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1、焊接冶金学复习焊接：被焊工件的材质（同种或异种）,通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程 焊接热源：1.电弧热（惰性气体保护焊（TIG、MIG)）2化学热3电阻热4摩擦热 熔焊加热特点：就是加热速度很快，达到局部熔化后又以一定的冷却速度冷至常温 焊接温度场（辐射和对流）：稳定温度场，非稳定温度场，准稳定温度场 三维（空间传热）、二维（平面传热）和一维（线性传热） 影响温度场的因素：热源的性质，焊接线能量，被焊金属的热物理性质焊接化学冶金过程：在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程熔滴:在电弧热的作用下，焊条端部熔
2、化形成的滴状液态金属 短路过渡、颗粒状过渡 和附壁过渡 焊接过程中对金属的保护：熔渣，气体，熔渣和气体真空，自保护 焊接化学冶金反应区： 手工电弧焊：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区，熔化极气保护焊：熔滴反应区、熔池反应区 钨极氩弧焊、电子束焊、气焊：熔池反应区，熔合比：焊缝金属是由填充金属和局部熔化的母材组成的.在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例 气体的来源：焊接材料，空气，物化反应 氮对金属的作用：（1）氮在金属中的溶解：与氮不发生作用的金属可用氮作保护气体，既能溶解氮，又能与氮形成稳定的氮化物的金属 必须防止焊缝金属的氮化（2）氮对焊接质量的影响： 形成气孔 使焊缝金属时效脆化3）氮
3、的控制 加强焊接区的保护 控制焊接工艺参数 冶金处理氢对金属的作用：（1）氢在金属中的溶解：能形成稳定氢化物的金属：如 Zr、Ti、V、Ta、Nb 等，吸氢反应是放热反应。当吸氢量较多时，形成稳定氢化物。当温度超过氢化物保持稳定的临界温度时，氢化物发生分解，氢则扩散逸出；当吸氢量少时，这些金属可与氢形成固溶体。不能形成稳定氢化物的金属:如 Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo 等。能溶于这类金属及其合金中，其溶解反应属吸热反应。随着温度是升高，溶解度增加，并在一定的温度下到最大值，后迅速下降，并在接近金属沸点时溶解度为零。C 和 B 会引起氢溶解度急剧下降；O 可减少金属对氢的吸附，降低氢在液态
4、铁中的溶解度；Ti、Zr、Nb 及某些稀土元素可以提高氢的溶解度；Mn、Ni、Cr 和 Mo 等影响不大。（2）焊缝金属中的氢及其扩散扩散氢：焊接熔池处于液态时吸收的氢，因凝固结晶速度很快，来不及逸出而被留在固态的焊缝金属中。在钢焊缝中的氢是以 H、H形式存在，它们与焊缝金属形成间隙固溶体。由于氢原子及离子的半径很小，它们可以在焊缝金属的晶格中自由扩散残余氢：如果氢扩散到金属的晶格缺陷、显微裂纹或非金属夹杂物边缘的微小空隙中时，可以结合成氢分子，由于氢分子的半径大而不能自由扩散。氢向近缝区扩散，并且扩散深度较大，这是热影响区产生延迟裂纹的主要原因。（3）氢对焊接质量的影响对结构钢焊接的有害作用
5、： 形成气孔 产生冷裂纹 形成氢脆：在室温附近使钢的塑性发生严重下降的现象。产生原因：一般认为是原子氢扩散聚集在金属晶格缺陷内（如位错、空位等），结合成分子氢，造成局部高压区，阻碍塑性变形而造成氢脆。只有在室温或稍低于室温的情况下才发生氢脆，金属中晶格缺陷越多，氢脆倾向越大。 形成白点：碳钢和低合金钢焊缝中，如含氢量高，则常常在其拉伸或弯曲断口上出现银白色圆形局部脆断点。形成原因：金属塑性变形过程氢的存在及其扩散运动。当外力作用下金属产生塑性变形时，促使氢扩散并聚集于小气孔或小夹杂物等缺陷处。白点对焊缝强度影响不大，但对塑性、韧性有较大的影响。预先经过去氢处理，则可以消除白点。(4) 氢的控制
6、减少氢的来源；在焊接过程中利用冶金手段加以去除；焊后消氢处理，加热温度越高，脱氢所需时间越短。（4）控制焊接工艺参数焊接熔渣：焊接过程中焊条药皮或焊剂熔化后，在熔池中参与化学反应的熔融状态的非金属物质 焊接熔渣的作用、分类：盐型、盐氧化物型、氧化物型1）熔渣的粘度熔渣的粘度取决于熔渣的结构，结构越复杂，离子尺寸越大，熔渣质点移动越困难，其粘度就越大。影响熔渣结构的因素是熔渣的成分和温度。 熔渣成分对粘度的影响在熔渣中加入能促使形成粗大阴离子的物质粘度增大；反之则降低熔渣的粘度。 温度对熔渣粘度的影响温度升高熔渣的粘度下降，但碱性渣和酸性渣下降的趋势不同。含 SiO2 较多的酸性渣：复杂 Si-
7、O 离子较多，随着温度升高，Si-O 极性键逐渐断开，出现尺寸较小的 Si-O 离子，因而粘度逐渐下降。碱性渣：当高于液相线时粘度迅速下降；当温度低于液相线时粘度迅速增大。活性熔渣对焊缝金属发生氧化的基本形式：扩散氧化和置换氧化。三、焊缝金属的脱氧选择脱氧剂应遵循以下原则：1脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大2脱氧的产物应不溶于液态金厲，其密度也应小于液态金属的密度3必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性能的影响减少氧的来源：先期脱氧、沉淀脱氧和扩散脱氧。元素对氧的亲和力越大，脱氧能力就越强。（1）先期脱氧：焊条电弧焊时，在焊条药皮加热阶段，固体药皮中进行的脱氧反应
8、其特点是脱氧过程和脱氧产物与熔滴不发生直接关系，脱氧主要发生在焊条端部反应区。（2）沉淀脱氧：利用溶解在熔滴和熔池中的脱氧剂与FeO直接反应，把铁还原，使脱氧产物转入溶渣而被清除出去。最常用的是 Mn、Si 或 Si-Mn 联合进行沉淀脱氧。（3）扩散脱氧：在液态金属与熔渣界面上进行，利用氧化物能溶解于熔渣的特性，通过扩散使它从液态金属中进入熔渣，从而降低焊缝含氧量。.焊缝金属中硫和磷的控制1、焊缝中 S 的危害及控制 硫的危害 增加焊缝金属结晶裂纹的倾向，降低冲击韧度和抗腐蚀性；产生结晶裂纹的倾向更大；当焊缝中含 C 量增加时，会促进 S 的偏析。2、焊缝中 P 的危害及控制 P 的危害 当
9、熔池快速凝固时，P 易发生偏析。磷化铁常分布于晶界，减弱了晶粒间的结合力，而且本身既硬又脆。增加了焊缝金属的冷脆性，即冲击韧度降低，脆性转变温度升高。焊接奥氏体钢或低合金钢焊缝含碳量高时，P 也促使形成结晶裂纹。（2）磷的控制 增加熔渣的碱度可减少焊缝的含磷量，但当碱度 B2.5 时，则影响很小。在碱性渣中加入CaF2 有利于脱磷。熔渣碱度受焊接工艺性能制约，不能过分增大，同时碱性渣不允许含有较多的 FeO，否则使焊缝增氧，不利于脱磷，所以碱性渣脱磷效果并不理想。酸性渣虽含有较多的 FeO，有利于磷的氧化，但因碱度低，其脱磷能力更不如碱性渣。焊接时脱磷比脱硫更难，要控制焊缝含磷合金过渡是把所需
10、的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属(或堆焊金属)中去的过程合金元素的过渡系数 ：等于它在熔敷金属中的实际含量与它原始含量之比影响过渡系数的因素：1、合金元素的物理化学性质2、合金元素的含量 3、合金元素的粒度：粒度越小，合金损失就越大。4、药皮或焊剂的成分5、药皮的质量系数 Kb：在焊条药皮中合金剂含量相同情况下，Kb 增加，过渡系数减小。6、焊接方法焊条：涂有药皮的供焊条电弧焊用的熔化电极，它由药皮和焊芯两部分组成。焊丝：焊接时作为填充金属或同时作为导电的金属丝。焊剂：焊接时能够形成熔渣和气体，对熔化金属起到保护和冶金作用的一种物质。焊条的牌号：焊条牌号前以大写汉语拼音字母（或汉字）表示焊
11、条各大类；字母后的第一、二位数字表示焊条牌号各大类中的若干小类，以主要性能或化学成分代号表示，第三位数字表示药皮的类型及电流种类。焊条的型号：焊条的型号是按国家有关标准与国际标准确定的。以结构钢为例，型号编制法为字母“E”表示焊条，第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型焊条的工艺性能1、焊接电弧的弧定性(稳弧性) 若药皮中含低电离势元素,U稳弧性2、焊缝成型 凝固温度必须合适，一般略低于母材的熔点粘度：T ， 过高,表面成型不良,易产生气孔,夹杂；过低,对焊缝敷盖不均匀,保护作用差.适中表面张力：覆盖性好，但不能过小，熔渣易成
12、球型,覆盖性不好.3、焊接位置的适应性4、飞溅：粘度飞溅电源种类：交流飞溅直流飞溅5、脱渣性6、焊条的熔化速度1）药皮成分的影响增多硅酸盐减少碳酸盐，细化熔滴,使短路过度U，颗粒过渡U，射流过渡， P最大。熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比2）电流种类与极性：直流正接：电弧电压和熔化系数变化很大，此时焊条接阴极，药皮成分对阴极压降影响较大，药皮成分的改变直接影响着电弧电压变化，使也发生变化。直流反接：电弧电压和熔化系数变化最小。交流：处于中间状态。、药皮发红问题：提高电弧能量，减少电阻热，加入发热剂，促进药皮熔化。焊剂的分类：按焊剂制造方法分类 1熔炼焊剂将一定比例的各种配料放在
13、炉内熔炼，然后经过水冷粒化、烘干、筛选而 制成的焊剂。2非熔炼焊剂根据焊剂烘焙温度不同又分为粘结焊剂与烧结焊剂 按焊剂化学成分分类：1根据所含主要氧化物性：酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂。2根据Si02含量：高硅焊剂、中硅焊剂和低硅焊剂。3根据MnO含量：高锰焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂。4根据CaF2含量：高氟焊剂、中氟焊剂和低氟焊剂。焊剂的牌号熔焊时，在高温热源的作用下，母材将发生局部熔化，并与熔化了的焊丝金属拨拌混合而形成了焊接熔池焊接熔池凝固的特殊性：1）熔池体积小，冷却速度大2）熔池中的液态金属处于过热状态3）熔池在运动状态下结晶（1）显微偏析：焊缝金属在凝固过程中，先凝固的固相
14、含溶质浓度较低，后凝固的固相含溶质浓度较高，并富集了许多杂质，可以通过微观分析方法检测出来（2）区域偏析：在焊缝凝固时，由于柱状晶不断长大推移，把溶质和杂质推向熔池的中心部位，使最后凝固部位产生较严重的区域偏析。（3）层状偏析：由于在熔池凝固中放出的凝固潜热和高温熔滴的过渡周期性的变化，使得凝固界面的液体金属成分也发生周期性的变化一、低合金钢焊缝的固态相变组织（1）铁素体转变焊缝中铁素体的类型：粒界铁素体(GBF)(先共析铁素体 PF)；侧板条铁素体（FSP）；针状铁素体（AF）；细晶铁素体(FGF)(贝氏体铁素体)随着合金化程度的提高，AF 组织增多的同时，焊缝强度也随之提高。AF 增多，有
15、利于改善韧性。合金元素的增加使固溶强化作用增加，而强度提高带来的有害作用，会抵消 AF 的有利作用，最终反而会恶化韧性。另外，随着合金化程度的提高，焊缝组织可能出现 M，在强度提高同时，焊缝韧性就势必降低。（2）珠光体转变 ：一般情况不出现 P，只有在缓冷时，才会出现片状或粒状的珠光体。焊接过程是一个不平衡过程，冷却速度快，C 扩散受到抑制，很难出现 F/Fe3C 片状结构（3）贝氏体转变 上贝氏体特征、下贝氏体转变、粒状贝氏体（4）马氏体转变：板条 M（含碳量很低）低碳马氏体、片状 M（C0.4）高碳马氏体（5）CCT 图中淬硬倾向慢 铁素体，淬硬倾向快 马氏体1、气孔的类型及分布特征氢气孔产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在内部，发生了氢的过饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。多出现在低碳钢、低合金钢，一般表面气孔；但当药皮中水分增多时，也可能出现在内部，如有色金属。易形成喇叭型的原因：氢扩散能力强，易上浮，气泡的胚胎在相邻树枝晶的凹陷深处，浮出困难。氮气孔多出现在焊缝表面多数成堆出现与蜂窝相似，产生原因：保护不良所致CO 气孔产生原因：高温冶金反应。CO 不溶于液态金属，在高温时，CO 以气泡的形式猛烈地逸出，
