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1、2.1.3 熔渣及其对金属的作用,焊接熔渣熔渣的作用、成分及分类焊接熔渣在焊接过程中的作用 机械保护作用 保护熔滴和熔池。改善工艺性能 引弧、稳弧；减少飞溅；保证操作性能、脱渣性和焊缝成形。冶金处理 脱氧、脱硫、脱磷和去氢；合金化。,熔渣的成分和分类 盐型熔渣 金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成。渣系：CaF2-NaF、CaF2-BaCl2-NaF、KCl-NaCl-Na2AlF6、BaF2-MgF2-CaF2-LiF。氧化性很小，用于焊接铝、钛和其它化学活性金属及其合金。盐-氧化物型 氟化物和强金属氧化物组成。渣系：CaF2-CaO-Al2O3、CaF2-CaO-SiO2、CaF2-Ca
2、O-Al2O3-SiO2。氧化性较小，用于焊接合金钢。氧化物型 金属氧化物组成。渣系：MnO-SiO2、FeO-MnO-SiO2、CaO-TiO2-SiO2。氧化性较弱，主要用于焊接低碳钢和低合金钢。,熔渣的结构理论,熔渣的物理性质及其与金属的作用与熔渣结构有密切的关系。分子理论（以对凝固熔渣相分析和化学成分分析结果为依据）液态熔渣是由化合物的分子组成的 氧化物分子（CaO、SiO2等）、复合物分子（CaOSiO2、MnOSiO2）、氟化物、硫化物等,氧化物及其复合物处于平衡状态 各种复合物的稳定性可用它们的生成热效应来衡量，生成热效应越大，越稳定。只有自由氧化物才能参与和金属的反应,分子理论
3、简明、定性地解释熔渣与金属的冶金反应；但其假设与实际结构不符，许多现象无法解释。,离子理论（以熔渣电化学性质为基础）液态熔渣是由阴阳离子组成的电中性溶液 离子种类和存在形式取决于熔渣成分和温度，负电性大元素以阴离子的形式存在 F-、O2-、S2-；负电性小的元素形成阳离子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+；负电性比较大的元素，阴离子往往不能独立存在，而与氧离子形成复杂的阴离子,离子的分布和相互作用取决于它的综合矩 Z 离子的电荷（静电单位）r 离子的半径（10-1nm）离子综合矩越大，说明它的静电场越强，与异号离子的引力越大。综合矩的大小还影响离子在渣中的分布,盐型熔渣主要
4、含简单阴阳离子，综合矩差异不大，可认为是结构简单的均匀离子溶液；盐氧化物型熔渣属结构比较复杂的化学成分微观不均匀的离子溶液；氧化物型熔渣具有复杂网络结构的化学成分更不均匀的离子溶液。,熔渣与金属的作用过程是原子与离子交换电荷的过程,熔渣的性质与其结构的关系,溶质的碱度 重要化学性质 分子理论将氧化物分为三类：酸性氧化物 SiO2、TiO2、P2O5碱性氧化物 K2O、Na2O、CaO、MgO、BaO、MnO、FeO中性氧化物 Al2O3、Fe2O3、Cr2O3 在不同性质的渣中呈酸性，也可能呈碱性。,分子理论碱度的定义：,R2O、RO 熔渣中碱性氧化物的摩尔数 RO2 熔渣中酸性氧化物的摩尔数
5、,理论上B1为碱性，B1.3熔渣才为碱性。,比较精确的计算碱度公式,式中 CaO、MgO、CaF2、SiO2 以质量百分数极。当B11为碱性渣；B11为酸性渣；B1=1为中性渣,离子理论碱度定义：液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）。自由氧离子即游离状态的氧离子。渣中自由氧离子的浓度越大，碱度越高。碱度的计算：,B20为碱性渣；B20为酸性渣；B2=0为中性渣,熔渣的粘度 渣重要的物理性质，对保护效果、焊接工艺性能和化学冶金都有显著影响 粘度：单位速度梯度下，作用在单位面积上的内摩擦力。流体发生相对运动时，其内摩擦力的量度，用表示，其倒数1/称为流动性。粘度取决于熔渣的成分和温度，实际
6、上取决于熔渣的结构。,温度对粘度的影响,温度升高，熔渣粘度下降，但碱性渣和酸性渣下降的趋势不同。,熔渣成分对粘度的影响 酸性渣加入SiO2，使Si-O阴离子的聚合程度增大，其尺寸增大，粘度；减少SiO2，加入TiO2,可减少复杂Si-O离子，降低粘度；含TiO2较多的酸性渣已不是玻璃状，而接近晶体状，变为短渣；加入碱性氧化物，减低渣的粘度。碱性渣高熔点的氧化物会使粘度增加。加入少量SiO2可降低年度；加入CaF2能促使CaO熔化，降低粘度。,熔渣的表面张力 对熔滴过渡、焊缝成形、脱渣性及冶金反应有重要影响。表面张力与其中质点之间的作用力大小有关，即与化学键能有关。键能，张力因此，金属键、离子键
7、、共价键张力逐渐降低。,熔渣中加入酸性氧化物TiO2、SiO2、B2O5，形成半径较大的阴离子，与阳离子结合弱，被排挤到熔渣表面，表面张力降低。,加入碱性氧化物CaO、MgO、MnO等增加表面张力，因为Ca2+、Mg2+、Mn2+阳离子的综合矩较大。,温度升高熔渣的表面张力减小 T，离子半径，综合矩，相互作用减弱。,熔渣的熔点 影响工艺和质量的重要因素，要求与焊丝、母材相匹配。熔渣熔点：固态熔渣开始熔化的温度。焊条药皮熔点指药皮开始熔化的温度（造渣温度）。熔渣（药皮）熔点取决于组成物的种类、数量和粒度。,活性熔渣对焊缝金属的氧化,活性熔渣对金属的氧化可分为两种基本形式：扩散氧化和置换氧化扩散氧
8、化 FeO既溶于熔渣也溶于液态钢，在一定温度下平衡，在两相中的浓度符合分配定律。,温度不变，渣中FeO增加，将向焊缝中扩散。,SiO2饱和的酸性渣中：CaO饱和的碱性渣中：T，L，即高温时FeO向焊缝中分配。扩散氧化主要发生在熔滴阶段和熔池高温区；焊接温度下，L1，FeO在渣中的分配量总要大些。同样温度条件下，FeO在碱性渣中比酸性渣更易向金属中分配。,置换氧化 渣中含有较多易分解氧化物，则可能与液态铁发生置换反应，使铁氧化，另一元素还原。,反应结果使焊缝增加硅和锰，同时使铁氧化，生成FeO，大部分进入熔渣，少部分进入焊缝，使焊缝增氧。,置换反应的方向和限度，取决于温度、渣中MnO、SiO2、
9、FeO的活度和金属中Si、Mn的浓度，以及焊接工艺参数等因素。TK反应向右进行，置换氧化主要发生在熔滴阶段和熔池前部的高温区；熔池后部反应向左进行，造成焊缝中的非金属夹杂物。,为评价盐氧化物型和氧化物型焊剂中硅、锰还原对金属的氧化能力，定义焊剂的活度：,试验表明，熔敷金属含氧量随焊剂活度AF增加成直线增加。AF0.6 高活性焊剂 AF=0.60.3 活性焊剂 AF=0.30.1低活性焊剂 AF0.1 惰性焊剂,焊丝或药皮中焊有对氧亲和力比铁大的元素，将与硅、锰发生更激烈的置换反应。,使焊缝中Al2O3夹杂增加，焊缝含氧升高，同时硅、锰增加。,焊接低碳钢和低合金钢置换氧化使焊缝增氧，同时增加硅锰
10、，焊缝性能仍能满足要求。对焊接中、高合金钢时，焊缝增氧和硅，使抗裂性能和机械性能，尤其低温韧性显著下降。焊接时创造氧化条件抑制硅的还原；在药皮中含强脱氧剂时，阻止硅还原是不可能的，只有降低SiO2的含量。,焊件表面氧化物对金属的氧化 铁锈分解 氧化铁皮对金属的氧化,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
