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1、第一章 绪论及焊接化学冶金零、绪论部分焊接：通过加热或加压或两者并用，且用或不用填充材料，使被焊工件（同质或异种材质）的材料达到原子间结合而形成永久性连接的工艺过程。比热流：单位时间内通过单位面积传入焊件的热能。线能量：热源功率Q与焊接速度v之比，q=Q/v （J/cm）热输入：熔焊时焊接能源输入给单位长度焊缝上的热能。焊接温度场：焊件上某一瞬时温度的分布，T=f（x, y, z, t）2、焊接过程的物理本质（怎样才能实现焊接）：（1）金属：形成金属键结合，共同的晶粒；（2）塑料：形成共同的分子链。3、焊接热源的种类：电弧热、化学热、电阻热、高频感应热、摩擦热、等离子焰、电子束、激光束、超声波
2、一、焊接化学冶金焊条的平均熔化速度：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度，gM=G/t=PI (g/h)平均熔敷速度：在焊接过程中并非所有熔化的焊条金属都进入熔池形成焊缝，平均熔敷速度指单位时间内真正进入焊缝金属的那部分金属的质量，gD=GD/t=HI (g/h)损失系数：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发损失的那部分金属质量与熔化的焊芯质量之比，=(G-GD)/G=(gM-gD)/gM=1-H/P注：P 焊条熔化系数（g/Ah）单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝)的熔化量。 H 焊条熔敷系数（g/A.h）单位电流，单位时间内，焊芯（或焊丝）熔敷在焊件上的金属量。它标志着焊接过程的生产效率。1.4、熔
3、滴过渡：熔滴在各种力的作用下，通过电弧空间向熔池的转移过程。1.5、熔滴比表面积：熔滴(假设为球体)表面积Ag与其质量Vg之比即： S=Ag/Vg=4R2/(4/3 R3)=3/R （cm2/kg）1.6、熔合比：焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。熔合比= Mb/(Mb+Ms)1.7、熔渣的碱度：(1)根据分子理论碱度的定义为：碱度B的倒数称为酸度，从理论上讲，当B1时为碱性渣；B0，则为碱性渣；B20，为酸性渣； B20，为中性渣。合金过渡：把所需要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。合金过渡系数：是表征焊接过程中合金元素利用率的高低的。合金过渡系数等于它在熔覆金
4、属中的实际含量与它的原始含量之比1.10、药皮重量系数：单位长度上药皮与焊芯的质量比2、 焊接化学冶金过程与普通炼钢冶金过程的异同：二者共同点：均进行化学冶金反应。(1)炼钢冶金过程：金属熔炼加工过程，在特定的熔炼炉中进行，大熔池熔炼，熔炼温度比较稳定（1500）。原材料为矿石、焦炭、废钢铁等。目的是提炼金属，以得到一定成分、组织和性能的钢材。(2)焊接冶金过程:金属在焊接条件下，加热速度快，温度梯度大，熔炼时间短，小熔池熔炼，熔池金属过热度大（16001900）。原材料为焊条、焊丝、焊剂等。目的是对金属再熔炼，以形成符合特定要求的连接接头。3、3种典型的熔滴过渡形式：短路过渡、颗粒过渡、附壁
5、过渡附壁过渡是焊条电弧焊和埋弧焊（渣保护）中出现的一种熔滴过渡形式。熔滴沿渣壁流下，落入熔池。4、3个焊接反应区及各自的特点：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。（1） 药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。水分蒸发（三种水：吸附水、结晶水、化合水）。当T =200300时纤维素发生分解和燃烧（2） 熔滴反应区：熔滴形成、长大、脱离焊条过渡到熔池之前。温度高，活性斑点区28000C， 接近焊芯的沸点；平均温度18000C24000C：过热度大（300-900）。与气体、熔渣的接触面积大。时间短、速度快。熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌、混合。（3） 熔池反应区：熔池温度（16
6、001900）低于熔滴温度；比表面积小；反应时间稍长；搅拌没有熔滴阶段激烈；熔池温度极不均匀（突出特点）。5、 焊接区气体的来源和产生：热源周围的空气；焊接材料，保护气体；焊材表面和母材坡口附近的吸附水、油污、铁锈及氧化铁皮等；焊条药皮、焊剂、药芯中的造气剂、高价氧化物、水分等；有机物的分解和燃烧；碳酸盐和高价氧化物的分解。6.、N对金属的作用：（1）根据氮与金属作用的特点，大致分为两种情况：第一种是不与氮发生作用的金属，如Cu、Ni，既不溶解氮，也不与氮形成化合物。第二种是与氮发生作用的金属，如Fe、Ti等，既能溶解氮，又能与氮形成稳定的氮化物。（2）氮对焊接质量的影响：产生氮气孔；增加焊缝
7、金属强度，降低塑性和韧性（特别是低温韧性）；焊缝金属中过饱和的氮造成时效脆化（针状Fe4N）。6.2、H对金属的作用：（1） 根据氢与金属作用的特点可把金属分为两类：第一类：是能形成稳定氢化物的金属，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。第二类：不形成稳定氢化物的金属，但氢能溶解于这类金属及其合金中，如Al、Fe、Ni、Cu、Mo等。（2） 焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径也不同：CO2气体保护焊时，通过气相和液态金属的界面以原子或质子形式溶入金属；电渣焊时，氢通过渣层溶入金属；手工电弧焊时，二者兼有。（3） 氢对焊接质量的影响：氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象称为氢脆。白点：碳钢或低合
8、金钢焊缝，如含氢量高，则常常在其拉伸或弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点，称之为白点。形成气孔：由于凝固时溶解度的下降，使氢处于过饱和，促使了下列的反应进行：2H=H2；凝固速度大于氢的溢出速度。冷裂纹：冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度产生的一种裂纹，其危害性很大。7.1、熔渣对金属的作用：机械保护作用；改善焊接工艺性能冶金处理作用7.2、活性熔渣对焊缝金属的氧化：（1） 扩散氧化：焊接钢时FeO即溶于渣又溶于液态钢，在一定温度下平衡时，它在两相中的粘度符合分配定律：在温度不变的情况下，当增加熔渣中FeO的浓度时，它将向熔池中扩散，使焊缝中的含氧量增加。（2） 置换氧化：如果熔渣中含有较多的易分
9、解的氧化物，可能与液态铁发生置换反应，使铁氧化，而另一个元素被还原。8、 焊缝金属的脱氧：（1） 脱氧的目的和选择脱氧剂的原则：A、脱氧的目的是尽量减少焊缝中的含氧量。B、排除脱氧后的产物，减少焊缝中非金属夹杂物。（2） 脱氧的主要措施:在焊丝、焊剂或药皮中加入合适的元素和铁合金，使之在焊接过程中夺取氧。用于脱氧的元素或铁合金叫脱氧剂。（3） 选择脱氧剂应遵循的原则：A、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，如：Al Ti Si Mn；B、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。脱氧产物应处于液态，便于聚合为大质点，加快上浮。C、需考虑脱氧剂对焊缝成分、性能
10、以及焊接工艺性能的影响。（4） 脱氧的分类：A、 先期脱氧：在药皮加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应叫先期脱氧。其特点是：脱氧过程和脱氧产物与熔滴不发生直接关系。B、沉淀脱氧：沉淀脱氧是在熔滴和熔池内进行的。原理：溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接反应，把铁还原，脱氧产物浮出液体金属。这是减少焊缝含氧量的具有决定意义的一环。C、扩散脱氧：扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，是以分配定律为理论基础的。当温度下降时FeO的分配系数L增大，即发生如下扩散过程：FeO(FeO)，这意味着在熔池后部的低温区进行扩散脱氧。9.1、焊缝金属中S的控制：（1）S的危害：A、在熔池凝固时它易发生偏析，以低
11、熔点共晶FeFeS或FeSFeO的形式呈片状或链状分布于晶界。B、在焊接合金钢，特别是高镍合金时，硫与镍形成NiS，而NiS又与Ni形成熔点更低的共晶NiSNi，所以产生结晶裂纹的倾向更大。C、当钢焊缝含碳量增加时，会促进硫的偏析，从而增加它的危害性。（2） 控制S的措施：A、 限制焊接材料中的含硫量：一是母材：其中的硫可以全部过渡到焊缝中去；二是焊丝：其中的硫约有6070过渡到焊缝中去；三是药皮或焊剂：其中的硫约有50过渡到焊缝中。B、用冶金方法脱硫：Mn+FeS (MnS)+FeC、增加熔渣的碱度可以提高脱硫能力：渣中加入CaF2能降低渣的粘度，有利于S2离子扩散，同时形成易挥发物SF6，
12、因而有利于脱硫。9.2、焊缝金属中P的控制：（1） P的危害：A、 在液态铁中可溶解较多的磷，并认为主要以Fe2P和Fe3P的形式存在，而磷在固态铁中的溶解度只有千分之几。B、 磷与铁和镍还可以形成低熔点共晶，如Fe3PP（熔点1050）Ni3PFe（熔点880）。因此在熔池快速凝固时，磷易发生偏析。增加了焊缝金属的冷脆性，即冲击韧性降低，脆性转变温度升高。C、 焊接奥氏体钢和低合金钢焊缝含碳量高时，磷也促进形成结晶裂纹。（2） 控制P的措施：A、 限制磷的来源：限制母材、填充金属、药皮和焊剂中的含磷量。B、 采用冶金方法脱磷：第一步，FeO将磷氧化生成P2O5；第二步，使P2O5与渣中的碱性
13、氧化物生成稳定的磷酸盐。C、 在渣中加入CaF2有利于脱磷：因为，CaF2在渣中形成Ca2+，使渣中的P2O5的活度(衰变率)下降；另外，CaF2可降低渣的粘度，有利于物质的扩散。实际中，焊接时脱磷比脱硫更困难，控制焊缝中的含磷量，主要是限制焊接材料中的含磷量。10、 合金过渡目的、方式、影响因素：（1） 目的：A、补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失。B、消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能。（焊接某些结构钢时，常向焊缝加入微量的Ti、B等元素，可细化晶粒，提高焊缝韧性。）C、获得具有特殊性能的堆焊金属。（2） 方式：A、应用合金焊丝或带极：把所需要的合金元素加入焊丝、带
14、极或板极内，配合碱性药皮或低氧、无氧焊剂进行焊接或堆焊，从而把合金元素过渡到焊缝或堆焊层中去。优点：可靠，焊缝成分均匀、稳定，合金损失少；缺点：制造工艺复杂，成本高。对于脆性材料，如硬质合金不能轧制、拔丝，故不能用这种方式。B、应用药芯焊丝或药芯焊条：药芯焊丝的结构是各种各样的。最简单的是具有圆形断面的，其外皮可用低碳钢或其他合金钢卷制而成，里面填满需要的铁合金及铁粉等物质。用这种药芯焊丝可进行埋弧焊、气体保护焊，也可以在药芯焊丝表面涂上碱性药皮，制成药芯焊条。优点：药芯中合金成分的配比可以任意调整，因此得到任意成分的堆焊金属；合金的损失较少。缺点：不易制造，成本较高。C、应用合金药皮或粘结焊
15、剂：这种方式是把所需要的合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药皮或粘结焊剂中，配合普通焊丝使用。优点：简单方便，制造容易、成本低。缺点：由于氧化损失较大，并有一部分合金元素残留在渣中，故合金利用率较低，合金成分不够稳定、均匀。D、应用合金粉末：将需要的合金元素按比例配制成具有一定粒度的合金粉末，把它输送到焊接区，或直接涂覆在焊件表面或坡口内，它在热源作用下与母材熔合后就形成合金化的堆焊金属。优点：合金成分的比例调配方便；不必经过轧制、拔丝等工序；合金损失小。缺点：合金成分的均匀性较差，制粉工艺较复杂。（3） 影响因素：A、合金元素的物化性质：合金元素的沸点越低，其蒸发损失越大，过渡系数越小；合金元素对氧的亲和力越大，其氧化损失越大，过渡系数越小。B、合金元素的含量：随着药皮或焊剂中合金元素含量的增加，其过渡系数逐渐增加，最后趋于一个定值。药皮（焊剂）的氧化性和元素对氧的亲和力越大，合金元素含量对过渡系数的影响越大。C、合金剂的粒度：增加合
