2023年焊接冶金學(xué)(基本原理)

〔完整〕焊接冶金學(xué)(根本原理)〔完整〕焊接冶金學(xué)(根本原理)〔完整〕焊接冶金學(xué)(根本原理)編輯整理：敬重的讀者朋友們：〔完整的源泉，前進(jìn)的動力。本文可編輯可修改，假設(shè)覺得對您有幫助請保藏以便隨時查閱，最終祝您生活快活業(yè)績進(jìn)步，以下為〔完整〕焊接冶金學(xué)(根本原理)的全部內(nèi)容。緒論一、焊接過程的物理本質(zhì)1。焊接：被焊工件的材質(zhì)〔同種或異種)，通過加熱或加壓或二者并用,并且用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)到達(dá)原子問的結(jié)合而形成永久性連接的工藝過程稱為焊接.物理本質(zhì):1〕宏觀:焊接接頭破壞需要外加能量和焊接的的不行拆卸性〔永久性〕2〕微觀：焊接是在焊件之間實現(xiàn)原子間結(jié)合.2.怎樣才能實現(xiàn)焊接，應(yīng)有什么外界條件？從理論來講，就是當(dāng)兩個被焊好的固體金屬外表接近到相距原子平衡距離時，就可以在接觸外表上進(jìn)展集中、再結(jié)晶等物理化學(xué)過程，從而形成金屬鍵，到達(dá)焊接的目的.然而，這只是一般金屬的外表上還常常帶有氮化膜、油污和水分等吸附層。這樣，就會阻礙金屬外表的嚴(yán)密接觸。為了抑制阻礙金屬外表嚴(yán)密接觸的各種因素，在焊接工藝上實行以下兩種措施：對被焊接的材質(zhì)施加壓力目的是破壞接觸外表的氧化膜,使結(jié)合處增加有效的接觸面積，從而到達(dá)嚴(yán)密接觸。對被焊材料加熱〔局部或整體〕對金屬來講,使結(jié)合處到達(dá)塑性或熔化狀態(tài)，此時接觸面的氧化膜快速破壞,降低金屬變形的阻力，加熱也會增加原于的振動能，促進(jìn)集中、再結(jié)晶、化學(xué)反響和結(jié)晶過程的進(jìn)展。二、焊接熱源的種類及其特征電弧熱：利用氣體介質(zhì)放電過程所產(chǎn)生的熱能作為焊接熱源。化學(xué)熱：利用可燃和助燃?xì)怏w或鋁、鎂熱劑進(jìn)展化學(xué)反響時所產(chǎn)生的熱能作為熱源。3〕電阻熱:利用電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的電阻熱作為熱源。高頻感應(yīng)熱:對于有磁性的金屬材料可利用高頻感應(yīng)所產(chǎn)生的二次電流作為熱源,在局部集中加熱，實現(xiàn)高速焊接。如高頻焊管等。摩擦熱：由機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的熱能作為熱源。等離子焰：電弧放電或高頻放電產(chǎn)生高度電離的離子流，它本身攜帶大量的熱能和動能，利用這種能量進(jìn)展焊接。電子束：利用高壓高速運(yùn)動的電子在真空中猛烈轟擊金屬局部外表，使這種動能轉(zhuǎn)化為熱能作為熱源。激光束：通過受激輻射而使放射增加的光即激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生能量高度集中的激光束作為熱源。三、熔焊加熱特點及焊接接頭的形成(一)焊件上加熱區(qū)的能量分布熱源把熱能傳給焊件是通過焊件上確定的作用面積進(jìn)展的。對于電弧焊來講，這個作用面積稱為加熱區(qū)，加熱區(qū)又可分為加熱斑點區(qū)和活性斑點區(qū);活性斑點區(qū)活性斑點區(qū)是帶電質(zhì)點(電子和離于〕集中轟擊的部位，并把電能轉(zhuǎn)為熱能；加熱斑點區(qū)在加熱斑點區(qū)焊件受熱是通過電弧的輻射和四周介質(zhì)的對流進(jìn)展的。在該區(qū)內(nèi)熱量的分布是不均勻的,中心高，邊緣低，如同立體高斯錐體。(二〕焊接接頭的形成：熔焊時焊接接頭的形成，一般都要經(jīng)受加熱、熔化、冶金反響、凝固結(jié)晶、固態(tài)相變，直至形成焊接接頭?！瞝〕焊接熱過程：熔焊時被焊金屬在熱源作用下發(fā)生局部受熱和熔化，使整個焊接過程自始至終都是在焊接熱過程中發(fā)生和進(jìn)展的.它與冶金反響、凝固結(jié)晶和固態(tài)相變、焊接溫度場和應(yīng)力變形等均有親熱的關(guān)系?！?氧化、復(fù)原、脫硫、脫磷、摻合金等。這些冶金反響可直接影響到焊縫的成分、組織和性能?！蔡岣吆缚p的強(qiáng)韌性：1〔Ti、Mo、Nb、VZrB和稀土等〕進(jìn)展變質(zhì)處理，從而提高焊縫的韌性；2適當(dāng)降低焊縫中的碳，并最大限度排解焊縫中的硫、磷、氧、氮、氫等雜質(zhì)進(jìn)展凈化焊縫，也可提高焊縫的韌性〕〔3〕焊接時的金屬凝固結(jié)晶和相變過程：隨著熱源離開，經(jīng)過化學(xué)冶金反響的熔池金屬就開頭凝固結(jié)晶，金屬原子由近程有序排列轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程有序排列，即由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。對于具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬，隨溫度下降，將發(fā)生固態(tài)相變。因焊接條件下是快速連續(xù)冷卻,并受局部拘束應(yīng)力的作用，因此，可能產(chǎn)生偏析、夾雜、氣孔、熱裂紋、冷裂紋、脆化等缺陷.故而把握和調(diào)整焊縫金屬的凝固和相變過程，就成為保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。由此看來,焊接接頭是由兩局部所組成，即焊縫和熱影響區(qū)，其間有過渡區(qū)，稱為熔合區(qū)。焊接時除必需保證焊縫金屬的性能之外,還必需保證焊接熱影響區(qū)的性能。四、焊接溫度場：〔一〕為主，而母材和焊條〔焊絲)獲得熱能之后,熱的傳播則是以熱傳導(dǎo)為主.焊接傳熱過程所爭論的內(nèi)容主要是焊件上的溫度分布及其隨時間的溫度變化何題，因爭論焊接溫度場，是以熱傳導(dǎo)為主，適當(dāng)考慮輻射和對流的作用。〔二〕焊接溫度場的一般特征：焊接時焊件上各點的溫度每一瞬時都在變化，而且是有規(guī)律地變化。焊件上〔包括內(nèi)部)某瞬時的溫度分布稱為“溫度場。焊接溫度場的分布狀況可以用等溫線或等溫面表示。所謂等溫線或等溫面，就是把焊件上瞬時溫度一樣的各點連接在一起,成為一條線或一個面。各個等溫線或等溫面彼此之間不能相交，而存在確定的溫度差，這個溫度差的大小可以用溫度梯度來表示。焊接溫度場各點的溫度不隨時間而變動時，稱為穩(wěn)定溫度場；隨時間而變動時，稱為非穩(wěn)定溫度場。在絕大多數(shù)狀況下，焊件上各點的溫度是隨時間變動的，因此焊接溫度場應(yīng)屬非穩(wěn)定溫度場。恒定熱功率的熱源固定作用在焊件上時〔相當(dāng)于補(bǔ)焊缺陷的狀況)，開頭一段時間內(nèi)，溫度是非穩(wěn)定的．但經(jīng)過一段時間之后便到達(dá)了飽和狀態(tài)，形成了臨時穩(wěn)定的溫度場〔即各點的溫度不隨時間而變，把這種狀況稱為準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場。對于正常焊接條件下的移動熱源，經(jīng)過確定時間之后，焊件上同樣會形成準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場,這時度場與熱源以同樣的速度跟蹤.假設(shè)承受移動坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點與熱源中心重合，則焊件上各點的溫度只取決于這個系統(tǒng)的空間坐標(biāo),而與熱源的移動距離和速度無關(guān)。〔三〕影響溫度場的因素：(l)熱源的性質(zhì): 一般電弧焊的條件下，25mm以上的鋼板就可以認(rèn)為是點狀熱源，而100mm以上的厚鋼板電渣焊時卻是線狀熱源。電子束和激光焊接時，熱能極其集中,所以溫度場的范圍很小；而氣焊時，熱源作用的面積較大，因此溫度場的范圍也大?！?)焊接線能量〔3〕被焊金屬的熱物理性質(zhì)〔l熱導(dǎo)率：表示金屬導(dǎo)熱的力氣，它的物理意義是在單位時間內(nèi)，沿法線方向單位距離相差l℃時經(jīng)過單位面積所傳遞的熱能.2比11℃3容積比熱容:單位體積物質(zhì)每上升1℃所需的熱量稱為容積比熱容，用cρ表示。4)熱集中率：熱集中率是表示溫度傳播的速度.5熱焓〔H6外表散熱系數(shù)：外表散熱系數(shù)的物理意義是散熱體外表與四周介質(zhì)每相差1℃時,在單位時間內(nèi)單位面積所散失的熱量。依據(jù)當(dāng)焊接不銹鋼和耐熱鋼時，所選用的焊接線能量〔q／v〕應(yīng)比焊接低碳鋼時要小。相〕4)焊件的板厚及外形:〔l2〕第一章焊接化學(xué)冶金：在熔焊過程中,焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用的過程，稱為焊接化學(xué)冶金過程。它主要爭論在各種焊接工藝條件下，冶金反響與焊縫金屬成分、性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。要求，設(shè)計制造的焊接材料。第一節(jié)焊接化學(xué)冶金過程的特點一、焊條熔化及熔池形成：〔1.焊條的加熱:電弧焊時用于加熱和熔化焊條(或焊絲的熱能有：電阻熱、電弧熱和化學(xué)反響熱。在使用大電流密度焊接時，由于電阻熱過大，焊芯和藥皮的溫形變壞，甚至產(chǎn)生氣孔等缺陷．用不銹鋼焊條焊接時,這種現(xiàn)象更為突出．因此，手工電弧焊時，應(yīng)嚴(yán)格限制焊芯和藥皮的加熱溫度。焊條金屬的平均熔化速度：在單位時間內(nèi)熔化的焊芯質(zhì)量或長度稱為焊條金屬的平均熔化速度.試驗說明，在正常的焊接工藝參數(shù)范圍內(nèi),焊條金屬的平均熔化速度與焊接電流成正比.在焊接過程中并非全部熔化的焊條金屬都進(jìn)入了熔池形成焊縫，而是有一局部損失.通常把單位時間內(nèi)真正進(jìn)入焊縫金屬的那一局部金屬的質(zhì)量叫平均熔敷速度。在焊接過程中由于飛濺、氧化和蒸發(fā)損失的那一局部金屬質(zhì)量與熔化的焊芯質(zhì)量之比,稱為損失系數(shù).熔敷系數(shù)是真正反映焊接生產(chǎn)率的指標(biāo)。焊條金屬熔滴及其過渡特性：在電弧熱的作用下，焊條端部熔化形成的滴狀液態(tài)金屬稱為熔滴?！瞝)熔滴過渡的形式：用藥皮焊條焊接時，主要有三種過渡形式:短路過渡、顆粒狀過渡和附壁過渡。短路過渡的過程是：在短弧焊時焊條端部的熔滴長大到確定的尺寸就與熔池發(fā)生接觸，形成短路，于是電弧熄滅．同時在各種力的作用下熔滴過渡到熔池中,電弧重引燃．如此重復(fù)這一過程，形成穩(wěn)定的短路過渡過程.顆粒狀過渡過程是；當(dāng)電弧的長度足夠長時，焊條端部的熔滴長大到較大的尺寸,然后在各種力的作用下,以顆粒狀落入熔池，此時不發(fā)生短路,接著進(jìn)展下一個過渡周期。附壁過渡是指熔滴沿著焊條端部的藥皮套簡壁向熔池過渡的形式。溶滴的過渡形式、尺寸和過渡頻率取決于藥皮的成分與厚度、焊芯直徑、焊接電流和極性等因素。一般講，堿性焊條在較大的焊接電流范圍內(nèi)主要是短路過渡和大顆粒狀過渡。用酸性焊條焊接時為細(xì)顆粒狀過渡和附壁過渡.〔2〕熔滴的比外表積和相互作用時間:焊接時金屬與熔渣和氣體的相互作用屬于高溫多相反響，因此熔滴的比外表積和它與四周介質(zhì)相互作用的時間，對熔滴階段的冶金反響有很大的影響。熔滴越細(xì)其比外表積越大。因此，但凡能使熔滴變細(xì)的因素,如增大焊接電流或在藥皮中參與外表活性物質(zhì)等，都能使熔滴的比外表積增大，從而有利于加強(qiáng)冶金反響.(3〕熔滴的溫度：熔滴的溫度是爭論熔滴階段各種物理化學(xué)反響時不行缺少的重要參數(shù)。試驗說明,熔滴的平均溫度隨焊接電流的增加而上升，隨焊絲直徑的增加而降低。最終應(yīng)指出,藥皮熔化后形成的熔渣也向熔池過渡，有兩種過渡形式：一是以薄膜的形式包在熔滴外面或夾在時才會消滅其次種過渡形式.〔二〕熔池的形成：熔焊時，在熱源的作用下焊條熔化的同時被焊金屬也發(fā)生局部熔化。母材上由熔化的焊條金屬與局部熔化的母材所組成的具有確定幾何外形的液體金屬叫熔池。如焊接時不填充金屬，則熔池僅由局部熔化的母材組成.熔池的外形和尺寸:熔池的形成需要確定的時間，這段時間叫作過渡時期。經(jīng)過過渡時期以后就進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)定時期，這時熔池的外形、尺寸和質(zhì)量不再變化，只取決子母材的種類和焊接工藝條件,并隨熱源作同步運(yùn)動。熔池的寬度和深度是沿X軸連續(xù)變化的．在一般狀況下,隨著BHBH小。熔池的上外表積取決于焊接方法和焊接工藝參數(shù)，比熔滴的比外表積小。2。熔池的質(zhì)量和存在時間：溶池在液態(tài)存在的最大時間取決于溶池的長度Lv。熔池中各種物化反響的時間是短暫的,然而比熔滴階段長。3。熔池的溫度：在熔池內(nèi)的溫度分布是不均勻的,在熔池的前部，輸入的熱量大于散失的熱量,所以隨熱源的移動，母材不斷熔化。處于電弧下面的熔池表而〔熔池中部〕溫度最高。熔池后部的溫度漸漸下降，由于此處輸入的熱量小于散失的熱量，所以不斷發(fā)生金屬的凝固。熔池的平均溫度主要取決于母材的性質(zhì)和散熱的條件。4。熔池中流體的運(yùn)動狀態(tài)：熔池中的液體金屬在各種力的作用下，將發(fā)生猛烈的運(yùn)動，正是這種運(yùn)動使得熔池中的熱量和質(zhì)量的傳輸過程得以進(jìn)展。熔化的母材由熔池前部沿結(jié)晶前沿的彎曲外表對熔池的后部運(yùn)動。而在熔池的外表上，液態(tài)金屬由熔池的后部向中心運(yùn)動.爭論說明,焊接工藝參數(shù)、焊接材料的成分、電極直徑及其傾斜角度、饋電位置等都對熔池中的運(yùn)動狀態(tài)有很大的影響。熔池的作用：熔池中液態(tài)金屬的猛烈適動，使熔化的母材和焊條金屬能夠很好的混合,形成成分均勻的焊縫金屬。其次，熔池中的運(yùn)動有利于氣體和非金屬夾雜物的外逸，加速冶金反響，消退焊接缺陷(如氣孔)，提高焊接質(zhì)量。二、焊接過程中對金屬的保護(hù)：〔一〕保護(hù)的必要性：為了提高焊縫金屬的質(zhì)量,把熔焊方法用于制造重要構(gòu)造，就必需盡量削減焊縫金屬中有害雜質(zhì)的含量和有益合金元素的損失，使焊縫金屬得到適宜的化學(xué)成分。因此,焊接化學(xué)冶金的首要任務(wù)就是對焊接區(qū)內(nèi)的金屬加強(qiáng)保護(hù)，以免受空氣的有害作用?！不院笮纬傻娜墼綦x空氣保護(hù)金屬的，焊劑的保護(hù)效果取決于焊劑的粒度和構(gòu)造。多孔性的，焊劑的粒度越大，其松裝密度(單位體積內(nèi)焊劑的質(zhì)量〕越小，透氣性越大，焊縫金屬中含氮量越多,說明保護(hù)效果越差。但是不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為焊劑的松裝密度越大越好。由于當(dāng)熔池中有大量氣體析出時，假設(shè)松裝密度過大,則透氣性過小，將阻礙氣體外逸，促使焊縫中形成氣孔，使焊縫外表消滅壓坑等缺陷，所以焊劑應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)耐笟庑浴Ｂ窕『副仁止る娀『傅谋Ｗo(hù)效果好。氣體保護(hù)焊的保護(hù)效果取決于保護(hù)氣的性質(zhì)與純度、焊炬的構(gòu)造、氣流的特性等因素。一般來說，惰性氣體〔氫、氦等)的保護(hù)效果是比較好的，因此適用于焊接合金鋼和化學(xué)活性金屬及其合金。焊條藥皮和焊絲藥芯一般是由造氣劑、造渣劑和鐵合金等組成的．這些物質(zhì)在焊接過程中能形成渣一氣聯(lián)合保護(hù)。造渣劑熔化以后形成熔渣，掩蓋在熔滴和熔池的外表上將空氣隔開.熔渣要是有機(jī)物和碳酸鹽等)受熱以后分解，析出大量氣體。這些氣體在藥皮套簡中被電弧加熱膨量保護(hù)的好壞。隨著藥芯焊絲中保護(hù)材料含量的增加，熔敷金屬中的含氮量削減。過分增加其含量，則藥芯的熔化將落后于金屬外皮,從而使保護(hù)效果變壞。焊條熔化時析出的氣體數(shù)量越多，熔敷金屬中的含氮量越少。自保護(hù)焊是利用特制的實心或藥芯光焊絲在空氣中焊接的一種方法.它不是利用機(jī)械隔離空氣的方法來保護(hù)金屬，而是在焊絲或藥芯中參與脫氧和脫氮劑,使由空氣進(jìn)入熔化金屬中的氧和氮進(jìn)入熔渣中,故稱自保護(hù)。三、焊接化學(xué)冶金反響區(qū)及其反響條件:不同焊接方法有不同的反響區(qū)。手工電弧焊時有三個反響區(qū)藥皮反響區(qū)、熔滴反響區(qū)和熔池反響區(qū)；熔化極氣體保護(hù)焊時，只有熔滴和熔池地帶反響區(qū)；不填充金屬的氣焊、鎢極氬弧焊和電子束焊接只有一個熔池反響區(qū)。現(xiàn)以手工電弧焊為例加以爭論?！惨弧乘幤し错憛^(qū)：在該區(qū)內(nèi)的主要物化反響有：水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解和鐵合金的氧成CO、CO2、H2等氣體．某些焊條中的碳酸鹽和高價氧化物也發(fā)生分解，形成CO2、O2等氣體。上述物化反響產(chǎn)生的大量氣體,一方面對熔化金屬有機(jī)械保護(hù)作用，另一方面對被焊金屬和藥皮中的鐵合金〔如錳鐵、硅鐵和鈦鐵等)有很大的氧化作用．試驗說明,溫度高于600℃就會發(fā)生鐵合金的明顯氧化,結(jié)果使氣相的氧化性大大下降.這個過程即所謂“先期脫氧“。藥皮反響階段可視為預(yù)備階段。由于這一階段反響的產(chǎn)物可作為熔滴和熔池階段的反響物，所以它對整個焊接化學(xué)冶金過程和焊接質(zhì)量有確定的影響。(二〕熔滴反響區(qū):從熔滴形成、長大到過渡至熔池中都屬于熔滴反響區(qū).從反響條件看,這個區(qū)有以下特點：1。熔滴的溫度高 2.熔滴與氣體和熔渣的接觸面積大 3.各相之間的反響時間〔接觸時間)短〔熔滴階段的反響主要是在焊條末端進(jìn)展的〕4。熔滴與熔渣發(fā)生猛烈的混合。所以冶金反響最猛烈，很多反響可到達(dá)接近終了的程度，因而對焊縫成分影響最大。在熔滴反響區(qū)進(jìn)展的主要物化反響有：氣體的分解和溶解、金屬的蒸發(fā)、金屬及其合金成分的氧化和復(fù)原，以及焊縫金屬的合金化等.〔三〕熔池反響區(qū)：熔滴和熔渣落入熔池后，各相之間進(jìn)一步發(fā)生物化反響,直至金屬凝固，形成焊縫金屬.l。熔池反響區(qū)的物理條件：與熔滴相比,熔池的平均溫度較低,比外表積較小，反響時間稍長些。熔池的突出特點之一是溫度分布極不均勻,因此在熔池的前部和后部反響可以同時向相反的方向進(jìn)展。例如在熔池的前部發(fā)生金屬的熔化、氣體的吸取,并有利于進(jìn)展吸熱反響；而在溶池的后部卻發(fā)生金屬的凝固、氣體的逸出,并有利于進(jìn)展放熱反響。此外，熔池中的猛烈運(yùn)動，有助于加快反響速度，并為氣體和非金屬夾雜物的外逸制造了有利條件．2。熔池反響區(qū)的化學(xué)條件:熔池反響區(qū)的化學(xué)條件與熔滴反響區(qū)也有所不同。首先，熔池階反響速度比熔滴中要小。其次，當(dāng)藥皮重量系數(shù)Kb(單位長度上藥皮與焊芯的質(zhì)量比)較大時,參與和熔池金屬作用的熔渣數(shù)量比參與和熔滴金屬作用的數(shù)量多。由于K。大時有一局部熔渣直接流入熔池,而不與熔滴發(fā)生作用，這必定給冶金反響帶來影響．例如,用具有氧化型藥皮的焊條焊接時，隨著Kb〔即硅的氧化損失增加)。但當(dāng)Kb>=18〔相當(dāng)藥皮厚度為1mm)時，熔滴中硅的氧化損失趨于穩(wěn)定，面熔池中依靠沒有與熔滴接觸的那一局部溶渣使硅連續(xù)氧化。因此可以認(rèn)為存在一個臨界藥皮厚度hh。以外的藥皮所形成的熔渣不與熔滴接觸,只與熔池發(fā)生作用．由此可知增加藥皮厚度能夠加強(qiáng)熔池階段的反響.k.取決于藥皮的成分和焊接工藝參數(shù)。最終熔池反響區(qū)的反響物質(zhì)是不斷更的。熔化的母材、焊芯和藥皮不斷進(jìn)入熔池的前部，凝固的金屬和熔渣不斷從熔池后部退出反響區(qū)。在焊接標(biāo)準(zhǔn)恒定的狀況下，這種物質(zhì)的更替過程可以到達(dá)相對穩(wěn)定狀態(tài),從而得到成分均勻的焊縫金屬。由上述熔池反響區(qū)的物理、化學(xué)條件可以得出結(jié)論：熔池階段的反響速度比熔滴階段小，并且一點．但是在某些狀況下〔如大厚度藥皮〕,熔池中的反響也有相當(dāng)大的奉獻(xiàn)?？傊?，焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域連續(xù)進(jìn)展的.在熔滴階段進(jìn)展的反響多數(shù)在熔池階段將連續(xù)進(jìn)展，但也有四、焊接工藝條件與化學(xué)冶金反響的關(guān)系：焊接化學(xué)冶金過程與焊接工藝條件有親熱的聯(lián)系。轉(zhuǎn)變焊接工藝條件(如焊接方法、焊接工藝參數(shù)等)必定引起冶金反響條件〔反響物的種類、數(shù)量、濃度、溫度、反響時間等)的變化,因而也就影響到冶金反響的過程．這種影響可歸結(jié)為以下兩個方面?！惨弧橙酆媳鹊挠绊懀阂话闳酆笗r,焊縫金屬是由填充金屬和局部熔化的母材組成的。在焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例稱為熔合比.熔合比取決于焊接方法、標(biāo)準(zhǔn)、接頭形式和板厚、坡口角度和形式、母材性質(zhì)、焊接材料種類以及焊條(焊絲〕的傾角等因素。當(dāng)母材和填充金屬的成分不同時,熔合比對焊縫金屬的成分有很大的影響.假設(shè)焊接時合金元素沒有任何損失，則這時焊縫金屬中的合金元素濃度稱為原始濃度。通過轉(zhuǎn)變?nèi)酆媳瓤梢赞D(zhuǎn)變和性能的穩(wěn)定性,必需嚴(yán)格把握焊接工藝條件，使熔合比穩(wěn)定、合理。在堆焊時，總是調(diào)整焊接標(biāo)準(zhǔn)使熔合比盡可能的小，以削減母材成分對堆焊層性能的影響.在焊接異種鋼時，熔合比對焊縫金屬成分和性能的影響甚大，因此要依據(jù)熔合比選擇焊接材料?！捕橙鄣芜^渡特性的影響：焊接工藝參數(shù)對熔滴過渡恃性有很大影響,因此對冶金反響也必定發(fā)生影響.試驗說明，熔滴階段的反響時間〔或熔滴存在的時間〕隨著焊接電流的增加而變短,隨著電弧電壓的增加而變長．所以，可以斷定反響進(jìn)展的程度將隨電流的增加而減小，隨電壓的增加而增大。CO2過渡頻率增加，氧化反響的時間變短，硅的氧化損失率減?。黾与娀‰妷海趸错懙臅r間增長，硅的損失率增大。此外，短路過渡比大顆粒過渡時硅的損失小,緣由是短路過渡時熔滴與CO2，的反響時間較短。五、焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)及其不平衡性:例如,手工電弧焊和埋弧焊時,系統(tǒng)內(nèi)有三個相互作用的相，即液態(tài)金屬、熔渣和電弧氣氛，氣體保護(hù)焊時,主要是氣相與金屬相之間的相互作用；而電渣焊時，主要是熔渣與金屬之間的作用.由物理化學(xué)可知，多相反響是在相界面上進(jìn)展的，并與傳質(zhì)、傳熱和動量傳輸過程親熱相關(guān)。其次節(jié)氣相對金屬的作用一、焊接區(qū)內(nèi)的氣體:〔一)氣體的來源和產(chǎn)生：焊接區(qū)內(nèi)氣體的主要來源是什么？他們是怎樣產(chǎn)生的？焊接區(qū)內(nèi)的氣體主要來源于焊接材料.氣電焊時，焊接區(qū)內(nèi)的氣體主要來自所承受的保護(hù)氣體及其雜質(zhì)〔氧、氮、水氣等)。熱源四周的空氣也是一種難以避開的氣源．氣體主要通過以下物化反響產(chǎn)生的：1〕有機(jī)物的分解和燃燒:制造焊條時常用淀粉、纖維素等有機(jī)物作為造氣劑和涂料增塑劑，焊絲和母材外表上也可能存在油污等有機(jī)物,這些物質(zhì)受2〕碳酸鹽和高價氧化物的分解：焊接冶金中常用的碳酸鹽有白云石、碳酸鈣等.這些碳酸鹽在加熱超過確定溫度時開頭分解，生成氣體CO2。3〕材料的蒸發(fā)：在焊接過程中，除焊接材料中的水分發(fā)生蒸發(fā)外，金屬元素熔渣的各種成分也在電弧的高溫作用下發(fā)生蒸發(fā)，形成相當(dāng)多的蒸氣。除上述物化反響產(chǎn)生氣體外，還有一些冶金反響也會產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物?！捕硽怏w分解：1N2、H2、O2后將增加其原子的振動和旋轉(zhuǎn)能．當(dāng)原子獲得的能量足夠高時，將使原子健斷開,分解為單個原子或離子和電子。2．簡潔氣體的分解：CO2H20〔三〕氣相的成分及其分布：氣相的成分和數(shù)量隨焊接方法、標(biāo)準(zhǔn)、焊條或焊劑的種類不同而變化?？梢钥闯觯玫蜌湫秃笚l焊接時,氣相中含H2H2OCOZ2和H2O接區(qū)內(nèi)的氣體是由CO2、H2O、N2、H2、O2、金屬和熔渣的蒸氣以及它們分解和電離的產(chǎn)物組成的混合物。其中對焊接質(zhì)量影響最大的是N2、H2、02、CO2、H20。二、氮對金屬的作用：焊接區(qū)四周的空氣是氣相中氮的主要來源。依據(jù)氮與金屬作用的特點，大致可分為兩種狀況。一種是不與氮發(fā)生作用的金屬，如銅和鎳等，它們既不溶解氮，又不形成氮化物,因此焊接這一類金屬可用氮作為保護(hù)氣體，另一種是與氮發(fā)生作用的金屬，如鐵、鈦等既能溶解氮，又能與氮形成穩(wěn)定的氮化物，焊接這一類金屬及合金時，防止焊縫金屬的氮化是一個重要問題?！惨?氮在金屬中的溶解:氣體的溶解過程可分為如下階段:氣體分子向氣體與金屬界面上運(yùn)動；氣體被金屬外表吸附。在金屬外表上分解為原子;氣體原子穿過金屬外表層，并向金屬深處集中。這個過程不受電場影響，屬于純化學(xué)溶解。降低氣相中氮的分壓可以削減金屬中的含氮量。熔池外表上通過局部活性局部和熔滴吸取氣體；電弧氣氛中有受激的分子、原子和離子，這增加了氣體的活性，使其在金屬中的溶解度增加。所以電弧焊時熔化金屬吸取的氣體量常常要超過它的平衡含量〔溶解度。電弧焊時熔化金屬的含氮量高于溶解度的主要緣由在于：電弧中受激的氮分子，特別是氮原子的溶解速度比沒受激的氮分子要快得多；電弧中的氮離子可在陰極溶解；在氧化性電弧氣氛中形成NO,遇到溫度較低的液態(tài)金屬它分解為N和0，N快速溶于金屬?！捕?氮對焊接質(zhì)量的影響:1〕在碳鋼焊縫中氮是有害的雜質(zhì)。氮是促使焊縫產(chǎn)生氣孔的主要緣由之一。氮是提凹凸碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強(qiáng)度、降低塑性和韌性的元素。氮是促使焊縫金屬時效脆化的元素?！踩?影響焊縫含氮量的因素及把握措施:1。焊接區(qū)保護(hù)的影響：液態(tài)金屬脫氮比較困難，所以把握氮的主要措施是加強(qiáng)保護(hù)，防止空氣與金屬作用.焊接工藝參數(shù)的影響：增加電弧電壓(即增加電弧長度)，導(dǎo)致保護(hù)變壞,氮與熔滴的作用時間增長，故使焊縫金屬含氮量增加。在熔渣保護(hù)不良的狀況下,電弧長度對焊縫含氮量的影響尤其重要。為削減焊縫中的氣體含量應(yīng)盡量承受短弧焊.增加焊接電流，熔滴過渡頻率增加，氮與熔滴的作用時間縮短，焊縫含氮量下降。合金元素的影響:增加焊絲或藥皮中的含碳量可降低焊縫中的含氮量.這是由于碳能降低氮在鐵中的溶解度；碳氧化生成CO、CO2加強(qiáng)了保護(hù)，降低了氣相中氮的分壓；碳氧化引起的熔池沸騰有利干氮的逸出。三、氫對金屬的作用：焊接時，氫主要來源于焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)及電弧四周空氣中的水蒸氣等。(一〕氫在金屬中的溶解依據(jù)氫與金屬作用的特點可把金屬分為兩類:第一類是能形成穩(wěn)定氫化物的金屬，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。這類金屬吸取氫的反響是放熱反響，因此在較低溫度下吸氫量大，在高溫時吸氫量少.焊接這類金屬及合金時，必需防止在固態(tài)下吸取大量的氫，否則將嚴(yán)峻影AlFeNiCuCrMo氫能夠溶于這類金屬及其合金中,溶解反響是吸熱反響。焊接方法不同，氫向金屬中溶解的途徑也不同.氣體保護(hù)焊時，氫是通過氣相與液態(tài)金屬的界面以原子或質(zhì)子的形式溶入金屬的；電渣焊和電渣熔煉時，氫是通過渣層溶入金屬的,而手工電弧焊和埋弧焊時，似上述兩種途徑兼而有之.氫通過熔渣向金屬中溶解時，氫或者水蒸氣首先溶于熔渣.溶解在渣中的氫主要以O(shè)H—離子的形式存在。渣中自由氧離子濃度越大〔即熔渣的堿度越大，水在渣中的溶解度越大。氧離子活度是打算水在渣中溶解度的主要因素。此外，在焊接熔渣中還有少量的質(zhì)子,它可以通過集中或攪拌作用到達(dá)熔渣與金屬的界面上，直接溶入金屬?？傊?當(dāng)氫通過熔渣向金屬中過渡時，其溶解度取決于氣相中氫和水蒸氣的分壓、熔渣的堿度、氟化物的含量和金屬中的含氧量等因素。當(dāng)?shù)ㄟ^氣相向金屬中過渡時,其溶解度取決于氫的狀態(tài)。這就是說,熔滴階段吸取的氫比熔池階段多，連續(xù)升溫，由于金屬蒸氣壓急劇增加，使氮的溶解度快速下降，在接近金屬沸點時溶解度為零．此外，在變態(tài)點處溶解度發(fā)生突變，這往往是造成焊接缺陷〔如氣孔、冷裂等)的緣由之一。此外，合金元家對氫在鐵中的溶解度也有很大Ti、Zr、Nb及某些稀土元素可棍高氮在液態(tài)鐵中的溶解度，Mn、Ni、Cr、Mo影響不大,而C、Si、Al鋼中的溶解度，由于氧是外表活性元素，它可以削減金屬對氫的吸附‘氫在固態(tài)鋼中的溶解度與其組織構(gòu)造有關(guān)。一般在面心立方晶格的奧氏體鋼中的溶解度，比在體心立方晶格的鐵素體一珠光體鋼中的溶解度大。〔二〕焊縫金屬中的氫及其集中:在焊接過程中，液態(tài)金屬所吸取的大量氫，有一局部在熔池凝固過程中可以逸出．但熔池冷卻很快，還有相當(dāng)多的氫來不及逸出，而被留在固態(tài)焊縫金屬中.在鋼焊縫中,氫大局部是以H、H+或H—形式存在的,它們與焊縫金屬形成間隙固溶體。由于氫原子和離子的半徑很小，這一〔金屬的晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙〕中，結(jié)合為氫分子,因其半徑大，不能自由集中,故稱之為剩余氫。對其次類金屬來說，集中氫約占80％~90％，因此它對接頭性能的影響比剩余氫大.焊縫金屬中的含氫量，因集中的緣由而是隨時間變化的。焊后隨著放置時間的增加，集中氫削減，剩余氫增加,而總氫量下降。這說明一局部集中氫從焊縫中逸出，一局部變?yōu)槭Ｓ鄽?所謂熔敷金屬的集中氫含量，是指焊后馬上按標(biāo)準(zhǔn)方法測定并換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的含氫量.氫在焊接接頭橫截面上，分布特征與母材的成分、組織和焊縫金屬的類型等因素有關(guān)。值得留意的是，氫由焊縫集中到近縫區(qū)，并到達(dá)相當(dāng)大的深度。近縫區(qū)產(chǎn)生的冷裂紋與其中的含氫量有親熱的關(guān)系。爭論說明，母材和焊縫金屬組織類型的匹配不同，近縫區(qū)給定點氫集中的動力學(xué)曲線具有不同的特征。在具有奧氏體和馬氏體時效鋼焊縫的狀況下，無論母材是淬火鋼還是非淬火鋼,近縫區(qū)給定點的氫濃度都是單調(diào)下降的；而在具有鐵素體焊縫的狀況下，近縫區(qū)給定點的氫濃度有極大值，且在母材中氫的集中系數(shù)越小，到達(dá)極大值所需要的時間越長。氫集中動力學(xué)曲線的這些特征與氫在．奧氏體、馬氏體和鐵素體鋼中的集中系數(shù)依次增大有親熱關(guān)系?！踩硽鋵附淤|(zhì)量的影響：1。氫脆氫在室溫四周使鋼的塑性嚴(yán)峻下降的現(xiàn)象稱為氫脆。氫脆現(xiàn)象是由溶解在金屬晶格中的氫引起的。2.白點碳鋼或低合金鋼焊縫,如含氫量高，則常常在其拉伸或彎曲斷面上消滅銀白色圓形局部脆斷點，稱之為白點。在很多狀況下，白點的中心有小夾雜物或氣孔。如焊縫產(chǎn)生白點，則其塑性大大下降。焊縫金屬對白點的敏感性是與含氫量、金屬的組織和變形速度等因素有關(guān)的。鐵素體和奧氏體且集中很慢。碳鋼和用Cr、Ni、Mo合金化的焊縫，尤其是這些元素含量較多時，對白點很敏感。試件含氫量越多，消滅白點的可能性越大，假設(shè)預(yù)先經(jīng)過去氫處理，則可消退白點。3.形成氣孔假設(shè)熔池吸取了大量的氫，那么在它凝固時由于溶解度的突然下降，使氫處于過飽和狀態(tài)，會產(chǎn)生氫氣且不溶于液態(tài)金屬，于是在液態(tài)金屬中形成氣泡。當(dāng)氣泡外逸速度小于凝固速度時，就在焊縫中形成氣孔。4。產(chǎn)生冷裂紋冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度產(chǎn)生的一種裂紋,其危害很大。氫是促使產(chǎn)生這種裂紋的主要緣由之一。(四〕把握氫的措施:1.限制焊接材料中的含氫量 制造低氫和超低氫型焊條和焊劑時，應(yīng)盡量選用不含或含氫少的材料。制造焊條、焊劑和藥芯焊絲時，適當(dāng)提高烘焙溫度可以降低焊接材料中的含水量，因而也就相應(yīng)地降低了焊縫中的含氫量。焊條、焊劑在大氣中長期放置會吸潮.這不僅使焊縫含氫量增加，而且使焊接工藝變壞，抗裂性下降。因此防潮是一個重要間題，藥皮的吸水量取決于它本身的成分、粘結(jié)劑的種類和大氣性。燒結(jié)焊劑的吸潮性主要取決于燒結(jié)溫度，經(jīng)700~800℃燒結(jié)，可大大降低吸潮性。由上述可知，焊接材料在使用前應(yīng)再烘干，這是生產(chǎn)上去氫的最有效方法，特別是使用低氫型焊條時，切不行無視。上升烘焙溫度可大大降低焊縫的含氮量。但烘焙溫度不行過高,否則將100℃〕烘箱內(nèi)，以免重吸潮．焊接保護(hù)氣體中的水分假設(shè)超過標(biāo)準(zhǔn),則應(yīng)實行去水、枯燥等措施。2。去除焊絲和焊件外表上的雜質(zhì)焊絲和焊件坡口四周外表上的鐵銹、油污、吸附水等是增加焊縫含氫量的緣由之一,焊前應(yīng)認(rèn)真去除.焊接鋁、鋁鎂合金、鈦及其合金時,因其外表層構(gòu)造不致密常形成含水的氧化膜，如Al(OH〕3、Mg〔OH〕2法進(jìn)展去除,否則由于氫的作用可能產(chǎn)生氣孔、裂紋或使接頭性能變壞。3.冶金處理由上述可知,降低氣相中氫的分壓可以削減氫在液態(tài)金屬中的溶解度．面要降低氫的分壓，就應(yīng)當(dāng)調(diào)整焊接材料的成分，使氫在焊接過程中生成比較穩(wěn)定的不溶于液態(tài)金屬的氫化物，如HF、OH冶金處理具體措施如下:l〕在藥皮和焊劑中參與氟化物2〕把握焊接材料的氧化復(fù)原勢3〕在藥皮或焊芯中參與微量的稀土或稀散元素4。把握焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù)對焊縫含氫量有確定的影響。例如，手工電弧焊時,增大焊接電流使熔滴吸取的氫量增加；增加電弧電壓使焊縫含氫量有某些削減。電弧焊時，電流種類和極性對焊縫含氫量也有影響。應(yīng)指出，通過把握焊接工藝參數(shù)來限制焊縫含氫是有很大局限性的。5.焊后脫氫處理 焊后把焊件加熱到確定的溫度促使氫集中外逸的工藝叫脫氫處理.由圖可以看出，把焊件加熱到350℃,保溫lh，可將絕大局部集中氫去除。在生產(chǎn)上，對于易產(chǎn)生冷裂紋的焊件常要求進(jìn)展脫氫處理.應(yīng)指出對干奧氏體鋼焊接接頭進(jìn)展脫氫處理效果不大，因而是不必要的．四、氧對金屬的作用依據(jù)氧與金屬作用的特點，可把金屬分為兩類:一類是不溶解氧,但焊接時發(fā)生猛烈氧化的金屬MgA1FeNi、Cu、Ti等．后一類金屬氧化后生成的金屬氧化物能溶解于相應(yīng)的金屬中.〔一〕FeO兩種形式溶于液態(tài)鐵中的.氧在液態(tài)鐵中的溶解度隨著溫度的上升而增大。當(dāng)液態(tài)鐵中有其次種合金元素時,隨著合金元素含量的增加氧的溶解度下降.在鐵冷卻過程中,氧的溶解度急劇下降．在室溫下aFe中幾乎不溶解氧〔<0.001。因此,焊縫金屬和鋼中所含的氧絕大局部是以氧化物〔FeO、SiO2、MnO、Al2O3鹽夾雜物的形式存在。焊縫含氧量是指總含氧量而言的，它既包括溶解的氧，也包括非金屬夾雜物中的氧。〔二)氧化性氣體對金屬的氧化焊接時金屬的氧化是在各個反響區(qū)通過氧化性氣體〔如02、CO2、H2O1.Po2氧化物的分解壓是溫度的函數(shù)，它隨沮度的上升而增加。2。自由氧對金屬的氧化用光焊絲在空氣中無保護(hù)焊接時，可以認(rèn)為氣相中氧的分壓等于空氣中氧的分壓。手工電弧焊時，雖然實行了保護(hù)措施,但空氣中的氧總是或多或少地侵入電弧，高價氧化物等物質(zhì)受熱分解也產(chǎn)生氧氣，這樣就使氣相中自由氧的分壓大于Feo的分解壓，因此也使鐵氧化.由反響的熱效應(yīng)看，原子氧對鐵的氧化比分子氧更猛烈。在焊接鋼時，除鐵發(fā)生氧化外,鋼液中其它對氧親和力比鐵大的元素也發(fā)生氧化。3.CO2對金屬的氧化當(dāng)溫度為3000K時，｛Po220。3kPa0.2atm〕，也就是說約等于空氣中氧的分壓。可見，當(dāng)溫度高于3Q00K時，CO2當(dāng)溫度上升時，上述反響的平衡常數(shù)增大，反響向右進(jìn)展，促使鐵氧化。因此CO2在熔滴階段CO2能防止金屬的氧化。實踐證明，用一般焊絲〔H08A)進(jìn)展CO2〔H08Mn2Si〕或藥芯焊絲，以利于脫氧，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。同理，在含碳酸鹽的藥皮中也必需參與脫氧劑。4。H2O溫度越高，H2OCO2H2O當(dāng)氣相含有較多的水分時，為了保證焊接質(zhì)量，在脫氧的同時必需去氫.低氫型藥皮中含有較多的脫氧劑，但假設(shè)受潮,則焊接時易產(chǎn)生氣孔,其緣由就是熔池增氫的結(jié)果。5。混合氣體對金屬的氧化手工電弧焊時，氣相不是單一氣體．而是多種氣體的混合物?；旌蠚怏w對鐵是氧化性的，藥皮中必需參與脫氧瀏.氣體保護(hù)焊時，為了改善電弧的電、熱和工藝特性，常承受混合保護(hù)氣體.可以把與100g焊縫金屬反響的總氧量作為評價混合氣體氧化力氣的指標(biāo)。H08MnZSi，直徑1。6mtn，母材為低碳鋼，焊接工藝參數(shù)固定不變.在全部混合氣體中隨著02和CO2增加，因此焊縫金屬的力學(xué)性能，特別是低溫韌性明顯下降，甚至可能產(chǎn)生氣孔。承受氧化性混合氣體焊接時，應(yīng)依據(jù)其氧化力氣的大小選擇含有適宜脫氧劑的焊絲?！踩逞鯇附淤|(zhì)量的影響氧在焊縫中無論以何種形式存在,對焊縫的性能都有很大的影響。隨著焊縫含氧量的增其強(qiáng)度、塑性、韌性都明顯下降，尤其是低溫沖擊韌度急劇下降。此外，它還引起熱脆、冷脆和時效硬化。CO受熱膨脹，使熔滴爆炸，造成飛戮,影響焊接過程的穩(wěn)定性。改進(jìn)電弧的特性,獲得必要的熔渣物理化學(xué)性能，在焊接材料中有時要敵意參與確定量的氧化劑?！菜?把握氧的措施1。純化焊接材料在焊接某些要求比較高的合金鋼、合金和活性金屬時，應(yīng)盡量用不含氧或含軟少的焊接材料。2.把握焊接工藝參數(shù)焊縫中的含氧量與焊接工藝條件有親熱關(guān)系.增加電弧電壓，使空氣侵入電弧,并增加氧與熔滴的接觸時間,所以使焊縫含氧量增加。為了削減焊縫含氧量應(yīng)承受短弧焊。此外，焊接方法、熔滴過渡特性、電流的種類等也有確定的影響。3。脫氧用把握焊接工藝參數(shù)的方法削減焊縫含氧量是很受限制的，所以必需用冶金的方法進(jìn)展脫氧.第三節(jié)熔渣及其對金屬的作用一.焊接熔渣一〕熔渣的作用、成分及分類1。熔渣在焊接過程中的作用:1〕機(jī)械保護(hù)作用2〕改善焊接工藝性能的作用3〕冶金處理作用2。熔渣的成分和分類依據(jù)焊接熔渣的成分和性能可將其分為三大類:第一類是鹽型熔渣。它主要是由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成的.鹽型熔渣的氧化性很小，所以主要用于焊接鋁、鈦和其它化學(xué)活性金屬及其合金。在某些狀況下，也用于焊接含活性元素的高合金鋼。其次類是鹽--氧化物型熔渣。這類熔渣主要是由氟化物和強(qiáng)金屬氧化物組成的。它們主要用于焊接合金鋼及合金，由于這個類型的熔渣氧化性較小。第三類是氧化物型熔渣。它們主要是由金屬氧化物組成的。這類熔渣一般含有較多的弱氧化物〔如MnO、SiO2〕,因此氧化性較強(qiáng)，主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼?！捕橙墼臉?gòu)造理論熔渣的物化性質(zhì)及其與金屬的作用與液態(tài)熔渣的內(nèi)部構(gòu)造有親熱的關(guān)系。關(guān)于液態(tài)熔渣的構(gòu)造，目前有兩種理論：分子理論和離子理論．1。分子理論 熔渣的分子理論是以對凝固熔渣的相分析和化學(xué)成分分析結(jié)果為依據(jù)的，其要點如下。l〕液態(tài)熔渣是由化合物的分子組成的 其中包括氧化物的分子、復(fù)合物的分子，以及氟化物、硫化物的分子等.氧化物及其復(fù)合物處于平衡狀態(tài) 生成熱效應(yīng)越大，它越穩(wěn)定.只有自由氧化物才能參與和金屬的反響2.離子理論 離子理論是在爭論熔渣電化學(xué)性質(zhì)的根底上提出來的。完全離子理論的要點如下:1〕液態(tài)熔渣是由陰陽離子組成的電中性溶液熔渣中離子的種類和存在的形式取決于熔渣的成分和溫度。一般說，負(fù)電性大的元素以陰離子的形式存在，負(fù)電性小的元素形成陽離子,還有一些負(fù)電性比較大的元素，其陰離子往往不能獨立存在，而與氧離子形成簡潔的陰離子。離子的分布和相互作用取決于它的綜合矩離子的綜合矩.當(dāng)上升溫度時，r離子的綜合矩越大，說明它的靜電場越強(qiáng),與異號離子的引力越大。相互作用力大的異號離子彼此接近形成集團(tuán)，相互作用力弱的異號離于也形成集團(tuán)。所以當(dāng)離子的綜合矩相差較大時,熔渣的化學(xué)成分在微觀上是不均勻的，離子的分布是近似有溶液.鹽一氧化物型熔渣屬于構(gòu)造比較簡潔的化學(xué)成分微觀不均勻的離子溶液。氧化物型熔渣是具有簡潔網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的化學(xué)成分更不均勻的離子溶液。3〕熔渣與金屬的作用過程是原子與離子交換電荷的過程〔三〕熔渣的性質(zhì)與其構(gòu)造的關(guān)系1.熔渣的堿度 堿度是熔渣的重要化學(xué)性質(zhì).熔渣的其它物化性質(zhì)，如熔渣的活性、粘度和外表張力等都與熔渣的堿度有親熱關(guān)系。不同的熔渣構(gòu)造理論，對堿度的定義和計算方法是不同的。分子理論認(rèn)為熔渣中的氧化物按其性質(zhì)可分為三類：l〕酸性氧化物2〕堿性氧化物3〕中性氧化物.這些氧化物在不同性質(zhì)的渣中可呈酸性，也可呈堿性。堿度B的倒數(shù)稱為酸度,從理論上講，當(dāng)B>1時為堿性渣，B<1時為酸性渣；B=1時為中性渣．依據(jù)閱歷，當(dāng)B〉1氧化物的酸堿性強(qiáng)弱程度是不同的,也沒有考慮堿性氧化物和酸性氧化物形成中性復(fù)合物的狀況。離子理論把液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度〔或氧離子的活度)定義為堿度。所謂自由氧離子就是游離狀態(tài)的氧離子。渣中自由氧離子的濃度越大，其堿度越大.2。熔渣的粘度粘度是熔渣的重要物理性質(zhì)之一,它對熔渣的保護(hù)效果、焊接工藝性能和化學(xué)冶金都有顯著的影響熔渣的粘度取決于熔渣的成分和溫度，實質(zhì)上取決于熔渣的構(gòu)造。構(gòu)造越簡潔，陰離子的尺寸越大，熔渣質(zhì)點移動越困難，渣的粘度也就越大。溫度對粘度的影響在含SiO2si-OSi一Osi一OSi-O對于堿性渣，上升溫度可消退沒有熔化的固體顆粒，所以粘度也下降。另外，堿性渣中的離子小的晶體，粘度快速增大。熔渣成分對粘度的影響在酸性渣中參與SiO2Si-O陰離子的聚合程度增大，其尺寸SiO2,增加Ti02，可削減簡潔的Si—0離子，降低高溫時的粘度。含TiO2多的酸性渣已不是玻璃狀渣,而是接近晶體狀的渣，即變?yōu)槎淘?在酸性渣中參與堿性氧化物能破壞si一0離子鍵，減小其尺寸，因而可降低粘度。在堿性渣中參與高熔點的堿性氧化物則可能消滅未榕化的固體顆粒，增大渣的流淌阻力，使粘SiO2,則因CaOSiI2SiO2Cao/SiO2=1。87〔CaCO3/SiO2=3.3〕時，形成正硅酸鹽〔CaO)2·Si02，此時渣中的si一OSiO4〔4ˉ〕形式存在，所以其粘度較小。在堿性渣中參與caF2,能促使CaO熔化，故可降低非均相堿性渣的粘度。3。熔渣的外表張力熔渣的外表張力對熔滴過渡、焊縫成形、脫渣性以及很多冶金反響都有重要的影響。力大小有關(guān)，或者說與化學(xué)鍵的鍵能有關(guān)。鍵能越大外表張力越大．一般講，金屬鍵的鍵能最大,所以液體金屬的外表張力最大。距離增大，相互作用力減弱。4。熔渣的熔點 熔渣的熔點是影響焊接工藝性能和質(zhì)量的重要因素之一，因此要求熔渣的熔點〔或藥皮的熔點〕與焊絲和母材的熔點相匹配.焊接熔渣是一個多元體系，它的固液轉(zhuǎn)變是在確定溫度區(qū)間進(jìn)展的，常把固態(tài)熔渣開頭熔化的溫度稱為熔渣的熔點.焊條藥皮的熔點是指藥皮開頭熔化的溫度，又稱造渣溫度。藥皮的熔點越高，其熔渣的熔點也越高.熔渣〔或藥皮〕的熔點取決于組成物的種類、數(shù)量和顆粒度.一般講，藥皮中難熔的物質(zhì)越多，顆粒度越大,其熔點越高.二、活性熔渣對焊縫金屬的氧化活性熔渣對焊縫金屬的氧化可分為兩種根本形式：集中氧化和置換氧化。〔一)集中氧化在溫度不變的狀況下，當(dāng)增加熔渣中Feo的濃度時,它將向熔池中集中，使焊縫中的含氧量增加。焊縫中的含氧量隨著熔渣中FeO含量的增加成直線增加FeO的安排常數(shù)與溫度和熔渣的性質(zhì)有關(guān)溫度上升，L減小，即在高溫時FeO向液態(tài)鋼中安排。由此可以推斷，集中氧化主要是在熔滴階段和熔池高溫區(qū)進(jìn)展的．但是,在焊接溫度下，L>1，即Feo在渣中的安排量總是大一些。FeoFeOSiO2、TiO2等酸性氧化物較少,FeO的活度大,易向金屬中集中，使焊縫增氧。正由于如此，在堿性焊條藥皮中一般不參與含F(xiàn)eO的物質(zhì)，并要求焊接時去除焊件外表上的載化皮和鐵銹．否則不僅使反,酸性渣含Si02TiO2FeO形成復(fù)合物〔FeO·Si02〕FeOFeO性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條高，恰恰相反,堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條低，這是由于堿性焊條藥皮的氧化勢小的緣由?！捕?置換氧化假設(shè)熔渣中含有較多的易分解的氧化物，則可能與液態(tài)鐵發(fā)生置換反響，使鐵氧化。因此，置換氧化反響主要發(fā)生在熔滴階段和熔池前部的高溫區(qū).SiO2MnO發(fā)生更猛烈的置換反響三、焊縫金屬的脫氧：(一〕脫氧的目的和選擇脫氧劑的原則脫氧的目的是盡量削減焊縫中的含氧量，這一方面就要防止被焊金屬的氧化，削減在液態(tài)金屬中溶解的氧,另一方面要排解脫氧后的產(chǎn)物，由于它們是焊縫中非金屬夾雜物的主要來源，而這些夾雜物會使焊縫含氧量增加。脫氧的主要措施是在焊絲、焊劑或藥皮中參與適宜的元素或鐵合金,使之在焊接過程中奪取氧。用于脫氧的元素或鐵合金叫脫氧劑為了到達(dá)脫氧的目的，選擇脫氧劑應(yīng)遵循以下原則:Al、Ti、Si、Mn等可作為脫氧劑。實際生產(chǎn)上,常用它們的鐵合金或金屬粉，如錳鐵、硅鐵、欽鐵、鋁粉等,在其他條件一樣的狀況下，元素對氧的親和力越大，脫氧力氣越強(qiáng)。〕脫氧的產(chǎn)物應(yīng)不溶于液態(tài)金屬，其密度也應(yīng)小于液態(tài)金屬的密度.同時應(yīng)盡量使脫氧產(chǎn)物處于液態(tài)。這樣有利于脫氧產(chǎn)物在液態(tài)金屬中聚合成大的質(zhì)點，加快上浮到渣中去的速度，削減夾雜物的數(shù)量，提高脫氧效果?！潮匦杩紤]脫氧劑對焊縫成分、性能以及焊接工藝性能的影響。在滿足技術(shù)要求的前提下,還應(yīng)考慮本錢．在本章第一節(jié)中已指出，焊接化學(xué)冶金反響是分區(qū)域進(jìn)展的。脫氧反響也是分區(qū)域連續(xù)進(jìn)展的，按其進(jìn)展的方式和特點可分為先期脫氧、沉淀脫氧和集中脫氧．〔二)先期脫氧在藥皮加熱階段，固態(tài)藥皮中進(jìn)展的脫氧反響叫先期脫氧。其特點是脫氧過程和脫氧產(chǎn)物與熔滴不發(fā)生直接關(guān)系。含有脫氧劑的藥皮被加熱時,其中的高價氧化物或碳酸鹽分解出的氧和二氧化碳便和脫氧劑發(fā)生反響先期脫氧的效果取決于脫氧劑對氧的親和力、它的粒度、氧化劑與脫氧劑的比例、焊接電流密度等因素.(三〕沉淀脫氧沉淀脫氧是在熔滴和烙池內(nèi)進(jìn)展的。其原理是溶解在液態(tài)金屬中的脫氧劑和FeO直接反響，把鐵復(fù)原，脫氧產(chǎn)物浮出液態(tài)金屬。1。錳的脫氧反響 在藥皮中參與適量的錳鐵或焊絲中含有較多的錳，可進(jìn)展如下脫氧反響增加金屬中的含錳量，削減渣中的MnO，可以提高脫氧效果。熔渣的性質(zhì)對錳的脫氧效果也有很大的影響.在酸性渣中含有較多的SiO2和TiO2,它們與脫氧產(chǎn)物MnO生成復(fù)合物MnO·SiO2和MnO·TiO2。從而使γMnO減小,因此脫氧效果較好．相反，在堿性渣中γMnO較大，不利于錳脫氧,且堿度越大，錳的脫氧效果越差。正是由于這個緣由，一般酸性焊條用錳鐵作為脫氧劑，而堿性焊條不單獨用錳鐵作脫氧劑.依據(jù)鋼液中錳的濃度不同，其脫氧產(chǎn)物MnO和FeO消滅液態(tài)或固態(tài)產(chǎn)物的臨界含錳量取決于鋼液的溫度.明顯，在確定的溫度下，參與過多的錳會形成固態(tài)產(chǎn)物，易造成焊縫夾雜。此外,溫度下降使錳的脫氧力氣提高，但相對其他常用的脫氧劑來說，它是一種弱脫氧劑。2比錳大，但生成的SiO2SiO2液的界面張力小，潤濕性好,SiO2不易從鋼液中分別，所以易造成夾雜。因此，一般不單獨用硅脫氧。3.硅錳聯(lián)合脫氧把錳和硅按適當(dāng)比例參與金屬中進(jìn)展聯(lián)合脫氧時,可以得到較好的脫氧效果.脫氧產(chǎn)物可形成硅酸鹽MnO·Si02，它的密度小,熔點低，在鋼液中處于液態(tài)。因此簡潔聚合為半徑大的質(zhì)點，浮到渣中去，削減焊縫中的夾雜物，從而降低焊縫中的含氧量。在CO2承受含兩種以上脫氧元素的復(fù)合脫氧劑是今后進(jìn)展的方向．由于這種脫氧劑熔點低,熔化快且各種脫氧反響在同一區(qū)域進(jìn)展，有利于低熔點脫氧產(chǎn)物的形成、聚合和排解,削減夾雜物的數(shù)量.〔四〕集中脫氧集中脫氧是在液態(tài)金屬與熔渣界面上進(jìn)展的,是以安排定律為理論根底的。在熔池的后部的低溫區(qū)進(jìn)展集中脫氧.在定溫下，集中脫氧的關(guān)鍵是降低渣中FeOSi02和TiO2與FeO,使FeOFeO焊接時熔池和熔渣發(fā)生猛烈的攪拌運(yùn)動,并在氣體的吹力作用下熔渣不斷地向熔池后部運(yùn)動,“沖刷”熔池，把脫氧產(chǎn)物帶到熔渣中去。這不僅有利于沉淀脫氧，而且有利于集中脫氧。集中如何，則取決于脫氧劑的種類和數(shù)量，氧化劑的種類和數(shù)量，熔渣的成分、堿度和物理性質(zhì),焊絲和母材的成分，焊接工藝參數(shù)等多種因素．可以看出，低氫型和鈦型焊條熔敷金屬的含氧量比較低.四、焊縫金屬中硫和麟的把握：〔一〕焊縫中硫的危害及把握1.硫的危害 硫是焊縫金屬中有害的雜質(zhì)之一。當(dāng)硫以FeS的形式存在時危害性最大。由于它與液態(tài)鐵幾乎可以無限互溶,而在室溫下它在固態(tài)鐵中的溶解度僅為0。015%～0.02%。這樣，在熔池凝固時它簡潔發(fā)生偏析，以低熔點共晶的形式呈片狀或鏈狀分布于晶界。因此增加了焊縫金屬產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向,同時還會降低沖擊韌性和抗腐蝕性.在焊接合金鋼，尤其是高鎳合金鋼時，硫的有害作用更為嚴(yán)峻。由于硫與鎳形成NiS，而NiS又與Ni形成熔點更低的共晶NiS十Ni〔熔點644℃，所以產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向更大。當(dāng)鋼焊縫含碳2。把握硫的措施常用的措施主要有：限制焊接材料中的含硫量：焊縫中的硫主要來源于三個方面：一是母材，其中的硫幾70％一80％可以過渡到焊縫中去．三是藥皮或焊劑,其中的硫約有50％可以過渡到焊縫中?？梢?嚴(yán)格把握焊接材料的含硫量是限制焊縫含硫量的關(guān)鍵措施。用冶金方法脫硫： 為削減焊縫含硫量，如同脫氧一樣,可選擇對硫親和力比鐵大的元素進(jìn)展脫硫.由硫化物的生成自由能可知，Ce、Ca、Mg等元素在高溫對硫有很大的親和力。但是，因它們對氧的親和力比硫大，首先被氧化，故在焊接條件下直接用這些元素脫硫受到限制。在焊接化學(xué)冶金中常用錳作為脫硫劑。降低溫度，平衡常數(shù)增大,有利于脫硫.然而，從動力學(xué)的角度看,熔池后部溫度低、冷卻快、反響時間短，實際上不利子脫硫，所以必需增加熔池中的含錳量〔〉l%〕，才能得到較好的脫硫效果。MnOCaOMgOFeS〔MnO〔MnS+〔FeOFeS〕＋〔CaO〕=〔CaSFeOFeSMgO〕MgS〕〔FeOCaS和MgS不溶于鋼液而進(jìn)人熔渣。由質(zhì)量作用定律可知，增加渣中MnO和CaO的含量，削減Feo的含量,有利于脫硫。增加熔渣的堿度可以提高脫硫力氣.渣中參與CaF2S2-集中，同時形成易揮發(fā)物SF6，因而有利于脫硫.〔二〕焊縫中磷的危害及把握1。磷的危害 磷在多數(shù)鋼焊縫中是一種有害的雜質(zhì).在液態(tài)鐵中可溶解多的磷，并認(rèn)為主要以Fe2P和Fe3P的形式存在。磷與鐵和鎳還可以形成低熔點共晶。因此在熔池快速凝固時,磷易發(fā)生偏析.磷化鐵常分布于晶界，減弱了晶粒之間的結(jié)合力,同時它本身既硬又脆。這就增加了焊縫金屬的冷脆性,即沖擊韌度降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度上升。焊接奧氏體鋼或低合金鋼焊縫含碳量高時，磷也促使形成結(jié)晶裂紋，因此有必要限制焊縫的含磷量。2。把握磷的措施：為削減焊縫的含磷量，首先必需限制母材、填充金屬、藥皮和焊劑中的含硫量。藥皮和焊劑中的錳礦是導(dǎo)致焊縫增磷的主要來源。依據(jù)焊接區(qū)內(nèi)反響物質(zhì)的濃度條件、焊劑性質(zhì)和焊接工藝參數(shù)等因素,磷可以由熔渣向焊縫中過渡或者相反。磷一旦進(jìn)入液態(tài)金屬，就應(yīng)當(dāng)承受脫磷的方法將其去除．脫磷反響分為兩步：第一步FeO將磷氧化生成P2O5；其次步使之與渣中的堿性氧化物生成穩(wěn)定的磷酸鹽.增加熔渣的堿度可削減焊縫的含磷量。在堿性熔渣中參與CaF2有利于脫磷，這是由于CaF2在渣中形成Ca2+，使渣中P2O5CaF2FeO,否則會使焊縫增氧，不利于脫硫,甚至產(chǎn)生氣孔，所以堿性渣的脫磷效果是很不抱負(fù)的。酸性渣雖然含有較多的FeO際上,焊接時脫磷比脫硫更困難。把握焊縫含磷量,主要是嚴(yán)格限制焊接材料中的含磷量。第四節(jié)合金過渡一、合金過渡的目的及方式所謂合金過渡就是把所需要的合金元素通過焊接材料過渡到焊縫金屬(或堆焊金屬〕中去的過程.〔一)合金過渡的目的合金過渡的目的，首先是補(bǔ)償焊接過程中由于蒸發(fā)、氧化等緣由造成的合金元家的損失。其次是消退焊接缺陷，改善焊縫金屬的組織和性能。第三是獲得具有特別性能的堆焊金屬?！捕澈辖疬^渡的方式常用的合金過渡方式有以下幾種:應(yīng)用合金焊絲或帶極：把所需要的合金元素參與焊絲、帶極或板極內(nèi),協(xié)作堿性藥皮或低氧、無氧焊劑進(jìn)展焊接或堆焊，從而把合金元素過渡到焊縫或堆焊層中去。其優(yōu)點是牢靠，焊縫成分均勻、穩(wěn)定，合金損失少；缺點是制造工藝簡潔，本錢高.對于脆性材料，如硬質(zhì)合金不能軋制、拔絲，故不能承受這種方式.應(yīng)用藥芯焊絲或藥芯焊條: 藥芯焊絲的構(gòu)造是各式各樣的。最簡潔的是具有圓形斷面的，其外皮可用低碳鋼或其它合金鋼卷制而成，里面填滿需要的鐵合金及鐵粉等物質(zhì)。用這種藥芯焊絲可進(jìn)展埋弧焊、氣體保護(hù)焊和自保護(hù)焊，也可以在藥芯焊絲表而涂上堿性藥皮，制成藥芯焊條。這種合金過渡方式的優(yōu)點是，藥芯中合金成分的配比可以任意調(diào)整，因此可得到任意成分的堆焊金屬，合金的損失較少。缺點是不易制造,本錢較高。3，應(yīng)用合金藥皮或粘結(jié)焊劑： 這種方式是把所需要的合金元素以鐵合金或純金屬的形式參與藥皮或粘結(jié)焊劑中，協(xié)作一般焊絲使用。它的優(yōu)點是簡潔便利，制造簡潔、本錢低．但由于氧化損失較大，并有一局部合金元素殘留在渣中，故合金利用率較低，合金成分不夠穩(wěn)定、均勻.4.應(yīng)用合金粉末： 將需要的合金元素按比例配制成具有確定粒度的合金粉末，把它輸送到焊接區(qū),或直接涂敷在焊件外表或坡口內(nèi)，它在熱源作用下與母材熔合后就形成合金化的堆焊金屬。其優(yōu)點是合金成分的比例調(diào)配便利；不必經(jīng)過軋制、拔絲等工序；合金的損失小。但合金成分的均勻性較差，制粉工藝較簡潔。此外，還可以通過從金屬氧化物中復(fù)原金屬的方式來合金化，如硅錳復(fù)原反響。但這種方式合金化的程度是有限的,還會造成焊縫增氧。二、合金過渡過程的理論分析通過焊絲合金過渡的過程比較簡潔。焊絲熔化后，合金元素就溶解在液態(tài)金屬中。這里主要是爭論通過藥皮、焊劑和藥芯焊絲合金過渡的過程。(一〕合金劑過渡的方式:焊接時熔滴和熔池既與氣相接觸，又與熔渣接觸。試驗說明，合金過渡過程主要是在液態(tài)金屬多數(shù)狀況下是來不及完全熔化就以穎粒狀懸浮在液態(tài)熔渣中．由于熔渣的運(yùn)動，使一局部合金劑的顆粒被帶到熔渣與液態(tài)金屬的界面上，并被液態(tài)金屬的外表層所溶解，然后由外表層向金屬內(nèi)部集中，并通過攪拌作用使成分均勻化。另外，懸浮在渣中的合金劑顆粒還有一局部沒有被帶到熔渣與金屬的界面上，或雖被帶到界面上，但因接觸時間很短而沒來得及過渡到金屬中去.這時,隨著溫度的下降它們被凝固在渣中，通常稱之為殘留在渣中的損失。(二〕在合金過渡過程中各階段的作用：在第一節(jié)中已指出，當(dāng)藥皮厚度h〈h〔臨界藥皮厚度〕時，全部熔渣都可以與熔滴相互作用；當(dāng)h〉h.時,則只有一局部熔渣與熔滴作用，另一局部直接流入熔池合金過渡時也發(fā)生Kb<=0.4Kb說明合金過渡過程幾乎全部是在熔滴階段完成的。當(dāng)Kb〉0。4時，熔滴的含錳量與Kb為一常數(shù)，而熔敷金屬中的含錳量卻直線增加，這意味著有一局部熔渣直接與熔池作用，使熔池階段的合金過渡過程加強(qiáng)。隨著藥皮厚度的增加，熔池階段在合金過渡過程中的作用漸漸增大，這使焊縫成分的不均勻性和力學(xué)性能的分散度增大?！踩澈辖疬^渡時的物質(zhì)平衡試驗說明，殘留損失與合金劑的密度和粒度無關(guān)，熔渣成分對它的影響也很?。畬嶋H上，在渣中含量一樣的條件下，各種元素的殘留損失是大致一樣的。增加熔池的存在時間，加強(qiáng)攪拌運(yùn)動可以削減殘留損失.合金元素的氧化損失，取決于元素對氧的親和力、氣相和熔渣的氧化性等。殘留損失和氧化損失的比例主要取決于藥皮或焊劑的氧化性。三、合金過渡系數(shù)及其影響因素(一〕合金過渡系數(shù)：為了說明在焊接過程中合金元素利用率的凹凸,常引用過渡系數(shù)的概念。合金元素的過渡系數(shù)η等于它在熔敷金屬中的實際含量與它的原始含量之比。渡的狀況.實際上，這兩種過渡形式的合金過渡系數(shù)是不相等的，尤其是當(dāng)藥皮氧化性較強(qiáng)時更為明顯。只有在藥皮氧化性很小，且殘留損失不大的狀況下，它們的過渡系數(shù)才接近相等。在一般狀況下，通過焊絲過渡時過渡系數(shù)大，面通過藥皮過渡時過渡系數(shù)較小.為簡化計算，通常都用總過渡系數(shù)。〔二〕影響過渡系數(shù)的因素：1.合金元素的物化性質(zhì)： 合金元素的沸點越低，其蒸發(fā)損失越大，過渡系數(shù)越小.合金元素對氧的親和力越大，其氧化損失越大，過渡系數(shù)越小。焊接鋼時，位于鐵左面的元素幾乎無氧化損失，只有味留損失，故過渡系數(shù)大.位于鐵右面靠近鐵的元素，氧化損失較小，其過渡系數(shù)較大。當(dāng)用幾個合金元素同時合金過渡時,其中對氧親和力大的元素依靠自身的氧化可削減其它元素的氧化，提高它們的過渡過渡系數(shù).2。合金元素的含量：試驗說明，隨著藥皮或焊劑中合金元素含量的增加，其過渡系數(shù)漸漸增加，最終趨于一個定值．藥皮〔渡系數(shù)的影響越大.系數(shù)增大。但如粒度過大，則不易熔化，過渡系數(shù)減小。藥皮(或焊劑〕的成分:藥皮或焊劑的成分打算了氣相和熔渣的氧化性、熔渣的堿度和粘度，因此對合金過渡系數(shù)影響很大.藥皮或焊劑的氧化勢越大，則合金過渡系數(shù)越小。當(dāng)合金元素及其氧化物在藥皮中共存時，由質(zhì)量作用定律可知，能夠提高該元素的過渡系數(shù)。假設(shè)其他條件一樣,則合金元素的氧化物與熔SiO2是酸性的,所以隨著熔渣堿度的增加，硅的過渡系數(shù)減?。甅nO是堿性的,所以隨堿度的增加錳的過渡系數(shù)增大。藥皮重量系數(shù)：試驗說明，在藥皮中合金劑含量一樣的條件下，Kbη減高η值，可承受雙層藥皮，即里面一層主要加合金劑，外層加造氣和造渣劑及脫氧劑。其次章焊接材料焊接材料是焊接時所消耗材料的通稱，它包括焊條、焊絲、焊劑、氣體等。手弧焊的焊接材料是焊條.埋弧焊及電渣焊的焊接材料是焊絲(或板狀電極)與焊劑.而氣體保護(hù)焊的焊接材料則是焊絲與保護(hù)氣體。焊條、焊絲是焊接回路中的一個組成局部。在焊接過程中，它不僅可以傳導(dǎo)電流，而且作為與焊件產(chǎn)生電弧的一個電極.同時，焊條和焊絲還起著填充金屬的作用。在焊接熱源的作用下,焊條或焊絲受熱熔化,以熔滴的形式進(jìn)入熔池，并與熔化了的母材共同組成焊縫．焊條藥皮、焊劑以及保護(hù)氣體，是進(jìn)展必要的冶金反響和保證焊接質(zhì)量所必需的重要材料。因此，焊接材料不僅影響焊接過程的穩(wěn)定性、焊接接頭的性能及質(zhì)量，同時也影響著焊接生產(chǎn)率.第一節(jié)焊條一、焊條的分類〔一〕按焊條的用途分：1。構(gòu)造鋼焊條 主要用于焊接碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼.2。鋁和鉻鉬耐熱鋼焊條 主要用于焊接珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼.3。不銹鋼焊條主 要用于焊接不銹鋼和熱強(qiáng)鋼，可分為鉻不銹鋼焊條和鉻鎳不銹鋼焊條兩類。4。堆焊焊條 主要用于堆焊，以獲得具有熱硬性、耐磨性及耐蝕性的堆焊層．5低溫鋼焊條 主要用于焊接在低溫下工作的構(gòu)造,其熔敷金屬具有不同的低溫工作性能。鑄鐵焊條 主要用于焊補(bǔ)鑄鐵構(gòu)件。鎳及鎳合金焊條 主要用于焊接鎳及高鎳合金,也可用于異種金屬的焊接及堆焊。銅及鋼合金焊條 主要用于焊接銅及銅合金，其中包括純銅焊條和青銅焊條兩類.鋁及鋁合金焊條 主要用于焊接鋁及鋁合金．特別用途焊條 例如用于水下焊接、水下切割等特別工作的需要?！捕?按焊接熔渣的堿度分:酸性焊條它是藥皮中含有多量酸性氧化物的焊條.這類焊條的工藝性能好，其焊縫外表成形美觀、波浪細(xì)密.由于藥皮中含有較多的FeO、TiO2、Si02等成分，所以熔渣的氧化性強(qiáng)。酸性焊條一般均可承受交、直流電源施焊.典型的酸性焊條為E4303〔J422。堿性焊條它是藥皮中含有多量堿性氧化物的焊條.由于焊條藥皮中含有較多的大理石、螢石等成分，它們在焊接冶金反響中生成CO2和HF，因此降低了焊縫中的含氮量.所以堿性焊條又稱為低氫焊條.堿性焊條的焊縫具有較高的塑性和沖擊韌度值,一般承受動載的焊件或剛性較大的重要構(gòu)造均承受堿性焊條施工。典型的堿性焊條為E5015(J507〕.〔三)按焊條藥皮的類型可分為：氧化鈦型焊條、鈦鈣型焊條、鈦鐵礦型焊條、氧化鐵型焊條、纖維素型焊條和低氫型焊條等.二、焊條的型號和牌號〔一〕焊條的型號在GB5117一85《碳鋼焊條》中,規(guī)定的焊條型號編制方法是：字母“E”表示焊條,第kgf/mm2；第三位數(shù)字表示焊條的焊接0”及“1”表示焊條適用于全位置焊接〔平、立、仰、橫,“2”平焊及橫角焊,“4”表示焊條適用于向下立焊;第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型。〔二〕焊條的牌號焊條牌號是對于焊條產(chǎn)品的具體命名.焊條牌號的編制方法是：牌號最前面的字母表示焊條各大類；第一、二位數(shù)字表示各大類焊條中的假設(shè)干小類，例如對于構(gòu)造鋼焊條則表示焊縫金屬的不同強(qiáng)度級別，第三位數(shù)字表示焊條藥皮類型和捍接電源種類．三、焊條的組成焊條是涂有藥皮的供手弧焊用的熔化電極，它由藥皮和焊芯兩局部組成。焊條藥皮是壓涂在焊芯外表上的涂料層.焊芯是焊條中被藥皮包搜的金屬芯。依據(jù)焊條藥皮與焊芯的重量比即藥皮重量系數(shù)Kb,可以分為厚皮焊條和薄皮焊條兩大類?！惨弧澈感具M(jìn)展手弧焊時，焊芯受熱熔化并作為焊縫的填充金屬。因此，焊芯的化學(xué)成分和性能對于焊縫焊芯,其牌號為“HO8A“或“H08E”.“H”表示焊條用鋼絲的“焊“字漢語拼音的第一個08O.08%,“AE對于硫、磷等雜質(zhì)的限量更加嚴(yán)格。低碳鋼焊芯中的含碳量,應(yīng)在保證與母材根本等強(qiáng)度的條件下含碳量越少越好。由于焊芯中含碳量的增高會增大氣孔和裂紋的傾向，同時也會增大飛濺，使焊接過程不穩(wěn)定。所以,低碳鋼010對于低碳鋼焊芯，一般以0.30～0。55％為宜。硅性焊接過程中極易氧化形成Si02，而使焊縫中含有多量的夾雜物.嚴(yán)峻時會引起熱裂紋。因此期望焊芯中的含硅量越少越好.鎳、鉻對于低碳鋼焊芯是作為雜質(zhì)混入的，其含量把握在國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍以內(nèi)，對于焊接冶金．此外，焊芯的電阻率和焊芯中的夾雜物〔如Si02、Al203等〕對于焊條性能都有確定的并且簡潔產(chǎn)生氣孔。當(dāng)焊芯中含有較多的夾雜物時能引起飛濺，并影響焊接電弧的穩(wěn)定性.(二)焊條藥皮1.焊條藥皮的作用1〕保護(hù)作用 由于電弧的熱作用使藥皮熔化形成熔渣,在焊接冶金過程中又會產(chǎn)生某些氣體。熔渣和電弧氣氛起著保護(hù)熔滴、熔池和焊接區(qū)、隔離空氣的作用，防止氮氣等有害氣體侵入焊縫．2)〔例如0、N、H、S、P等，并保護(hù)或添加有益合金元素，使焊縫的抗氣孔性及抗裂性能良好,使焊縫金屬滿足各種性能要求。3〕燒，焊接飛濺小，焊縫成形美觀；易于脫渣以及可適用于各種空間位置的施焊。2。焊條藥皮的類型依據(jù)焊條藥皮組成的不同，可以分為以下八種類型:1〕氧化鈦型簡稱鈦型2〕氧化鈦鈣型3)鈦鐵礦型4〕氧化鐵型5〕纖維素型6)低氫型7〕石墨型8〕鹽基型3.藥皮原材料的種類1〕礦物類2〕金屬及鐵合金類3〕化工產(chǎn)品類4〕有機(jī)物類．藥皮原材料的作用當(dāng)前制造電焊條所使用的原材料近百種，而常用的約30余種。藥皮原材料的作用，歸納起來有以下七項:穩(wěn)弧一般含低電離位元素的物質(zhì)都有穩(wěn)弧作用.主要作用是改善焊條的引弧性能和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性。這種藥皮原材料，通常稱為穩(wěn)弧劑。常用的穩(wěn)弧劑有碳酸鉀、大理石、水玻璃、長石、金紅石等。造渣 藥皮中某些原材料受焊接熱源的作用而熔化形成具有確定物理化學(xué)性能的熔渣,從而保護(hù)熔滴金屬和焊接熔池，并能改善焊縫成形。這種原材料被稱為造渣劑.它們是焊條藥皮中最根本的組成物，常用的是欽鐵礦、金紅石、大理石、石英砂、長石、云母、螢石等。3)造氣 藥皮中的有機(jī)物和碳酸鹽在焊接時產(chǎn)生氣體，從而起到隔離空氣、保護(hù)焊接區(qū)的作用。這類物質(zhì)被稱為造氣劑，如木粉、淀粉、大理石、菱苦土等。4〕脫氧 降低藥皮或熔渣的氧化性和脫除金屬中的氧，該原材料稱為脫氧劑.在焊接鋼時,對氧親合力比鐵大的金屬及其合金都可作為脫氧劑。常用的有錳鐵、硅鐵、欽鐵、鋁粉等。5)合金化 其作用就是補(bǔ)償焊縫金屬中有益元素的燒損和獲得必要的合金成分。合金劑通常承受鐵合金或金屬粉，如錳鐵、硅鐵、鋁鐵等。粘結(jié) 為了把藥皮材料涂敷到焊芯上．并使焊條藥皮具有確定的強(qiáng)度，必需在藥皮中參與粘結(jié)力強(qiáng)的物質(zhì)。常用的粘結(jié)劑是鈉水玻璃、鉀鈉水玻璃等。成形 參與某些物質(zhì)使藥皮具有確定的塑性、彈性及流淌性.以便于焊條的壓制，使焊條外表光滑面不開裂。常用的成形劑有白泥、云母、欽白粉、糊精等。四、焊條的工藝性能焊條的工藝性能是指焊條在焊接操作中的性能。它是衡量焊條質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。焊條的工藝性能主要包括:焊接電弧的穩(wěn)定性、焊縫成形、在各種位置焊接的適應(yīng)性、飛濺、脫渣性、焊條的熔化速度、藥皮發(fā)紅的程度及焊條發(fā)塵量等?！惨弧澈附与娀〉姆€(wěn)定性電弧穩(wěn)定性就是指電弧保持穩(wěn)定燃燒〔不產(chǎn)生斷弧、孩移和磁偏吹等〕的程度,電弧穩(wěn)定性直接影響著焊接過程的連續(xù)性及焊接質(zhì)量。焊接電源的特性、焊接工藝參數(shù)、焊條藥皮類型及組成物等很多因素都影響著電弧的穩(wěn)定性。焊條藥皮中參與電離電位喊的物質(zhì)，可以降低電弧氣氛的電離電位,因而就能提高電弧穩(wěn)定性．由于造渣及壓涂工藝的孺要，一般在焊條藥皮中都含有云母、長石、欽白粉或金紅石等成分，所以，電弧穩(wěn)定性都比較好．然而，低氫焊條由于藥皮中螢石的反電離作用,在用溝通電像焊接時電弧不能穩(wěn)定燃燒，只有承受直流電源才能維持電弧連續(xù)德定地燃燒．假設(shè)能在低氮型焊條藥皮中參與穩(wěn)弧劑〔例如碳酸鉀等〕，也可以在承受溝通電深焊接時保持電弧的稱定性.當(dāng)藥皮的熔點過高或藥皮太厚時，就簡潔在焊條端部形成較長的套簡，致使多弧易于熄滅?！捕澈缚p成形良好的焊縫成形要求外表光滑,波浪細(xì)密美觀，焊縫的幾何外形及尺寸正確。焊縫應(yīng)圓滑地向母材過渡，余高符合標(biāo)準(zhǔn)，無咬邊等缺陷。焊縫外表成形不僅影響美觀，更重要的是影響焊接接頭的力學(xué)性能。成形不好的焊縫會造成應(yīng)力集中，引起焊接部件的早期破壞.影響焊縫成形的因素除操作緣由以外，主要是熔渣凝固溫度，高溫熔渣的粘度、外表張力以及密度等.熔渣凝固溫度是指由焊條藥皮熔化所形成的液態(tài)熔渣轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時的溫度。假設(shè)熔渣的凝固溫度過高，就會產(chǎn)生壓鐵水的現(xiàn)象,嚴(yán)峻影響焊縫成形，甚至產(chǎn)生氣孔。凝固溫度過低,致使熔渣不能均勻地掩蓋在焊縫外表．也會造成外表成形很差。高溫時熔渣的粘度過大，將使焊接冶金反響緩慢，焊縫外表成形不良,并易產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷。假設(shè)熔渣粘度過小,將會造成熔渣對焊縫掩蓋不均勻，失去應(yīng)有的保護(hù)作用。因此，焊接時要求熔渣的粘度必需適宜，一般在1500℃時熔渣粘度以0。1～0.2Pa.s枯度與熔渣的化學(xué)成分有關(guān)。當(dāng)溫度確定時，隨著熔渣組成物比例的變化，熔渣粘度也相應(yīng)地變化。當(dāng)熔池結(jié)晶時，外表張力急劇增加使焊縫具有良好的成形。(三〕各種位置焊接的適應(yīng)性工藝性能良好的焊條能適應(yīng)空間全位置焊接.不同類型的焊條在各種位置上焊接的適應(yīng)性是不同的。幾乎全部的焊條都能進(jìn)展平焊，面橫焊、立焊、仰焊就不是全部焊條都能勝任的．進(jìn)展橫焊、立焊、仰焊時的主要困難:在重力的作用下熔滴不易向熔池過渡．熔池金屬和熔渣向下流以致不能形成正常的焊縫。因此,應(yīng)適當(dāng)增加電弧和氣流的吹力，以便把熔滴送向熔池并阻擋金屬和熔渣下流。調(diào)整熔渣的熔點，粘度及外表張力也是解決焊條全位置焊接的技術(shù)措施，由于這不僅可以阻擋熔渣及鐵水的下淌，而且還能使高溫熔渣盡快地凝固?！菜摹筹w濺焊接過程中由熔滴或熔池中飛出的金屬順粒稱為飛濺。飛濺不僅弄臟焊縫及其四周的部位，增加清理工作量,而且過多的飛濺還會破壞正常的焊接過程，降低焊條的熔敷效率．炸渣的粘度較大或焊條含水量過多、焊條偏心率過大等均會造成較大飛濺．增大焊接電流及電弧長度，飛濺也隨之增加。此外，電源類型、熔滴過渡形態(tài)對子飛戮也有確定的影響。一般鈦鈣型焊條電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴為細(xì)顆粒過渡，飛濺較小。低氮型焊條的電弧穩(wěn)定性較差，熔滴多為大顆粒短路過渡，所以飛濺較大?！参?脫渣性脫渣性是指焊后從焊縫外表去除渣殼的難易程度。脫渣性差的焊條不僅造成清渣的困難，降低焊接生產(chǎn)率．而且在多層焊施工時．還往往會產(chǎn)生夾渣的缺陷。影響脫渣性的因素很多，歸納起來有以下幾方面:熔渣的線膨脹系數(shù)熔渣與焊縫金屬的線膨脹系數(shù)相差越大，冷卻時熔渣越簡潔與焊縫金屬脫離.不同類型焊條的熔渣具有不同的線膨脹系數(shù)，由于鈦型焊條E4313(J421〕熔渣與低碳鋼的線膨脹系數(shù)相差最大,所以它的脫渣性最好。低氫型焊條E4315(J427)熔渣與低碳鋼的線膨脹系數(shù)相差較?。虼怂拿撛暂^差。熔渣的氧化性 在焊縫金屬冷卻結(jié)晶的開頭階段尚未凝固的液體熔渣與處于高溫狀態(tài)的焊縫金屬間，仍會發(fā)生確定的冶金反響。假設(shè)熔渣的氧化性很強(qiáng)就會使焊縫外表氧化，生成一層氧化膜,其主要成分是氧化鐵，它的晶格構(gòu)造是體心立方晶格。FeO晶格搭建在焊縫金屬的a—Fe體心立方晶格上，因此,這層氧化膜結(jié)實地粘在焊縫金屬外表上，導(dǎo)致脫渣困難。假設(shè)熔渣中含有能形成尖晶石型化合物的二價和三價金屬氧化物，可以與渣中的FeO、Mno、CaOMgO等形成體心立方晶格的尖晶石型化合物MeOMe2O3由于尖晶石晶格常數(shù)與FeO的晶格常數(shù)相差不大，所以它們可以相互聯(lián)成共同晶格．這樣，熔渣與焊縫金屬通過FeO薄膜的中介而結(jié)實地聯(lián)系起來，于是脫渣性惡化，焊縫金屬外表消滅粘渣現(xiàn)象。這也說明白含V、AI、Cr的合金鋼焊接時脫渣性不好的緣由就是這些合金元素在焊接過程中形成了氧化物。實踐證明，加強(qiáng)焊條的脫氧力氣就可以明顯地改善脫渣性.熔渣的松脆性 熔渣越松脆就越簡潔去除.在平板外表堆焊時,一般脫渣都比較簡潔然而,在角焊縫和深坡口底層焊接時，由于熔渣夾在鋼板之間而使脫渣造成困難.這時熔渣的松脆性就顯示出較大的影響。鈦型焊條熔渣的構(gòu)