《金属成型设计 焊缝金属的净化与合金化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属成型设计 焊缝金属的净化与合金化（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第四节 焊缝金属的净化与合金化,2,1.4 焊缝金属的净化与合金化,本节重点： 氢对焊接质量的影响及控制； 合金过渡系数概念及其影响因素；,本节难点： 对比分析有害元素对焊接质量的影响及控制措施,3,有害元素对焊接质量的影响,1.4 焊缝金属的净化与合金化,焊缝金属的合金化,去除有害元素,合金剂从焊接材料焊缝中,4,氮,一、有害元素对焊接质量的影响,氢,氧,硫,磷,5,（一）氮对焊接质量的影响及控制,氮对焊接质量的影响,氮的控制,6,1、氮对焊接质量的影响,1) 气孔,原因：温度溶解度；,7,2) 改变焊缝的力学性能,过饱和的氮+ Fe4N强度硬度， 塑性和韧性；,8,3) 时效脆化,过饱
2、和的氮Fe4N强度、硬度，塑性、韧性,加入钛、铝、锆等，形成氮化物，可消除此 类脆化。,9,控制氮的首要和最有效的措施。,2、氮的控制,1）加强焊接区的保护,10,2）合理确定焊接参数,电弧电压，保护效果变差，液态金属与空气的接触机会，使焊缝中氮的含量。因此，应尽量采用短弧焊。,焊接电流，熔滴过渡频率，气体与熔滴作用时间，焊缝中氮含量。,直流反接焊缝中氮含量比正接低。 其他条件相同，增大焊丝直径，有利于降低氮含量。 单道焊比多道焊的氮含量低。,11,3）利用合金元素脱氮,加入Ti、Al和稀土：,不溶于液态金属 的稳定氮化物,进熔渣,降低气孔和时效脆化倾向。,与氧反应，降低氧的分压,NO量,增加
3、焊材的含碳量：降低氮在铁中的溶解度。,12,氢对焊接质量的影响,（二）氢对焊接质量的影响及控制,氢的控制,13,1、氢对焊接质量的影响,延迟裂纹,气孔,氢脆,白点,(就结构钢而言）,14,在室温附近，氢钢的塑性严重下降现象。,1)、氢脆,影响因素：H，晶格缺陷 脆化倾向。,措施：焊后的脱氢处理，脆化倾向。,拉伸变形位错显微空腔,氢分子,脆性,15,2)、白点,直径0.53mm；中心处气孔或小的夹渣； 外围韧性断口。,“鱼眼”，含氢量高的碳钢或低合金钢焊缝的拉伸或弯曲试样的断面银白色圆形局部脆断点。,H，白点倾向。,措施：焊后的脱氢处理，白点倾向。,成因：夹杂物边缘的空隙和气孔捕捉原子氢氢 分子
4、脆性。,16,2、氢的控制,控制焊接材料的含氢量；,1）控制氢的来源,原材料（母材、焊接材料等）本身含有的水分,消除焊丝和焊件表面上的杂质；,铁锈、氧化膜、油污,措施： 焊条和焊剂等焊接材料-烘干最有效的去氢方法； 保护气体低露点的气体。,17,a) 在焊接材料中加入氟化物：,如：CaF2+H（或H2O）Ca（或CaO）+HF,稳定且不溶于液态金属,2）采取冶金措施脱氢,18,b)增加焊接材料的氧化性,碳酸盐 CO2 ； Fe2O3 O2 ； CO2 作保护气体；,O + H = OH O2 + H2 = 2 OH 2 CO2 + H2 = 2 CO + 2 OH,降低了H的分压,2）采取冶金
5、措施脱氢,19,c) 在焊接材料中加入稀土元素,药皮中加入微量的钇或碲，焊缝中扩散氢,图2-24.,2）采取冶金措施脱氢,20,3) 采取工艺措施减氢,a) 控制焊接参数效果有限,b) 焊后脱氢处理,降低焊接电流，含氢量减少；,含氢量：交流焊直流正接直流反接,焊后加热至一定温度，保温一定时间 氢扩散外逸。,21,氧对焊接质量的影响,（三）氧对焊接质量的影响及控制,氧的控制,22,1、氧对焊接质量的影响,1）降低焊缝的力学性能，图2-27,2）影响焊接过程和质量,含氧量强度、塑性 和韧性显著降低,含氧量 烧损有益元素 性能；,飞溅和气孔。,23,2、氧的控制,1) 限制焊接材料的含氧量,氧来源于
6、焊材或矿石尽量 选用不含氧或氧含量少的焊接材料,24,电弧电压保护效果液态金属与空气的接触焊缝中氧短弧焊。,焊接电流熔滴过渡频率气体与熔滴作用时间焊缝中氧含量。 焊接方法、熔滴过渡特性、电流种类等也有一定的影响。,2)合理的焊接方法及参数,25,硫的危害,（四）硫的危害及控制,硫的控制,26,1、硫的危害：,凝固时偏析，在晶界形成低熔点共晶：,FeFeS（熔点为985） FeSFeO（熔点为940） NiSNi（熔点为637）,结晶裂纹,含碳量，偏析，危害,FeS夹杂；,27,2、硫的控制：,1)限制焊接材料的含硫量；,2)采用冶金方法脱硫；,a） 锰脱硫,b） 稀土元素脱硫,Mn+FeS（M
7、nS)+Fe,生成不溶于液态金属的稳定硫化物进入熔渣脱硫。,28,c） 碱性氧化物脱硫提高熔渣的碱度,（MnO）+FeS（MnS)+（FeO）,（CaO）+FeS（CaS)+（FeO）,碱性熔渣脱硫,29,磷的危害,（五）磷的危害及控制,磷的控制,30,1、磷的危害：,与铁、镍形成低熔点共晶 如：Fe3PFe（1048） Ni3PFe （870）,Fe2P 或 Fe3P 硬而脆增加材料的冷脆性,冲击韧性降低， 脆性转变温度升高,结晶裂纹,含碳量，偏析，危害,31,2、磷的控制,1) 限制焊接材料的含磷量；,2) 采用冶金方法脱磷；,a) 熔渣中的氧化亚铁将钢液中的磷氧化生成P2O5；,b)使P
8、2O5+碱性氧化物磷酸盐。,2Fe2 P 5(FeO) 4(CaO) (CaO)4P2O5) 9Fe,32,合金化的目的和方式,二、焊缝金属的合金化,合金过渡系数及其影响因素,熔合比及焊缝成分的控制,33,（一）合金化的目的和方式,1、目的,补偿损失蒸发、氧化等；,消除缺陷，改善性能如Mn减少结晶裂纹；,获得堆焊层、异种金属焊接 ；,34,2、方式,a）合金带极或焊丝 优点：可靠，焊缝成分均匀、稳定，损失少； 缺点：工艺复杂，成本高。,c）合金粉末或药芯 优点：合金的配比不限，损失小； 缺点：合金成分的均匀性较差， 制粉工艺较复杂；,b）合金药皮和焊剂 优点：简单，易造，成本低； 缺点：利用率
9、低，合金成分不稳定、均匀。,35,（二）合金过渡系数及其影响因素,1、合金过渡系数,w（Md）w（Me）,熔敷金属中的实际质量分数,焊接材料中 的原始质量分数,36,2、影响因素,合金元素对氧的亲和力， ；,1）合金元素的物化性质,沸点，；,几种合金元素并存时，对氧的亲和力 ， ；,37,合金元素含量， ,但最后趋于定值.,2）合金元素的含量和合金剂的粒度,2、影响因素,38,合金元素粒度， ,过大，.,2、影响因素,39,药皮或焊剂的氧化性，；,3）药皮或焊剂的物化性质,合金元素与其氧化物共存时, ；,合金元素与其氧化物与渣的酸碱性相同时，,2、影响因素,40,4）药皮重量系数和焊剂的熔化率,合金元素含量一定时，Kb ，图2-29；,埋弧焊低温烧结焊剂熔化率 ，；,2、影响因素,41,3、熔合比及焊缝成分的控制,1）熔合比,2）焊缝成分的控制,焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。,mb / (mb+md),调整焊材的成分最主要手段。,改变熔合比、过渡系数。,42,本章结束,
