第二章熔化焊連接原理

1、1第二章熔化焊連接原理21-1 焊接熱過程和接頭形成 1-2 熔化焊化學冶金 1-3 熔化焊接頭組織與性能1-4 焊接冶金缺陷3本本 章章 重重 點點焊接冶金過程的特點。焊縫金屬的脫氧、脫硫、脫磷及合金化。焊縫金屬的結晶過程及組織。焊接熱影響區(qū)的構成、組織與性能。焊縫中氣孔的產(chǎn)生與防止方法。焊接裂紋的產(chǎn)生、形成及防止措施。（一）種類（一）種類l電弧熱：電弧熱：利用氣體介質在兩電極之間強烈而持續(xù)放電過程產(chǎn)生的熱能為利用氣體介質在兩電極之間強烈而持續(xù)放電過程產(chǎn)生的熱能為焊接熱源焊接熱源（應用最廣泛應用最廣泛）。l電阻熱：電阻熱：利用電流通過導體時產(chǎn)生的電阻熱作為熱源。利用電流通過導體時產(chǎn)生的電阻熱

2、作為熱源。l電子束：電子束：利用高壓高速運動的電子在真空中猛烈轟擊金屬局部表面，使利用高壓高速運動的電子在真空中猛烈轟擊金屬局部表面，使這種動能轉化為熱能作為焊接熱源。這種動能轉化為熱能作為焊接熱源。l激光束：激光束：經(jīng)過聚焦產(chǎn)生能量高度集中的激光束作為焊接熱源經(jīng)過聚焦產(chǎn)生能量高度集中的激光束作為焊接熱源l等離子焰：等離子焰：電弧放電或高頻放電產(chǎn)生高速電離的離子流電弧放電或高頻放電產(chǎn)生高速電離的離子流l化學反應熱：化學反應熱：利用助燃（氧氣）和可燃氣體（乙炔）或鋁、鎂熱劑進行利用助燃（氧氣）和可燃氣體（乙炔）或鋁、鎂熱劑進行化學反應時所產(chǎn)生的熱能作為焊接熱源?；瘜W反應時所產(chǎn)生的熱能作為焊接熱源

3、。l其它熱：其它熱：如摩擦能量、高頻感應電流等。如摩擦能量、高頻感應電流等。41-11-1焊接熱過程和接頭形成焊接熱過程和接頭形成不同焊接方法的不同焊接方法的h 焊接方法焊接方法手弧焊手弧焊埋弧焊埋弧焊電子束及電子束及激光焊激光焊電渣焊電渣焊TIG焊焊MIG焊焊鋼鋼鋁鋁 h 0.770.870.770.900.90.830.680.850.660.690.700.856（一）焊接溫度場（一）焊接溫度場78相變溫度以上的停留時間相變溫度以上的停留時間t t H H： 在相變溫度以上的停留時間越大，越有利于奧氏體均在相變溫度以上的停留時間越大，越有利于奧氏體均質化，但晶粒長大越嚴重。質化，但晶粒長

4、大越嚴重。冷卻速度冷卻速度cc和冷卻時間和冷卻時間 冷卻速度，特別是在固態(tài)相變冷卻速度，特別是在固態(tài)相變溫度范圍內冷卻速度，即溫度范圍內冷卻速度，即 800800500 500 及及800800300 300 時的冷卻速時的冷卻速度是焊接熱循環(huán)中極其重要的參數(shù)，度是焊接熱循環(huán)中極其重要的參數(shù)，它將影響到固態(tài)相變組織及性能。它將影響到固態(tài)相變組織及性能。 準確地測量瞬時冷卻速度有一準確地測量瞬時冷卻速度有一定地困難，多采用一定溫度范內的定地困難，多采用一定溫度范內的冷卻時間來代替冷卻速度，冷卻時間來代替冷卻速度， 如如t t8/58/59離焊縫中心遠近不一的各點其熱循環(huán)各不相同，離焊縫越近的點，

5、其加熱速度越快，峰值溫度越高，冷卻也越快，加熱到最高點所用時間也最短。加熱到最高溫度的時間相對于冷卻到室溫的時間要短，在相變溫度以上停留時間越長，越有利于奧氏體均質化。3 3、多層焊焊接熱循環(huán)、多層焊焊接熱循環(huán)1）長段多層焊接熱循環(huán)）長段多層焊接熱循環(huán)l長段多層焊長段多層焊每次焊縫的長度較長每次焊縫的長度較長(1.01.5m)，當焊完，當焊完第一層再焊第二層時，第一層已基本冷卻到較低的溫度第一層再焊第二層時，第一層已基本冷卻到較低的溫度(約約100200)。相鄰各層之間相鄰各層之間有依次熱處理有依次熱處理的作用，為防的作用，為防止最后一層淬止最后一層淬火，可多加一火，可多加一層退火焊道。層退火

6、焊道。不適于焊接淬硬傾向大的鋼種不適于焊接淬硬傾向大的鋼種。焊接這種鋼時，應特別注。焊接這種鋼時，應特別注意與其他工藝措施的配合，如預熱和層間溫度的控制等。意與其他工藝措施的配合，如預熱和層間溫度的控制等。2）短段多層焊接熱循環(huán)）短段多層焊接熱循環(huán)l短段多層焊短段多層焊就是每層的焊縫長度較短就是每層的焊縫長度較短(約約50400mm)，還未等前一層焊縫冷卻到較低溫度（如，還未等前一層焊縫冷卻到較低溫度（如Ms點）就開始了點）就開始了下一層的焊接。下一層的焊接。短段多層焊操作繁瑣，生產(chǎn)率低，除非特殊的情況才采用。短段多層焊操作繁瑣，生產(chǎn)率低，除非特殊的情況才采用。（一）焊接材料的熔化與熔池形成（

7、一）焊接材料的熔化與熔池形成1、焊接材料的加熱、焊接材料的加熱（加熱加熱熔化熔化形成熔滴形成熔滴）l電阻熱：電阻熱：焊接電流通過焊芯時產(chǎn)生的電阻熱。當電阻熱過大時，易引起焊接電流通過焊芯時產(chǎn)生的電阻熱。當電阻熱過大時，易引起焊芯和藥皮溫度過高，造成飛濺增加，藥皮開裂、脫落或失去保護、冶金作焊芯和藥皮溫度過高，造成飛濺增加，藥皮開裂、脫落或失去保護、冶金作用，在焊條電弧中應盡量少用，但在電渣焊中卻是主要能量。用，在焊條電弧中應盡量少用，但在電渣焊中卻是主要能量。l電弧熱：電弧熱：焊接電弧傳給焊條端部的熱量。是熔化焊條、焊絲、母材的主焊接電弧傳給焊條端部的熱量。是熔化焊條、焊絲、母材的主要能量。要

8、能量。l化學反應熱：化學反應熱：藥皮部分化學物質化學反應時產(chǎn)生的熱量（只占藥皮部分化學物質化學反應時產(chǎn)生的熱量（只占1%3%可忽略不計）?？珊雎圆挥嫞?。1213142)熔滴的比表面積熔滴的比表面積Su熔滴的表面積與其質量之比。熔滴的表面積與其質量之比。 S=Ag/Vg=4R S=Ag/Vg=4R2 2/(4/3R/(4/3R3 3)=3/R)=3/RuI,R,S，利于冶金反應進行。，利于冶金反應進行。3)熔滴的溫度熔滴的溫度u研究熔滴階段各種物理化學反應必不可少的重要參數(shù)；研究熔滴階段各種物理化學反應必不可少的重要參數(shù)；u理論上精確計算困難；理論上精確計算困難；u實測手工電弧焊碳鋼焊條實測手工

9、電弧焊碳鋼焊條熔滴熔滴平均溫度：平均溫度：180024001800240015u 熔池為不標準的半橢球，熔池為不標準的半橢球，輪廓為溫度等于母材熔點輪廓為溫度等于母材熔點的等溫面的等溫面u幾何尺寸：幾何尺寸：L=PL=P2 2IUIU， B Bmax， H Hmaxu影響因素影響因素 IB IBmax，H Hmax UB UBmax，H Hmax 16P2是比例系數(shù)，大小取決于焊接方法與焊接電流，3、熔池溫度熔池溫度熔池溫度分布不均勻熔池溫度分布不均勻,中部最高，頭部次之，中部最高，頭部次之，其次是尾部其次是尾部 低碳鋼熔池平均溫度低碳鋼熔池平均溫度為為1770171 1）液態(tài)金屬密度差引起自

10、由）液態(tài)金屬密度差引起自由 對流運動對流運動2 2）表面張力差強迫對流運）表面張力差強迫對流運動動3 3） 熔池中各種機械力攪拌熔池中各種機械力攪拌流動狀態(tài)如圖所示：流動狀態(tài)如圖所示：l熔池上部熔化的母材由熔熔池上部熔化的母材由熔池前部向熔池后部運動池前部向熔池后部運動; ;l在熔池底部，液態(tài)金屬由在熔池底部，液態(tài)金屬由熔池后部向中心運動熔池后部向中心運動1819用對焊接質量無害的氣體隔離空氣。如：氣焊、惰性用對焊接質量無害的氣體隔離空氣。如：氣焊、惰性氣體保護焊、氣體保護焊、CO2CO2氣保焊氣保焊用具有一定物理化學性能的渣隔絕空氣。如：埋弧焊、用具有一定物理化學性能的渣隔絕空氣。如：埋弧焊

11、、電渣焊電渣焊屬化學保護，含脫氧、氮劑，如實芯或藥芯焊絲屬化學保護，含脫氧、氮劑，如實芯或藥芯焊絲202、焊接接頭的組成、焊接接頭的組成l焊縫金屬焊縫金屬l熔合線熔合線l熱影響區(qū)熱影響區(qū)l母材母材 2122應力分布不均勻，接頭強度較低，常用于焊前準備和裝配要求簡單的板類焊件結構中應力分布較復雜，但焊透的T形接頭在任一載荷下都具有很高的強度。常用于船體結構中23%100fillerbasebaseAAA241-21-2熔化焊接化學冶金熔化焊接化學冶金焊接化學冶金過程：熔化焊時，焊接區(qū)內各種物質（氣相、液態(tài)金屬、熔渣氣相、液態(tài)金屬、熔渣）之間在高溫下相互作用，發(fā)生一系列化學冶金反應的過程。（一）焊

12、接材料的類型（一）焊接材料的類型 焊接時所消耗的材料統(tǒng)稱為焊接材料。2526藥皮組成藥皮組成穩(wěn)弧劑穩(wěn)弧劑: : 改善引弧性能和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，原改善引弧性能和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，原材料為易電離或電離勢低的物質。如：材料為易電離或電離勢低的物質。如：K K2 2COCO3 3、CaCOCaCO3 3大大理石、長石、鉀水玻璃理石、長石、鉀水玻璃造渣劑造渣劑: : 造成具有一定物理性能、化學性能的熔渣，造成具有一定物理性能、化學性能的熔渣，起到保護作用和改善焊縫成型。如：鈦鐵礦、金紅石、起到保護作用和改善焊縫成型。如：鈦鐵礦、金紅石、螢石、長石等。螢石、長石等。 造氣劑：造氣劑：造氣保護造氣

13、保護 , ,有機物、碳酸鹽有機物、碳酸鹽. .有機物如：木有機物如：木粉、淀粉、析出氣體粉、淀粉、析出氣體COCO、H H，碳酸鹽析出氣體，碳酸鹽析出氣體CO2CO2，高溫，高溫時產(chǎn)生時產(chǎn)生COCO。27283 3、焊條的分類和性能、焊條的分類和性能1 1）焊條的分類）焊條的分類按用途分可分為十類按用途分可分為十類：結構鋼焊條、鉬和鉻鉬鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼結構鋼焊條、鉬和鉻鉬鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條按藥皮性質可分為兩

14、類：按藥皮性質可分為兩類： - - 酸性焊條酸性焊條藥皮中含有多量酸性氧化物藥皮中含有多量酸性氧化物（SiOSiO2 2，MnOMnO2 2 ） - - 堿性焊條堿性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物藥皮中含有多量堿性氧化物（CaFCaF2 2，CaOCaO）* *堿性焊條藥皮中不含有機物，產(chǎn)生的保護氣氛中氫含堿性焊條藥皮中不含有機物，產(chǎn)生的保護氣氛中氫含量極少，故又稱為低氫焊條量極少，故又稱為低氫焊條292 2）焊條的性能）焊條的性能u冶金性能冶金性能u工藝性能：工藝性能：焊條在焊接操作中的性能焊條在焊接操作中的性能, ,包括：包括： 焊接電弧的弧定性焊接電弧的弧定性( (穩(wěn)弧性穩(wěn)弧性);); 焊

15、縫成形性；焊縫成形性； 全位置焊接適應性全位置焊接適應性; ; 飛濺、脫渣性；飛濺、脫渣性； 焊條的熔化速度；焊條的熔化速度； 藥皮發(fā)紅問題藥皮發(fā)紅問題. .30飛濺：飛濺：焊接過程中由熔滴焊接過程中由熔滴或熔池中飛出的金屬顆粒或熔池中飛出的金屬顆粒脫渣性：脫渣性：焊后熔渣從焊縫焊后熔渣從焊縫表面清除的難易程度表面清除的難易程度焊縫位置：焊縫位置： 平焊縫、立焊縫、仰焊縫、平焊縫、立焊縫、仰焊縫、橫焊縫橫焊縫立、仰、橫焊難點在于立、仰、橫焊難點在于: :重力作用下焊條熔滴不重力作用下焊條熔滴不易向熔池過渡易向熔池過渡; ;熔池金屬和熔渣下流熔池金屬和熔渣下流. .3 3）酸性焊條和堿性焊條特點

16、酸性焊條和堿性焊條特點l從焊縫金屬力學性能考慮從焊縫金屬力學性能考慮酸性焊條的藥皮熔渣氧化性強，合金元素易燒損，焊縫中酸性焊條的藥皮熔渣氧化性強，合金元素易燒損，焊縫中氫、硫等含量較高，故氫、硫等含量較高，故焊縫金屬的塑性、韌性較低，抗裂焊縫金屬的塑性、韌性較低，抗裂性較差，適于普通結構鋼件焊接。性較差，適于普通結構鋼件焊接。堿性焊條的藥皮含有較多的合金劑，故堿性焊條的藥皮含有較多的合金劑，故焊縫金屬力學性能焊縫金屬力學性能好，抗裂性好，適于焊接好，抗裂性好，適于焊接焊接重要的結構件。焊接重要的結構件。l從焊接工藝性考慮從焊接工藝性考慮酸性焊條穩(wěn)弧性好，飛濺小，易脫渣，對油污、水、銹的酸性焊條

17、穩(wěn)弧性好，飛濺小，易脫渣，對油污、水、銹的敏感性小，焊接電流可交、直兩用，敏感性小，焊接電流可交、直兩用，工藝性好；工藝性好；堿性焊條穩(wěn)弧性差，飛濺大，對油污、水銹的敏感性大，堿性焊條穩(wěn)弧性差，飛濺大，對油污、水銹的敏感性大，焊接電源多要求直流，焊接電源多要求直流，焊接工藝性較差。焊接工藝性較差。313233E4315完整的焊條型號舉例如下：完整的焊條型號舉例如下：表示焊條藥皮為低氫鈉型，表示焊條藥皮為低氫鈉型，并可采用直流反接焊接并可采用直流反接焊接表示焊條適用于全位表示焊條適用于全位置焊接置焊接表示熔敷金屬抗拉強度表示熔敷金屬抗拉強度的最小值的最小值420MP 表示焊條表示焊條 結構鋼焊條

18、牌號：結構鋼焊條牌號：34J507低氫型藥皮、直流低氫型藥皮、直流焊縫金屬抗拉強度焊縫金屬抗拉強度不低于不低于490MPa結構鋼焊條結構鋼焊條5 5、焊條的選用、焊條的選用l考慮母材的化學成分與力學性能考慮母材的化學成分與力學性能1)焊接焊接結構鋼結構鋼時，一般要求焊縫金屬與母材等強度，因此可根據(jù)鋼材時，一般要求焊縫金屬與母材等強度，因此可根據(jù)鋼材強度等級來選用相應的焊條。強度等級來選用相應的焊條。（等強原則）（等強原則）2)焊接焊接特種鋼特種鋼時，應選用專業(yè)焊條。保證焊縫金屬的主要化學成分及性時，應選用專業(yè)焊條。保證焊縫金屬的主要化學成分及性能與母材相同能與母材相同（等成分原則）（等成分原則

19、）。3)焊接焊接異種鋼異種鋼時，采用時，采用低匹配原則低匹配原則。低碳鋼與低合金鋼焊接時，可按異。低碳鋼與低合金鋼焊接時，可按異種鋼接頭中強度較低的鋼材來選用焊條。種鋼接頭中強度較低的鋼材來選用焊條。l考慮結構的使用條件考慮結構的使用條件對承受動載荷或沖擊載荷的焊縫，或結構復雜、大厚度的焊件，對承受動載荷或沖擊載荷的焊縫，或結構復雜、大厚度的焊件，為為保證焊縫具有較高的塑性、沖擊韌性、抗裂強度或低溫性能要求較高保證焊縫具有較高的塑性、沖擊韌性、抗裂強度或低溫性能要求較高時，應選用時，應選用堿性焊條，堿性焊條，否則，選用酸性焊條。否則，選用酸性焊條。35（三）焊劑和焊絲（三）焊劑和焊絲 焊劑和焊

20、絲都是埋弧焊，電渣焊時使用的焊接焊劑和焊絲都是埋弧焊，電渣焊時使用的焊接材料，焊劑相當于焊條藥皮，焊絲相當于焊條藥材料，焊劑相當于焊條藥皮，焊絲相當于焊條藥芯芯1 1、焊劑、焊劑1 1）按制造方法分類按制造方法分類熔煉焊劑（熔煉焊劑（HJ)HJ)：將礦物在電弧爐中熔煉，然后用水激冷粉碎，將礦物在電弧爐中熔煉，然后用水激冷粉碎，烘干使用烘干使用非熔煉焊劑：非熔煉焊劑：粘接焊劑和燒結焊劑粘接焊劑和燒結焊劑(SJ)(SJ)：將原材料粉碎按將原材料粉碎按一定比例和粘接劑混合，通過成粒，低溫干燥和高溫燒結等工藝制成一定比例和粘接劑混合，通過成粒，低溫干燥和高溫燒結等工藝制成362 2）按焊劑化學成分分類

21、）按焊劑化學成分分類l按按SiOSiO2 2含量分含量分：高硅、中硅、低硅焊劑高硅、中硅、低硅焊劑l按按MnOMnO含量分含量分：高錳、中錳、低錳、無錳焊劑高錳、中錳、低錳、無錳焊劑l按按CaFCaF2 2含量分含量分：高氟、中氟、低氟焊劑高氟、中氟、低氟焊劑2 2、焊絲、焊絲1 1）實心焊絲實心焊絲2 2）藥芯焊絲）藥芯焊絲特點：特點：n飛濺小飛濺小n焊縫成形美觀焊縫成形美觀n熔敷速度高于實心焊絲熔敷速度高于實心焊絲n可進行全位置焊接可進行全位置焊接37簡單，易制造，但要求電流小，熔深錢，合金量加入多時采用，其余截面特性與之相反熔渣：焊條藥皮或焊劑溶化后經(jīng)過一系列化學變化熔渣：焊條藥皮或焊劑

22、溶化后經(jīng)過一系列化學變化形成的覆蓋于焊縫表面的非金屬物質。形成的覆蓋于焊縫表面的非金屬物質。 作用：作用：1.機械保護作用機械保護作用2.冶金處理作用冶金處理作用3.改善工藝性能改善工藝性能38（一）（一） 熔渣的組成熔渣的組成1 1、熔渣的成分：、熔渣的成分：大體由氧化物、氯化物、氟化物大體由氧化物、氯化物、氟化物、硼酸鹽類組成是多種化學組成的復雜體系。、硼酸鹽類組成是多種化學組成的復雜體系。2 2、熔渣的分類、熔渣的分類 第一類第一類 氧化物型氧化物型 第二類第二類 鹽鹽氧化物型氧化物型 第三類第三類 鹽型鹽型 39由金屬氧化物組成，氧化性強，主要用于焊接低碳鋼及低合金鋼由氟化物和強金屬氧

23、化物組成，具有弱氧化性，主要用于焊接高合金鋼。由金屬的氟酸鹽、氯酸鹽和不含氟的化合物組成，其氧化性小，用于焊接鋁、鈦等活性金屬及其合金。 堿度是判斷焊接熔渣堿性強弱的指標堿度是判斷焊接熔渣堿性強弱的指標。 這一領域存在分子理論與離子理論兩種觀點，分子理這一領域存在分子理論與離子理論兩種觀點，分子理論認為熔渣中的氧化物按其性質可分為三類。論認為熔渣中的氧化物按其性質可分為三類。401)1)酸性氧化物酸性氧化物 SiOSiO2 2 TiO TiO2 2 P P2 2O O5 52)2)堿性氧化物堿性氧化物 K K2 2O NaO Na2 2O CaO MgO O CaO MgO BaO MnO F

24、eO BaO MnO FeO3)3)中性氧化物中性氧化物 AlAl2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3 Cr Cr2 2O O3 341根據(jù)分子理論堿度的定義為：根據(jù)分子理論堿度的定義為：B= (R B= (R 2 2O+RO)/ ROO+RO)/ RO2 2R R 2 2OO、RORO熔渣中堿性氧化物的摩爾分數(shù)熔渣中堿性氧化物的摩爾分數(shù) RORO2 2 熔渣中酸性氧化物的摩爾分數(shù)熔渣中酸性氧化物的摩爾分數(shù)堿度堿度B的倒數(shù)稱為酸度的倒數(shù)稱為酸度B1.5堿性渣堿性渣B1.5酸性渣酸性渣（三）（三） 熔渣的物理性質熔渣的物理性質1 1、熔渣的熔點、熔渣的熔點- 藥皮熔化后藥皮熔化后,

25、,熔渣開始凝固的溫度熔渣開始凝固的溫度熔渣的熔點是影響焊接工藝性能和質量的重要因素之一。熔渣的熔點是影響焊接工藝性能和質量的重要因素之一。因此要求熔渣的熔點與焊絲和母材的熔點相匹配。因此要求熔渣的熔點與焊絲和母材的熔點相匹配。u熔渣的熔點過高，熔渣的熔點過高，將使其與液態(tài)金屬間的反應不充分，易將使其與液態(tài)金屬間的反應不充分，易形成夾渣，產(chǎn)生壓鐵液現(xiàn)象，使焊縫成形變壞。形成夾渣，產(chǎn)生壓鐵液現(xiàn)象，使焊縫成形變壞。u熔點過低，熔點過低，使熔渣的覆蓋性能變差，焊縫表面粗糙不平，使熔渣的覆蓋性能變差，焊縫表面粗糙不平，并導致全位置施焊困難。并導致全位置施焊困難。42一般焊接熔渣的熔點應比焊縫金屬的熔點低

26、一般焊接熔渣的熔點應比焊縫金屬的熔點低200450。適。適于焊接鋼的熔渣，其熔點一般在于焊接鋼的熔渣，其熔點一般在11501350范圍內。范圍內。 2.2.熔渣的粘度熔渣的粘度-代表熔渣內部相對運動時各層之間的內摩擦力代表熔渣內部相對運動時各層之間的內摩擦力(1)(1)溫度對粘度的影響溫度對粘度的影響溫度溫度熔渣的粘度熔渣的粘度酸性渣粘度下降緩慢酸性渣粘度下降緩慢堿性渣粘度下降迅速堿性渣粘度下降迅速長渣長渣: :粘度變化粘度變化時凝固時間長的熔渣時凝固時間長的熔渣,如含如含SiO2多的酸性渣多的酸性渣短渣短渣: :粘度變化粘度變化時凝固時間短的熔渣時凝固時間短的熔渣,如低氫型和氧化鈦型如低氫型

27、和氧化鈦型 焊條熔渣焊條熔渣43堿性渣堿性渣酸性渣酸性渣(2)(2)熔渣成分對粘度的影響熔渣成分對粘度的影響u酸性渣酸性渣SiO2多多,Si-O陰離子結構復雜，粘度大陰離子結構復雜，粘度大TiO2多多,Si-O陰離子結構簡單，粘度小陰離子結構簡單，粘度小u堿性渣堿性渣CaO多多,熔渣中易出現(xiàn)未熔化的固相顆粒，粘度大熔渣中易出現(xiàn)未熔化的固相顆粒，粘度大無論是酸性還是堿性渣，加入無論是酸性還是堿性渣，加入CaF2，粘度都下降，粘度都下降443.3.熔渣的表面張力熔渣的表面張力u熔渣與實際氣相接觸的比表面能稱表面張力熔渣與實際氣相接觸的比表面能稱表面張力u渣表面張力主要決定于其間化學鍵的性質和溫度渣

28、表面張力主要決定于其間化學鍵的性質和溫度鍵能越大表面張力越大鍵能越大表面張力越大.離子鍵離子鍵:FeO、MnO、CaO、MgO和和Al2O3（表面張力大）（表面張力大）共價鍵共價鍵:TiO、SiO2、B2O3和和P2O5，（表面張力?。ū砻鎻埩π。?5不同的焊接方法，有不同的反應區(qū)。藥皮反應區(qū)藥皮反應區(qū)I熔滴反應區(qū)熔滴反應區(qū)II熔池反應區(qū)熔池反應區(qū)III461、藥皮反應區(qū)、藥皮反應區(qū)指焊條受熱后，到焊條藥皮熔點前指焊條受熱后，到焊條藥皮熔點前發(fā)生的一些反應發(fā)生的一些反應1）反應特點）反應特點l 溫度低：溫度低：100-1200100-1200（藥皮熔點）（藥皮熔點）l 反應發(fā)生于固相間，反應

29、不充分反應發(fā)生于固相間，反應不充分2）主要反應）主要反應l 水分蒸發(fā)水分蒸發(fā): : 吸附水、結晶水、化合水吸附水、結晶水、化合水l 某些物質分解：某些物質分解： 有機物，碳酸鹽（大理石、白云石等）和高價有機物，碳酸鹽（大理石、白云石等）和高價氧化物（氧化物（FeFe2 2O O3 3、MnOMnO2 2等）分解造氣等）分解造氣, ,形成形成CoCo，COCO2 2，H H2 2O O，O O2 2等氣體等氣體l 鐵合金氧化鐵合金氧化 ： 脫氧劑發(fā)生先期脫氧脫氧劑發(fā)生先期脫氧( (降低氣氛中氧分壓降低氣氛中氧分壓) )3）作用）作用 反應產(chǎn)生大量氣體，對熔化金屬有機械保護作用（隔離反應產(chǎn)生大量氣

30、體，對熔化金屬有機械保護作用（隔離空氣），同時對被焊金屬和藥皮中鐵合金有氧化作用?？諝猓?，同時對被焊金屬和藥皮中鐵合金有氧化作用。47482、熔滴反應區(qū)：、熔滴反應區(qū)：指熔滴形成、長大、脫離焊條，過渡到熔池中這個過程。指熔滴形成、長大、脫離焊條，過渡到熔池中這個過程。) ) 溫度溫度度大，反應物活性度大，反應物活性 ：18002400) ) 與氣體、熔渣的接觸面積大：與氣體、熔渣的接觸面積大：比表面積達 103104cm2/kg 各相充分接觸) )相間作用時間短：相間作用時間短：T停=0.010.1(s)，T過=0.00010.001(s)，反應主要在焊條末端進行) ) 熔渣、熔滴攪拌混合強烈

31、：熔渣、熔滴攪拌混合強烈：增加相的接觸面，利于反應物的進入和退出，加快反應速度。主要反應：氣體分解和熔解、金屬蒸發(fā)、金屬及其化合物間的氧化與還原以及焊縫金屬的合金化。 493、熔池反應區(qū)：、熔池反應區(qū)：熔滴和熔渣進入熔池后各相間進一步進行物化反應熔滴和熔渣進入熔池后各相間進一步進行物化反應1 1）熔池溫度相對低：）熔池溫度相對低：T =1600T =160019001900。2) 2) 比表面積?。罕缺砻娣e小：3 3130 cm130 cm2 2/kg/kg3 3）存在時間長：）存在時間長： 手工焊手工焊3 38s8s，埋弧焊，埋弧焊625s625s，4 4）反應速度沒有熔滴反應區(qū)強：反應時間

32、長。）反應速度沒有熔滴反應區(qū)強：反應時間長。5 5）熔池溫度不均勻：其前部與尾部反應相反。）熔池溫度不均勻：其前部與尾部反應相反。 熔池前半部分發(fā)生金屬熔化和氣體的吸收熔池前半部分發(fā)生金屬熔化和氣體的吸收,利于吸熱反應，熔池后半部分發(fā)生金屬凝利于吸熱反應，熔池后半部分發(fā)生金屬凝固和氣體的析出固和氣體的析出,利于放熱反應。利于放熱反應。（一）焊接區(qū)內的氣體（一）焊接區(qū)內的氣體 1 1、氣體的來源、氣體的來源u 焊接材料焊接材料 焊條藥皮、焊劑中的造氣劑、高價氧化物和水分等焊條藥皮、焊劑中的造氣劑、高價氧化物和水分等u 焊接區(qū)周圍的空氣焊接區(qū)周圍的空氣u焊絲和母材表面上的油銹等雜質。焊絲和母材表面

33、上的油銹等雜質。5022222NOOHHCOCO、成分：成分： 金屬及熔渣蒸氣2 22 2511).1).有機物的分解和燃燒：有機物的分解和燃燒：如淀粉、纖維素等有機化合如淀粉、纖維素等有機化合物熱氧化分解反應。物熱氧化分解反應。 2 2（C C6 6H H1010OO5 5）mm+7mO+7mO2 2=12mCO=12mCO2 2+10mH+10mH2 22).2).碳酸鹽和高價氧化物的分解：碳酸鹽和高價氧化物的分解： CaCOCaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2 MgCOMgCO3 3=MgO+CO=MgO+CO2 2 6Fe2O3=4Fe3O4+O26Fe2O3=4Fe3O4

34、+O23).3).材料的蒸發(fā)材料的蒸發(fā); ; 焊接材料中的水分，低熔點的金屬焊接材料中的水分，低熔點的金屬元素和熔渣各成分在電弧高溫作用下發(fā)生蒸發(fā)元素和熔渣各成分在電弧高溫作用下發(fā)生蒸發(fā)5253焊接區(qū)的氫可以處于分子、原子和離子狀態(tài)焊接區(qū)的氫可以處于分子、原子和離子狀態(tài) u氫以原子或質子形式溶入（氣保焊）氫以原子或質子形式溶入（氣保焊）u通過渣層溶入金屬通過渣層溶入金屬（電渣焊）（電渣焊） 當氫通過熔渣向金屬溶解時：當氫通過熔渣向金屬溶解時：)(2)22OHOOH（氣22)( 2)(2HOFeOHFe 2)(2)()(222HOFeOHFe渣中渣中O2-水在渣中的溶解度水在渣中的溶解度渣中含渣

35、中含F(xiàn)-，氫的溶解度下降。，氫的溶解度下降。小結：小結：氫通過熔渣溶解時，其溶解度取決于氣相中氫和水蒸氫通過熔渣溶解時，其溶解度取決于氣相中氫和水蒸氣的分壓、熔渣堿度、氟化物含量和金屬中的氧含量等。氣的分壓、熔渣堿度、氟化物含量和金屬中的氧含量等。 當氫通過氣相向金屬溶解：當氫通過氣相向金屬溶解： 其溶解度取決于氫的狀態(tài)。分子狀態(tài)的氫在金屬中的溶其溶解度取決于氫的狀態(tài)。分子狀態(tài)的氫在金屬中的溶解度遵循平方根定律：解度遵循平方根定律：54HFOFOH)()()2（22HHHPKSKH2氫在金屬中溶解反應氫在金屬中溶解反應的平衡常數(shù)，與的平衡常數(shù)，與T有關；有關；PH2氣相中分子氫的分壓氣相中分子

36、氫的分壓AdvancedMaterialsResearchCenter圖圖1-25氫在第氫在第II類金屬中的溶解度與溫度的關系類金屬中的溶解度與溫度的關系1).1).存在形式存在形式 擴散氫：氫以原子或離子形式存在，與金屬形成間隙固熔體，并可在金屬晶格中自由擴散。 殘余氫（剩余氫）：氫原子擴散聚集到金屬的晶格缺陷，顯微裂紋和非金屬夾雜物的邊緣空隙中，結合成分子，不能自由擴散。 總含氫量總含氫量=擴散氫剩余氫擴散氫剩余氫561 1）氫脆）氫脆:氫在室溫附近使鋼的塑性嚴重下降的現(xiàn)象稱為氫脆。57原因是熔解在晶格中的氫在拉伸時集中于位錯空腔中，結合為分子氫，產(chǎn)生很高內壓力，導致金屬變脆，可通過去氫處

37、理去除。2 2）白點）白點:在其拉伸或彎曲斷面上出現(xiàn)的銀白色圓形局部脆斷點稱為白點。大?。篋=0.53mm（肉眼可見，其中心常有小夾雜物或氣孔，象魚眼，所以又叫魚眼）。對白點的敏感性：氫在鐵素體中擴散很快，利于逸出，在奧氏體中熔解度大擴散很慢，所以都不敏感。含Cr、Ni、Mo多時對白點很敏感，白點可通過去氫去除。3 3）氣孔）氣孔：由于溫度下降，熔解于金屬內的氫來不及逸出而在焊縫中形成的空穴。4 4）產(chǎn)生冷裂紋）產(chǎn)生冷裂紋產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：白點是在塑性變形階段產(chǎn)生的?！罢T捕理論誘捕理論”解釋：解釋：焊縫中的氣孔及非金屬夾雜物邊緣的空隙,好象“陷阱”一樣.捕捉氫原子，并在其中結合成氫分子,在拉伸

38、試驗中“陷阱”中的氫分子被吸附.由于塑性變形新產(chǎn)生的微裂紋表面上,分解成原子氫,原子氫擴散到微裂紋金屬晶格內,引起金屬脆化。來源：來源：主要是焊接區(qū)周圍的空氣。氮與金屬作用有兩種情況。 1、不與氮發(fā)生作用的金屬：即不能熔解氮又不形成氮化物，可用N作為保護氣體（如銅、鎳）。 2、與氮發(fā)生作用的金屬：即能溶解氮又能形成氮化物，這種情況下就要防止焊縫金屬的氮化（如鐵、鈦）。58 1 1）原子形式溶于液態(tài)金屬）原子形式溶于液態(tài)金屬 2 2）以）以NONO形式溶入形式溶入 3 3）以氮離子形式溶入）以氮離子形式溶入592、氮對焊接質量的影響、氮對焊接質量的影響 1)1)提高焊縫金屬的強度、硬度，降低塑性、韌性（低溫下降提高焊縫