第十章熔化焊化学冶金过程66.ppt

焊条药皮成分中，常采用锰铁、硅铁和钛铁作为脱氧元素，请说明它们分别适用于哪种药皮类型？ 答 案 酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素； 碱性焊条常采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧。 思 考 题 第九十四页，共一百四十五页。 为什么酸性焊条常采用 锰铁作为脱氧元素？ 酸性渣中含有较多的 SiO2 和 TiO2，它们容易与锰的脱氧产物 MnO 生成复合物 MnO·SiO2 和 MnO·TiO2，使 MnO 的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中 MnO 的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果越差。 第九十五页，共一百四十五页。 Mn的脱氧反应 [Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO) 当金属中含有Mn和FeO量较小时，αMn≈[Mn%] , αFeO=[FeO%] 就得到： 从上式可以看出，增加金属中的Mn含量，减少渣中的MnO可以提高脱氧效果。酸性渣中含有较多的SiO2 、TiO2,他们可以与MnO生成复合氧化物使反应式向右移动，反之碱性渣中γMnO 变大不利于脱氧，碱度越大效果越差。相对于其他常用脱氧剂而言，Mn的脱氧能力较差。 第九十六页，共一百四十五页。 为什么碱性焊条不单独 采用硅铁作为脱氧元素？ 硅的脱氧能力比锰大，但生成的 SiO2熔点高，通常认为处于固态，不易聚合为大的质点；同时SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。 因此，碱性焊条一般不单独用硅脱氧。 Si的脱氧反应 [Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2) 第九十七页，共一百四十五页。 碱性焊条需采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧 把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行复合脱氧时, 其脱氧产物为不饱和液态硅酸盐，它的密度小，熔点低，易于浮出，并易被熔渣吸收，从而减少钢中的夹杂物和含氧量，脱氧效果十分显著。 第九十八页，共一百四十五页。 两种以上脱氧元素的复合脱氧剂实例 在转炉炼钢时，炉内加入一定量的硅锰合金进行预脱氧，结果使钢中氧含量大大降低； 二氧化碳气体保护焊焊丝H08Mn2Si 中就是用适当比例的锰和硅来进行联合脱氧。 钙的脱氧能力很强，但它的蒸气压高，在钢液中溶解度低，脱氧效果变差；如果用硅钙合金作脱氧剂，则可提高钙的溶解度，减少蒸发损失，易生成低熔点的硅酸钙，对Al2O3 还起助熔作用。铬镍不锈钢在熔炼末期的出钢前，通常加入硅钙合金进行最终脱氧。 第九十九页，共一百四十五页。 扩散脱氧 扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，利用（ FeO）与 [ FeO] 能够互相转移, 趋于平衡时符合分配定律的机理进行脱氧： 式中的 LFeO 是温度的函数，与熔渣的成分有关。 焊接熔池中的扩散脱氧 第一百页，共一百四十五页。 焊接熔池中的扩散脱氧 在焊接熔池中，随着熔池后部温度降低 LFeO 增大，[ FeO ] 向熔渣中扩散。脱氧的关键是降低（FeO） 的活度。 在酸性渣中，由于 SiO2（或TiO2）易与(FeO) 生成复合物 FeO·SiO2（或FeO·TiO2），使（FeO）的活度减小，有利于扩散脱氧的进行； 碱性渣中（FeO）活度大，其扩散脱氧的能力比酸性渣差； 增加熔渣中的脱氧剂含量可促进 [FeO] 向熔渣中扩散。 在焊接熔池凝固过程中，由于液态熔池存在时间短，FeO的扩散速度慢，因此扩散脱氧进行得很不充分。 第一百零一页，共一百四十五页。 2）渗Si和渗Mn的反应 (SiO2) +2[Fe] =[Si]+2[FeO] (MnO) +[Fe] =[Mn]+[FeO] 在焊接温度下会向右反应，反应与否及激烈程度与熔渣的冶金活性相关。 3(SiO2) +4[Al] =[Si]+2[Al2O3] 3(MnO) +2[Al] =3[Mn]+[Al2O3] 反应易造成Al2O3的夹杂，同时Si、Mn含量显著变大。 焊接低碳钢时，反应增氧，的同时增加了Mn和Si的含量，仍能满足力学性能要求，因此高硅高锰焊剂可 配合低碳钢焊丝用于埋弧焊中低合金钢和低碳钢的焊接。焊接中高合金钢时，硅和氧含量变大后，使抗裂性和低温韧性大大降低。此时应去除SiO2如用不含硅酸盐的粘结剂，如铝酸钠。 第一百零二页，共一百四十五页。 3. 改善成形工艺性能作用 适当的熔渣（或焊条药皮）构成，对于熔焊电弧的引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝外观成形等焊接工艺性能的影响至关重要；电弧炉熔炼时，熔渣起到稳定电弧燃烧作用；采用熔渣保护浇铸可减少铸件和铸型间的粘合，提高铸件表面质量并降低内应力； 熔渣也有不利的作用，如强氧化性熔渣可以使液态金属增氧，可以侵蚀炉衬；密度大或熔点过高的熔渣易残留在金属中形成夹