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1、焊接冶金,焊接冶金特点 气相对金属的作用 熔渣及其对金属的作用 焊缝金属的硫、磷控制 焊缝金属的合金化,焊接冶金特点,一、焊接时金属的保护 1、保护的必要性 2、保护方式焊条电弧焊和药芯焊丝的焊接是利用焊条药皮和焊丝药芯中的造渣剂、造气剂、铁合金等来实现对焊缝金属的保护；埋弧焊是指利用焊剂熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属的。气体保护的焊接方式是利用包围在焊接区域的气体将焊缝金属与空气隔离开。真空电子束焊是在真空度高0.01Pa(10-4Torr)的真空室内进行焊接的，保护效果最好；自保护焊是利用含有脱氧剂和脱氮剂的特制光焊丝在空气中进行焊接的一种方法。,焊接冶金特点,二、焊接冶金的特点 1、
2、药皮反应区的特点 药皮反应区进行的反应属于整个冶金过程的准备阶段，其产物就是熔滴与熔池反应区的反应物，故对冶金全过程有一定的影响。 2、熔滴反应区的特点熔滴的温度高，是焊接区温度最高的部分 ；熔滴比表面积大；作用时间短；液体金属与熔渣发生强烈的混合。 3、熔池反应区的特点 熔池的平均温度较低，比表面积也比熔滴小得多，而反应的时间较长。,焊接冶金特点,三、焊接参数对焊接冶金的影响 1、熔合比的影响在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。通过改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分，在焊接异种钢时，要根据熔合比选择焊接材料。 2、焊接工艺参数影响冶金反应的条件和作用时间熔滴阶段的反应时间随着电
3、流的增加而变短，随着电弧电压的增加而变长 。 3、工艺参数影响参加冶金反应的熔渣量埋弧焊时，焊接工艺参数可以在很宽的范围内变化，使焊剂的熔化率发生很大的变化。,气相对金属的作用,一、焊接区内的气体 1、焊接区内的气体的来源焊接材料 、热源周围的气体介质 、焊丝和母材表面上的杂质 、高温蒸发所产生的气体 。 2、焊接区内的气体的种类焊接区内的气体是由CO、H2、H2O、CO2和少量的氮，这些气体在高温时将分解出一定的氧，以及它们分解或电离的产物所组成的混合物。,气相对金属的作用,二、氢对金属的作用及其控制 1、氢在金属中的溶解 根据氢与金属作用的特点，可以把金属分为两类：第一类是能形成稳定氢化物
4、的金属，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。第二类是不形成稳定氢化物的金属，如Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等。氢在金属中的溶解度与氢的存在状态有关系。 2氢在金属中的扩散 一部分氢可以在焊缝金属晶格中自由扩散，称为扩散氢 还有一部分氢结合为氢分子称为残余氢。,气相对金属的作用,3氢对焊接质量的影响 在结构钢焊接时，氢的有害作用可分为两种类型：一种是暂态现象，包括氢脆和白点，另一种是永久现象，它们一经出现就无法消除，如气孔、裂纹等。 （1）氢脆 金属在室温时因吸收氢而导致塑性降低的现象叫作氢脆。 （2）白点 在碳钢或低合金钢焊缝中，如果含氢量高，则常常在其拉伸或弯曲试件的断面上，出现银白色圆形局部脆
5、断点，称为白点。 （3）气孔 （4）冷裂纹,气相对金属的作用,4控制氢的措施 （1）限制焊接材料中的含氢量 （2）清除焊件和焊丝表面的杂质 （3）进行冶金处理 1）在药皮和焊剂中加入氟化物 ；2）在焊条药皮中加入适量的活性氧化剂，如Fe或Mn的高价氧化物 ； （4）控制焊接工艺参数 （5）焊后脱氢处理,气相对金属的作用,三、氮对金属的作用及其控制 1、氮在金属中的溶解气相中的分子氮在液态铁中的溶解过程可分为如下阶段：分子氮向气体-金属相界面上运动；被熔滴和熔池前部的金属表面吸附；在金属表面上分解为原子氮；原子氮过渡到金属的表面层内；并向金属内部扩散。电弧焊时气体溶解的过程比普通的气体的溶解过程
6、要复杂得多。电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度。,气相对金属的作用,2、氮对焊接质量的影响 在碳钢焊缝中，氮是有害的元素，它对焊接质量影响有以下几方面： （1）形成气孔 （2）降低焊缝金属的机械性能 （3）时效脆化 氮除了对焊缝的性能有害的作用之外，也有有利的影响。 3、控制氮的措施 （1）加强机械保护 （2）选用合理的焊接工艺参数 （3）控制焊丝金属的成分,气相对金属的作用,四、氧对金属的作用及其控制 1、氧对金属的作用 （1）氧对焊接质量的影响1）影响焊缝金属的性能 2）导致气孔的产生 3）合金元素的烧损 （2）氧在金属中的溶解氧是以原子氧和氧化亚铁FeO两种形式溶于液态铁中的 温度升高，
7、氧在液态铁中的溶解度增大。在液态铁中有第二类金属元素时，随着合金元素含量的增加氧的溶解度下降。,气相对金属的作用,（4）氧对金属的氧化 1)自由氧对金属的氧化 2）CO2对金属的氧化 3）H2O气对金属的氧化 4）混合气体对金属的氧化 。 2、控制氧的措施 （1）控制焊接材料的含氧量 （2）控制焊接工艺参数 （3）脱氧,熔渣及其对金属的作用,一、熔渣的作用及分类 1、熔渣在焊接过程中的作用 （1）机械保护作用 （2）改善焊接工艺性能的作用 （3）冶金处理作用 （4）改善热规范的作用 2、熔渣的成分和分类 根据焊接熔渣的成分和性能可将其分为三大类 ： 第一类 盐型熔渣 它们主要由金属的氟酸盐、氯
8、酸盐和不含氧的化合物组成 ； 第二类 盐-氧化物型熔渣主要由氟化物和碱土金属的氧化物组成 ； 第三类 氧化物型熔渣主要由各种氧化物组成。,熔渣及其对金属的作用,二、焊接熔渣的结构理论 1、分子理论 （1）液态熔渣是由自由的简单氧化物分子和复杂的化合物分子以及硫化物、氟化物分子所组成。 （2）简单氧化物及其复杂化合物分子之间的化合与分解，服从于质量作用定律，处于动平衡状态。 （3）只有自由氧化物才能参与和熔化金属的反应。 2、离子理论 （1）液态熔渣是由阳离子和阴离子组成的电中性溶液熔渣的成分不同，其中的离子种类和形式也是不同的。,熔渣及其对金属的作用,（2）离子的分布、聚集和相互作用取决于它的
9、综合矩。 （3）液态熔渣与金属之间相互作用的过程，是离子与原子交换电荷的过程。 三、焊接熔渣的性质 1、熔渣的碱度 分子理论对熔渣碱度的定义和计算为： B1=(R2O+RO)/RO2 碱度B1的倒数称为酸度。 离子理论把液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）定义为碱度。 （所谓自由氧离子就是游离状态的氧离子） B2=aiMi,熔渣及其对金属的作用,2、熔渣的粘度 在单位速度梯度下，作用在单位接触面积上的内摩擦力称为粘度系数，简称粘度，以表示。 熔渣的粘度与温度和渣的成分有关 ： （1）温度对粘度的影响 （2）熔渣的成分对粘度的影响 3、熔渣的熔点 熔渣的熔点是指熔渣开始熔化的温度一般要求
10、焊接熔渣的熔点比焊缝金属的熔点低200450。 4、表面张力 表面张力是液体表面所受到的指向液体内部的力，它是由于表面层分子与内部分子所处的状态不同而引起的。,熔渣及其对金属的作用,5、密度 熔渣的密度主要取决于各个组成物的密度及质量分数 。 6、熔渣的线膨胀系数和导电性熔渣的线膨胀系数主要影响脱渣性，熔焊与焊缝金属的线膨胀系数差值越大脱渣性越好。 四、熔渣对焊缝金属的氧化 1、扩散氧化 2、置换氧化,熔渣及其对金属的作用,五、焊缝金属的脱氧 1、选择脱氧剂的原则 （1）在焊接温度下脱氧剂对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大； （2）脱氧产物应不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属的密度；
11、（3）须综合考虑脱氧剂对焊缝成分、性能及焊接工艺性能的影响； （4）在满足技术要求的前提下，注意降低成本。,熔渣及其对金属的作用,2、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叫先期脱氧。先期脱氧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。 3、沉淀脱氧沉淀脱氧是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，使脱氧产物转入熔渣而被清除出去。最常用的是锰、硅或硅锰联合脱氧。 4、扩散脱氧利用FeO能溶解于溶渣的特性，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。,焊缝金属的硫、磷控制,一、焊缝金属中硫、磷的危害性 1、
12、硫的危害硫在钢中主要以FeS和MnS形式存在 ，增加了焊缝金属结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧度和抗腐蚀性 。 2、磷的危害磷主要以Fe2P和Fe3P的形式存在 ，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 。 二、硫的控制 1、限制焊接材料中的含硫量应预先进行处理，如采用焙烧的办法，以降低到要求范围内。,焊缝金属的硫、磷控制,2、冶金脱硫 （1）锰脱硫 FeS+Mn=（MnS）+Fe （2）熔渣脱硫 FeS+（MnO）=（MnS）+（FeO） FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO） 三、磷的控制 2 Fe3P + 5FeO + 3CaO=（CaO）P2O5+11Fe 2
13、Fe3P + 5FeO+ 4CaO=（CaO）4P2O5+11Fe,焊缝金属的合金化,一、焊缝金属合金化的目的 首先可以通过焊缝金属元素的合金化，补偿合金元素的损失，以保证焊缝金属的成分和性能达到技术条件的要求。其次，在焊接过程中可以通过加入合金元素消除某些焊接工艺缺陷，改善焊缝金属的组织和性能。 二、焊缝金属合金化的方式 1、应用合金焊丝或带极 2、应用药芯焊丝或药芯焊条 3、应用合金药皮或陶质焊剂 4、应用合金粉末 除了上述合金化的方式以外，还可以通过从金属氧化物中还原金属的方式来合金化 。,焊缝金属的合金化,三、影响合金过渡系数的因素合金元素的过渡系数是指焊接材料中的合金元素过渡到焊缝金属中的数量与其原始含量的百分比。 因此凡是能减少合金元素损失的因素，都可以提高过渡系数；反之，则降低过渡系数。 1、合金元素对氧的亲和力的影响 2、合金元素的物理性质的影响 3、焊接区介质的氧化性的影响 4、合金元素的浓度的影响 5、合金元素的粒度 6、药皮（焊剂）的成分 7、药皮的重量系数和焊接参数,
