電子課件-《焊工工藝學(xué)(第四版)》-A02-0830電子課件-焊工工藝學(xué)第五章

第五章金屬熔焊過程§5-1焊條、焊絲及母材的熔化§5-2焊接化學(xué)冶金過程§5-3焊縫結(jié)晶過程§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)§5-5控制和改善焊接接頭性能的方法第五章金屬熔焊過程§5-1焊條、焊絲及母材的熔化§5-1焊條、焊絲及母材的熔化§5-1焊條、焊絲及母材的熔化一、焊接熱源常用的熔焊熱源有電弧熱（電弧焊）、氣體火焰（氣焊）、電阻熱（電渣焊）、等離子?。ǖ入x子弧焊）等。焊接熱源所產(chǎn)生的熱量并不是全部用來加熱和熔化焊條、焊絲及母材的，有一部分熱量損失于周圍介質(zhì)和飛濺中。一、焊接熱源二、焊條、焊絲的加熱及熔化1.電阻加熱（1）限制焊條或焊絲的伸出長度（2）限制焊接電流2.電弧加熱真正使焊條、焊絲熔化的是電弧熱。二、焊條、焊絲的加熱及熔化三、焊條、焊絲金屬向母材的過渡1.熔滴過渡的形式熔滴過渡的形式ａ)滴狀過渡ｂ)短路過渡ｃ)噴射過渡三、焊條、焊絲金屬向母材的過渡熔滴過渡的形式2.熔滴過渡的作用力（1）重力（2）表面張力熔滴的重力和熔滴的表面張力示意圖F1

—熔滴的重力F2—熔滴的表面張力2.熔滴過渡的作用力熔滴的重力和熔滴的表面張力示意圖（3）電磁壓縮力通有相同方向電流的兩根導(dǎo)線的相互作用力電磁力在熔滴上的壓縮作用P—電磁壓縮力（3）電磁壓縮力通有相同方向電流的兩根導(dǎo)線的相互作用力電磁力（4）斑點壓力（5）氣體的吹力斑點壓力阻礙熔滴過渡焊條藥皮形成套筒（4）斑點壓力（5）四、母材的熔化母材上由熔化的焊條、焊絲金屬與母材金屬所組成的具有一定幾何形狀的液體金屬稱為焊接熔池。焊接熔池形狀示意圖四、母材的熔化焊接熔池形狀示意圖§5-2焊接化學(xué)冶金過程§5-2焊接化學(xué)冶金過程一、對焊接區(qū)金屬的保護(hù)焊接過程中，對焊接區(qū)進(jìn)行保護(hù)的目的是防止空氣的有害作用，保證焊縫質(zhì)量。一、對焊接區(qū)金屬的保護(hù)二、焊接化學(xué)冶金過程的特點1.溫度高，溫度梯度大2.熔池體積小，熔池存在時間短3.熔池金屬不斷更新4.反應(yīng)接觸面大、攪拌激烈二、焊接化學(xué)冶金過程的特點三、有害元素對焊縫金屬的作用1.氧對焊縫金屬的作用（1）氧的來源焊接區(qū)的氧氣主要來自電弧中的氧化性氣體（如CO2、O2、H2O等），空氣中氧的侵入，焊劑、藥皮中的高價氧化物和焊件表面的鐵銹、水分等的分解產(chǎn)物。三、有害元素對焊縫金屬的作用（2）氧對焊接質(zhì)量的影響1）焊縫金屬中的氧，不僅會使焊縫中有益元素大量燒損，而且會使焊縫的強度、塑性、硬度和沖擊韌性降低。2）降低焊縫金屬的物理性能和化學(xué)性能。3）在焊縫內(nèi)形成氣孔。4）產(chǎn)生飛濺，影響焊接過程穩(wěn)定。（2）氧對焊接質(zhì)量的影響（3）控制氧的措施1）加強保護(hù)，如采用短弧焊、選用合適的氣體流量等，防止空氣侵入，還可以在惰性氣體保護(hù)或真空保護(hù)下焊接。2）清理焊件及焊絲表面的水分、油污、銹跡，按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條等焊接材料。3）對焊縫脫氧也是行之有效的措施。（3）控制氧的措施（4）焊縫金屬的脫氧1）脫氧劑選擇的原則①脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應(yīng)比被焊金屬的親和力大。②脫氧后的產(chǎn)物應(yīng)不溶于金屬而容易被排入熔渣，且熔點應(yīng)較低，密度應(yīng)比金屬小，易從熔池中上浮入渣。（4）焊縫金屬的脫氧2）焊縫金屬的脫氧途徑①先期脫氧②沉淀脫氧③擴(kuò)散脫氧2）焊縫金屬的脫氧途徑2.氫對焊縫金屬的作用（1）氫的來源壓力為0.1MPa時氫和氮在鐵中的溶解度2.氫對焊縫金屬的作用壓力為0.1MPa時氫和氮在鐵中的（2）氫對焊接質(zhì)量的影響1）形成氣孔2）產(chǎn)生白點和氫脆3）產(chǎn)生冷裂紋（2）氫對焊接質(zhì)量的影響（3）控制氫的措施1）焊前清理干凈焊件及焊絲表面的鐵銹、油污、水分等污物。2）焊前按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條，對氣體保護(hù)焊的保護(hù)氣體進(jìn)行去水、干燥處理。3）盡量選用低氫型焊條，焊接時采用直流反接，短弧操作。4）焊后消氫處理。（3）控制氫的措施3.氮對焊縫金屬的作用（1）氮的來源焊接區(qū)中的氮主要來自周圍空氣。（2）氮對焊接質(zhì)量的影響2）形成氣孔2）影響焊縫的力學(xué)性能3.氮對焊縫金屬的作用（3）控制氮的措施1）加強對焊接區(qū)液態(tài)金屬的保護(hù)，防止空氣中氮的侵入，是控制焊縫中氮含量的主要措施。2）采取正確的焊接工藝措施，如盡量采用短弧焊接，因為電弧越長，氮侵入熔池、越多，焊縫中氮的含量越高。（3）控制氮的措施4.焊縫金屬中硫、磷的危害及控制（1）硫、磷的來源焊縫中的硫、磷主要來自母材、焊絲、藥皮、焊劑等材料。（2）硫、磷的危害4.焊縫金屬中硫、磷的危害及控制（3）脫硫和脫磷的措施1）脫硫的措施①元素脫硫FeS

+Mn

=

Fe

+

MnS②熔渣脫硫FeS+

MnO=

MnS+FeOFeS

+

CaO

=

FeO

+

CaS（3）脫硫和脫磷的措施2）脫磷的措施，焊接過程中脫磷的措施分為兩步：①將P氧化成P2O5，其反應(yīng)式如下：2Fe3P

+5FeO

=

P2O5

+11Fe2Fe2P+5FeO

=

P2O5

+9Fe②利用堿性氧化物與P2O5形成穩(wěn)定的磷酸鹽進(jìn)入熔渣。3CaO＋P2O5＝Ca3P2O84CaO＋P2O5＝Ca4P2O92）脫磷的措施，焊接過程中脫磷的措施分為兩步：（4）酸性焊條和堿性焊條的脫硫和脫磷1）酸性焊條酸性焊條脫硫、脫磷效果較差。2）堿性焊條堿性焊條的脫硫、脫磷能力比酸性焊條強，這是堿性焊條的力學(xué)性能、抗裂性能比酸性焊條強的重要原因。（4）酸性焊條和堿性焊條的脫硫和脫磷四、焊縫金屬合金化1.焊縫金屬合金化的目的（1）補償焊接過程中由于合金元素氧化和蒸發(fā)等造成的損失，以保證焊縫金屬的成分、組織和性能符合預(yù)定的要求。（2）通過向焊縫金屬中滲入母材中不含或少含的合金元素，以滿足焊件對焊縫金屬的特殊要求。（3）消除焊接工藝缺欠，改善焊縫金屬的組織和性能。四、焊縫金屬合金化2.焊縫金屬合金化的方式焊條電弧焊時，焊縫金屬合金化的方式有兩種：一種是通過焊芯（即利用合金鋼焊芯）過渡；另一種是通過焊條藥皮（即將合金成分加在藥皮里）

過渡。這兩種方式還可以同時兼有。2.焊縫金屬合金化的方式§5-3焊縫結(jié)晶過程§5-3焊縫結(jié)晶過程一、焊縫金屬的一次結(jié)晶熔合線上的晶核焊接熔池結(jié)晶過程ａ)開始結(jié)晶ｂ)晶體長大ｃ)柱狀結(jié)晶ｄ)結(jié)晶結(jié)束一、焊縫金屬的一次結(jié)晶熔合線上的晶核焊接熔池結(jié)晶過程二、焊縫結(jié)晶過程中的偏析1.顯微偏析柱狀晶粒生長過程二、焊縫結(jié)晶過程中的偏析柱狀晶粒生長過程2.區(qū)域偏析不同成形系數(shù)焊縫斷面對偏析分布的影響ａ)成形系數(shù)?。?成形系數(shù)大2.區(qū)域偏析不同成形系數(shù)焊縫斷面對偏析分布的影響3.層狀偏析層狀偏析氣孔的分布ａ)焊縫橫斷面ｂ)焊縫縱斷面3.層狀偏析層狀偏析氣孔的分布三、焊縫金屬的二次結(jié)晶三、焊縫金屬的二次結(jié)晶四、焊縫中的夾雜物由焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫金屬中的微觀非金屬雜質(zhì)，稱為夾雜物，焊縫中的夾雜物主要有硫化物和氧化物兩種。四、焊縫中的夾雜物§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)一、熔合區(qū)的組織和性能熔合區(qū)是指在焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。該區(qū)金屬處于部分熔化狀態(tài)（半熔化區(qū)），晶粒非常粗大，冷卻后組織為粗大的過熱組織，塑性、韌性很差。由于熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)不均勻性及組織不均勻性，所以往往是焊接接頭產(chǎn)生裂紋或局部脆性破壞的發(fā)源地，是焊接接頭中性能最差的區(qū)域。一、熔合區(qū)的組織和性能二、焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)曲線Tm—加熱的最高溫度TA—相變溫度tA—相變溫度以上停留的時間二、焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)曲線距焊縫不同距離焊件上各點的熱循環(huán)A—至焊縫軸線10

mm

B—至焊縫軸線11

mmC—至焊縫軸線14

mm

D—至焊縫軸線18mmE—至焊縫軸線25

mm距焊縫不同距離焊件上各點的熱循環(huán)三、焊接熱影響區(qū)的組織和性能不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)1—熔合區(qū)2—過熱區(qū)3—正火區(qū)4—不完全重結(jié)晶區(qū)5—再結(jié)晶區(qū)6—母材三、焊接熱影響區(qū)的組織和性能不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)§5-5控制和改善焊接接頭性能的方法§5-5控制和改善焊接接頭性能的方法一、材料的匹配材料的匹配主要是指焊接材料的選用。對于低碳鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、低溫鋼，一般不要求焊縫金屬與母材成分一樣，而是要求力學(xué)性能與母材相同。對于耐熱鋼和不銹鋼，為保證焊縫具有與母材相近的高溫性能和耐腐蝕性能，其焊接材料的化學(xué)成分應(yīng)與母材大致相同。一、材料的匹配二、控制熔合比熔焊時，被熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比，稱為熔合比。二、控制熔合比熔合比的計算公式為：r

＝Fm

/（Fm＋Ft）式中r——熔合比；

Fm

——熔化的母材金屬的橫截面積；Ft——焊縫中填充金屬的橫截面積。熔合比的計算公式為：三、焊接工藝方法的選用1.氣焊氣焊的機械保護(hù)效果較差，合金元素?zé)龘p較大，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量也較高。2.焊條電弧焊焊條電弧焊機械保護(hù)效果較好，合金元素?zé)龘p較少，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量較低。三、焊接工藝方法的選用3.埋弧焊埋弧焊的機械保護(hù)效果也較好，合金元素?zé)龘p較少，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量也較低。4.手工鎢極氬弧焊手工鎢極氬弧焊由于采用氬氣保護(hù)，保護(hù)效果好，合金元素基本沒有燒損，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量極少，焊縫金屬純凈。5.CO2氣體保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊采用氧化性氣體CO2進(jìn)行保護(hù)，對合金元素?zé)龘p較多，故需采用含硅、錳較多的焊絲。3.埋弧焊四、焊接熱輸入及焊接參數(shù)的選用1.焊接參數(shù)對焊接接頭性能的影響及控制2.焊接熱輸入對焊接接頭性能的影響及控制五、焊接工藝措施焊接工藝措施很多，有焊接操作技術(shù)、焊前預(yù)熱、焊后后熱、焊后熱處理等，焊接操作技術(shù)包括單道焊法、多層多道焊法、不擺動焊法和擺動焊法等，這些工藝措施對焊接接頭的性能都有較大影響。四、焊接熱輸入及焊接參數(shù)的選用第五章金屬熔焊過程§5-1焊條、焊絲及母材的熔化§5-2焊接化學(xué)冶金過程§5-3焊縫結(jié)晶過程§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)§5-5控制和改善焊接接頭性能的方法第五章金屬熔焊過程§5-1焊條、焊絲及母材的熔化§5-1焊條、焊絲及母材的熔化§5-1焊條、焊絲及母材的熔化一、焊接熱源常用的熔焊熱源有電弧熱（電弧焊）、氣體火焰（氣焊）、電阻熱（電渣焊）、等離子?。ǖ入x子弧焊）等。焊接熱源所產(chǎn)生的熱量并不是全部用來加熱和熔化焊條、焊絲及母材的，有一部分熱量損失于周圍介質(zhì)和飛濺中。一、焊接熱源二、焊條、焊絲的加熱及熔化1.電阻加熱（1）限制焊條或焊絲的伸出長度（2）限制焊接電流2.電弧加熱真正使焊條、焊絲熔化的是電弧熱。二、焊條、焊絲的加熱及熔化三、焊條、焊絲金屬向母材的過渡1.熔滴過渡的形式熔滴過渡的形式ａ)滴狀過渡ｂ)短路過渡ｃ)噴射過渡三、焊條、焊絲金屬向母材的過渡熔滴過渡的形式2.熔滴過渡的作用力（1）重力（2）表面張力熔滴的重力和熔滴的表面張力示意圖F1

—熔滴的重力F2—熔滴的表面張力2.熔滴過渡的作用力熔滴的重力和熔滴的表面張力示意圖（3）電磁壓縮力通有相同方向電流的兩根導(dǎo)線的相互作用力電磁力在熔滴上的壓縮作用P—電磁壓縮力（3）電磁壓縮力通有相同方向電流的兩根導(dǎo)線的相互作用力電磁力（4）斑點壓力（5）氣體的吹力斑點壓力阻礙熔滴過渡焊條藥皮形成套筒（4）斑點壓力（5）四、母材的熔化母材上由熔化的焊條、焊絲金屬與母材金屬所組成的具有一定幾何形狀的液體金屬稱為焊接熔池。焊接熔池形狀示意圖四、母材的熔化焊接熔池形狀示意圖§5-2焊接化學(xué)冶金過程§5-2焊接化學(xué)冶金過程一、對焊接區(qū)金屬的保護(hù)焊接過程中，對焊接區(qū)進(jìn)行保護(hù)的目的是防止空氣的有害作用，保證焊縫質(zhì)量。一、對焊接區(qū)金屬的保護(hù)二、焊接化學(xué)冶金過程的特點1.溫度高，溫度梯度大2.熔池體積小，熔池存在時間短3.熔池金屬不斷更新4.反應(yīng)接觸面大、攪拌激烈二、焊接化學(xué)冶金過程的特點三、有害元素對焊縫金屬的作用1.氧對焊縫金屬的作用（1）氧的來源焊接區(qū)的氧氣主要來自電弧中的氧化性氣體（如CO2、O2、H2O等），空氣中氧的侵入，焊劑、藥皮中的高價氧化物和焊件表面的鐵銹、水分等的分解產(chǎn)物。三、有害元素對焊縫金屬的作用（2）氧對焊接質(zhì)量的影響1）焊縫金屬中的氧，不僅會使焊縫中有益元素大量燒損，而且會使焊縫的強度、塑性、硬度和沖擊韌性降低。2）降低焊縫金屬的物理性能和化學(xué)性能。3）在焊縫內(nèi)形成氣孔。4）產(chǎn)生飛濺，影響焊接過程穩(wěn)定。（2）氧對焊接質(zhì)量的影響（3）控制氧的措施1）加強保護(hù)，如采用短弧焊、選用合適的氣體流量等，防止空氣侵入，還可以在惰性氣體保護(hù)或真空保護(hù)下焊接。2）清理焊件及焊絲表面的水分、油污、銹跡，按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條等焊接材料。3）對焊縫脫氧也是行之有效的措施。（3）控制氧的措施（4）焊縫金屬的脫氧1）脫氧劑選擇的原則①脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應(yīng)比被焊金屬的親和力大。②脫氧后的產(chǎn)物應(yīng)不溶于金屬而容易被排入熔渣，且熔點應(yīng)較低，密度應(yīng)比金屬小，易從熔池中上浮入渣。（4）焊縫金屬的脫氧2）焊縫金屬的脫氧途徑①先期脫氧②沉淀脫氧③擴(kuò)散脫氧2）焊縫金屬的脫氧途徑2.氫對焊縫金屬的作用（1）氫的來源壓力為0.1MPa時氫和氮在鐵中的溶解度2.氫對焊縫金屬的作用壓力為0.1MPa時氫和氮在鐵中的（2）氫對焊接質(zhì)量的影響1）形成氣孔2）產(chǎn)生白點和氫脆3）產(chǎn)生冷裂紋（2）氫對焊接質(zhì)量的影響（3）控制氫的措施1）焊前清理干凈焊件及焊絲表面的鐵銹、油污、水分等污物。2）焊前按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條，對氣體保護(hù)焊的保護(hù)氣體進(jìn)行去水、干燥處理。3）盡量選用低氫型焊條，焊接時采用直流反接，短弧操作。4）焊后消氫處理。（3）控制氫的措施3.氮對焊縫金屬的作用（1）氮的來源焊接區(qū)中的氮主要來自周圍空氣。（2）氮對焊接質(zhì)量的影響2）形成氣孔2）影響焊縫的力學(xué)性能3.氮對焊縫金屬的作用（3）控制氮的措施1）加強對焊接區(qū)液態(tài)金屬的保護(hù)，防止空氣中氮的侵入，是控制焊縫中氮含量的主要措施。2）采取正確的焊接工藝措施，如盡量采用短弧焊接，因為電弧越長，氮侵入熔池、越多，焊縫中氮的含量越高。（3）控制氮的措施4.焊縫金屬中硫、磷的危害及控制（1）硫、磷的來源焊縫中的硫、磷主要來自母材、焊絲、藥皮、焊劑等材料。（2）硫、磷的危害4.焊縫金屬中硫、磷的危害及控制（3）脫硫和脫磷的措施1）脫硫的措施①元素脫硫FeS

+Mn

=

Fe

+

MnS②熔渣脫硫FeS+

MnO=

MnS+FeOFeS

+

CaO

=

FeO

+

CaS（3）脫硫和脫磷的措施2）脫磷的措施，焊接過程中脫磷的措施分為兩步：①將P氧化成P2O5，其反應(yīng)式如下：2Fe3P

+5FeO

=

P2O5

+11Fe2Fe2P+5FeO

=

P2O5

+9Fe②利用堿性氧化物與P2O5形成穩(wěn)定的磷酸鹽進(jìn)入熔渣。3CaO＋P2O5＝Ca3P2O84CaO＋P2O5＝Ca4P2O92）脫磷的措施，焊接過程中脫磷的措施分為兩步：（4）酸性焊條和堿性焊條的脫硫和脫磷1）酸性焊條酸性焊條脫硫、脫磷效果較差。2）堿性焊條堿性焊條的脫硫、脫磷能力比酸性焊條強，這是堿性焊條的力學(xué)性能、抗裂性能比酸性焊條強的重要原因。（4）酸性焊條和堿性焊條的脫硫和脫磷四、焊縫金屬合金化1.焊縫金屬合金化的目的（1）補償焊接過程中由于合金元素氧化和蒸發(fā)等造成的損失，以保證焊縫金屬的成分、組織和性能符合預(yù)定的要求。（2）通過向焊縫金屬中滲入母材中不含或少含的合金元素，以滿足焊件對焊縫金屬的特殊要求。（3）消除焊接工藝缺欠，改善焊縫金屬的組織和性能。四、焊縫金屬合金化2.焊縫金屬合金化的方式焊條電弧焊時，焊縫金屬合金化的方式有兩種：一種是通過焊芯（即利用合金鋼焊芯）過渡；另一種是通過焊條藥皮（即將合金成分加在藥皮里）

過渡。這兩種方式還可以同時兼有。2.焊縫金屬合金化的方式§5-3焊縫結(jié)晶過程§5-3焊縫結(jié)晶過程一、焊縫金屬的一次結(jié)晶熔合線上的晶核焊接熔池結(jié)晶過程ａ)開始結(jié)晶ｂ)晶體長大ｃ)柱狀結(jié)晶ｄ)結(jié)晶結(jié)束一、焊縫金屬的一次結(jié)晶熔合線上的晶核焊接熔池結(jié)晶過程二、焊縫結(jié)晶過程中的偏析1.顯微偏析柱狀晶粒生長過程二、焊縫結(jié)晶過程中的偏析柱狀晶粒生長過程2.區(qū)域偏析不同成形系數(shù)焊縫斷面對偏析分布的影響ａ)成形系數(shù)?。?成形系數(shù)大2.區(qū)域偏析不同成形系數(shù)焊縫斷面對偏析分布的影響3.層狀偏析層狀偏析氣孔的分布ａ)焊縫橫斷面ｂ)焊縫縱斷面3.層狀偏析層狀偏析氣孔的分布三、焊縫金屬的二次結(jié)晶三、焊縫金屬的二次結(jié)晶四、焊縫中的夾雜物由焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫金屬中的微觀非金屬雜質(zhì)，稱為夾雜物，焊縫中的夾雜物主要有硫化物和氧化物兩種。四、焊縫中的夾雜物§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)一、熔合區(qū)的組織和性能熔合區(qū)是指在焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。該區(qū)金屬處于部分熔化狀態(tài)（半熔化區(qū)），晶粒非常粗大，冷卻后組織為粗大的過熱組織，塑性、韌性很差。由于熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)不均勻性及組織不均勻性，所以往往是焊接接頭產(chǎn)生裂紋或局部脆性破壞的發(fā)源地，是焊接接頭中性能最差的區(qū)域。一、熔合區(qū)的組織和性能二、焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)曲線Tm—加熱的最高溫度TA—相變溫度tA—相變溫度以上停留的時間二、焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)曲線距焊縫不同距離焊件上各點的熱循環(huán)A—至焊縫軸線10

mm

B—至焊縫軸線11

mmC—至焊縫軸線14

mm

D—至焊縫軸線18mmE—至焊縫軸線25

mm距焊縫不同距離焊件上各點的熱循環(huán)三、焊接熱影響區(qū)的組織和性能不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)