CH焊接冶金基础实用实用教案

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1、1二、焊接的本质及分类1焊接的定义：被焊工件通过加热(ji r)或加压或两者并用，用或不用填充材料，使被焊材料之间达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。2熔接的本质： 只有当被连接金属原子之间距离(jl)接近rA（rA 0.30.5nm）时，金属键才能起作用，这时金属原子之间的结合力最大。第1页/共74页第一页，共75页。2为了使金属表面紧密接触，焊接通常采取以下几种措施(cush)：(1)对被焊接金属施加压力或不断地摩擦，破坏接触表面的氧化膜，使结合处紧密接触。(2)将金属加热到塑性状态，施加压力使接触面的氧化膜被破坏。加热也增加原子的振动能，促进扩散和结晶过程的进行。(3)通

2、过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属，将两个固态金属连接在一起。因液态金属原子之间的距离很容易达到rA，所以加热熔化金属，凝固后两块金属即可实现连接。第2页/共74页第二页，共75页。3焊接(hnji)方法分为：熔焊：焊接(hnji)接头加热熔化，使原子相互扩散接触，凝固结晶连接。压焊：对焊件加热加压，使焊接(hnji)接头之间接触，原子扩散连接。钎焊：通过低熔点钎料将焊接(hnji)接头连接在一起。第3页/共74页第三页，共75页。4三、焊接技术的发展古代：热锻连接，熔化焊、钎焊19世纪末：碳弧焊；20世纪初：气焊、电弧焊；20世纪中：高效焊接技术，如埋弧焊、气体保护焊等；20世纪末至今：高

3、能、高质量焊接，如电子束焊、激光(jgung)焊，计算机技术在焊接中的应用。各种金属、非金属、复合材料的焊接等。第4页/共74页第四页，共75页。5四、学习建议 本课程包括(boku)：焊接冶金基础、焊接应力与变形、焊接材料、焊接工艺、焊接方法、常用金属的焊接、焊接缺陷的产生与防止、焊接结构、焊接检验等。内容量大、涉及面广、实践性强。 学好基础理论，理论与实践结合，培养分析问题和解决问题能力。第5页/共74页第五页，共75页。6第一章 焊接冶金基础熔焊过程：加热熔化冶金反应(fnyng)结晶固态相变接头。熔化焊的冶金反应(fnyng)：金属、熔渣、气相之间的反应(fnyng)。第6页/共74页

4、第六页，共75页。7第一节 焊接热过程焊接加热特点：局部、高温、加热冷却(lngqu)速度快、热源运动。一、常用焊接热源（一） 常用热源：电弧热、化学热、电阻热、摩擦热、高能束。焊接热源发展趋势是：高能（激光）、高效（高熔覆率）、低能耗（热效率）、高质量（气保焊）、低劳动强度（自动焊）。第7页/共74页第七页，共75页。8（二） 焊接加热效率式中：q电弧有效(yuxio)功率(W)；I焊接电流(A)；U电弧电压(V)；焊接热效率。与焊接方法、焊接材料、焊接工艺等因素有关。IUq=TIG (tungsten-inert-gas arc welding)：钨极惰性气体保护焊MIG (metal-i

5、nert-gas arc welding)：金属(jnsh)熔化极惰性气体保护焊第8页/共74页第八页，共75页。9焊接线能量(nngling)式中：E焊接线能量(nngling)J/cm； v焊接速度cm/s。（三） 焊接传热的基本方式(1) 传导：金属固体的内部、焊缝对熔渣之间的热传递。(2) 对流：液态金属和液态熔渣的内部热传递。(3) 辐射：焊条端部对熔池、热金属对大气之间的热传递。vUIvQE=第9页/共74页第九页，共75页。10二、焊接温度(wnd)场 指焊接某一区域某一瞬间温度(wnd)的分布。也可以说，温度(wnd)是空间某点位置和时间的函数。 T = f （x, y, z,

6、 t）式中：T焊件上某点某瞬时的温度(wnd)；x, y, z焊件某点的坐标；t时间。因为焊接热源是按一定速度匀速运动，所以焊接温度(wnd)场则是一个椭圆。第10页/共74页第十页，共75页。11（一） 焊接温度场的特点 等温线、等温面：温度场中温度相等各点的连线和连面。 在温度场内，不同温度的等温线或等温面不会(b hu)相交。 热源中心为原点，焊接方向为X轴，焊件宽度为Y轴（移动坐标系）。 焊接温度场对Y轴对称，对X轴不对称。第11页/共74页第十一页，共75页。12（二） 影响温度场的因素热源性质：热源能量越集中，加热面积越小。 焊接工艺参数：a) 热源功率不变、焊接速度(sd)变；b

7、) 焊接速度(sd)不变，热源功率变；c) 热源功率和焊接速度(sd)都变，但比值一定。第12页/共74页第十二页，共75页。13被焊金属物理性质：热导率、比热容 、热扩散率、表面(biomin)散热系数等。第13页/共74页第十三页，共75页。14焊件的几何形状：厚板焊接结构(jigu)：三维传热，热源可视为点状；薄板焊接结构(jigu)：二维传热，热源可视为线状；丝状焊接结构(jigu)：一维传热，热源可视为面状。第14页/共74页第十四页，共75页。15三、 焊接热循环（一） 焊接热循环的概念 焊件上某一点从低温到高温，又从高温降到低温，温度随时间的变化称为焊接热循环。焊接热循环包括：加

8、热的速度(sd)（H） 、最高加热温度（Tm） 、相变温度以上停留的时间（tH）和冷却速度(sd)或冷却时间（t8/5）。第15页/共74页第十五页，共75页。16（二）焊接热循环的主要参数及特点 1. 加热的速度（H）H非常快，使相变温度提高，并造成奥氏体均匀化和碳化物溶解都不充分。2. 加热的最高温度（Tm）Tm越高，晶粒越粗大，焊接冶金速度越快。3. 相变温度以上停留的时间（tH）tH越长，越有利于奥氏体均质化。 但晶粒也越易长大。tH包括(boku)加热时的停留时间t和冷却时的停留时间t。tHt+ t4. 焊接热影响区的冷却速度（Tc）和冷却时间（t 8/5)t 8/5 焊件从800冷

9、至500所需的时间，对焊接质量影响很大，尤其是易淬硬钢的焊接。第16页/共74页第十六页，共75页。17（四）影响焊接冷却速度(sd)（热循环）的因素（1）金属热物理性质：金属的导热系数越大，冷却速度(sd)就越快。（2）钢板厚度：钢板的尺寸越大、越厚，冷却速度(sd)就越快。但板厚超过25mm后，冷却速度(sd)趋于一定值。第17页/共74页第十七页，共75页。18（3）钢板初始温度：初始温度越高，冷却速度越低。预热是控制淬硬组织、避免产生(chnshng)冷裂纹的重要手段。（4）焊接线能量：增加焊接线能量（UI/v），可降低冷却速度。第18页/共74页第十八页，共75页。19（5）焊接接头

10、的形状：角焊缝、T字接头的冷却(lngqu)速度比对接焊缝的冷却(lngqu)速度要快得多。第19页/共74页第十九页，共75页。20焊件不同位置(wi zhi)的焊接热循环的值不同。第20页/共74页第二十页，共75页。21（三）多层焊的焊接热循环1 长段多层焊（1m）：焊第二道焊缝(hn fn)时，第一道焊缝(hn fn)已降至低温（200）。所以焊易淬硬性钢时，焊第二道焊缝(hn fn)时，应防止第一道焊缝(hn fn)温度过低产生裂纹。第21页/共74页第二十一页，共75页。222 短段多层焊：第一道焊缝仍处于高温时，进行(jnxng)第二道焊缝的焊接。 短段多层焊适于焊接晶粒易长大而

11、又易于淬硬的钢种，尤其是用于铸铁补焊。第22页/共74页第二十二页，共75页。23（五）焊接热循环调整方法(fngf)（1） 根据被焊金属选择合理焊接方法(fngf)。（2）合理选择工艺参数。在保证焊接质量的前提下，尽量减少焊接线能量E。但高效焊接往往是高E。（3）对淬硬钢采取预热或缓冷措施。（4）采用多层焊。第23页/共74页第二十三页，共75页。24第二节 焊接的化学冶金(yjn)过程一、 焊缝金属的组成 1 焊条的熔化与过渡 熔化焊条的热量：焊接电弧热、电阻热、化学反应热。电弧热：是熔化焊条的主要热源，但仅有部分电功率被用来加热熔化焊条 qe=eUI 式中： U电弧电压； I焊接电流；

12、e有效加热系数（ 0.20.3）第24页/共74页第二十四页，共75页。25（2）焊条(hntio)平均熔化速度平均熔化速度gM ： 式中：G熔化的焊芯质量；P焊条(hntio)熔化系数 g/(Ah)，-焊接电流平均熔敷速度gD： 式中：H焊条(hntio)熔化系数 g/(Ah)损失部分与焊芯质量之比称损失系数 一般为10左右。ItGgpM=ItGgHDD=PHMDMDgggGGG-1-PH)-1 (第25页/共74页第二十五页，共75页。26 熔滴过渡作用力重力、表面张力、电磁压缩力、摩擦力、电弧气体吹力等。 熔滴过渡形式取决于焊接(hnji)方法、保护气体、焊接(hnji)电流等。有滴状过

13、渡、短路过渡、喷射过渡（附壁过渡）。第26页/共74页第二十六页，共75页。27熔滴的特点： 1）熔滴比表面积S（表面积Ag与其质量Vg之比）大： R越小，S越大，熔滴与气相、熔渣之间的反应越激烈。2）熔滴存在时间(shjin)短，一般在0.011秒之间。3）熔滴平均温度为21002700。因此在焊接过程中，熔滴的反应十分剧烈。 RVASgg3=第27页/共74页第二十七页，共75页。28（二） 母材的熔化及熔池 熔池的形状与尺寸熔池呈半椭球状，其轮廓为母材熔点的等温面，并随焊接热源(ryun)同步移动。熔池的长度基本和焊接功率成正比L= P2UI式中：P2比例系数，和焊接方法、 焊接工艺参数

14、有关。第28页/共74页第二十八页，共75页。292 熔池的温度熔池内的温度是不均匀的，平均温度约1770（2000K，焊接化学冶金的计算温度）。 熔池中流体运动状态 在各种力的作用下（热对流、电弧吹力、电磁力等），熔池内发生强烈(qin li)的搅拌作用，有利于加速焊接化学冶金反应、均匀焊缝金属成分、气体和非金属夹杂外逸。第29页/共74页第二十九页，共75页。30（2）熔池质量和存在时间熔池质量在几克到几十几克之间，取决于焊接方法。熔池液态(yti)存在的时间取决于焊接方法、焊接规范等。 第30页/共74页第三十页，共75页。31二、焊接化学冶金特点（1）在保护状态下进行 隔绝空气，尤其是

15、空气中的氮。不同的焊接方法(fngf)采用不同的保护措施。表 1-6 熔焊方法的保护方式 保护方式 熔 焊 方 法 熔渣 气体 熔渣和气体 真空 自保护 埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 气焊、在惰性气体和其他保护气体(如 CO2、混合气体)中焊接 具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 真空电子束焊接 用含有脱氧、脱氮剂的所谓自保护焊丝焊接 第31页/共74页第三十一页，共75页。32（2）分区域或分阶段连续进行：药皮、熔滴、熔池反应 ；（3）反应温度高：弧柱50008000、熔滴2200、熔池1800；（4）反应界面大，尤其是熔滴；（5）反应时间短；（6） 熔融金属处于(chy)

16、不断运动。第32页/共74页第三十二页，共75页。33（三） 焊接冶金各反应区特点 1 药皮反应区 1001200 1）400，无机化合物碳酸盐和高价氧化物（CaCO3 、Fe2O3）开始分解，产生CO2、CO等气体。4） 600，铁合金开始被氧化。第33页/共74页第三十三页，共75页。342 熔滴反应区主要反应有：气体的溶解和分解、金属的蒸发、金属及其合金的氧化和还原(hun yun)、高价氧化物分解成低价氧化物： 6Fe2O3（赤铁矿）= 4Fe3O4 + O2 4MnO2（锰矿）= 2Mn2O3 + O2第34页/共74页第三十四页，共75页。353 熔池反应区熔池温度前高后低，所以熔

17、池前后的反应不同。前面(qin mian)金属熔化、吸收气体；后面金属凝固、气体逸出。熔池强烈搅拌，有利反应和气体、夹杂逸出。所以熔池阶段的反应速度要比熔滴阶段小得多。表 1-8 合金元素在不同阶段的损失 元素的损失占原始含量的百分数() 药 皮 元素 总的 熔滴中 熔池中 赤铁矿 Kb=0.5 C Mn Si 87.5 97 98.3 80 97 98.3 7.5 0 0 大理石 80， 萤石 20 Kb=0.27 C Mn Si 40 47.2 75 30 29.2 47.5 10.0 18.0 27.5 Kb: 药皮质量(zhling)系数第35页/共74页第三十五页，共75页。36三、

18、 焊接熔渣1 熔渣的作用（1）机械保护作用：覆盖在金属外表面，隔离空气。（2）改善焊接工艺：加入稳弧剂等成分使焊条容易引弧、稳定燃烧、减少飞溅、保证焊缝成形、脱渣等。（3）冶金(yjn)作用：熔渣与金属发生脱氧、脱硫、除氢、合金化等冶金(yjn)反应。焊条药皮的原材料是一些矿物质，熔渣是由许多成分组成，构成复杂的渣系，如MnO-SiO2、 CaO-TiO2-SiO2 、CaF2-CaO-SiO2等，以保证熔渣的熔点、粘度等工艺指标。第36页/共74页第三十六页，共75页。373 熔渣的碱度（分子理论） 按分子理论，渣中氧化物分为：1）酸性氧化物：按酸性强弱顺序为SiO2、TiO2、P2O5等。

19、2）碱性氧化物：按碱性强弱顺序为Na2O、CaO、MgO、MnO、FeO等。3）中性(zhngxng)氧化物：如Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等。 分子理论的碱度公式是 式中：R2O 、RO碱性氧化物摩尔分数；RO2酸性氧化物摩尔分数。 B1碱性渣，B1.3渣才呈碱性。22)(ROROORB+=第37页/共74页第三十七页，共75页。38第三节 有害元素对焊缝金属的作用焊接中的有害元素包括：H2、N2、O2、S、P、H2O等。一、氢对焊缝金属的作用（一）氢的来源焊条药皮中的吸附水、结晶水和有机物，焊件表面的污染物、空气中的水分。（二）氢与焊缝金属的作用1 氢的溶解分子状态的氢必须分解为原子

20、状态和离子状态才能向金属中溶解。吸附第38页/共74页第三十八页，共75页。39 金属中溶氢量与气相中的氢分压符合平方根定律。 平衡常数KH2和温度(wnd)有关。温度(wnd)越高，吸氢量越大。所以焊接中吸氢主要是在熔滴阶段。由于在焊接电弧中，大部分氢分子已分解成氢原子、离子，所以实际吸氢量高于平方根定律。 在晶格变化时，金属的吸氢量有突变。22HHHpKS=第39页/共74页第三十九页，共75页。402 氢与金属(jnsh)的作用方式根据氢在金属(jnsh)中的溶解量，可分为两大类：第一类：吸氢金属(jnsh)，如Zr、Ti、V等，能形成稳定氢化物MxHy。吸氢反应是放热反应，低温吸氢，高

21、温释放氢。第二类：氢能溶入金属(jnsh)，但不能生成氢化物，如Al、Fe、Ni.等，溶解反应是吸热反应，温度越高，溶解度越大。第40页/共74页第四十页，共75页。413 氢在焊缝金属中的扩散凝固后焊缝金属内，氢以原子和分子两种形式留在焊缝中：(1)扩散氢：以原子形式存在，与金属形成间隙固溶体。因H半径很小，可在晶格内自由移动，所以叫扩散氢。(2)残余氢：当扩散氢移动到金属内部的缺陷部位时，氢原子转换成氢分子，因体积增大，滞留在这些部位。焊缝金属内的含氢量与焊接方法(fngf)有关。第41页/共74页第四十一页，共75页。42焊缝金属中扩散氢的行为：随着放置时间的延长或加热，焊缝中的扩散氢减

22、少，残余氢增加，总的氢量减少。由于扩散氢极易扩散到近缝区，造成体积急剧膨胀，这些部位又是焊缝性能(xngnng)薄弱区，所以容易在这些部位发生焊接裂纹。第42页/共74页第四十二页，共75页。433 氢对焊接质量的影响（1）氢脆：在室温下，氢可以使钢塑性下降，但强度不变。焊缝加热除氢后，可恢复(huf)塑性。（2）白点：含氢量高的焊缝破坏时，断口有一些白点，导致焊缝塑性下降。（3）形成气孔：在焊缝凝固时，来不及逸出的氢就形成气泡，使焊缝强度下降。（4）产生冷裂纹：焊缝冷却下来后产生的裂纹叫冷裂纹，也叫延迟裂纹。一般发生在高强钢或一些应力比较集中的部位。第43页/共74页第四十三页，共75页。4

23、4（四） 控制氢的措施以控制氢的来源为主。（1）减少焊接材料中的含氢（水）量：在使用前应烘干，以减少焊接材料储存时吸附的水。烘干温度取决于焊条类型。（2）清理焊丝和工件表面杂质：一些金属(jnsh)氧化物常含结晶水，如FeOH2O, 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。第44页/共74页第四十四页，共75页。45（4）冶金处理：形成一些低沸点、不溶于液态金属的含氢气体，如HF和OH。1）药皮中加入氟化物：氟化物（如CaF2）和SiO2可显著降低焊缝含氢量。2CaF2 + 3SiO2 + 2H2O 2CaSiO3 + HF HF沸点低，即使在高温下也十

24、分稳定，所以降低了气相中氢的活度。2）提高焊接(hnji)区域的氧化性：氢与氧反应生成稳定的OH，降低气相中氢的分压CO2 + H = CO + OH O + H = OH O2 + H2 = 2OH第45页/共74页第四十五页，共75页。463 焊后脱氢(tu qn)处理焊后将焊缝加热几百度并保温一段时间，可以消除绝大部分的扩散氢。第46页/共74页第四十六页，共75页。47二、 氮对焊缝金属的作用（一） 氮的来源主要来自空气。一旦渗入焊缝金属形成氮化合物，就很难通过冶金的办法(bnf)消除。（二） 氮对金属的作用(1) 不与氮发生作用的金属：如铜、镍等；(2) 容易和氮发生作用的金属：如铁

25、、钛等。第47页/共74页第四十七页，共75页。48（三）氮对焊接质量的影响氮是有害元素：1 产生气孔：高温吸收的氮在冷凝时来不及释放就形成气孔。2 氮可以使焊缝金属(jnsh)的强度、硬度升高，塑性、韧性（尤其是 低温韧性）下降。3 氮可以引起焊缝金属(jnsh)时效脆化。第48页/共74页第四十八页，共75页。49（四） 控制氮的措施1 加强焊接区的保护：如渣保护、气保护或气渣联合保护。2 焊接工艺参数：增加电弧电压将延长熔滴过渡(gud)时间，焊缝含氮量增加。3 合金元素的影响：碳在生成CO、CO2，加强气保护，降低氮分压。Ti、Al、Zr、RE形成稳定氮化物进入渣中。第49页/共74页

26、第四十九页，共75页。50三、 氧对焊缝金属的作用在焊接中，氧既是有害元素，又是必须要利用的元素。（一）氧的来源焊接气氛中的氧化性气体（CO2、O2、H2O）、药皮中高价氧化物、焊件表面的锈。（二） 氧与焊缝金属的作用氧是以原子氧和FeO两种形式溶于液态(yti)铁中，溶解度随温度的提高而增加。 第50页/共74页第五十页，共75页。51焊缝(hn fn)金属的氧化（1）氧化性气体对金属的氧化 氧分子或氧原子对金属的氧化： Fe + O = FeO ； Si +O2 （SiO2） ； Mn + O2 （MnO） CO2对金属氧化： CO2 CO + O2 H2O对金属的氧化：H2O + Fe

27、= FeO +H2 第51页/共74页第五十一页，共75页。52（2）熔渣对焊缝金属的氧化1）扩散氧化FeO既能溶入液态钢中，又能溶入液态熔渣中，平衡时它在两相中的浓度符合分配定律：分配常数L与温度、渣的性质等有关：1）温度升高，L减少。所以扩散氧化发生在熔滴和熔池前半部的高温区。2）L 1，所以渣中的FeO要比焊缝金属中的FeO量多。3）FeO属碱性氧化物，所以碱性渣中的FeO更易向金属中扩散。)(FeOFeOL 第52页/共74页第五十二页，共75页。53（2）置换氧化对一些易分解的氧化物，如SiO2、MnO等，如果数量较大，则有可能(knng)与液态铁发生置换反应，使铁氧化，而该氧化物被

28、还原。如 （FeO） (SiO2)+ Fe = Si +FeO FeO （FeO） (MnO)+ Fe = Mn +FeO FeO 反应结果使焊缝中的硅、锰含量增加，铁被氧化。第53页/共74页第五十三页，共75页。54（三） 氧对焊接质量的影响（1）随着氧含量增加，焊缝强度、塑性、韧性（尤其是低温冲击韧性）下降。（2）和熔池中的碳反应生成CO气体，造成飞溅和气孔。（3）烧损合金元素，降低焊缝金属性能(xngnng)。（4）可以有效减少焊缝中的含氢量。焊缝内的含氧量与焊接方法、工艺等有关。第54页/共74页第五十四页，共75页。55（四） 控制氧的措施（1）严格控制氧的来源，如气保焊采用高纯惰

29、性气体、低氧焊丝，清除焊丝和焊件表面铁锈和污物。（2）焊接工艺参数：采取(ciq)短弧焊，减少熔滴与气相的反应时间。（3）用脱氧剂进行脱氧处理。第55页/共74页第五十五页，共75页。56（五） 焊缝金属的脱氧脱氧方法与原则：（1）减少气相氧化性和减少熔渣氧化性；（2）在焊丝、焊条药皮中加入对氧亲和力大于铁的合金元素(yun s)，如Al、Ti、C、Si、Mn。亲和力越大，脱氧能力越强。（3） 脱氧产物应不溶于液态金属，上浮进入渣中。（4）剩余脱氧剂不能对焊缝成分、性能有不利的影响。第56页/共74页第五十六页，共75页。57在焊接过程中，脱氧可以分阶段进行。1 先期脱氧发生在药皮反应区的脱氧

30、反应。Fe2O3 + Mn MnO + FeOCaCO3 + Si CaO + SiO2 + COCaCO3 + Mn CaO + MnO + CO反应结果是减弱气相氧化性。由于药皮反应区温度低，又处于(chy)固态，所以先期脱氧是不完全的。第57页/共74页第五十七页，共75页。582 沉淀脱氧 发生在熔滴反应区和熔池内的脱氧反应。液态金属中的脱氧剂和FeO直接反应，把铁还原，脱氧产物浮出，进入渣中。 Mn + FeO = Fe + （MnO） Si + 2FeO = 2Fe +（SiO2）提高Mn、 Si或减少(MnO)、（ SiO2 )可提高脱氧效果。虽然硅的脱氧能力比锰大，但容易在金属

31、中造成SiO2夹杂。Mn在酸性渣中， Si碱性(jin xn)渣中脱氧效果比较好。Mn和 Si联合脱氧，可生成复合物MnOSiO2，脱氧效果比较好。第58页/共74页第五十八页，共75页。593 扩散脱氧 扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，是以分配定律为理论基础的 降低温度(wnd)可以提高L，使FeO (FeO)，因此扩散脱氧是发生在熔池的低温区域。)(FeOFeOL 第59页/共74页第五十九页，共75页。60四、焊缝中硫的危害(wihi)和控制（一） 焊缝中硫的来源焊缝中的硫主要来自焊条药皮。（二）焊缝中硫的危害(wihi)硫以低熔点共晶Fe+FeS（熔点985），或FeS+FeO

32、（熔点940），呈片状或链状分布于晶界，增加了焊缝金属产生结晶裂纹倾向（热裂纹）。第60页/共74页第六十页，共75页。61（三）控制措施1） 限制(xinzh)焊接材料中的含硫量。2） 冶金措施：用对硫亲和力比铁大的元素进行脱硫，如RE，Ca，Mg，Mn等。FeS + Mn (MnS) + Fe反应产物MnS熔点较高（1610），不溶入钢液，大部分进入熔渣。即使留在钢中也是以球状弥散分布，故危害较小。第61页/共74页第六十一页，共75页。62第四节 焊缝金属的合金化一、合金化的目的1）补偿在焊接过程中合金元素的损失；2）保证焊缝的组织和机械性能，如加入Ti，B可以(ky)细化组织；3）消除

33、焊接缺陷，如除硫；4）使焊缝金属具有某种特殊性能，如耐蚀性、耐磨性等。第62页/共74页第六十二页，共75页。63二、合金化方式1 通过焊丝过渡：均匀、合金烧损少，但成本高、不易调整。2 合金药皮：合金元素加到药皮中，简单、成本低，但合金损失大，成分不均匀。3 药芯焊丝：焊丝内包裹合金粉末。可任意调整成分，损失小，但成本高。4 合金粉末：将合金粉末直接输入到焊接区。比例可调，合金损失小，但均匀性差。5 置换反应（氧化(ynghu)）：通过金属氧化(ynghu)物还原的方式来合金化。 (SiO2) Si + O (MnO) Mn +O第63页/共74页第六十三页，共75页。64三、合金过渡系数及

34、影响因素（1）合金过渡系数合金元素(yun s)的过渡系数等于它在熔敷金属中实际含量Cd与它的原始含量Ce之比 一般焊丝过渡系数 40%，药皮过渡系数 10%。（2）影响过渡系数的因素1）合金元素(yun s)的物化性质：沸点、对氧的亲和力等。2）药皮的氧化势、合金元素(yun s)及其氧化物在药皮中是否共存，以及合金元素(yun s)的氧化物与熔渣酸碱度关系等。%100XCCed=第64页/共74页第六十四页，共75页。65第五节 焊接(hnji)接头的组织与性能 焊接(hnji)接头是由焊缝、熔合区和热影响区组成第65页/共74页第六十五页，共75页。66一、熔池的凝固与焊缝金属的固态相变

35、 焊接时，先是液态(yti)金属发生短暂而复杂的冶金反应，而后凝固形成焊缝。（一）熔池的凝固1 熔池凝固的特点：1）熔池体积小，冷却速度大，易产生淬硬组织，甚至发生裂纹，不利于熔渣和气孔上浮，造成焊缝内部缺陷。2）液态(yti)金属处于过热状态，造成合金元素烧损氧化。3）熔池是在运动状态下结晶，有利于气孔、夹杂上浮。第66页/共74页第六十六页，共75页。672 熔池凝固过程熔池中的液态金属遵循生核和晶核长大的过程形成焊缝。在焊接条件下，熔池中有两种现成的表面：1）合金元素或杂质：人为(rnwi)地加入一些能细化晶粒的元素，如Mo、V、Ti等。2）和液态金属相接触的母材金属：液相金属依附在这个

36、固体表面外延生长（联生结晶）。第67页/共74页第六十七页，共75页。68第68页/共74页第六十八页，共75页。69热影响(yngxing)区第69页/共74页第六十九页，共75页。702 焊接(hnji)接头的形成焊接(hnji)金属经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变等过程后，最终形成焊接(hnji)接头。(1) 热过程：在热源的影响下，焊接(hnji)金属发生熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变、应力变形等。(2) 冶金反应过程：在焊接(hnji)过程中，金属、熔渣、气体之间发生一系列的化学反应，如氧化、还原、金属化等。(3) 结晶相变过程：焊缝由液态向固态转变过程中，发生结晶、

37、固态相变，可能产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。 第70页/共74页第七十页，共75页。71焊接接头(ji tu)应包括：焊缝、熔合区（过渡区）和热影响区（HAZ）三个区。第71页/共74页第七十一页，共75页。72本章重点焊接化学冶金过程特点：温度高、时间短、分区进行（药皮、熔滴和熔池反应区）、在非平衡条件下完成。熔滴特性：温度高，比表面积S大，存在时间短，过渡形式（短路、颗粒（喷射）和附壁）。熔池特性：体积小、温度不均匀、存在时间长、液态金属(jnsh)处于流动状态。焊接过程对焊接金属(jnsh)的保护：气、渣、气-渣联合保护。第72页/共74页第七十二页，共75页。73气相对焊缝金属的作用(z

38、uyng)：气体的来源，气体分解与吸收，氮、氢、氧对金属的作用(zuyng)和控制措施。熔渣及其对金属的作用(zuyng)：熔渣的作用(zuyng)、成分、结构、物理特性、碱度、渣对焊缝金属的氧化（扩散氧化、置换氧化）与脱氧（先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧）。焊缝中硫和磷的危害及控制：热脆、冷脆、Mn脱硫。焊接中的合金过渡：过渡方式（焊丝、药皮、熔渣），提高过渡系数的措施。 第73页/共74页第七十三页，共75页。74感谢您的欣赏(xnshng)！第74页/共74页第七十四页，共75页。NoImage内容(nirng)总结1。熔焊过程：加热熔化冶金反应结晶固态相变接头。热源性质：热源能量越集中，加热面积越小。（2）钢板厚度：钢板的尺寸越大、越厚，冷却速度就越快。损失部分与焊芯质量之比称损失系数。隔绝空气，尤其是空气中的氮。所以熔池阶段的反应速度要比熔滴阶段小得多。状态和离子状态才能向金属中溶解。2 焊接工艺(gngy)参数：增加电弧电压将延长熔滴过渡时间，焊缝含氮量增加。3 药芯焊丝：焊丝内包裹合金粉末。感谢您的欣赏第七十五页，共75页。