《焊工工艺学第五章金属熔焊过程详解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊工工艺学第五章金属熔焊过程详解（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章第五章 金属熔焊过程金属熔焊过程 5-1 焊条、焊丝及母材的熔化 5-2 焊接化学冶金过程 5-3 焊缝结晶过程 5-4 熔合区及焊接热影响区 5-5 控制和改善焊接接头性能的方法 5-1 焊条、焊丝及母材的熔化 一、焊接热源 常用的熔焊热源有电弧热（电弧焊）、气体火焰（ 气焊）、电阻热（电渣焊）、等离子弧（等离子弧焊 ）等。 焊接热源所产生的热量并不是全部用来加热和熔化 焊条、焊丝及母材的，有一部分热量损失于周围介质 和飞溅中。 二、焊条、焊丝的加热及熔化 1. 电阻加热 （1）限制焊条或焊丝的伸出长度 （2）限制焊接电流 2. 电弧加热 真正使焊条、焊丝熔化的是电弧热。 三、焊条、焊
2、丝金属向母材的过渡 1. 熔滴过渡的形式 熔滴过渡的形式 ) 滴状过渡 ) 短路过渡 ) 喷射过渡 2. 熔滴过渡的作用力 （1）重力 （2）表面张力 熔滴的重力和熔滴的表面张力示意图 F1 熔滴的重力 F2熔滴的表面张力 （3）电磁压缩力 通有相同方向电流的两根导线 的相互作用力 电磁力在熔滴上的压缩作用 P电磁压缩力 （4）斑点压力 （5）气体的吹力 斑点压力阻碍熔滴过渡焊条药皮形成套筒 四、母材的熔化 母材上由熔化的焊条、焊丝金属与母材金属所组成 的具有一定几何形状的液体金属称为焊接熔池。 焊接熔池形状示意图 5-2 焊接化学冶金过程 一、对焊接区金属的保护 焊接过程中，对焊接区进行保护
3、的目的是防止空气 的有害作用，保证焊缝质量。 二、焊接化学冶金过程的特点 1. 温度高，温度梯度大 2. 熔池体积小，熔池存在时间短 3. 熔池金属不断更新 4. 反应接触面大、搅拌激烈 三、有害元素对焊缝金属的作用 1. 氧对焊缝金属的作用 （1）氧的来源 焊接区的氧气主要来自电弧中的氧化性气体（如 CO2、O2、H2O 等），空气中氧的侵入，焊剂、药皮中 的高价氧化物和焊件表面的铁锈、水分等的分解产物。 （2）氧对焊接质量的影响 1）焊缝金属中的氧，不仅会使焊缝中有益元素大 量烧损，而且会使焊缝的强度、塑性、硬度和冲击韧 性降低。 2）降低焊缝金属的物理性能和化学性能。 3）在焊缝内形成气
4、孔。 4）产生飞溅，影响焊接过程稳定。 （3）控制氧的措施 1）加强保护，如采用短弧焊、选用合适的气体流量 等，防止空气侵入， 还可以在惰性气体保护或真空保 护下焊接。 2）清理焊件及焊丝表面的水分、油污、锈迹，按规 定温度烘干焊剂、焊条等焊接材料。 3）对焊缝脱氧也是行之有效的措施。 （4）焊缝金属的脱氧 1）脱氧剂选择的原则 脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属的 亲和力大。 脱氧后的产物应不溶于金属而容易被排入熔渣，且 熔点应较低，密度应比金属小，易从熔池中上浮入渣。 2）焊缝金属的脱氧途径 先期脱氧 沉淀脱氧 扩散脱氧 2. 氢对焊缝金属的作用 （1）氢的来源 压力为0.1MPa
5、 时氢和氮在铁中的溶解度 （2）氢对焊接质量的影响 1）形成气孔 2）产生白点和氢脆 3）产生冷裂纹 （3）控制氢的措施 1）焊前清理干净焊件及焊丝表面的铁锈、油污、 水分等污物。 2）焊前按规定温度烘干焊剂、焊条，对气体保护 焊的保护气体进行去水、干燥处理。 3）尽量选用低氢型焊条，焊接时采用直流反接， 短弧操作。 4）焊后消氢处理。 3. 氮对焊缝金属的作用 （1）氮的来源 焊接区中的氮主要来自周围空气。 （2）氮对焊接质量的影响 2）形成气孔 2）影响焊缝的力学性能 （3）控制氮的措施 1）加强对焊接区液态金属的保护，防止空气中氮 的侵入，是控制焊缝中氮含量的主要措施。 2）采取正确的焊
6、接工艺措施，如尽量采用短弧焊 接，因为电弧越长，氮侵入熔池、越多，焊缝中氮的 含量越高。 4. 焊缝金属中硫、磷的危害及控制 （1）硫、磷的来源 焊缝中的硫、磷主要来自母材、焊丝、药皮、焊剂 等材料。 （2）硫、磷的危害 （3）脱硫和脱磷的措施 1）脱硫的措施 元素脱硫 FeS + Mn = Fe + MnS 熔渣脱硫 FeS + MnO = MnS + FeO FeS + CaO = FeO + CaS 2）脱磷的措施，焊接过程中脱磷的措施分为两步： 将P氧化成P2O5，其反应式如下： 2Fe3P + 5FeO = P2O5 + 11Fe 2Fe2P + 5FeO = P2O5 + 9Fe
7、利用碱性氧化物与P2O5 形成稳定的磷酸盐进入熔渣 。 3CaO P2O5 Ca3P2O8 4CaO P2O5 Ca4P2O9 （4）酸性焊条和碱性焊条的脱硫和脱磷 1）酸性焊条 酸性焊条脱硫、脱磷效果较差。 2）碱性焊条 碱性焊条的脱硫、脱磷能力比酸性焊条强，这是碱性 焊条的力学性能、抗裂性能比酸性焊条强的重要原因。 四、焊缝金属合金化 1. 焊缝金属合金化的目的 （1）补偿焊接过程中由于合金元素氧化和蒸发等造成 的损失，以保证焊缝金属的成分、组织和性能符合预定的 要求。 （2）通过向焊缝金属中渗入母材中不含或少含的合金 元素，以满足焊件对焊缝金属的特殊要求。 （3）消除焊接工艺缺欠，改善焊
8、缝金属的组织和性能 。 2. 焊缝金属合金化的方式 焊条电弧焊时，焊缝金属合金化的方式有两种： 一种是通过焊芯（即利用合金钢焊芯）过渡； 另一 种是通过焊条药皮（即将合金成分加在药皮里） 过 渡。 这两种方式还可以同时兼有。 5-3 焊缝结晶过程 一、焊缝金属的一次结晶 熔合线上的晶核 焊接熔池结晶过程 ) 开始结晶 ) 晶体长大 ) 柱状结晶 ) 结晶结束 二、焊缝结晶过程中的偏析 1. 显微偏析 柱状晶粒生长过程 2. 区域偏析 不同成形系数焊缝断面对偏析分布的影响 ) 成形系数小 ) 成形系数大 3. 层状偏析 层状偏析气孔的分布 ) 焊缝横断面 ) 焊缝纵断面 三、焊缝金属的二次结晶
9、四、焊缝中的夹杂物 由焊接冶金反应产生的，焊后残留在焊缝金属中 的微观非金属杂质，称为夹杂物，焊缝中的夹杂物 主要有硫化物和氧化物两种。 5-4 熔合区及焊接热影响区 一、熔合区的组织和性能 熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的 区域。 该区金属处于部分熔化状态（半熔化区）， 晶粒非 常粗大， 冷却后组织为粗大的过热组织， 塑性、韧性 很差。由于熔合区具有明显的化学不均匀性及组织不 均匀性， 所以往往是焊接接头产生裂纹或局部脆性破 坏的发源地，是焊接接头中性能最差的区域。 二、焊接热循环 焊接热循环曲线 Tm加热的最高温度 TA相变温度 tA相变温度以上停留的时间 距焊缝不同距离焊件上
10、各点的热循环 A至焊缝轴线10 mm B至焊缝轴线11 mm C至焊缝轴线14 mm D至焊缝轴线18mm E至焊缝轴线25 mm 三、焊接热影响区的组织和性能 不易淬火钢焊接热影响区 1熔合区 2过热区 3正火区 4不完全重结晶区 5再结晶区 6母材 5-5 控制和改善焊接接头性能的方法 一、材料的匹配 材料的匹配主要是指焊接材料的选用。 对于低碳钢、低合金高强度结构钢、低温钢，一 般不要求焊缝金属与母材成分一样，而是要求力学性 能与母材相同。 对于耐热钢和不锈钢，为保证焊缝具有与母材相 近的高温性能和耐腐蚀性能，其焊接材料的化学成分 应与母材大致相同。 二、控制熔合比 熔焊时，被熔化的母材
11、在焊缝金属中所占的百分比 ，称为熔合比。 熔合比的计算公式为： r Fm / （Fm Ft） 式中 r 熔合比； Fm 熔化的母材金属的横截面积； Ft 焊缝中填充金属的横截面积。 三、焊接工艺方法的选用 1. 气焊 气焊的机械保护效果较差，合金元素烧损较大， 焊缝中气体元素和杂质元素含量也较高。 2. 焊条电弧焊 焊条电弧焊机械保护效果较好，合金元素烧损较 少，焊缝中气体元素和杂质元素含量较低。 3. 埋弧焊 埋弧焊的机械保护效果也较好，合金元素烧损较少 ，焊缝中气体元素和杂质元素含量也较低。 4. 手工钨极氩弧焊 手工钨极氩弧焊由于采用氩气保护，保护效果好， 合金元素基本没有烧损， 焊缝中气体元素和杂质元素含 量极少，焊缝金属纯净。 5. CO2气体保护焊 CO2气体保护焊采用氧化性气体CO2进行保护， 对合 金元素烧损较多，故需采用含硅、锰较多的焊丝。 四、焊接热输入及焊接参数的选用 1. 焊接参数对焊接接头性能的影响及控制 2. 焊接热输入对焊接接头性能的影响及控制 五、焊接工艺措施 焊接工艺措施很多，有焊接操作技术、焊前预热、 焊后后热、焊后热处理等，焊接操作技术包括单道焊 法、多层多道焊法、不摆动焊法和摆动焊法等，这些 工艺措施对焊接接头的性能都有较大影响。
