金属熔焊原理 第3次课

1、金金 属属 熔熔 焊焊 原原 理理讲解人：韩兆波讲解人：韩兆波1主要内容主要内容v焊接冶金缺陷焊接冶金缺陷 气孔气孔 夹杂夹杂2 气孔是焊接生产中经常遇到的一种气孔是焊接生产中经常遇到的一种缺陷，是缺陷，是由于焊接过程中熔池内的气泡由于焊接过程中熔池内的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴空穴，称为气孔。，称为气孔。 气孔不仅出现在气孔不仅出现在焊缝表面焊缝表面，也出现，也出现在在焊缝内部焊缝内部。3u 根据气孔的产生原因，可以把气孔分为根据气孔的产生原因，可以把气孔分为析出析出型气孔型气孔和和反应型气孔反应型气孔二类。二类。1 1、析出型气孔、析出型气

2、孔 （1 1）氢气孔：氢气孔：低碳钢、低合金钢，出现在焊缝低碳钢、低合金钢，出现在焊缝表面。表面。（2 2）氮气孔：氮气孔：出现在焊缝表面，成堆出现，与出现在焊缝表面，成堆出现，与蜂窝相似。氮的主要来源是空气侵入焊接区。蜂窝相似。氮的主要来源是空气侵入焊接区。42 2、反应型气孔、反应型气孔 （1 1）COCO气孔气孔 C C气孔在多数情况下存在于焊缝内部，气孔在多数情况下存在于焊缝内部，且沿结晶方向分布，呈条虫状，表面光滑，内且沿结晶方向分布，呈条虫状，表面光滑，内壁有氧化颜色，产生原因冶金反应而产生大量壁有氧化颜色，产生原因冶金反应而产生大量的的COCO气体。气体。（2 2）H H2 2O

3、 O气孔气孔 焊接焊接CuCu、NiNi时：时：CuCu2 2O+2H=2Cu+HO+2H=2Cu+H2 2OO Ni Ni2 2O+2H=2Ni+HO+2H=2Ni+H2 2OO5678u 产生气孔的过程可以分为三个阶段：产生气孔的过程可以分为三个阶段：气泡的生核、气泡的长大和逸出。气泡的生核、气泡的长大和逸出。 1 1、气泡的生核、气泡的生核 熔池内的气孔的生核应具备的两个条件：熔池内的气孔的生核应具备的两个条件：（1 1）液态金属中有过饱和的气体）液态金属中有过饱和的气体 。（2 2）满足气泡生核的能量消耗）满足气泡生核的能量消耗 。2 2、气泡的长大、气泡的长大 3 3、气泡的逸出、气

4、泡的逸出9（一）、影响因素（一）、影响因素 1 1、冶金因素的影响、冶金因素的影响 主要指焊接材料的成分及其主要指焊接材料的成分及其冶金反应、熔冶金反应、熔渣的化学性质、保护气体的气氛、铁锈渣的化学性质、保护气体的气氛、铁锈和和水分水分等因素对产生气孔的影响。等因素对产生气孔的影响。10(1)(1)熔渣氧化性的影响熔渣氧化性的影响 无论是酸性焊条还是碱性焊条，当熔渣无论是酸性焊条还是碱性焊条，当熔渣的氧化性增大时，则的氧化性增大时，则COCO引起的气孔的倾向增引起的气孔的倾向增大；相反，熔渣的还原性增大时，则产生氢气大；相反，熔渣的还原性增大时，则产生氢气孔的倾向增大。孔的倾向增大。11(2)

5、(2)焊条药皮和焊剂的影响焊条药皮和焊剂的影响 焊条和焊剂中加入一定量的氟石，能有效焊条和焊剂中加入一定量的氟石，能有效降低氢气孔产生的倾向。降低氢气孔产生的倾向。 CaFCaF2 2+H+H2 2O=CaO+2HFO=CaO+2HF CaF CaF2 2+2H=Ca+2HF+2H=Ca+2HF 埋弧焊焊剂：一定的氟石和较多的埋弧焊焊剂：一定的氟石和较多的SiOSiO2 2 。12(3)(3)铁锈及水分：增加气孔倾向铁锈及水分：增加气孔倾向132 2、工艺因素的影响、工艺因素的影响 主要是指焊接参数、操作技术等。主要是指焊接参数、操作技术等。(1) (1) 焊接参数焊接参数l焊接电流焊接电流

6、I I ：熔熵变细，熔池变深，增：熔熵变细，熔池变深，增加气孔倾向。加气孔倾向。l电弧电压电弧电压V V ：增加氮气孔倾向。：增加氮气孔倾向。l焊接速度焊接速度：增加结晶速度，使气泡残留增加结晶速度，使气泡残留 增大气孔倾向。增大气孔倾向。l熔池存在时间熔池存在时间：有利于气体上浮逸出。：有利于气体上浮逸出。 14(2) (2) 电流种类和极性电流种类和极性l H H【H H+ +】+ e + e l 直流反接时，工件接负极，使溶池表面直流反接时，工件接负极，使溶池表面的电子过多，不利于产生氢质子的反应，的电子过多，不利于产生氢质子的反应，阻碍了氢向溶池金属的溶解，因而产生气阻碍了氢向溶池金属

7、的溶解，因而产生气孔的倾向最小。孔的倾向最小。 15l 直流正接时，工件接正极，在溶池表面直流正接时，工件接正极，在溶池表面容易发生氢形成质子的反应，这时一部分容易发生氢形成质子的反应，这时一部分氢质子溶入溶池，另一部分在电场作用下氢质子溶入溶池，另一部分在电场作用下飞向负极，所以产生氢气孔的倾向比直流飞向负极，所以产生氢气孔的倾向比直流反接时要大。反接时要大。l 当用交流电焊接时，在电流通过零点瞬当用交流电焊接时，在电流通过零点瞬间无电厂作用，氢质子可以顺利地溶入溶间无电厂作用，氢质子可以顺利地溶入溶池，其产生气孔的倾向最大。池，其产生气孔的倾向最大。 16(3)(3)工艺操作工艺操作l1)

8、 1)焊前未严格按规定要求烘干焊条、焊剂焊前未严格按规定要求烘干焊条、焊剂或烘干后放置时间过长。或烘干后放置时间过长。l2) 2)焊前未对焊件、焊丝上的铁锈、水分、焊前未对焊件、焊丝上的铁锈、水分、油质等污物按要求进行清除。油质等污物按要求进行清除。l3) 3)焊接时的规范不稳定，特别是使用碱性焊接时的规范不稳定，特别是使用碱性焊条时未采用短弧焊接等。焊条时未采用短弧焊接等。l4) 4)磁偏吹现象会增大气孔倾向。磁偏吹现象会增大气孔倾向。l5) 5)定位焊，要避免定位焊部位产生气孔。定位焊，要避免定位焊部位产生气孔。 17（二）、防止气孔产生的措施（二）、防止气孔产生的措施1 1、控制气体的来

9、源、控制气体的来源 (1) (1)表面清理表面清理 焊件与焊丝表面的氧化膜、铁锈、油污焊件与焊丝表面的氧化膜、铁锈、油污 (2) (2)焊接材料的防潮与烘干焊接材料的防潮与烘干 按要求进行烘干处理按要求进行烘干处理 (3) (3)加强保护加强保护 药皮不能脱落、焊剂和保护气体不能中药皮不能脱落、焊剂和保护气体不能中断，正确引弧，采用短弧焊，装配间隙不断，正确引弧，采用短弧焊，装配间隙不能太大。能太大。182 2、正确选用焊接材料、正确选用焊接材料 通过控制焊接材料的氧化性和还原性，通过控制焊接材料的氧化性和还原性，降低气孔的敏感性。降低气孔的敏感性。3 3、控制焊接工艺条件、控制焊接工艺条件

10、控制焊接工艺条件的目的是创造熔池中控制焊接工艺条件的目的是创造熔池中气体逸出的有利条件，同时也应有利于限气体逸出的有利条件，同时也应有利于限制电弧外围气体向熔融金属中溶入。制电弧外围气体向熔融金属中溶入。 1) 1)正确选择焊接参数，运条速度不能太快。正确选择焊接参数，运条速度不能太快。 2) 2)对导热快、散热面积大的焊件，若周围环对导热快、散热面积大的焊件，若周围环境温度较低，应进行预热，以降低冷却速境温度较低，应进行预热，以降低冷却速度。度。19 由冶金反应产生的，焊后残留在焊由冶金反应产生的，焊后残留在焊缝金属中的缝金属中的微粒、非金属杂质（如氧微粒、非金属杂质（如氧化物、硫化物）化物

11、、硫化物）等，统称为夹杂物，等，统称为夹杂物，简称夹杂。简称夹杂。20一、夹杂的种类及危害一、夹杂的种类及危害1 1、氧化物夹杂、氧化物夹杂l在熔池冶金反应时产生主要组成物：在熔池冶金反应时产生主要组成物：SIOSIO2 2、MnOMnO、TiOTiO2 2、AlAl2 2O O3 3；l存在形式：块状或条状存在；存在形式：块状或条状存在；l危害：会引起热裂纹，同时也会降低焊缝危害：会引起热裂纹，同时也会降低焊缝的韧性。的韧性。212 2、硫化物夹杂、硫化物夹杂主要来源于焊条药皮和焊剂。主要来源于焊条药皮和焊剂。l存在形式：存在形式：MnSMnS、FeSFeS与与FeOFeO形成低熔点共形成低

12、熔点共晶物。晶物。l危害：使焊缝金属的热裂倾向增大。危害：使焊缝金属的热裂倾向增大。 223 3、氮化物夹杂、氮化物夹杂主要来源于空气。主要来源于空气。l存在形式：存在形式：FeFe4 4N N，分布在晶粒上或穿，分布在晶粒上或穿晶。晶。l影响：提高硬度，降低塑性和韧性。影响：提高硬度，降低塑性和韧性。23242526271. 1.控制其来源控制其来源l氧化物夹杂：氧化物夹杂：焊接时脱氧可以有效地减少焊接时脱氧可以有效地减少氧化物的含量，控制氧化物的夹杂；氧化物的含量，控制氧化物的夹杂；l氮化物夹杂：氮化物夹杂：空气中的氮进入焊缝金属中空气中的氮进入焊缝金属中会形成氮化物夹杂，在焊接时加强保护

13、控会形成氮化物夹杂，在焊接时加强保护控制其来源是有效的措施。制其来源是有效的措施。l硫化物夹杂：硫化物夹杂：控制焊接材料或母材中的硫控制焊接材料或母材中的硫含量。含量。282. 2. 正确选用焊接材料正确选用焊接材料l 正确选择正确选择焊条焊条、焊丝焊丝和和焊剂焊剂，以便，以便在焊接过程中能充分在焊接过程中能充分脱氧脱氧、脱硫脱硫，从，从而减少焊缝中的夹杂物。而减少焊缝中的夹杂物。293. 3. 采用合理的焊接工艺采用合理的焊接工艺l 1) 1)选用合适的焊接参数，适当地增大选用合适的焊接参数，适当地增大焊接热输入，使熔池的存在时间增大，焊接热输入，使熔池的存在时间增大，使夹杂物在焊缝金属凝固

14、前能排出。使夹杂物在焊缝金属凝固前能排出。30 2) 2) 多层焊时，要仔细清理前一层的多层焊时，要仔细清理前一层的熔渣熔渣，避免残留的熔渣在焊接下一层焊避免残留的熔渣在焊接下一层焊缝时进入熔池而形成夹杂物。缝时进入熔池而形成夹杂物。31l 3) 3)焊条电弧焊采用适当的焊接方法，焊条电弧焊采用适当的焊接方法，比如作适当的摆动，可有利于熔渣和夹比如作适当的摆动，可有利于熔渣和夹杂物的排查。杂物的排查。32l 4) 4)施焊过程中，要注意对熔池的保护，施焊过程中，要注意对熔池的保护，避免外界空气进入熔池中（防风措施）。避免外界空气进入熔池中（防风措施）。包括控制电弧长度，保证埋弧焊时焊剂层包括控制电弧长度，保证埋弧焊时焊剂层的厚度，气体保护焊时保证气体的流量，的厚度，气体保护焊时保证气体的流量，避免外界因素的影响使保护效果变差等。避免外界因素的影响使保护效果变差等。33课课