焊接冶金基礎(chǔ)精品課件

1、焊接冶金基礎(chǔ)第1頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五緒 論一、焊接技術(shù)在工程建設(shè)中的作用與地位鋼材冶煉： 煉鋼（保證鋼材成分）軋鋼（改變鋼材形狀）金屬材料加工方法：冷加工：車、刨、鉆、銑、磨 .熱加工：鑄、鍛、焊、熱處理。 50的鋼鐵材料需要經(jīng)過(guò)焊接加工。 鋼鐵構(gòu)件在使用過(guò)程中，焊接接頭是最容易發(fā)生事故的部位。第2頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五二、焊接的本質(zhì)及分類1焊接的定義：被焊工件通過(guò)加熱或加壓或兩者并用，用或不用填充材料，使被焊材料之間達(dá)到原子間的結(jié)合而形成永久性連接的工藝過(guò)程稱為焊接。2熔接的本質(zhì)： 只有當(dāng)被連接金屬原子之間距離接近rA（r

2、A 0.30.5nm）時(shí)，金屬鍵才能起作用，這時(shí)金屬原子之間的結(jié)合力最大。第3頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五 為了使金屬表面緊密接觸，焊接通常采取以下幾種措施：(1) 對(duì)被焊接金屬施加壓力或不斷地摩擦，破壞接觸表面的氧化膜，使結(jié)合處緊密接觸。(2) 將金屬加熱到塑性狀態(tài)，施加壓力使接觸面的氧化膜被破壞。加熱也增加原子的振動(dòng)能，促進(jìn)擴(kuò)散和結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。(3) 通過(guò)液態(tài)中間材料，如粘結(jié)劑或低熔點(diǎn)金屬，將兩個(gè)固態(tài)金屬連接在一起。因液態(tài)金屬原子之間的距離很容易達(dá)到rA，所以加熱熔化金屬，凝固后兩塊金屬即可實(shí)現(xiàn)連接。第4頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五

3、焊接方法分為：熔焊：焊接接頭加熱熔化，使原子相互擴(kuò)散接觸，凝固結(jié)晶連接。壓焊：對(duì)焊件加熱加壓，使焊接接頭之間接觸，原子擴(kuò)散連接。釬焊：通過(guò)低熔點(diǎn)釬料將焊接接頭連接在一起。第5頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五三、焊接技術(shù)的發(fā)展 古代：熱鍛連接，熔化焊、釬焊 19世紀(jì)末：碳弧焊； 20世紀(jì)初： 氣焊、電弧焊； 20世紀(jì)中：高效焊接技術(shù)，如埋弧焊、氣體保護(hù)焊等； 20世紀(jì)末至今：高能、高質(zhì)量焊接，如電子束焊、激光焊，計(jì)算機(jī)技術(shù)在焊接中的應(yīng)用。各種金屬、非金屬、復(fù)合材料的焊接等。第6頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五四、學(xué)習(xí)建議 本課程包括：焊接冶金基礎(chǔ)、

4、焊接應(yīng)力與變形、焊接材料、焊接工藝、焊接方法、常用金屬的焊接、焊接缺陷的產(chǎn)生與防止、焊接結(jié)構(gòu)、焊接檢驗(yàn)等。內(nèi)容量大、涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng)。 學(xué)好基礎(chǔ)理論，理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)分析問題和解決問題能力。第7頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五第一章 焊接冶金基礎(chǔ)熔焊過(guò)程：加熱熔化冶金反應(yīng)結(jié)晶固態(tài)相變接頭。熔化焊的冶金反應(yīng)：金屬、熔渣、氣相之間的反應(yīng)。第8頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五第一節(jié) 焊接熱過(guò)程焊接加熱特點(diǎn)：局部、高溫、加熱冷卻速度快、熱源運(yùn)動(dòng)。一、常用焊接熱源（一） 常用熱源：電弧熱、化學(xué)熱、電阻熱、摩擦熱、高能束。 焊接熱源發(fā)展趨勢(shì)是： 高能（

5、激光）、高效（高熔覆率）、低能耗（熱效率）、高質(zhì)量（氣保焊）、低勞動(dòng)強(qiáng)度（自動(dòng)焊）。第9頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（二） 焊接加熱效率 式中：q電弧有效功率(W)；I焊接電流(A)；U電弧電壓(V)；焊接熱效率。 與焊接方法、焊接材料、焊接工藝等因素有關(guān)。TIG (tungsten-inert-gas arc welding)：鎢極惰性氣體保護(hù)焊MIG (metal-inert-gas arc welding)：金屬熔化極惰性氣體保護(hù)焊第10頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五焊接線能量式中：E焊接線能量J/cm； v焊接速度cm/s。（三）

6、焊接傳熱的基本方式(1) 傳導(dǎo)：金屬固體的內(nèi)部、焊縫對(duì)熔渣之間的熱傳遞。(2) 對(duì)流：液態(tài)金屬和液態(tài)熔渣的內(nèi)部熱傳遞。(3) 輻射：焊條端部對(duì)熔池、熱金屬對(duì)大氣之間的熱傳遞。第11頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五二、焊接溫度場(chǎng) 指焊接某一區(qū)域某一瞬間溫度的分布。也可以說(shuō)，溫度是空間某點(diǎn)位置和時(shí)間的函數(shù)。 T = f （x, y, z, t）式中：T焊件上某點(diǎn)某瞬時(shí)的溫度；x, y, z焊件某點(diǎn)的坐標(biāo)；t時(shí)間。因?yàn)楹附訜嵩词前匆欢ㄋ俣葎蛩龠\(yùn)動(dòng)，所以焊接溫度場(chǎng)則是一個(gè)橢圓。第12頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（一） 焊接溫度場(chǎng)的特點(diǎn) 等溫線、等溫面

7、：溫度場(chǎng)中溫度相等各點(diǎn)的連線和連面。 在溫度場(chǎng)內(nèi)，不同溫度的等溫線或等溫面不會(huì)相交。 熱源中心為原點(diǎn)，焊接方向?yàn)閄軸，焊件寬度為Y軸（移動(dòng)坐標(biāo)系）。 焊接溫度場(chǎng)對(duì)Y軸對(duì)稱，對(duì)X軸不對(duì)稱。第13頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（二） 影響溫度場(chǎng)的因素?zé)嵩葱再|(zhì)：熱源能量越集中，加熱面積越小。 焊接工藝參數(shù)：a) 熱源功率不變、焊接速度變；b) 焊接速度不變，熱源功率變；c) 熱源功率和焊接速度都變，但比值一定。第14頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五被焊金屬物理性質(zhì)：熱導(dǎo)率、比熱容 、熱擴(kuò)散率、表面散熱系數(shù)等。第15頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日

8、，2點(diǎn)39分，星期五焊件的幾何形狀：厚板焊接結(jié)構(gòu)：三維傳熱，熱源可視為點(diǎn)狀；薄板焊接結(jié)構(gòu)：二維傳熱，熱源可視為線狀；絲狀焊接結(jié)構(gòu)：一維傳熱，熱源可視為面狀。第16頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五三、 焊接熱循環(huán)（一） 焊接熱循環(huán)的概念 焊件上某一點(diǎn)從低溫到高溫，又從高溫降到低溫，溫度隨時(shí)間的變化稱為焊接熱循環(huán)。 焊接熱循環(huán)包括：加熱的速度（H） 、最高加熱溫度（Tm） 、相變溫度以上停留的時(shí)間（tH）和冷卻速度或冷卻時(shí)間（t8/5）。第17頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（二）焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)及特點(diǎn) 1 加熱的速度（H） H非?？?，使相變溫度

9、提高，并造成奧氏體均勻化和碳化物溶解都不充分。2 加熱的最高溫度（Tm） Tm越高，晶粒越粗大，焊接冶金速度越快。3 相變溫度以上停留的時(shí)間（tH） tH越長(zhǎng)，越有利于奧氏體均質(zhì)化。 但晶粒也越易長(zhǎng)大。 tH包括加熱時(shí)的停留時(shí)間t和冷卻時(shí)的停留時(shí)間t。 tHt+ t4 焊接熱影響區(qū)的冷卻速度（Tc）和冷卻時(shí)間（t 8/5) t 8/5 焊件從800冷至500所需的時(shí)間，對(duì)焊接質(zhì)量影響很大，尤其是易淬硬鋼的焊接。第18頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（四）影響焊接冷卻速度（熱循環(huán)）的因素（1）金屬熱物理性質(zhì)：金屬的導(dǎo)熱系數(shù)越大，冷卻速度就越快。（2）鋼板厚度：鋼板的尺寸越

10、大、越厚，冷卻速度就越快。但板厚超過(guò)25mm后，冷卻速度趨于一定值。第19頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（3）鋼板初始溫度：初始溫度越高，冷卻速度越低。預(yù)熱是控制淬硬組織、避免產(chǎn)生冷裂紋的重要手段。（4）焊接線能量：增加焊接線能量（UI/v），可降低冷卻速度。第20頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（5）焊接接頭的形狀：角焊縫、T字接頭的冷卻速度比對(duì)接焊縫的冷卻速度要快得多。第21頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五焊件不同位置的焊接熱循環(huán)的值不同。第22頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（三）多層焊的焊

11、接熱循環(huán)1 長(zhǎng)段多層焊（1m）：焊第二道焊縫時(shí)，第一道焊縫已降至低溫（200）。所以焊易淬硬性鋼時(shí)，焊第二道焊縫時(shí)，應(yīng)防止第一道焊縫溫度過(guò)低產(chǎn)生裂紋。第23頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五2 短段多層焊：第一道焊縫仍處于高溫時(shí)，進(jìn)行第二道焊縫的焊接。 短段多層焊適于焊接晶粒易長(zhǎng)大而又易于淬硬的鋼種，尤其是用于鑄鐵補(bǔ)焊。第24頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（五）焊接熱循環(huán)調(diào)整方法（1） 根據(jù)被焊金屬選擇合理焊接方法。（2）合理選擇工藝參數(shù)。在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡量減少焊接線能量E。但高效焊接往往是高E。（3）對(duì)淬硬鋼采取預(yù)熱或緩冷措施。（4）

12、采用多層焊。第25頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五第二節(jié) 焊接的化學(xué)冶金過(guò)程一、 焊縫金屬的組成1 焊條的熔化與過(guò)渡 熔化焊條的熱量：焊接電弧熱、電阻熱、化學(xué)反應(yīng)熱。 電弧熱：是熔化焊條的主要熱源，但僅有部分電功率被用來(lái)加熱熔化焊條 qe=eUI式中：U電弧電壓；I焊接電流；e有效加熱系數(shù)（ 0.20.3）第26頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（2）焊條平均熔化速度 平均熔化速度gM ： 式中：G熔化的焊芯質(zhì)量；P焊條熔化系數(shù) g/(Ah)，-焊接電流 平均熔敷速度gD： 式中：H焊條熔化系數(shù) g/(Ah) 損失部分與焊芯質(zhì)量之比稱損失系數(shù) 一般

13、為10左右。第27頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五 熔滴過(guò)渡作用力 重力、表面張力、電磁壓縮力、摩擦力、電弧氣體吹力等。 熔滴過(guò)渡形式 取決于焊接方法、保護(hù)氣體、焊接電流等。有滴狀過(guò)渡、短路過(guò)渡、噴射過(guò)渡（附壁過(guò)渡）。第28頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五 熔滴的特點(diǎn)： 1）熔滴比表面積S（表面積Ag與其質(zhì)量Vg之比）大： R越小，S越大，熔滴與氣相、熔渣之間的反應(yīng)越激烈。2） 熔滴存在時(shí)間短，一般在0.011秒之間。3）熔滴平均溫度為21002700。 因此在焊接過(guò)程中，熔滴的反應(yīng)十分劇烈。 第29頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39

14、分，星期五（二） 母材的熔化及熔池 熔池的形狀與尺寸 熔池呈半橢球狀，其輪廓為母材熔點(diǎn)的等溫面，并隨焊接熱源同步移動(dòng)。 熔池的長(zhǎng)度基本和焊接功率成正比 L= P2UI式中：P2比例系數(shù)，和焊接方法、 焊接工藝參數(shù)有關(guān)。第30頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五2 熔池的溫度 熔池內(nèi)的溫度是不均勻的，平均溫度約1770（2000K，焊接化學(xué)冶金的計(jì)算溫度）。 熔池中流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 在各種力的作用下（熱對(duì)流、電弧吹力、電磁力等），熔池內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的攪拌作用，有利于加速焊接化學(xué)冶金反應(yīng)、均勻焊縫金屬成分、氣體和非金屬夾雜外逸。第31頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星

15、期五（2） 熔池質(zhì)量和存在時(shí)間 熔池質(zhì)量在幾克到幾十幾克之間，取決于焊接方法。 熔池液態(tài)存在的時(shí)間取決于焊接方法、焊接規(guī)范等。 第32頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五二、 焊接化學(xué)冶金特點(diǎn)（1） 在保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行 隔絕空氣，尤其是空氣中的氮。 不同的焊接方法采用不同的保護(hù)措施。第33頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（2）分區(qū)域或分階段連續(xù)進(jìn)行：藥皮、熔滴、熔池反應(yīng) ；（3）反應(yīng)溫度高：弧柱50008000、熔滴2200、熔池1800；（4）反應(yīng)界面大，尤其是熔滴；（5）反應(yīng)時(shí)間短；（6） 熔融金屬處于不斷運(yùn)動(dòng)。第34頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月

16、20日，2點(diǎn)39分，星期五（三） 焊接冶金各反應(yīng)區(qū)特點(diǎn) 1 藥皮反應(yīng)區(qū) 1001200 1）400，無(wú)機(jī)化合物碳酸鹽和高價(jià)氧化物（CaCO3 、Fe2O3）開始分解，產(chǎn)生CO2、CO等氣體。4） 600，鐵合金開始被氧化。第35頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五2 熔滴反應(yīng)區(qū) 主要反應(yīng)有：氣體的溶解和分解、金屬的蒸發(fā)、金屬及其合金的氧化和還原、高價(jià)氧化物分解成低價(jià)氧化物 6Fe2O3（赤鐵礦）= 4Fe3O4 + O2 4MnO2（錳礦）= 2Mn2O3 + O2第36頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五3 熔池反應(yīng)區(qū) 熔池溫度前高后低，所以熔池前后的

17、反應(yīng)不同。前面金屬熔化、吸收氣體；后面金屬凝固、氣體逸出。 熔池強(qiáng)烈攪拌，有利反應(yīng)和氣體、夾雜逸出。所以熔池階段的反應(yīng)速度要比熔滴階段小得多。第37頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五三、 焊接熔渣1 熔渣的作用（1）機(jī)械保護(hù)作用：覆蓋在金屬外表面，隔離空氣。（2）改善焊接工藝：加入穩(wěn)弧劑等成分使焊條容易引弧、穩(wěn)定燃燒、減少飛濺、保證焊縫成形、脫渣等。（3）冶金作用：熔渣與金屬發(fā)生脫氧、脫硫、除氫、合金化等冶金反應(yīng)。 焊條藥皮的原材料是一些礦物質(zhì)，熔渣是由許多成分組成，構(gòu)成復(fù)雜的渣系，如MnO-SiO2、 CaO-TiO2-SiO2 、CaF2-CaO-SiO2等，以保證熔

18、渣的熔點(diǎn)、粘度等工藝指標(biāo)。第38頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五3 熔渣的堿度（分子理論） 按分子理論，渣中氧化物分為：1）酸性氧化物：按酸性強(qiáng)弱順序?yàn)镾iO2、TiO2、P2O5等。2）堿性氧化物：按堿性強(qiáng)弱順序?yàn)镹a2O、CaO、MgO、MnO、FeO等。3）中性氧化物：如Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等。分子理論的堿度公式是 式中：R2O 、RO 堿性氧化物摩爾分?jǐn)?shù)；RO2 酸性氧化物摩爾分?jǐn)?shù)。 B1堿性渣，B1.3渣才呈堿性。第39頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五第三節(jié) 有害元素對(duì)焊縫金屬的作用 焊接中的有害元素包括：H2、N2、O2

19、、S、P、H2O等。一、氫對(duì)焊縫金屬的作用（一）氫的來(lái)源 焊條藥皮中的吸附水、結(jié)晶水和有機(jī)物，焊件表面的污染物、空氣中的水分。（二）氫與焊縫金屬的作用1 氫的溶解 分子狀態(tài)的氫必須分解為原子狀態(tài)和離子狀態(tài)才能向金屬中溶解。吸附第40頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五 金屬中溶氫量與氣相中的氫分壓符合平方根定律。 平衡常數(shù)KH2和溫度有關(guān)。溫度越高，吸氫量越大。所以焊接中吸氫主要是在熔滴階段。由于在焊接電弧中，大部分氫分子已分解成氫原子、離子，所以實(shí)際吸氫量高于平方根定律。 在晶格變化時(shí)，金屬的吸氫量有突變。第41頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五2

20、氫與金屬的作用方式 根據(jù)氫在金屬中的溶解量，可分為兩大類：第一類：吸氫金屬，如Zr、Ti、V等，能形成穩(wěn)定氫化物MxHy。吸氫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低溫吸氫，高溫釋放氫。第二類：氫能溶入金屬，但不能生成氫化物，如Al、Fe、Ni.等，溶解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高，溶解度越大。第42頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五3 氫在焊縫金屬中的擴(kuò)散 凝固后焊縫金屬內(nèi)，氫以原子和分子兩種形式留在焊縫中：(1) 擴(kuò)散氫：以原子形式存在，與金屬形成間隙固溶體。因H半徑很小，可在晶格內(nèi)自由移動(dòng)，所以叫擴(kuò)散氫。(2) 殘余氫：當(dāng)擴(kuò)散氫移動(dòng)到金屬內(nèi)部的缺陷部位時(shí)，氫原子轉(zhuǎn)換成氫分子，因體積增大，滯留

21、在這些部位。焊縫金屬內(nèi)的含氫量與焊接方法有關(guān)。第43頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五 焊縫金屬中擴(kuò)散氫的行為： 隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)或加熱，焊縫中的擴(kuò)散氫減少，殘余氫增加，總的氫量減少。 由于擴(kuò)散氫極易擴(kuò)散到近縫區(qū)，造成體積急劇膨脹，這些部位又是焊縫性能薄弱區(qū)，所以容易在這些部位發(fā)生焊接裂紋。第44頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五3 氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響（1）氫脆：在室溫下，氫可以使鋼塑性下降，但強(qiáng)度不變。焊縫加熱除氫后，可恢復(fù)塑性。（2）白點(diǎn)：含氫量高的焊縫破壞時(shí)，斷口有一些白點(diǎn)，導(dǎo)致焊縫塑性下降。（3）形成氣孔：在焊縫凝固時(shí)，來(lái)不及逸出的氫就形成

22、氣泡，使焊縫強(qiáng)度下降。（4）產(chǎn)生冷裂紋：焊縫冷卻下來(lái)后產(chǎn)生的裂紋叫冷裂紋，也叫延遲裂紋。一般發(fā)生在高強(qiáng)鋼或一些應(yīng)力比較集中的部位。第45頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（四） 控制氫的措施 以控制氫的來(lái)源為主。（1）減少焊接材料中的含氫（水）量：在使用前應(yīng)烘干，以減少焊接材料儲(chǔ)存時(shí)吸附的水。烘干溫度取決于焊條類型。（2）清理焊絲和工件表面雜質(zhì)：一些金屬氧化物常含結(jié)晶水，如FeOH2O, Al(OH)3, Mg(OH)2，在焊接高溫下，釋放出的結(jié)晶水會(huì)增加焊縫含氫量。第46頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（4）冶金處理：形成一些低沸點(diǎn)、不溶于液態(tài)金

23、屬的含氫氣體，如HF和OH。1） 藥皮中加入氟化物：氟化物（如CaF2 ）和SiO2可顯著降低焊縫含氫量。 2CaF2 + 3SiO2 + 2H2O 2CaSiO3 + HF HF沸點(diǎn)低，即使在高溫下也十分穩(wěn)定，所以降低了氣相中氫的活度。2） 提高焊接區(qū)域的氧化性：氫與氧反應(yīng)生成穩(wěn)定的OH，降低氣相中氫的分壓 CO2 + H = CO + OH O + H = OH O2 + H2 = 2OH第47頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五3 焊后脫氫處理 焊后將焊縫加熱幾百度并保溫一段時(shí)間，可以消除絕大部分的擴(kuò)散氫。第48頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五

24、二、 氮對(duì)焊縫金屬的作用（一） 氮的來(lái)源 主要來(lái)自空氣。一旦滲入焊縫金屬形成氮化合物，就很難通過(guò)冶金的辦法消除。（二） 氮對(duì)金屬的作用(1) 不與氮發(fā)生作用的金屬：如銅、鎳等；(2) 容易和氮發(fā)生作用的金屬：如鐵、鈦等。第49頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（三） 氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響 氮是有害元素：1 產(chǎn)生氣孔：高溫吸收的氮在冷凝時(shí)來(lái)不及釋放就形成氣孔。2 氮可以使焊縫金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性（尤其是低溫韌性）下降。3 氮可以引起焊縫金屬時(shí)效脆化。第50頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（四） 控制氮的措施1 加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)：如渣保護(hù)、氣

25、保護(hù)或氣渣聯(lián)合保護(hù)。2 焊接工藝參數(shù)：增加電弧電壓將延長(zhǎng)熔滴過(guò)渡時(shí)間，焊縫含氮量增加。3 合金元素的影響：碳在生成CO、CO2，加強(qiáng)氣保護(hù)，降低氮分壓。Ti、Al、Zr、RE形成穩(wěn)定氮化物進(jìn)入渣中。第51頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五三、 氧對(duì)焊縫金屬的作用 在焊接中，氧既是有害元素，又是必須要利用的元素。（一）氧的來(lái)源 焊接氣氛中的氧化性氣體（CO2、O2、H2O）、藥皮中高價(jià)氧化物、焊件表面的銹。（二） 氧與焊縫金屬的作用 氧是以原子氧和FeO兩種形式溶于液態(tài)鐵中，溶解度隨溫度的提高而增加。 第52頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五焊縫金屬的

26、氧化（1）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化 氧分子或氧原子對(duì)金屬的氧化： Fe + O = FeO ； Si +O2 （SiO2） ； Mn + O2 （MnO） CO2對(duì)金屬氧化： CO2 CO + O2 H2O對(duì)金屬的氧化：H2O + Fe = FeO +H2 第53頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（2）熔渣對(duì)焊縫金屬的氧化1）擴(kuò)散氧化 FeO既能溶入液態(tài)鋼中，又能溶入液態(tài)熔渣中，平衡時(shí)它在兩相中的濃度符合分配定律： 分配常數(shù)L與溫度、渣的性質(zhì)等有關(guān)：1）溫度升高，L減少。所以擴(kuò)散氧化發(fā)生在熔滴和熔池前半部的高溫區(qū)。2）L 1，所以渣中的FeO要比焊縫金屬中的FeO量多。3）

27、FeO屬堿性氧化物，所以堿性渣中的FeO更易向金屬中擴(kuò)散。第54頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（2）置換氧化對(duì)一些易分解的氧化物，如SiO2、MnO等，如果數(shù)量較大，則有可能與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使鐵氧化，而該氧化物被還原。如 （FeO） (SiO2)+ Fe = Si +FeO FeO （FeO） (MnO)+ Fe = Mn +FeO FeO 反應(yīng)結(jié)果使焊縫中的硅、錳含量增加，鐵被氧化。第55頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（三） 氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響（1）隨著氧含量增加，焊縫強(qiáng)度、塑性、韌性（尤其是低溫沖擊韌性）下降。（2）和熔池中的碳反應(yīng)

28、生成CO氣體，造成飛濺和氣孔。（3）燒損合金元素，降低焊縫金屬性能。（4）可以有效減少焊縫中的含氫量。焊縫內(nèi)的含氧量與焊接方法、工藝等有關(guān)。第56頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（四） 控制氧的措施（1）嚴(yán)格控制氧的來(lái)源，如氣保焊采用高純惰性氣體、低氧焊絲，清除焊絲和焊件表面鐵銹和污物。（2）焊接工藝參數(shù)：采取短弧焊，減少熔滴與氣相的反應(yīng)時(shí)間。（3）用脫氧劑進(jìn)行脫氧處理。第57頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（五） 焊縫金屬的脫氧 脫氧方法與原則：（1）減少氣相氧化性和減少熔渣氧化性；（2）在焊絲、焊條藥皮中加入對(duì)氧親和力大于鐵的合金元素，如Al

29、、Ti、C、Si、Mn。親和力越大，脫氧能力越強(qiáng)。（3） 脫氧產(chǎn)物應(yīng)不溶于液態(tài)金屬，上浮進(jìn)入渣中。（4）剩余脫氧劑不能對(duì)焊縫成分、性能有不利的影響。第58頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五 在焊接過(guò)程中，脫氧可以分階段進(jìn)行。1 先期脫氧 發(fā)生在藥皮反應(yīng)區(qū)的脫氧反應(yīng)。 Fe2O3 + Mn MnO + FeO CaCO3 + Si CaO + SiO2 + CO CaCO3 + Mn CaO + MnO + CO 反應(yīng)結(jié)果是減弱氣相氧化性。 由于藥皮反應(yīng)區(qū)溫度低，又處于固態(tài)，所以先期脫氧是不完全的。第59頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五2 沉淀脫氧

30、發(fā)生在熔滴反應(yīng)區(qū)和熔池內(nèi)的脫氧反應(yīng)。液態(tài)金屬中的脫氧劑和FeO直接反應(yīng)，把鐵還原，脫氧產(chǎn)物浮出，進(jìn)入渣中。 Mn + FeO = Fe + （MnO） Si + 2FeO = 2Fe +（SiO2） 提高M(jìn)n、 Si或減少(MnO)、（ SiO2 )可提高脫氧效果。雖然硅的脫氧能力比錳大，但容易在金屬中造成SiO2夾雜。 Mn在酸性渣中， Si堿性渣中脫氧效果比較好。 Mn和 Si聯(lián)合脫氧，可生成復(fù)合物MnOSiO2，脫氧效果比較好。第60頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五3 擴(kuò)散脫氧 擴(kuò)散脫氧是在液態(tài)金屬與熔渣界面上進(jìn)行的，是以分配定律為理論基礎(chǔ)的 降低溫度可以提高L，

31、使FeO (FeO)，因此擴(kuò)散脫氧是發(fā)生在熔池的低溫區(qū)域。第61頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五四、焊縫中硫的危害和控制（一） 焊縫中硫的來(lái)源 焊縫中的硫主要來(lái)自焊條藥皮。（二）焊縫中硫的危害 硫以低熔點(diǎn)共晶Fe+FeS（熔點(diǎn)985），或FeS+FeO（熔點(diǎn)940），呈片狀或鏈狀分布于晶界，增加了焊縫金屬產(chǎn)生結(jié)晶裂紋傾向（熱裂紋）。第62頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五（三）控制措施1） 限制焊接材料中的含硫量。2） 冶金措施：用對(duì)硫親和力比鐵大的元素進(jìn)行脫硫，如RE，Ca，Mg，Mn等。 FeS + Mn (MnS) + Fe 反應(yīng)產(chǎn)物MnS熔

32、點(diǎn)較高（1610），不溶入鋼液，大部分進(jìn)入熔渣。即使留在鋼中也是以球狀彌散分布，故危害較小。第63頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五第四節(jié) 焊縫金屬的合金化一、合金化的目的式1）補(bǔ)償在焊接過(guò)程中合金元素的損失；2）保證焊縫的組織和機(jī)械性能，如加入Ti，B可以細(xì)化組織；3）消除焊接缺陷，如除硫；4）使焊縫金屬具有某種特殊性能，如耐蝕性、耐磨性等。第64頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五二、合金化方式1 通過(guò)焊絲過(guò)渡：均勻、合金燒損少，但成本高、不易調(diào)整。2 合金藥皮：合金元素加到藥皮中，簡(jiǎn)單、成本低，但合金損失大，成分不均勻。3 藥芯焊絲：焊絲內(nèi)包裹合

33、金粉末?？扇我庹{(diào)整成分，損失小，但成本高。4 合金粉末：將合金粉末直接輸入到焊接區(qū)。比例可調(diào)，合金損失小，但均勻性差。5 置換反應(yīng)（氧化）：通過(guò)金屬氧化物還原的方式來(lái)合金化。 (SiO2) Si + O (MnO) Mn +O第65頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五三、合金過(guò)渡系數(shù)及影響因素（1）合金過(guò)渡系數(shù) 合金元素的過(guò)渡系數(shù)等于它在熔敷金屬中實(shí)際含量Cd與它的原始含量Ce之比 一般焊絲過(guò)渡系數(shù) 40%，藥皮過(guò)渡系數(shù) 10%。（2）影響過(guò)渡系數(shù)的因素1） 合金元素的物化性質(zhì)：沸點(diǎn)、對(duì)氧的親和力等。2） 藥皮的氧化勢(shì)、合金元素及其氧化物在藥皮中是否共存，以及合金元素的氧化物與熔渣酸堿度關(guān)系等。第66頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五第五節(jié) 焊接接頭的組織與性能 焊接接頭是由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成第67頁(yè)，共76頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)39分，星期五一、熔池的凝固與焊縫金屬的固態(tài)相變 焊接時(shí)