PPT《第七章 液态金属与气相的相互作用》

第七章 液态金属与气相的相互作用 在焊接或熔炼过程中,液态金属会与各种气体发生相互作用,从而对焊件或铸件的性能产生影响.

本章着重介绍各种气体的来源、气体与金属的相互作用机制、气体对金属质量的影响以及控制气体的措施等.

第一节 气体的来源与产生

一、焊接区内的气体焊接区内的气体是参与液态金属冶金反应最重要的物质,因此必须了解这类物质的来源、成分和性质.

(一)气体的来源焊接区的气体主要来源于焊接材料,如焊条药皮、焊剂及药芯焊丝中的造气剂、高价氧化物和水分等;

而气体保护焊时主要来自所采用的保护气体和其中的杂质(如氧、氮、水气等).此外,热源周围的空气也是一种难以避免的气体源;

焊材表面和母材坡口附着的吸附水、油、锈和氧化皮等在焊接时也会析出气体,如水气、氧、氢等.除了直接进入焊接区内的气体(如空气、保护气体中的水分等)外,焊接区内的气体主要是通过一些物理化学反应产生的.(1)有机物的分解和燃烧 制造焊条时常用淀粉、纤维素等有机物作为造气剂和涂料增塑剂,这些物质被加热到220~250℃以后,将发生复杂的热氧化分解反应.反应生成的气态产物主要是CO2.

第七章 液态金属与气相的相互作用 (3)材料的蒸发 焊接过程中,除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发外,金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会发生蒸发,形成相当多的蒸气.金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn和氟化物中AlF

3、KF、LiF、NaF的沸点都比较低,它们在焊接过程中极易蒸发.铁合金的沸点虽然较高,但焊接时其浓度较大,所以气相中铁蒸气的数量相当可观. 焊接时的蒸发现象不仅使气相成分和冶金反应复杂化,而且造成合金元素损失,甚至产生焊接缺陷,增加焊接烟尘,污染环境,影响焊工身体健康.

第七章 液态金属与气相的相互作用

(二)气体的分解进入焊接区内的气体在电弧高温作用下将进一步分解或电离,从而影响气体在金属中的溶解或其与金属的作用.(1)简单气体的分解 简单气体是指N

2、H

2、O

2、F2等双原子气体,它们受热而获得足够的能量后,将分解为单个原子或离子和电子(见表7-1).利用标准状态下反应的热效应ΔH°298,可以比较各种气体和同一气体按不同方式进行分解的难易程度.

第七章 液态金属与气相的相互作用 (2)复杂气体的分解 CO2和H2O是焊接过程中最常见的复杂气体,它们在高温下将分解出O2(图7-2和图7-3),使气相的氧化性增加.

(三)气相的成分 焊接区内常常同时存在多种气体,这些气体之间也将发生复杂的反应.表7-2列出了几种焊条焊接区的气相组成.由表可见,用低氢型焊条焊接时,气相中H2和H2O的含量很少,故称 低氢型 .酸性焊条焊接时氢含量均较高,其中纤维素型焊条的氢含量最高. 综上所述,焊接区内的气体是由CO、CO

2、H2O、O

2、H

2、N2金属和熔渣的蒸气以及它们分解或电离的产物所组成的混合物.其中,对焊接质量影响最大的是N

2、H

2、O

2、CO2和H2O.

第七章 液态金属与气相的相互作用

第七章 液态金属与气相的相互作用

二、铸造过程中的气体

(一)气体的来源:铸造时的气体主要来源于熔炼过程、铸型和浇注过程.(1)熔炼过程 气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO