焊接冶金月末总结

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1、焊接冶金与焊接性,汇报人：赵立冰 2014.10.30,月末总结汇报,目录,焊接材料的组成及作用,焊接化学冶金,焊接接头的组织与性能,焊接缺陷及控制,镍基合金简介及常用焊接方法,焊接材料的组成及作用,前言焊接接头组成：由焊缝、融合区和热影响区组成。常用熔焊方法特点：埋弧焊：由于焊剂或熔渣保护作用，消除了飞溅，焊缝干净，熔敷率高，可焊厚度大，一般仅限于平焊，高的热输入也会增大焊接变形。熔化极气体保护焊：采用惰性气体，可用于焊接活性材料，与钨极气体保护焊相比，具有相当高的熔敷率，因而可采用较高焊速焊接较厚工件；缺点是受焊枪尺寸限制，难以达到狭小区域或角落。,焊接材料的组成及作用,钨极气体保护焊：热

2、输入低而适合薄板焊接，而且可实现不填丝的自熔焊及单面焊双面成形；但熔敷率低，过大的焊接电流也易造成焊缝夹钨。焊接温度场：包括稳定温度场、非稳定温度场、准稳定温度场。 按传热类型分：一维温度场、二维温度场、三维温度场（取决于工件尺寸和热源性质）焊接热循坏：工件上某点的温度随时间由低到高，升至最大值后又由高到低的变化过程。主要参数：加热速度 峰值温度 高温停留时间 冷却速度 或冷却时间 （线算图求出）,焊接材料的组成及作用,焊接材料的组成与作用熔焊中包括焊条、焊丝、焊剂和气体等。 焊条由焊芯和药皮构成焊芯牌号第一个字母H表示焊芯；之后数字表示碳的质量分数；最后字母A表示优质，E表示特优，C表示超优

3、（低碳钢为例）。如H08A表示含碳量为0.8%的优质低碳钢。药皮作用：机械保护作用 渣-气联合保护，实现焊缝区内金属熔滴和熔池与空气隔离，从而避免了空气侵入的危害；冶金处理作用 去除氧、氢、硫、磷等有害元素，同时通过药皮向焊缝添加有益合金元素；工艺性能的改善 通过合理设计药皮，可使电弧易于引燃且能 稳定燃烧，能降低飞溅，提高脱渣性能，使焊缝美观，增强全位置焊接适应性。,焊接材料的组成及作用,药皮组成：稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、成形剂。焊条分类（按熔渣的碱度）：酸性焊条：药皮中含较多的酸性氧化物，熔渣为酸性的焊条。由于药皮中含 ,FeO和 等成分，因而熔渣具有很强的氧化性。

4、工艺性能好，采用交流或直流电源施焊均可，焊缝成形美观，波纹致密。碱性焊条：药皮中含有较多的碱性氧化物，熔渣呈碱性的焊条。由于含较多的大理石和氟石，能有效降低焊缝含氢量，所以又称低氢型焊条。由于具有较高的塑形和韧性，因而适于动载或重要结构焊接，但它的工艺性不如酸性焊条。,焊接材料的组成及作用,焊条型号由字母和数字组成，主要表示类别、熔敷金属化学成分或抗拉强度、适用焊接位置、药皮类型及适用电源种类等。以碳钢为例简要介绍如下：E 4 3 1 5E表示焊条类别 EZ铸铁焊条；ED堆焊焊条； 、 分别表示相对应的金属或合金焊条。43表示熔敷金属最低抗拉强度 420 1表示焊接位置，这里表示全位置焊接；5

5、表示药皮类型及适用电源，这里表示低氢钠型药皮，直流反接。焊接工艺性能：电弧是否稳定燃烧，焊接位置适应性，焊缝成形是否良好，焊接飞溅与熔敷率，渣壳脱除性，烟尘及药皮发红等。,焊接材料的组成及作用,1.电弧稳定性：常加入电离点位低的物质，如云母、长石、钛白能有效 提高电弧空间带点粒子密度，增强电弧导电能力，从而使电弧稳定燃烧 碱性焊条中因含反电离作用的氟石，降低电弧导电能力，工艺性差。 2.位置适应性：调整熔渣熔点、粘度、表面张力，可防止熔渣和熔池下 流，并使高温下尽快凝固。 3.焊缝成形：a.熔渣凝固温度 过高的凝固温度会产生挤压液态熔池作 用，严重影响焊缝成形，甚至形成气孔；过低的凝固温度使熔

6、渣不能均 匀覆盖熔池表面，从而成形变差。因此一般控制在略低于母材熔点。b.粘度 高温时粘度过大，会减缓冶金反应，使焊缝成形不良，甚至产生气孔和夹渣；粘度过小，降低熔渣覆盖熔池的均匀性弱化应有的保护作用。c.表面张力影响类似粘度，在此不再赘述。,焊接材料的组成及作用,4.熔敷效率：熔敷率是指单位电流在单位时间内所能熔敷在工件上的金 属量，是反映生产率高低的一项指标。其值越大，效率越高。药皮影响 电弧电压及产热，影响熔滴过渡形式，从而影响熔敷效率。 5.脱渣性：焊后从焊缝表面清楚渣壳的难易程度。影响因素 a.膨胀系数 与焊缝金属膨胀系数相差越大，冷却时二者间的界面应力越大，熔渣与 焊缝金属越易脱离

7、，脱渣性好。b.熔渣氧化性 对合金结构钢来说，熔渣 氧化性越强，脱渣性越强。因为在熔池结晶开始阶段，尚未凝固的液态 熔渣与处于高温状态的焊缝扔会发生一定的冶金作用，而且氧化性越强焊缝表面越易生长FeO膜，由于体心立方的FeO是搭建在体心立方晶格的 上形成，二者间产生牢固的冶金结合，从而导致脱渣困难。因此，增加焊条脱氧能力可显著改善脱渣性。c.熔渣松脆性 熔渣越疏松，脆性越大，越易脱渣。,焊接材料的组成及作用,冶金性能：对焊缝金属的净化和合金化作用。 对氧的控制：酸性熔渣中的 和焊接气氛中的含氧气体将铁氧化成FeO 而使焊缝增氧，在酸性渣下采用锰铁进行脱氧能取得良好的脱氧效果； 碱性焊条气氛中的

8、二氧化碳和其他含氧气体将铁氧化成FeO而使焊缝增 氧在碱性熔渣下采用硅-锰、硅-钛联合脱氧效果很好，焊缝含氧很低。 对氢的控制：酸性焊条熔渣中的强氧化物 具有一定脱氢能力， 但焊缝含氢量仍然比较高；碱性焊条气氛中二氧化碳具有较强的脱氢能 力，而氟石脱氢能力更强，焊缝含氢量很低。 对氮的控制：酸性焊条含有大量的造渣剂和造气剂，形成以渣为主的渣- 气联合保护，焊缝含氮量较低；碱性焊条含有大量碳酸盐作造气剂，同时还有相当多数量的其他造渣剂，隔离作用更强，含氮量更低。,焊接材料的组成及作用,对硫、磷的控制：都有一定的去除作用，但效果均不太好。 因此，从也冶金效果看，碱性焊条优于酸性焊条，焊缝具有良好的

9、力学 性能和抗裂性，但工艺性能差，且熔渣不具有氧化性，因此对铁锈、油 污、水分非常敏感。 焊丝包括实芯焊丝和药芯焊丝。实芯焊丝型号由字母和数学组成，主要表示焊丝类别、熔敷金属抗拉强度、化学成分或金属类别，以碳钢为例ER 55 - B2 - ER表示碳钢与结构钢，RZ表示铸铁焊丝，SAl表示铝合金焊丝，ERNi表示镍合金焊丝。 55表示最低抗拉强度 420MPa B2是化学成分分类代号， 表示含猛元素。,焊接材料的组成及作用,焊丝的牌号：按化学性质编制，以低碳钢为例H 08 Mn2 Si A H表示碳钢与合金钢，HS表示铸铁和有色金属，其他含义与焊芯类似药芯焊丝型号，以低碳钢为例EF 0 3 -

10、 50 4 2EF表示药芯焊丝，0表示焊接位置，3表示焊丝类别，最后4位表示力学性能，如最低抗拉强度，夏比冲击吸收工和实验温度。焊丝牌号Y J 42 2 1 Y表示药芯焊丝，J表示大的类别（结构钢）42表示最低抗拉强度，2表示药芯类型和电源类型，1表示保护方式,焊接材料的组成及作用,焊剂：在焊接过程中能熔化成熔渣的颗粒状物质，主要由各种氧化物和氟化物组成按熔渣碱度分类w表示焊剂组成物的质量分数B1 碱性焊剂焊剂型号（以碳钢埋弧焊为例）F 4 A 0 - H08AF表示焊剂，4表示最低抗拉强度，A表示式样状态（A表示焊态）0表示冲击吸收功27J的最低实验温度。H08A表示配用的焊丝。牌号 熔炼焊

11、剂：HJ 4 3 1 X 4表示MnO的含量，3表示的含量，1表示同一类型的不同牌号，X表示不同粒度烧结焊剂：SJ 5 01 5表示不同渣系，01表示同一渣系不同牌号。,焊接化学冶金,焊接化学冶金过程是分区域连续进行的，而且各区反应条件也存在差 异，从而影响到各区的反应方向和限度。主要反应区有药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区三个。药皮反应区主要发生的反应包括水分的蒸发，某些物质的分解和铁合 金的氧化；熔滴反应区主要包括气体的分解和溶解，金属的蒸发，金属 及其合金的氧化与还原，以及焊缝金属合金化等。从反应条件看，熔滴 反应区特点是反应温度高，接触面积大，反应时间短，相的混合强烈， 因此冶金反应

12、最强烈，不但反应速度快，而且反应最完全，对焊缝成分和性能影响最大；熔池反应区特点是反映速度低，反应不同步，具有一定的搅拌作用。,焊接化学冶金,焊接区气体与金属的作用气体来源：a.直接输入或侵入；b.物化反应生成。气体的分解：常见的 和 等多原子复杂气体及 等双原子简单气体受热获得足够高的能量时分解为简单气体，单个原子 或离子与电子。气体与金属的作用：a.在金属这溶解（ 等双原子分子）；b.与金属发生反应（ 等对金属的氧化）气体的溶解：分为2步 a.气体分子被金属表面所吸附并分解为原子b.原子穿过金属表面向金属深处溶解。对于 ，其在金属中的溶解可表示为 X在金属中溶解度（平衡时）符合平方根定律：

13、,焊接化学冶金,溶解反应平衡常数;气相中 气体分压部分双原子分子在高温下可直接分解为单原子分子，从而进一步提 高该气体在金属中的溶解度，其溶解反应为 X=X; 氧化性气体对金属的氧化：与金属发生氧化反应，导致合金元素烧 损，并使焊缝增氧。氧化还原方向判据：在自由金属、氧化性气体、金属氧化物组成的 系统中，可用金属氧化物的分解压作为金属发生氧化还原反应的判据。所谓分解压就是氧化物分解反应达到平衡时氧的分压。其值越高氧化物越易分解，金属越不易被氧化。如 的分解压为,焊接化学冶金,当 时，金属被氧化；时，处于平衡状态；时，金属被还原。经计算，FeO的分解压很小，气相中只要含有微量氧就可使铁氧化熔渣对

14、金属的作用根据熔渣渣系主要成分和特点，可分为盐型熔渣、盐-氧化物型熔渣 及氧化物型熔渣。熔渣微观结构：分子理论、离子理论、分子-离子共存理论。分子理论：a.液态熔渣由化合物分子组成的理想溶液。b.自由氧化物与其复合氧化物处于平衡状态。c.只有自由氧化物才能参与冶金反应。,焊接化学冶金,离子理论：a.液态熔渣是由阴离子与阳离子组成的中性溶液。b.离子的分布和相互作用由离子的综合矩决定。c.熔渣与金属作用过程是离子与原子交换电荷的过程。 分子-离子共存理论：复合离子不稳定，可分解为离子和分子，因此，熔 渣是由金属离子、非金属离子、化合物分子共同组成。熔渣的性质 1.熔渣的酸碱度分子理论：熔渣中碱性

15、氧化物与酸性氧化物含量之比a 碱度系数w 质量分数1 碱性； =1 中性； 0 碱性； =0 中性； 0 酸性熔渣粘度影响因素成分影响：酸性渣中， 可与 生成 等复杂程度逐渐升高的SiO离子， 越多，SiO离子结构越复杂， 粘度越高；而 离子越多，SiO离子结构越趋于简单，尺寸减小，粘 度降低。因此，酸性渣中加入 粘度增加，加入碱性氧化物可提供粘度降低；碱性渣中加入高熔点的碱性氧化物（如CaO）时，可能出现未融化的固体颗粒，粘度增加。若加入适量 ，可形低熔点硅酸盐（ ），使颗粒不复存在，粘度降低。,焊接化学冶金,此外，无论是酸性渣还是碱性渣，加入 均可降低熔渣粘度，酸性 渣中， 离子可破坏SiO键；碱性渣 促使高熔点碱性氧化物熔化。温度的影响温度升高，粘度下降。但不同渣系由不同变化特征。其中粘度随温度 降低而缓慢增大的熔渣称为长渣，不适合仰焊；随温度降低而急剧增大 的为短渣，适合全位置焊接。含 较多的酸性渣为长渣，因为含有较多尺寸较大的SiO离子， 温度升高，热振动增加，SiO离子极性键局部断开，形成尺寸较小的 Si O离子，粘度降低。但SiO解体是随温度逐渐进行的，因而粘度缓慢下降；低氢型焊条熔渣属于短渣，因为该渣系主要由尺寸较小的离子构成，实际温度高于液相温度时，由于离子尺寸小,