对金属的作用
2 氮对金属的作用
来源：主要是焊接区周围的空气。 氮与金属作用有两种情况： • 不与氮发生作用的金属，如Cu、Ni等，既不能溶解氮又 不形成氮化物，可用N2作为保护气体。 • 与氮发生作用的金属，如Fe、Ti等，既能溶解氮又能形 成稳定的氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。
② 氢的扩散
刚焊接的接头中 H扩散
一部分H逸出，溶解量降低 一部分转化为残余H且逐渐增加 一部分向近缝区扩散
1.2 气相对金属的作用
氢对焊接质量的影响 暂态现象：氢脆、白点(经时效、热处理可消除) 永久现象：气孔、冷裂纹（不可消除）
1.2 气相对金属的作用
1) 氢脆
定义：在室温附近，由于氢溶解在金属晶格中而引起钢 的塑性严重下降的现象。
1.2 气相对金属的作用
氮在金属中的溶解
• 电弧焊时气体溶解过程的特点： 熔化金属过热度大； 在熔池表面上通过局部活性部分和熔滴吸收气体； 电弧气氛中有受激的分子、原子和离子，气体的活性↑， 气体在金属中的溶解度↑
电弧焊时熔化金属吸收的气体量一般会高于它的平衡含量(溶解度)
1.2 气相对金属的作用
1.2 气相对金属的作用
氮使焊缝金属脆化
液态钢 中的N
快冷
以针状 Fe4N形式
析出
过饱和N
(固溶体中)
分布于 晶界或 晶内
时间↑ N析出 形成针 状Fe4N
析出脆化
焊缝金属 塑韧性↓ 强硬度↑
时效脆化
焊缝金属中加入Ti、Al、Zr等可抑制或消除时效现象
1.2 气相对金属的作用
氮对焊缝金属常温力学性能的影响
1.2 气相对金属的作用
氢在铁中的溶解度
a、 组织结构的影响： FCC晶格中 BCC晶格中 固态相变时H溶解度发生突变
b、合金元素的影响：
1.2 气相对金属的作用
焊缝金属中的氢及其扩散
① 存在形式
• 扩散氢：H、H＋、H－ • 残余氢（剩余氢）：H2 • 总含氢量=扩散氢＋剩余氢，对第二类金属，扩散氢约占80～ 90%。
• 合金元素的影响：控制焊接材料中的合金元素
增加焊丝或药皮中的含碳量 Ti\Al\Zr\RE，形成稳定的氮化物
1.2 气相对金属的作用
3 氢对金属的作用
氢的主要来源：焊接材料中的水分、含氢物质、电弧 周围空气中的水蒸气、焊接坡口周围的油污等。
氢在金属中的溶解
氢与金属的作用
形成稳定氢化物的金属 （Zr、Ti、V、Ta、Nb等）
氮对低碳钢焊缝低温韧性的影响
1.2 气相对金属的作用
影响焊缝含氮量的因素及控制措施
• 焊接区保护的影响：加强焊接区的保护
气一渣保护、渣保护、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
• 焊接工艺参数的影响：选择正确的焊接参数
U↑，弧长↑，t氮-熔滴↑，N%↑。尽量采用短弧焊 I↑，f熔滴过渡↑，t氮-熔滴↓，N%↓。 d焊丝↑，d熔滴↑，N%↓。
金属拉伸
位错运动、堆积 显微空腔
形成
H+H=H2
晶格中的原子氢
沿位错运动方向扩散
压力↑ 金属变脆
1.2 气相对金属的作用
2）白点
定义：碳钢或低合金钢焊缝因含氢量高而在其拉伸或 弯曲断面上出现的银白色圆形局部脆断点，称为白点。 焊缝产生白点时，其塑韧性下降。
特征：肉眼可见，直径0.5～3mm，中心处有气孔或小 的夹渣，周围为塑性断口，形似鱼眼也称“鱼眼”。
1.2 气相对金属的作用
• 电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度：
电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激 的氮分子要快得多； 电弧中的氮离子N+可在阴极溶解； 在氧化性电弧气氛中形成NO，遇到温度较低的液态金属 时分解，N迅速溶于金属。
1.2 气相对金属的作用
氮对焊接质量的影响 形成气孔 ↑强度、硬度，同时↓塑性和韧性 使焊缝金属产生时效脆化
1.2 气相对金属的作用
“诱捕理论”解释：焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘 的空隙，好象“陷阱”一样捕捉氢原子，并在其中结合 成氢分子，在拉伸试验中“陷阱”中的氢分子被吸附。 由于塑性变形新产生的微裂纹表面上，分解成原子氢， 原子氢扩散到微裂纹金属晶格内，引起金属脆化。
对白点的敏感性(影响因素)：
含氢量 金属组织：铁素体钢；奥氏体钢；含Cr、Ni、Mo的钢 变形速度
形成稳定氢化物，但能溶解氢的金属 （Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等）
1.2 气相对金属的作用
氢向金属中溶解的途径：因焊接方法而异。 气体保护焊：氢通过气相与液态金属的界面以原子或质 子的形式溶入金属 电渣焊：氢通过渣层溶入金属 手工电弧焊和埋弧焊：上述两者途径 焊接时，气相中的氢可处于分子、原子和离子状态
熔L焊O原G理O
1.2 气相对金属的作用
1.2 气相对金属的作用
1 焊接区内的气体
气体的来源和产生
• 焊接材料（造气剂、高价氧化物、水分等） • 气体介质（保护气体及杂质，热源周围的空气） • 焊丝和母材表面上的铁锈、油漆等杂质。 • 通过物化反应产生的：
（有机物的分解和燃烧、碳酸盐和高价氧化物的分解、金属元素和熔渣的蒸发）
1.2 气相对金属的作用
3) 气孔 熔池凝固时由于溶解度的骤降，使熔池中的氢处于过饱 和状态，发生2[H]=H2反应，生成的分子氢不溶于金属， 便在液态金属中形成气泡。当气泡外逸速度小于凝固速 度时，就在焊缝中形成气孔。
• 氮在金属中的溶解方式：
① 以原子形式溶入： 焊接区的氮气分子首先被金属表面所吸附并分解为氮原子，然后 氮原子穿过金属表面层向金属内部溶解。
②以离子形式溶入： 氮原子受到高速电子的碰撞而分解为N+，氮离子在电场的作用下 向阴极运动，并在阴极表面上与电子中和，溶入金属中。
③ 以NO形式溶入： 当气相中同时存在氮和氧时，在电弧高温作用下，氮和氧会形成 一定浓度的NO。当NO与温度较低的熔滴和熔池金属相遇时，分 解为原子氮与氧而溶于金属中。
1.2 气相对金属的作用
气体的分解
在焊接条件下，H2、O2分解度很大，绝大部分以原子 状态双存原在子；气N体2分(解N2度/H很2/O小2，) 基本复上杂以气分体子(状CO态2存/H在2O。)
气体的分解度α与温度的关系图
1.2 气相对金属的作用
2 氮对金属的作用
来源：主要是焊接区周围的空气。 氮与金属作用有两种情况： • 不与氮发生作用的金属，如Cu、Ni等，既不能溶解氮又 不形成氮化物，可用N2作为保护气体。 • 与氮发生作用的金属，如Fe、Ti等，既能溶解氮又能形 成稳定的氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化。
② 氢的扩散
刚焊接的接头中 H扩散
一部分H逸出，溶解量降低 一部分转化为残余H且逐渐增加 一部分向近缝区扩散
1.2 气相对金属的作用
氢对焊接质量的影响 暂态现象：氢脆、白点(经时效、热处理可消除) 永久现象：气孔、冷裂纹（不可消除）
1.2 气相对金属的作用
1) 氢脆
定义：在室温附近，由于氢溶解在金属晶格中而引起钢 的塑性严重下降的现象。
1.2 气相对金属的作用
氮在金属中的溶解
• 电弧焊时气体溶解过程的特点： 熔化金属过热度大； 在熔池表面上通过局部活性部分和熔滴吸收气体； 电弧气氛中有受激的分子、原子和离子，气体的活性↑， 气体在金属中的溶解度↑
电弧焊时熔化金属吸收的气体量一般会高于它的平衡含量(溶解度)
1.2 气相对金属的作用
1.2 气相对金属的作用
氮使焊缝金属脆化
液态钢 中的N
快冷
以针状 Fe4N形式
析出
过饱和N
(固溶体中)
分布于 晶界或 晶内
时间↑ N析出 形成针 状Fe4N
析出脆化
焊缝金属 塑韧性↓ 强硬度↑
时效脆化
焊缝金属中加入Ti、Al、Zr等可抑制或消除时效现象
1.2 气相对金属的作用
氮对焊缝金属常温力学性能的影响
1.2 气相对金属的作用
氢在铁中的溶解度
a、 组织结构的影响： FCC晶格中 BCC晶格中 固态相变时H溶解度发生突变
b、合金元素的影响：
1.2 气相对金属的作用
焊缝金属中的氢及其扩散
① 存在形式
• 扩散氢：H、H＋、H－ • 残余氢（剩余氢）：H2 • 总含氢量=扩散氢＋剩余氢，对第二类金属，扩散氢约占80～ 90%。
• 合金元素的影响：控制焊接材料中的合金元素
增加焊丝或药皮中的含碳量 Ti\Al\Zr\RE，形成稳定的氮化物
1.2 气相对金属的作用
3 氢对金属的作用
氢的主要来源：焊接材料中的水分、含氢物质、电弧 周围空气中的水蒸气、焊接坡口周围的油污等。
氢在金属中的溶解
氢与金属的作用
形成稳定氢化物的金属 （Zr、Ti、V、Ta、Nb等）
氮对低碳钢焊缝低温韧性的影响
1.2 气相对金属的作用
影响焊缝含氮量的因素及控制措施
• 焊接区保护的影响：加强焊接区的保护
气一渣保护、渣保护、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
• 焊接工艺参数的影响：选择正确的焊接参数
U↑，弧长↑，t氮-熔滴↑，N%↑。尽量采用短弧焊 I↑，f熔滴过渡↑，t氮-熔滴↓，N%↓。 d焊丝↑，d熔滴↑，N%↓。
金属拉伸
位错运动、堆积 显微空腔
形成
H+H=H2
晶格中的原子氢
沿位错运动方向扩散
压力↑ 金属变脆
1.2 气相对金属的作用
2）白点
定义：碳钢或低合金钢焊缝因含氢量高而在其拉伸或 弯曲断面上出现的银白色圆形局部脆断点，称为白点。 焊缝产生白点时，其塑韧性下降。
特征：肉眼可见，直径0.5～3mm，中心处有气孔或小 的夹渣，周围为塑性断口，形似鱼眼也称“鱼眼”。
1.2 气相对金属的作用
• 电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度：
电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激 的氮分子要快得多； 电弧中的氮离子N+可在阴极溶解； 在氧化性电弧气氛中形成NO，遇到温度较低的液态金属 时分解，N迅速溶于金属。
1.2 气相对金属的作用
氮对焊接质量的影响 形成气孔 ↑强度、硬度，同时↓塑性和韧性 使焊缝金属产生时效脆化
1.2 气相对金属的作用
“诱捕理论”解释：焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘 的空隙，好象“陷阱”一样捕捉氢原子，并在其中结合 成氢分子，在拉伸试验中“陷阱”中的氢分子被吸附。 由于塑性变形新产生的微裂纹表面上，分解成原子氢， 原子氢扩散到微裂纹金属晶格内，引起金属脆化。
对白点的敏感性(影响因素)：
含氢量 金属组织：铁素体钢；奥氏体钢；含Cr、Ni、Mo的钢 变形速度
形成稳定氢化物，但能溶解氢的金属 （Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等）
1.2 气相对金属的作用
氢向金属中溶解的途径：因焊接方法而异。 气体保护焊：氢通过气相与液态金属的界面以原子或质 子的形式溶入金属 电渣焊：氢通过渣层溶入金属 手工电弧焊和埋弧焊：上述两者途径 焊接时，气相中的氢可处于分子、原子和离子状态
熔L焊O原G理O
1.2 气相对金属的作用
1.2 气相对金属的作用
1 焊接区内的气体
气体的来源和产生
• 焊接材料（造气剂、高价氧化物、水分等） • 气体介质（保护气体及杂质，热源周围的空气） • 焊丝和母材表面上的铁锈、油漆等杂质。 • 通过物化反应产生的：
（有机物的分解和燃烧、碳酸盐和高价氧化物的分解、金属元素和熔渣的蒸发）
1.2 气相对金属的作用
3) 气孔 熔池凝固时由于溶解度的骤降，使熔池中的氢处于过饱 和状态，发生2[H]=H2反应，生成的分子氢不溶于金属， 便在液态金属中形成气泡。当气泡外逸速度小于凝固速 度时，就在焊缝中形成气孔。
• 氮在金属中的溶解方式：
① 以原子形式溶入： 焊接区的氮气分子首先被金属表面所吸附并分解为氮原子，然后 氮原子穿过金属表面层向金属内部溶解。
②以离子形式溶入： 氮原子受到高速电子的碰撞而分解为N+，氮离子在电场的作用下 向阴极运动，并在阴极表面上与电子中和，溶入金属中。
③ 以NO形式溶入： 当气相中同时存在氮和氧时，在电弧高温作用下，氮和氧会形成 一定浓度的NO。当NO与温度较低的熔滴和熔池金属相遇时，分 解为原子氮与氧而溶于金属中。