第二章熔化焊连接原理

1、1第二章熔化焊连接原理21-1 焊接热过程和接头形成 1-2 熔化焊化学冶金 1-3 熔化焊接头组织与性能1-4 焊接冶金缺陷3本本 章章 重重 点点焊接冶金过程的特点。焊缝金属的脱氧、脱硫、脱磷及合金化。焊缝金属的结晶过程及组织。焊接热影响区的构成、组织与性能。焊缝中气孔的产生与防止方法。焊接裂纹的产生、形成及防止措施。（一）种类（一）种类l电弧热：电弧热：利用气体介质在两电极之间强烈而持续放电过程产生的热能为利用气体介质在两电极之间强烈而持续放电过程产生的热能为焊接热源焊接热源（应用最广泛应用最广泛）。l电阻热：电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。利用电流通过导体时产生的电阻热

2、作为热源。l电子束：电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为焊接热源。这种动能转化为热能作为焊接热源。l激光束：激光束：经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源l等离子焰：等离子焰：电弧放电或高频放电产生高速电离的离子流电弧放电或高频放电产生高速电离的离子流l化学反应热：化学反应热：利用助燃（氧气）和可燃气体（乙炔）或铝、镁热剂进行利用助燃（氧气）和可燃气体（乙炔）或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为焊接热源。化学反应时所产生的热能作为焊接热源

3、。l其它热：其它热：如摩擦能量、高频感应电流等。如摩擦能量、高频感应电流等。41-11-1焊接热过程和接头形成焊接热过程和接头形成不同焊接方法的不同焊接方法的h 焊接方法焊接方法手弧焊手弧焊埋弧焊埋弧焊电子束及电子束及激光焊激光焊电渣焊电渣焊TIG焊焊MIG焊焊钢钢铝铝 h 0.770.870.770.900.90.830.680.850.660.690.700.856（一）焊接温度场（一）焊接温度场78相变温度以上的停留时间相变温度以上的停留时间t t H H： 在相变温度以上的停留时间越大，越有利于奥氏体均在相变温度以上的停留时间越大，越有利于奥氏体均质化，但晶粒长大越严重。质化，但晶粒长

4、大越严重。冷却速度冷却速度cc和冷却时间和冷却时间 冷却速度，特别是在固态相变冷却速度，特别是在固态相变温度范围内冷却速度，即温度范围内冷却速度，即 800800500 500 及及800800300 300 时的冷却速时的冷却速度是焊接热循环中极其重要的参数，度是焊接热循环中极其重要的参数，它将影响到固态相变组织及性能。它将影响到固态相变组织及性能。 准确地测量瞬时冷却速度有一准确地测量瞬时冷却速度有一定地困难，多采用一定温度范内的定地困难，多采用一定温度范内的冷却时间来代替冷却速度，冷却时间来代替冷却速度， 如如t t8/58/59离焊缝中心远近不一的各点其热循环各不相同，离焊缝越近的点，

5、其加热速度越快，峰值温度越高，冷却也越快，加热到最高点所用时间也最短。加热到最高温度的时间相对于冷却到室温的时间要短，在相变温度以上停留时间越长，越有利于奥氏体均质化。3 3、多层焊焊接热循环、多层焊焊接热循环1）长段多层焊接热循环）长段多层焊接热循环l长段多层焊长段多层焊每次焊缝的长度较长每次焊缝的长度较长(1.01.5m)，当焊完，当焊完第一层再焊第二层时，第一层已基本冷却到较低的温度第一层再焊第二层时，第一层已基本冷却到较低的温度(约约100200)。相邻各层之间相邻各层之间有依次热处理有依次热处理的作用，为防的作用，为防止最后一层淬止最后一层淬火，可多加一火，可多加一层退火焊道。层退火

6、焊道。不适于焊接淬硬倾向大的钢种不适于焊接淬硬倾向大的钢种。焊接这种钢时，应特别注。焊接这种钢时，应特别注意与其他工艺措施的配合，如预热和层间温度的控制等。意与其他工艺措施的配合，如预热和层间温度的控制等。2）短段多层焊接热循环）短段多层焊接热循环l短段多层焊短段多层焊就是每层的焊缝长度较短就是每层的焊缝长度较短(约约50400mm)，还未等前一层焊缝冷却到较低温度（如，还未等前一层焊缝冷却到较低温度（如Ms点）就开始了点）就开始了下一层的焊接。下一层的焊接。短段多层焊操作繁琐，生产率低，除非特殊的情况才采用。短段多层焊操作繁琐，生产率低，除非特殊的情况才采用。（一）焊接材料的熔化与熔池形成（

7、一）焊接材料的熔化与熔池形成1、焊接材料的加热、焊接材料的加热（加热加热熔化熔化形成熔滴形成熔滴）l电阻热：电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。当电阻热过大时，易引起焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。当电阻热过大时，易引起焊芯和药皮温度过高，造成飞溅增加，药皮开裂、脱落或失去保护、冶金作焊芯和药皮温度过高，造成飞溅增加，药皮开裂、脱落或失去保护、冶金作用，在焊条电弧中应尽量少用，但在电渣焊中却是主要能量。用，在焊条电弧中应尽量少用，但在电渣焊中却是主要能量。l电弧热：电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。是熔化焊条、焊丝、母材的主焊接电弧传给焊条端部的热量。是熔化焊条、焊丝、母材的主要能量。要

8、能量。l化学反应热：化学反应热：药皮部分化学物质化学反应时产生的热量（只占药皮部分化学物质化学反应时产生的热量（只占1%3%可忽略不计）。可忽略不计）。1213142)熔滴的比表面积熔滴的比表面积Su熔滴的表面积与其质量之比。熔滴的表面积与其质量之比。 S=Ag/Vg=4R S=Ag/Vg=4R2 2/(4/3R/(4/3R3 3)=3/R)=3/RuI,R,S，利于冶金反应进行。，利于冶金反应进行。3)熔滴的温度熔滴的温度u研究熔滴阶段各种物理化学反应必不可少的重要参数；研究熔滴阶段各种物理化学反应必不可少的重要参数；u理论上精确计算困难；理论上精确计算困难；u实测手工电弧焊碳钢焊条实测手工

9、电弧焊碳钢焊条熔滴熔滴平均温度：平均温度：180024001800240015u 熔池为不标准的半椭球，熔池为不标准的半椭球，轮廓为温度等于母材熔点轮廓为温度等于母材熔点的等温面的等温面u几何尺寸：几何尺寸：L=PL=P2 2IUIU， B Bmax， H Hmaxu影响因素影响因素 IB IBmax，H Hmax UB UBmax，H Hmax 16P2是比例系数，大小取决于焊接方法与焊接电流，3、熔池温度熔池温度熔池温度分布不均匀熔池温度分布不均匀,中部最高，头部次之，中部最高，头部次之，其次是尾部其次是尾部 低碳钢熔池平均温度低碳钢熔池平均温度为为1770171 1）液态金属密度差引起自

10、由）液态金属密度差引起自由 对流运动对流运动2 2）表面张力差强迫对流运）表面张力差强迫对流运动动3 3） 熔池中各种机械力搅拌熔池中各种机械力搅拌流动状态如图所示：流动状态如图所示：l熔池上部熔化的母材由熔熔池上部熔化的母材由熔池前部向熔池后部运动池前部向熔池后部运动; ;l在熔池底部，液态金属由在熔池底部，液态金属由熔池后部向中心运动熔池后部向中心运动1819用对焊接质量无害的气体隔离空气。如：气焊、惰性用对焊接质量无害的气体隔离空气。如：气焊、惰性气体保护焊、气体保护焊、CO2CO2气保焊气保焊用具有一定物理化学性能的渣隔绝空气。如：埋弧焊、用具有一定物理化学性能的渣隔绝空气。如：埋弧焊

11、、电渣焊电渣焊属化学保护，含脱氧、氮剂，如实芯或药芯焊丝属化学保护，含脱氧、氮剂，如实芯或药芯焊丝202、焊接接头的组成、焊接接头的组成l焊缝金属焊缝金属l熔合线熔合线l热影响区热影响区l母材母材 2122应力分布不均匀，接头强度较低，常用于焊前准备和装配要求简单的板类焊件结构中应力分布较复杂，但焊透的T形接头在任一载荷下都具有很高的强度。常用于船体结构中23%100fillerbasebaseAAA241-21-2熔化焊接化学冶金熔化焊接化学冶金焊接化学冶金过程：熔化焊时，焊接区内各种物质（气相、液态金属、熔渣气相、液态金属、熔渣）之间在高温下相互作用，发生一系列化学冶金反应的过程。（一）焊

12、接材料的类型（一）焊接材料的类型 焊接时所消耗的材料统称为焊接材料。2526药皮组成药皮组成稳弧剂稳弧剂: : 改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定性，原改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定性，原材料为易电离或电离势低的物质。如：材料为易电离或电离势低的物质。如：K K2 2COCO3 3、CaCOCaCO3 3大大理石、长石、钾水玻璃理石、长石、钾水玻璃造渣剂造渣剂: : 造成具有一定物理性能、化学性能的熔渣，造成具有一定物理性能、化学性能的熔渣，起到保护作用和改善焊缝成型。如：钛铁矿、金红石、起到保护作用和改善焊缝成型。如：钛铁矿、金红石、萤石、长石等。萤石、长石等。 造气剂：造气剂：造气保护造气

13、保护 , ,有机物、碳酸盐有机物、碳酸盐. .有机物如：木有机物如：木粉、淀粉、析出气体粉、淀粉、析出气体COCO、H H，碳酸盐析出气体，碳酸盐析出气体CO2CO2，高温，高温时产生时产生COCO。27283 3、焊条的分类和性能、焊条的分类和性能1 1）焊条的分类）焊条的分类按用途分可分为十类按用途分可分为十类：结构钢焊条、钼和铬钼钢焊条、低温钢焊条、不锈钢结构钢焊条、钼和铬钼钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条按药皮性质可分为两

14、类：按药皮性质可分为两类： - - 酸性焊条酸性焊条药皮中含有多量酸性氧化物药皮中含有多量酸性氧化物（SiOSiO2 2，MnOMnO2 2 ） - - 碱性焊条碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物药皮中含有多量碱性氧化物（CaFCaF2 2，CaOCaO）* *碱性焊条药皮中不含有机物，产生的保护气氛中氢含碱性焊条药皮中不含有机物，产生的保护气氛中氢含量极少，故又称为低氢焊条量极少，故又称为低氢焊条292 2）焊条的性能）焊条的性能u冶金性能冶金性能u工艺性能：工艺性能：焊条在焊接操作中的性能焊条在焊接操作中的性能, ,包括：包括： 焊接电弧的弧定性焊接电弧的弧定性( (稳弧性稳弧性);); 焊

15、缝成形性；焊缝成形性； 全位置焊接适应性全位置焊接适应性; ; 飞溅、脱渣性；飞溅、脱渣性； 焊条的熔化速度；焊条的熔化速度； 药皮发红问题药皮发红问题. .30飞溅：飞溅：焊接过程中由熔滴焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒或熔池中飞出的金属颗粒脱渣性：脱渣性：焊后熔渣从焊缝焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度表面清除的难易程度焊缝位置：焊缝位置： 平焊缝、立焊缝、仰焊缝、平焊缝、立焊缝、仰焊缝、横焊缝横焊缝立、仰、横焊难点在于立、仰、横焊难点在于: :重力作用下焊条熔滴不重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡易向熔池过渡; ;熔池金属和熔渣下流熔池金属和熔渣下流. .3 3）酸性焊条和碱性焊条特点

16、酸性焊条和碱性焊条特点l从焊缝金属力学性能考虑从焊缝金属力学性能考虑酸性焊条的药皮熔渣氧化性强，合金元素易烧损，焊缝中酸性焊条的药皮熔渣氧化性强，合金元素易烧损，焊缝中氢、硫等含量较高，故氢、硫等含量较高，故焊缝金属的塑性、韧性较低，抗裂焊缝金属的塑性、韧性较低，抗裂性较差，适于普通结构钢件焊接。性较差，适于普通结构钢件焊接。碱性焊条的药皮含有较多的合金剂，故碱性焊条的药皮含有较多的合金剂，故焊缝金属力学性能焊缝金属力学性能好，抗裂性好，适于焊接好，抗裂性好，适于焊接焊接重要的结构件。焊接重要的结构件。l从焊接工艺性考虑从焊接工艺性考虑酸性焊条稳弧性好，飞溅小，易脱渣，对油污、水、锈的酸性焊条

17、稳弧性好，飞溅小，易脱渣，对油污、水、锈的敏感性小，焊接电流可交、直两用，敏感性小，焊接电流可交、直两用，工艺性好；工艺性好；碱性焊条稳弧性差，飞溅大，对油污、水锈的敏感性大，碱性焊条稳弧性差，飞溅大，对油污、水锈的敏感性大，焊接电源多要求直流，焊接电源多要求直流，焊接工艺性较差。焊接工艺性较差。313233E4315完整的焊条型号举例如下：完整的焊条型号举例如下：表示焊条药皮为低氢钠型，表示焊条药皮为低氢钠型，并可采用直流反接焊接并可采用直流反接焊接表示焊条适用于全位表示焊条适用于全位置焊接置焊接表示熔敷金属抗拉强度表示熔敷金属抗拉强度的最小值的最小值420MP 表示焊条表示焊条 结构钢焊条

18、牌号：结构钢焊条牌号：34J507低氢型药皮、直流低氢型药皮、直流焊缝金属抗拉强度焊缝金属抗拉强度不低于不低于490MPa结构钢焊条结构钢焊条5 5、焊条的选用、焊条的选用l考虑母材的化学成分与力学性能考虑母材的化学成分与力学性能1)焊接焊接结构钢结构钢时，一般要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材时，一般要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。强度等级来选用相应的焊条。（等强原则）（等强原则）2)焊接焊接特种钢特种钢时，应选用专业焊条。保证焊缝金属的主要化学成分及性时，应选用专业焊条。保证焊缝金属的主要化学成分及性能与母材相同能与母材相同（等成分原则）（等成分原则

19、）。3)焊接焊接异种钢异种钢时，采用时，采用低匹配原则低匹配原则。低碳钢与低合金钢焊接时，可按异。低碳钢与低合金钢焊接时，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用焊条。种钢接头中强度较低的钢材来选用焊条。l考虑结构的使用条件考虑结构的使用条件对承受动载荷或冲击载荷的焊缝，或结构复杂、大厚度的焊件，对承受动载荷或冲击载荷的焊缝，或结构复杂、大厚度的焊件，为为保证焊缝具有较高的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求较高保证焊缝具有较高的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求较高时，应选用时，应选用碱性焊条，碱性焊条，否则，选用酸性焊条。否则，选用酸性焊条。35（三）焊剂和焊丝（三）焊剂和焊丝 焊剂和焊

20、丝都是埋弧焊，电渣焊时使用的焊接焊剂和焊丝都是埋弧焊，电渣焊时使用的焊接材料，焊剂相当于焊条药皮，焊丝相当于焊条药材料，焊剂相当于焊条药皮，焊丝相当于焊条药芯芯1 1、焊剂、焊剂1 1）按制造方法分类按制造方法分类熔炼焊剂（熔炼焊剂（HJ)HJ)：将矿物在电弧炉中熔炼，然后用水激冷粉碎，将矿物在电弧炉中熔炼，然后用水激冷粉碎，烘干使用烘干使用非熔炼焊剂：非熔炼焊剂：粘接焊剂和烧结焊剂粘接焊剂和烧结焊剂(SJ)(SJ)：将原材料粉碎按将原材料粉碎按一定比例和粘接剂混合，通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制成一定比例和粘接剂混合，通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制成362 2）按焊剂化学成分分类

21、）按焊剂化学成分分类l按按SiOSiO2 2含量分含量分：高硅、中硅、低硅焊剂高硅、中硅、低硅焊剂l按按MnOMnO含量分含量分：高锰、中锰、低锰、无锰焊剂高锰、中锰、低锰、无锰焊剂l按按CaFCaF2 2含量分含量分：高氟、中氟、低氟焊剂高氟、中氟、低氟焊剂2 2、焊丝、焊丝1 1）实心焊丝实心焊丝2 2）药芯焊丝）药芯焊丝特点：特点：n飞溅小飞溅小n焊缝成形美观焊缝成形美观n熔敷速度高于实心焊丝熔敷速度高于实心焊丝n可进行全位置焊接可进行全位置焊接37简单，易制造，但要求电流小，熔深钱，合金量加入多时采用，其余截面特性与之相反熔渣：焊条药皮或焊剂溶化后经过一系列化学变化熔渣：焊条药皮或焊剂

22、溶化后经过一系列化学变化形成的覆盖于焊缝表面的非金属物质。形成的覆盖于焊缝表面的非金属物质。 作用：作用：1.机械保护作用机械保护作用2.冶金处理作用冶金处理作用3.改善工艺性能改善工艺性能38（一）（一） 熔渣的组成熔渣的组成1 1、熔渣的成分：、熔渣的成分：大体由氧化物、氯化物、氟化物大体由氧化物、氯化物、氟化物、硼酸盐类组成是多种化学组成的复杂体系。、硼酸盐类组成是多种化学组成的复杂体系。2 2、熔渣的分类、熔渣的分类 第一类第一类 氧化物型氧化物型 第二类第二类 盐盐氧化物型氧化物型 第三类第三类 盐型盐型 39由金属氧化物组成，氧化性强，主要用于焊接低碳钢及低合金钢由氟化物和强金属氧

23、化物组成，具有弱氧化性，主要用于焊接高合金钢。由金属的氟酸盐、氯酸盐和不含氟的化合物组成，其氧化性小，用于焊接铝、钛等活性金属及其合金。 碱度是判断焊接熔渣碱性强弱的指标碱度是判断焊接熔渣碱性强弱的指标。 这一领域存在分子理论与离子理论两种观点，分子理这一领域存在分子理论与离子理论两种观点，分子理论认为熔渣中的氧化物按其性质可分为三类。论认为熔渣中的氧化物按其性质可分为三类。401)1)酸性氧化物酸性氧化物 SiOSiO2 2 TiO TiO2 2 P P2 2O O5 52)2)碱性氧化物碱性氧化物 K K2 2O NaO Na2 2O CaO MgO O CaO MgO BaO MnO F

24、eO BaO MnO FeO3)3)中性氧化物中性氧化物 AlAl2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3 Cr Cr2 2O O3 341根据分子理论碱度的定义为：根据分子理论碱度的定义为：B= (R B= (R 2 2O+RO)/ ROO+RO)/ RO2 2R R 2 2OO、RORO熔渣中碱性氧化物的摩尔分数熔渣中碱性氧化物的摩尔分数 RORO2 2 熔渣中酸性氧化物的摩尔分数熔渣中酸性氧化物的摩尔分数碱度碱度B的倒数称为酸度的倒数称为酸度B1.5碱性渣碱性渣B1.5酸性渣酸性渣（三）（三） 熔渣的物理性质熔渣的物理性质1 1、熔渣的熔点、熔渣的熔点- 药皮熔化后药皮熔化后,

25、,熔渣开始凝固的温度熔渣开始凝固的温度熔渣的熔点是影响焊接工艺性能和质量的重要因素之一。熔渣的熔点是影响焊接工艺性能和质量的重要因素之一。因此要求熔渣的熔点与焊丝和母材的熔点相匹配。因此要求熔渣的熔点与焊丝和母材的熔点相匹配。u熔渣的熔点过高，熔渣的熔点过高，将使其与液态金属间的反应不充分，易将使其与液态金属间的反应不充分，易形成夹渣，产生压铁液现象，使焊缝成形变坏。形成夹渣，产生压铁液现象，使焊缝成形变坏。u熔点过低，熔点过低，使熔渣的覆盖性能变差，焊缝表面粗糙不平，使熔渣的覆盖性能变差，焊缝表面粗糙不平，并导致全位置施焊困难。并导致全位置施焊困难。42一般焊接熔渣的熔点应比焊缝金属的熔点低

26、一般焊接熔渣的熔点应比焊缝金属的熔点低200450。适。适于焊接钢的熔渣，其熔点一般在于焊接钢的熔渣，其熔点一般在11501350范围内。范围内。 2.2.熔渣的粘度熔渣的粘度-代表熔渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力代表熔渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力(1)(1)温度对粘度的影响温度对粘度的影响温度温度熔渣的粘度熔渣的粘度酸性渣粘度下降缓慢酸性渣粘度下降缓慢碱性渣粘度下降迅速碱性渣粘度下降迅速长渣长渣: :粘度变化粘度变化时凝固时间长的熔渣时凝固时间长的熔渣,如含如含SiO2多的酸性渣多的酸性渣短渣短渣: :粘度变化粘度变化时凝固时间短的熔渣时凝固时间短的熔渣,如低氢型和氧化钛型如低氢型

27、和氧化钛型 焊条熔渣焊条熔渣43碱性渣碱性渣酸性渣酸性渣(2)(2)熔渣成分对粘度的影响熔渣成分对粘度的影响u酸性渣酸性渣SiO2多多,Si-O阴离子结构复杂，粘度大阴离子结构复杂，粘度大TiO2多多,Si-O阴离子结构简单，粘度小阴离子结构简单，粘度小u碱性渣碱性渣CaO多多,熔渣中易出现未熔化的固相颗粒，粘度大熔渣中易出现未熔化的固相颗粒，粘度大无论是酸性还是碱性渣，加入无论是酸性还是碱性渣，加入CaF2，粘度都下降，粘度都下降443.3.熔渣的表面张力熔渣的表面张力u熔渣与实际气相接触的比表面能称表面张力熔渣与实际气相接触的比表面能称表面张力u渣表面张力主要决定于其间化学键的性质和温度渣

28、表面张力主要决定于其间化学键的性质和温度键能越大表面张力越大键能越大表面张力越大.离子键离子键:FeO、MnO、CaO、MgO和和Al2O3（表面张力大）（表面张力大）共价键共价键:TiO、SiO2、B2O3和和P2O5，（表面张力小）（表面张力小）45不同的焊接方法，有不同的反应区。药皮反应区药皮反应区I熔滴反应区熔滴反应区II熔池反应区熔池反应区III461、药皮反应区、药皮反应区指焊条受热后，到焊条药皮熔点前指焊条受热后，到焊条药皮熔点前发生的一些反应发生的一些反应1）反应特点）反应特点l 温度低：温度低：100-1200100-1200（药皮熔点）（药皮熔点）l 反应发生于固相间，反应

29、不充分反应发生于固相间，反应不充分2）主要反应）主要反应l 水分蒸发水分蒸发: : 吸附水、结晶水、化合水吸附水、结晶水、化合水l 某些物质分解：某些物质分解： 有机物，碳酸盐（大理石、白云石等）和高价有机物，碳酸盐（大理石、白云石等）和高价氧化物（氧化物（FeFe2 2O O3 3、MnOMnO2 2等）分解造气等）分解造气, ,形成形成CoCo，COCO2 2，H H2 2O O，O O2 2等气体等气体l 铁合金氧化铁合金氧化 ： 脱氧剂发生先期脱氧脱氧剂发生先期脱氧( (降低气氛中氧分压降低气氛中氧分压) )3）作用）作用 反应产生大量气体，对熔化金属有机械保护作用（隔离反应产生大量气

30、体，对熔化金属有机械保护作用（隔离空气），同时对被焊金属和药皮中铁合金有氧化作用。空气），同时对被焊金属和药皮中铁合金有氧化作用。47482、熔滴反应区：、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条，过渡到熔池中这个过程。指熔滴形成、长大、脱离焊条，过渡到熔池中这个过程。) ) 温度温度度大，反应物活性度大，反应物活性 ：18002400) ) 与气体、熔渣的接触面积大：与气体、熔渣的接触面积大：比表面积达 103104cm2/kg 各相充分接触) )相间作用时间短：相间作用时间短：T停=0.010.1(s)，T过=0.00010.001(s)，反应主要在焊条末端进行) ) 熔渣、熔滴搅拌混合强烈

31、：熔渣、熔滴搅拌混合强烈：增加相的接触面，利于反应物的进入和退出，加快反应速度。主要反应：气体分解和熔解、金属蒸发、金属及其化合物间的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。 493、熔池反应区：、熔池反应区：熔滴和熔渣进入熔池后各相间进一步进行物化反应熔滴和熔渣进入熔池后各相间进一步进行物化反应1 1）熔池温度相对低：）熔池温度相对低：T =1600T =160019001900。2) 2) 比表面积小：比表面积小：3 3130 cm130 cm2 2/kg/kg3 3）存在时间长：）存在时间长： 手工焊手工焊3 38s8s，埋弧焊，埋弧焊625s625s，4 4）反应速度没有熔滴反应区强：反应时间

32、长。）反应速度没有熔滴反应区强：反应时间长。5 5）熔池温度不均匀：其前部与尾部反应相反。）熔池温度不均匀：其前部与尾部反应相反。 熔池前半部分发生金属熔化和气体的吸收熔池前半部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应，熔池后半部分发生金属凝利于吸热反应，熔池后半部分发生金属凝固和气体的析出固和气体的析出,利于放热反应。利于放热反应。（一）焊接区内的气体（一）焊接区内的气体 1 1、气体的来源、气体的来源u 焊接材料焊接材料 焊条药皮、焊剂中的造气剂、高价氧化物和水分等焊条药皮、焊剂中的造气剂、高价氧化物和水分等u 焊接区周围的空气焊接区周围的空气u焊丝和母材表面上的油锈等杂质。焊丝和母材表面

33、上的油锈等杂质。5022222NOOHHCOCO、成分：成分： 金属及熔渣蒸气2 22 2511).1).有机物的分解和燃烧：有机物的分解和燃烧：如淀粉、纤维素等有机化合如淀粉、纤维素等有机化合物热氧化分解反应。物热氧化分解反应。 2 2（C C6 6H H1010OO5 5）mm+7mO+7mO2 2=12mCO=12mCO2 2+10mH+10mH2 22).2).碳酸盐和高价氧化物的分解：碳酸盐和高价氧化物的分解： CaCOCaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2 MgCOMgCO3 3=MgO+CO=MgO+CO2 2 6Fe2O3=4Fe3O4+O26Fe2O3=4Fe3O4

34、+O23).3).材料的蒸发材料的蒸发; ; 焊接材料中的水分，低熔点的金属焊接材料中的水分，低熔点的金属元素和熔渣各成分在电弧高温作用下发生蒸发元素和熔渣各成分在电弧高温作用下发生蒸发5253焊接区的氢可以处于分子、原子和离子状态焊接区的氢可以处于分子、原子和离子状态 u氢以原子或质子形式溶入（气保焊）氢以原子或质子形式溶入（气保焊）u通过渣层溶入金属通过渣层溶入金属（电渣焊）（电渣焊） 当氢通过熔渣向金属溶解时：当氢通过熔渣向金属溶解时：)(2)22OHOOH（气 2 2)( 2)(2HOFeOHFe 2)(2)()(222HOFeOHFe渣中渣中O2-水在渣中的溶解度水在渣中的溶解度渣中

35、含渣中含F-，氢的溶解度下降。，氢的溶解度下降。小结：小结：氢通过熔渣溶解时，其溶解度取决于气相中氢和水蒸氢通过熔渣溶解时，其溶解度取决于气相中氢和水蒸气的分压、熔渣碱度、氟化物含量和金属中的氧含量等。气的分压、熔渣碱度、氟化物含量和金属中的氧含量等。 当氢通过气相向金属溶解：当氢通过气相向金属溶解： 其溶解度取决于氢的状态。分子状态的氢在金属中的溶其溶解度取决于氢的状态。分子状态的氢在金属中的溶解度遵循平方根定律：解度遵循平方根定律：54HFOFOH)()()2（22HHHPKSKH2氢在金属中溶解反应氢在金属中溶解反应的平衡常数，与的平衡常数，与T有关；有关；PH2气相中分子氢的分压气相中

36、分子氢的分压AdvancedMaterialsResearchCenter图图1-25氢在第氢在第II类金属中的溶解度与温度的关系类金属中的溶解度与温度的关系1).1).存在形式存在形式 扩散氢：氢以原子或离子形式存在，与金属形成间隙固熔体，并可在金属晶格中自由扩散。 残余氢（剩余氢）：氢原子扩散聚集到金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物的边缘空隙中，结合成分子，不能自由扩散。 总含氢量总含氢量=扩散氢剩余氢扩散氢剩余氢561 1）氢脆）氢脆:氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象称为氢脆。57原因是熔解在晶格中的氢在拉伸时集中于位错空腔中，结合为分子氢，产生很高内压力，导致金属变脆，可通过去

37、氢处理去除。2 2）白点）白点:在其拉伸或弯曲断面上出现的银白色圆形局部脆断点称为白点。大小：D=0.53mm（肉眼可见，其中心常有小夹杂物或气孔，象鱼眼，所以又叫鱼眼）。对白点的敏感性：氢在铁素体中扩散很快，利于逸出，在奥氏体中熔解度大扩散很慢，所以都不敏感。含Cr、Ni、Mo多时对白点很敏感，白点可通过去氢去除。3 3）气孔）气孔：由于温度下降，熔解于金属内的氢来不及逸出而在焊缝中形成的空穴。4 4）产生冷裂纹）产生冷裂纹产生原因产生原因：白点是在塑性变形阶段产生的。“诱捕理论诱捕理论”解释：解释：焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙,好象“陷阱”一样.捕捉氢原子，并在其中结合成氢分子,在

38、拉伸试验中“陷阱”中的氢分子被吸附.由于塑性变形新产生的微裂纹表面上,分解成原子氢,原子氢扩散到微裂纹金属晶格内,引起金属脆化。来源：来源：主要是焊接区周围的空气。氮与金属作用有两种情况。 1、不与氮发生作用的金属：即不能熔解氮又不形成氮化物，可用N作为保护气体（如铜、镍）。 2、与氮发生作用的金属：即能溶解氮又能形成氮化物，这种情况下就要防止焊缝金属的氮化（如铁、钛）。58 1 1）原子形式溶于液态金属）原子形式溶于液态金属 2 2）以）以NONO形式溶入形式溶入 3 3）以氮离子形式溶入）以氮离子形式溶入592、氮对焊接质量的影响、氮对焊接质量的影响 1)1)提高焊缝金属的强度、硬度，降低塑性、韧性（低温下降提高焊缝