焊接成形技术(第二讲)

1、1材料成形技术基础材料成形技术基础主讲：鲁中良主讲：鲁中良机械工程学院机械工程学院2012年年10月月LOGO第二讲 焊接热过程以熔焊为例：以熔焊为例：1 1 焊接热过程的局部焊接热过程的局部集中性集中性2 2 焊接热过程的焊接热过程的瞬时性瞬时性3 3 焊接热源的焊接热源的移动性移动性 2.1 2.1 基本特点基本特点 温度梯度大温度梯度大 加热速度快加热速度快 非同时性非同时性 第二讲 焊接热过程LOGO2.2 2.2 焊接热源和焊接热效率焊接热源和焊接热效率焊接工艺方法焊接工艺方法 焊接所需能量焊接所需能量 热能、机械能热能、机械能 热热 源源 1 1 焊接热源焊接热源 互相促进互相促进

2、 第二讲 焊接热过程LOGO等离子焰等离子焰电阻热电阻热激光束激光束电弧热电弧热化学热化学热电子束电子束摩擦热摩擦热目前能满足焊接目前能满足焊接 条件的条件的热源热源有：有：第二讲 焊接热过程热量高度集中热量高度集中1快速实现焊接过程快速实现焊接过程2保证高质量焊缝保证高质量焊缝3最小的焊接热影响区最小的焊接热影响区HAZHAZ 4先进的焊接热源先进的焊接热源 Heat Affected Zone高质量高质量 高效率高效率 降低劳动强度降低劳动强度 降低能量消耗降低能量消耗 第二讲 焊接热过程LOGO 热效率热效率 = Q/QQ :Q :焊接热源提供的热量焊接热源提供的热量Q:Q:用于加热焊件

3、的有效热量用于加热焊件的有效热量 P = UI U: U: 焊接电压焊接电压 I: I: 焊接电流焊接电流2 2 焊接过程的热效率焊接过程的热效率 与焊接工艺方法有关与焊接工艺方法有关 真正用于加热真正用于加热焊件的有效功率焊件的有效功率 第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程LOGO电源种类电源种类 1焊接方法焊接方法 2被焊金属被焊金属3周围环境周围环境 等等 4 影响影响( )因素因素 第二讲 焊接热过程LOGO T T 工件上某一瞬时某点的温度工件上某一瞬时某点的温度 x,y,z x,y,z工件上某点的空间坐标工件上某点的空间坐标 t t 时间时间 2.3 2.3 焊接

4、温度场焊接温度场 T = f ( x , y , z , t ) 实际测量实际测量 数值计算数值计算 焊件上某一瞬时各点温度的分布焊件上某一瞬时各点温度的分布 焊接温度场可用空间坐标和时间的函数来描述，即焊接温度场可用空间坐标和时间的函数来描述，即第二讲 焊接热过程 定义：定义：某瞬时，工件上相同温度的点，连接一某瞬时，工件上相同温度的点，连接一起所形成的线或面起所形成的线或面 特征：特征：各等温线或面彼此存在温差，不能相交各等温线或面彼此存在温差，不能相交等温线或面等温线或面第二讲 焊接热过程焊接温度场焊接温度场恒定功率恒定功率热源作用在热源作用在工件的工件的固定位置固定位置，经，经过一段时

5、间，工件上过一段时间，工件上就会形成就会形成准稳定温度准稳定温度场场，其等温线或等温，其等温线或等温面形状和尺寸不变面形状和尺寸不变恒定功率恒定功率热源沿工件热源沿工件等速移动等速移动时，经过一段时间后，时，经过一段时间后，工件上也会形成与热源等速移动的、具有等温线或等工件上也会形成与热源等速移动的、具有等温线或等温面形状和尺寸不变的温面形状和尺寸不变的准稳定温度场准稳定温度场a) 固定热源 b) 移动热源两种热源的准稳定温度场 准准稳稳定定温温度度场场第二讲 焊接热过程焊接热过程焊接过程主要研究焊接过程主要研究焊焊件温度变化件温度变化（以（以冷却冷却为主），传热主要以为主），传热主要以热传导

6、热传导为主，适当考为主，适当考虑辐射和对流的作用虑辐射和对流的作用 (1) (1) 焊接传热的基本形式焊接传热的基本形式 第二讲 焊接热过程LOGOq q热流密度，即沿法线方向单位面积、单位时间流过的热量热流密度，即沿法线方向单位面积、单位时间流过的热量 热导率（热导率（J /cm J /cm s s c),c),表示导热能力表示导热能力 (2) 焊接热传导的基本方程焊接热传导的基本方程 傅立叶傅立叶 定律定律 q=q= dT/dndT/dn第二讲 焊接热过程LOGO表示表示某时刻某时刻，物体上，物体上给定点给定点附近温度分布越不均匀，则该附近温度分布越不均匀，则该点温度变化越快。点温度变化越

7、快。焊接热传导焊接热传导 方程方程 T/T/ t=at=a T T a： 热扩散率热扩散率(cm/s): 拉普拉斯符号拉普拉斯符号(/ x+ / y+ / z)根据能量守恒定律：根据能量守恒定律：第二讲 焊接热过程LOGO (3)(3) 焊接温度场的一般特征焊接温度场的一般特征 根据焊件厚度和尺寸形状，传热方式可简化为根据焊件厚度和尺寸形状，传热方式可简化为1 1 厚大焊件厚大焊件点状热源点状热源三维温度场三维温度场2 2 薄板焊件薄板焊件线状热源线状热源二维温度场二维温度场3 3 细棒对接细棒对接面状热源面状热源一维温度场一维温度场第二讲 焊接热过程LOGO第二讲 焊接热过程物理系数物理系数

8、= =常数常数 1初始温度均匀为零初始温度均匀为零 2不考虑相变、散热和结晶潜热不考虑相变、散热和结晶潜热 3焊件几何尺寸是无限的焊件几何尺寸是无限的 4(4) (4) 瞬时集中热源作用下的温度场瞬时集中热源作用下的温度场 热源作用于焊件形式为点、线、面状热源作用于焊件形式为点、线、面状 5 假设假设 第二讲 焊接热过程热传导基本方程的特解热传导基本方程的特解)4exp()4(22/atratcQnT(r,t)=T(r,t)= r r 给定点到热源点的坐标给定点到热源点的坐标 n n 与热源有关的常数与热源有关的常数Q Q 焊件瞬时获得的热能焊件瞬时获得的热能点点 n=3n=3线线 n=2n=

9、2面面 n=1n=1第二讲 焊接热过程LOGO第二讲 焊接热过程LOGOTttT 1 厚厚 板板 传热最快传热最快 2 薄薄 板板 次之次之 3 细细 棒棒 传热最慢传热最慢 1 2 3 X=0； t- r=0； t- 1 R=0； t-3/2 热源的作用点热源的作用点 第二讲 焊接热过程LOGO热源的性质热源的性质 1焊接规范焊接规范 2被焊金属的热物理性质被焊金属的热物理性质 3焊件的形态焊件的形态 4热源的作用时间和移动速度热源的作用时间和移动速度 55 5 影响焊接温度场的因素影响焊接温度场的因素 焊接方法焊接方法 焊接线能量焊接线能量 导热性能导热性能 尺寸，厚度尺寸，厚度 准稳态准

10、稳态 第二讲 焊接热过程焊接规范对温度场影响焊接规范对温度场影响u焊速焊速u能量能量u焊接线能量焊接线能量q/vq/v IU/vIU/v第二讲 焊接热过程被被焊焊金金属属热热物物理理性性能能影影响响第二讲 焊接热过程被焊金属的热物理性质被焊金属的热物理性质热导率热导率( () )：表示金属的导热能力，物理意义即沿法线方向在单位表示金属的导热能力，物理意义即沿法线方向在单位时间、单位距离相差时间、单位距离相差11时，经过单位面积传递的能量。时，经过单位面积传递的能量。比热容比热容(c)(c)： 1g1g物质升高物质升高11时所需的热能。时所需的热能。体积比热容体积比热容(c(c) )：单位体积的

11、物质升高单位体积的物质升高11时所需的热能。时所需的热能。热扩散率热扩散率 ( (/ c)：又称导温系数，它是温度传递的速度，等于热又称导温系数，它是温度传递的速度，等于热导率与体积比热容之导率与体积比热容之比比。比焓比焓 (h)(h)：单位质量的物质所具有的全部热能。单位质量的物质所具有的全部热能。表面传热系数表面传热系数 ( () )：表示物体表面传热的能力，物理含义是热表表示物体表面传热的能力，物理含义是热表面与周围介质相差面与周围介质相差11时，单位时间单位面积传递的能量。时，单位时间单位面积传递的能量。第二讲第二讲 焊接热过程焊接热过程第二讲 焊接热过程焊件的板厚及形状的影响焊件的板

12、厚及形状的影响LOGOABCD1002004P=2.7KW,V=0.7m/min024681012141618200500100015002000250030003500温度 T/ 时间 t/s A(0.05,0,0) B(0.05,0.0025,0) C(0.05,0.005,0) D(0.05,0.01,0)第二讲 焊接热过程表面堆焊和丁字接头形式温度场分布表面堆焊和丁字接头形式温度场分布第二讲第二讲 焊接热过程焊接热过程LOGO2.4 焊接热循环焊接热循环 定义：定义：在焊接热源作用下，焊件在加热和冷却过在焊接热源作用下，焊件在加热和冷却过程温度随时间的变化程温度随时间的变化 1 1 研

13、究意义研究意义 找出最佳的焊接热循环找出最佳的焊接热循环 用工艺方法改善焊接热循环用工艺方法改善焊接热循环 预测焊接应力分布、改善热影响区组织预测焊接应力分布、改善热影响区组织 第二讲 焊接热过程LOGO2 2 焊接热循环的主要参数焊接热循环的主要参数 加热速度加热速度 H峰值温度峰值温度 Tmax高温停留时间高温停留时间 tH冷却速度冷却速度c （或冷却时间）（或冷却时间） t t8/58/5; t; t8/38/3; t; t100100第二讲 焊接热过程热循环特征热循环特征热循环曲线热循环曲线 工件上某点的温度随时间由低到高、升至最大值工件上某点的温度随时间由低到高、升至最大值后、又由高

14、到低变化后、又由高到低变化 描述工件上某点温度随时间变化关系的曲线描述工件上某点温度随时间变化关系的曲线第二讲 焊接热过程不同焊接方法的焊接热循环不同焊接方法的焊接热循环1焊条电弧焊焊条电弧焊 2埋弧焊埋弧焊 3电渣焊电渣焊 第二讲 焊接热过程焊接过程是一个不均匀加焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程，造成接热和冷却的过程，造成接头不同部位出现头不同部位出现不同组织不同组织和性能和性能，同时也会产生复，同时也会产生复杂的杂的应力与变形应力与变形不同位置经历的焊接热循环不同位置经历的焊接热循环 焊缝焊缝两侧距离不同的点两侧距离不同的点，焊接热循环不同焊接热循环不同第二讲 焊接热过程LOGO第二讲

15、 焊接热过程焊接热循环焊接热循环u 加热速度是描述温度上升快慢程度的参量加热速度是描述温度上升快慢程度的参量u对于有相变的材料，加热速度会影响相变温度和相变对于有相变的材料，加热速度会影响相变温度和相变后均质化程度，从而影响热影响区的组织和性能后均质化程度，从而影响热影响区的组织和性能加热速度加热速度第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程焊接热循环焊接热循环定义：峰值温度也称最高温度，是热循环曲线上定义：峰值温度也称最高温度，是热循环曲线上 最高点对应温度最高点对应温度 在工件上，不同部位具有不同的峰值温度在工件上，不同部位具有不同的峰值温度 焊缝部位的峰值温

16、度高于液相线温度，而热影焊缝部位的峰值温度高于液相线温度，而热影 响区部位的峰值温度低于固相线温度响区部位的峰值温度低于固相线温度 在热影响区中，峰值温度越高，晶粒长大倾向在热影响区中，峰值温度越高，晶粒长大倾向 越严越严重重 峰值温度峰值温度第二讲 焊接热过程高高温温停停留留时时间间焊接热循环焊接热循环定义：定义：高温停留时间一般是指在某一较高参考高温停留时间一般是指在某一较高参考温度以上的停留时间温度以上的停留时间在研究相变材料的焊接热循环，一般将相变温在研究相变材料的焊接热循环，一般将相变温度定为参考温度，这样高温停留时间就是相变温度定为参考温度，这样高温停留时间就是相变温度以上的停留时

17、间度以上的停留时间在热循环曲线上，高温停留时间在热循环曲线上，高温停留时间tH由加热过程由加热过程停留时间停留时间tH1和冷却过程停留时间和冷却过程停留时间tH2组成，即组成，即tH= tH1+ tH2对于热影响区，高温停留时间长有利于均质化对于热影响区，高温停留时间长有利于均质化，但会造成晶粒长大倾向，但会造成晶粒长大倾向第二讲 焊接热过程焊接热循环焊接热循环冷冷却却速速度度或或冷冷却却时时间间定义：定义：冷却速度是描述工件温度降低快慢程度的参量。在冷却速度是描述工件温度降低快慢程度的参量。在焊接过程中，冷却速度就是热循曲线下降段的斜率焊接过程中，冷却速度就是热循曲线下降段的斜率从从800冷

18、却到冷却到500所经历的时间称为所经历的时间称为t8/5，从，从800冷却冷却到到300所经历的时间称为所经历的时间称为t8/3，而从峰值温度冷却到，而从峰值温度冷却到100所所经历的时间称为经历的时间称为t100冷却速度或时间对热影响区组织和性能有显著的影响。控冷却速度或时间对热影响区组织和性能有显著的影响。控制热影响区的组织和性能就是控制热影响区的冷速或时间制热影响区的组织和性能就是控制热影响区的冷速或时间第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程uBs Bs 贝氏体开始形成温度贝氏体开始形成温度uMs Ms 马氏体开始形成温度马氏体开始形成温度uAr1 Ar1 珠光体开始形成温度珠光体开始形成

19、温度uAr3 Ar3 魏氏组织开始形成温度魏氏组织开始形成温度第二讲 焊接热过程 焊接热影响区焊接热影响区第二讲 焊接热过程 定义：定义： 在焊接热循环作用在焊接热循环作用下，焊缝两侧处于下，焊缝两侧处于固态的母材发生明固态的母材发生明显的组织和性能变显的组织和性能变化的区域化的区域第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程长段多层焊接热循环长段多层焊接热循环 长段焊道差不多在1m以上，这样焊完第一层，再焊第二层时，第一层焊缝基本上冷却到100-200以下第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程短段多层焊接热循环短段多层焊接热循环第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程1.1.焊件尺寸形状

20、的影响焊件尺寸形状的影响第二讲 焊接热过程接接头头形形式式的的影影响响第二讲 焊接热过程接接头头形形式式的的影影响响第二讲 焊接热过程3.3.焊道长度的影响焊道长度的影响第二讲 焊接热过程预热温度的影响预热温度的影响第二讲 焊接热过程LOGO影响焊接热循环的因素影响焊接热循环的因素 焊接方法焊接方法 1焊接规范焊接规范 2焊件尺寸焊件尺寸 3物理性能物理性能 4第二讲 焊接热过程表0-4 单层电弧焊低合金钢时热影响区的热循环参数 900以上的停留时间/s 冷却速度/ (/s) 板厚/ mm 焊接方法 热输入/ (J/cm) 900时的加热速度/ (/s) 加热 冷却 900 540 备注 1

21、钨极氩弧焊 840 1700 0.4 1.2 240 60 对接不开坡口 2 钨极氩弧焊 1680 1200 0.6 1.8 120 30 对接不开坡口 3 埋弧焊 3780 700 2.0 5.5 54 12 对接不开坡口有焊剂垫 5 埋弧焊 7140 400 2.5 7 40 9 对接不开坡口有焊剂垫 10 埋弧焊 19320 200 4.0 13 22 5 V形坡口对接有焊剂垫 15 埋弧焊 42000 100 9.0 22 9 2 V形坡口对接有焊剂垫 25 埋弧焊 105000 60 25.0 75 5 1 V形坡口对接有焊剂垫 焊接热循环受到焊接热循环受到焊接方法、焊接工艺参数、母

22、材种焊接方法、焊接工艺参数、母材种类、板材厚度以及周围介质等类、板材厚度以及周围介质等因素的影响，因而热因素的影响，因而热循环参数在不同焊接条件下是不同的循环参数在不同焊接条件下是不同的 热循热循环的环的影响影响因素因素第二讲 焊接热过程2.5 焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程第二讲 焊接热过程2.5.1 焊接化学冶金的特点焊接化学冶金的特点u焊接时金属的保护焊接时金属的保护焊条药皮或者焊丝药芯（手工电弧焊等）焊条药皮或者焊丝药芯（手工电弧焊等）焊剂（埋弧焊）焊剂（埋弧焊）惰性气体惰性气体 （MIG焊）焊）真空条件（电子束焊真空条件（电子束焊)第二讲 焊接热过程u焊接化学冶金反应区（焊条电弧焊

23、）焊接化学冶金反应区（焊条电弧焊）药皮反应区药皮反应区l 当药皮加热温度超过当药皮加热温度超过100时，水份开始蒸发时，水份开始蒸发l 200-250，如果药皮中含有有机物（如木粉、纤维，如果药皮中含有有机物（如木粉、纤维素、淀粉），则开始分解，析出素、淀粉），则开始分解，析出CO、H2l 300-400，药皮内一些结晶水和化合水开始蒸发，药皮内一些结晶水和化合水开始蒸发l 温度继续升高，药皮中碳酸盐和高价氧化物发生分解温度继续升高，药皮中碳酸盐和高价氧化物发生分解第二讲 焊接热过程熔滴反应区熔滴反应区l 温度高，如电弧焊：熔滴平均温度温度高，如电弧焊：熔滴平均温度1800-2400l 熔滴金

24、属与气体和熔渣接触面积极大熔滴金属与气体和熔渣接触面积极大l 各相之间反应时间短：熔滴在焊条端部停留时间仅各相之间反应时间短：熔滴在焊条端部停留时间仅0.01-0.1sl 熔滴金属和熔渣之间发生强烈混合熔滴金属和熔渣之间发生强烈混合第二讲 焊接热过程熔池反应区熔池反应区l 熔池温度比较低（熔池温度比较低（1600- 1800）l 比表面积比较小比表面积比较小l 反应时间较长（几秒至几十秒）反应时间较长（几秒至几十秒）l 温度分布不均匀温度分布不均匀2.5.2 焊接区内的气体焊接区内的气体1. 气体的种类和来源气体的种类和来源惰性气体、惰性气体、N2、H2、O2、H2O、CO2、各种蒸、各种蒸气

25、、分解和电离的产物气、分解和电离的产物焊接材料、母材和环境气氛焊接材料、母材和环境气氛气体的气体的种类种类物质来源物质来源第二讲 焊接热过程对焊接质量有重要影响对焊接质量有重要影响: N2、H2、O2、H2O和和CO22. 气体的分解和气相的组分气体的分解和气相的组分气气体体的的分分解解在焊接电弧的高温作用下，气体将发生分解在焊接电弧的高温作用下，气体将发生分解第二讲 焊接热过程 双原子气体的分解度与温度的关系（p0 = 101kPa）气气体体的的分分解解 当焊接温度为当焊接温度为5000K时，双原子气体时，双原子气体H2和和O2的分解度很大，绝大部的分解度很大，绝大部分以原子状态存在分以原子

26、状态存在 N2的分解度很小，的分解度很小，基本上以分子状态存在基本上以分子状态存在第二讲 焊接热过程 多原子气体的分解度与温度的关系 在在4000K4000K时，多原子气时，多原子气体体COCO2 2的分解度很大，生成了的分解度很大，生成了COCO和和O O2 2，增强气相氧化性，增强气相氧化性 H H2 2O O分解的产物有分解的产物有H H2 2、O O2 2、H H和和O O等，增强气相氧化性和等，增强气相氧化性和氢分压氢分压一一. .焊接区内的气体焊接区内的气体气气体体的的分分解解 多原子气体分解产物，在高多原子气体分解产物，在高温下还可进一步分解和电离温下还可进一步分解和电离。第二讲

27、 焊接热过程第二讲 焊接热过程3. 主要气体对金属的作用主要气体对金属的作用氮对金属的作用氮对金属的作用氢对金属的作用氢对金属的作用氧对金属的作用氧对金属的作用第二讲 焊接热过程（2）氮对金属的作用）氮对金属的作用（来源：空气等）（来源：空气等） N2在金属中的溶解在金属中的溶解 N2对焊接质量影响对焊接质量影响 控制措施控制措施 氮和氢在铁中的溶解度与温度的关系（p(N2)+p(金属) = 101kPa, p(H2)+p(金属) = 101kPa）氮氮的的溶溶解解二二. .气体与金属的作用气体与金属的作用 氮在液态铁中溶解度随氮在液态铁中溶解度随温度升高而增大，在温度温度升高而增大，在温度2

28、200时达到时达到最大值最大值 继续继续升温升温后，金属蒸气后，金属蒸气增加，使气相中氮的分压减增加，使气相中氮的分压减小，导致氮的溶解度急剧降小，导致氮的溶解度急剧降低低 当温度达到铁的沸点当温度达到铁的沸点（2750）时，氮的溶解度）时，氮的溶解度降至为零降至为零第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程 N2对焊接质量影响对焊接质量影响 以过饱和方式存在固溶体或者以过饱和方式存在固溶体或者Fe4N形式存在形式存在l 容易导致焊缝金属强度和硬度升高容易导致焊缝金属强度和硬度升高l 塑性和韧性下降，尤其低温韧性塑性和韧性下降，尤其低温韧性 第二讲 焊接热过程控制措施控制措施l 加强对焊接区的保护加

29、强对焊接区的保护l 选用合适的焊接参数选用合适的焊接参数：增加电弧电压，保护变坏；增加：增加电弧电压，保护变坏；增加焊接电流，熔滴过渡频率加快，氮与熔滴作用时间短，焊接电流，熔滴过渡频率加快，氮与熔滴作用时间短，焊缝金属含氮量降低焊缝金属含氮量降低l 增加合金元素增加合金元素： 焊丝和药皮中焊丝和药皮中C（碳氧化为气体，降低氮的分压；（碳氧化为气体，降低氮的分压；碳氧化引起熔池沸腾，有利于氮逸出碳氧化引起熔池沸腾，有利于氮逸出)。 Ti、Al、Zr、稀土元素：形成氮化物，形成熔渣、稀土元素：形成氮化物，形成熔渣 第二讲 焊接热过程（2）氢对金属的作用）氢对金属的作用（来源：水份、铁锈、油污等）

30、（来源：水份、铁锈、油污等） H2在金属中的溶解在金属中的溶解 H2对焊接质量影响对焊接质量影响 控制措施控制措施 氢在铁中的溶解度在氢在铁中的溶解度在2400时最大。继续升温后，时最大。继续升温后，由于金属蒸气压剧增，溶解由于金属蒸气压剧增，溶解度迅速降低，直至为零度迅速降低，直至为零H H2 2的的溶溶解解氢在铁中的溶解度与温度的关系p(H2)+p(金属) = 101kPa）第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程 H2在金属中的溶解在金属中的溶解 （与组织有关）（与组织有关） 在面心立方晶格的奥氏体钢中溶解度，比体心立方晶在面心立方晶格的奥氏体钢中溶解度，比体心立方晶格中的铁素体格中的铁素体

31、 珠光体中的溶解度大珠光体中的溶解度大 H2对焊接质量影响对焊接质量影响l 暂态现象（氢脆和白点，加热氢气逸出便可消除）暂态现象（氢脆和白点，加热氢气逸出便可消除）l 永久现象（气孔和冷裂纹）永久现象（气孔和冷裂纹） (a)(a)氢脆氢脆 氢脆氢脆：指氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象：指氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象 含氢量高的铁素体焊缝，氢脆现象明显，但焊缝强度几乎含氢量高的铁素体焊缝，氢脆现象明显，但焊缝强度几乎不受影响不受影响 焊缝含氢量越高，金属晶格缺陷越多，脆化倾向越大焊缝含氢量越高，金属晶格缺陷越多，脆化倾向越大 第二讲 焊接热过程(b)(b)白点白点 白点又称鱼眼白点又

32、称鱼眼，是指含氢量高的碳钢或低合金钢焊缝，在，是指含氢量高的碳钢或低合金钢焊缝，在其拉伸或弯曲试样的断面上，出现的银白色圆形局部脆断点其拉伸或弯曲试样的断面上，出现的银白色圆形局部脆断点 焊缝含氢量越高，出现白点的倾向越大，对焊缝进行焊后焊缝含氢量越高，出现白点的倾向越大，对焊缝进行焊后脱氢处理，可消除白点倾向脱氢处理，可消除白点倾向 多数情况下，白点的中心有小夹杂物或气孔，其周围为韧多数情况下，白点的中心有小夹杂物或气孔，其周围为韧性断口，白点直径一般为性断口，白点直径一般为0.53mm第二讲 焊接热过程 (c)(c)气孔气孔 (d)(d)延迟裂纹延迟裂纹 氢在液态金属中远高于在固态金属中的

33、溶解度，当液态金氢在液态金属中远高于在固态金属中的溶解度，当液态金属凝固时，氢因脱溶析出，形成不溶于液态金属的分子氢，并属凝固时，氢因脱溶析出，形成不溶于液态金属的分子氢，并聚集成气泡聚集成气泡 当气泡逸出速度小于熔池的结晶速度时，气泡将残留在焊当气泡逸出速度小于熔池的结晶速度时，气泡将残留在焊缝中，形成气孔，从而降低焊缝性能缝中，形成气孔，从而降低焊缝性能 延迟裂纹是焊接结束之后，经过一段时间才出现的裂纹，延迟裂纹是焊接结束之后，经过一段时间才出现的裂纹，而氢是促使产生这种裂纹的主要因素之一而氢是促使产生这种裂纹的主要因素之一第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程控制措施控制措施l 限制焊接材

34、料中含氢量限制焊接材料中含氢量：主要为结晶水、吸附水、化：主要为结晶水、吸附水、化合水合水l 清除焊丝和焊件表面清除焊丝和焊件表面上的杂质（铁锈、油污等）上的杂质（铁锈、油污等）l 冶金处理冶金处理：在低氢型焊条中加入：在低氢型焊条中加入CaF2 等氟化物，反应等氟化物，反应成成HF，去氢；，去氢； 增加熔池中含氧量及气相氧化性，与增加熔池中含氧量及气相氧化性，与H反应形成反应形成OH，从而去氢，从而去氢l 控制焊接参数控制焊接参数：焊条电弧焊时，电流增大导致含氢量：焊条电弧焊时，电流增大导致含氢量增大，电弧电压增大，则相反增大，电弧电压增大，则相反l 焊后去氢处理焊后去氢处理：加热促使氢扩散

35、外逸：加热促使氢扩散外逸 第二讲 焊接热过程（3）氧对金属的作用）氧对金属的作用（主要来源：焊接材料、水份、铁锈等）（主要来源：焊接材料、水份、铁锈等） 氧在金属中的溶解氧在金属中的溶解 氧对焊接质量影响氧对焊接质量影响 控制措施控制措施 氧在液态铁中溶解度与温度的关系氧在液态铁中溶解度与温度的关系二二. .气体与金属的作用气体与金属的作用 在液态铁中，氧是以原子状态和在液态铁中，氧是以原子状态和FeOFeO的形式溶解的形式溶解氧氧的的溶溶解解第二讲 焊接热过程第二讲 焊接热过程控制措施控制措施l纯化焊接材料：采用惰性气体，低氧或者无氧焊剂纯化焊接材料：采用惰性气体，低氧或者无氧焊剂，真空等，

36、真空等l控制焊接参数：增加电弧电压，增加含氧量（采用控制焊接参数：增加电弧电压，增加含氧量（采用短弧焊），此外，电流的种类和极性也有影响短弧焊），此外，电流的种类和极性也有影响l脱氧处理脱氧处理：先期脱氧先期脱氧、沉淀脱氧沉淀脱氧、扩散脱氧扩散脱氧 2.2.焊接熔渣对金属的氧化焊接熔渣对金属的氧化n置换氧置换氧化化 被焊金属与其它金属或非金属的氧化被焊金属与其它金属或非金属的氧化物发生置换反应而导致的氧化物发生置换反应而导致的氧化低碳钢焊丝配合高硅高锰焊剂进行埋弧焊：低碳钢焊丝配合高硅高锰焊剂进行埋弧焊：lg KMn = lg w(FeO)wMn/w(MnO) = -6600/T+3. 16

37、(SiO2) + 2 Fe = 2 (FeO) + Si (MnO) + Fe = (FeO) + Mn lg KSi = lg w2(FeO)wSi/w(SiO2) = -13460/T + 6.04 冶冶金金反反应应及及结结果果第二讲 焊接热过程 L = w(FeO)/wFeOn扩散氧化扩散氧化分分配配系系数数扩散扩散氧化氧化 指熔渣中氧化物，通过扩散进入被焊金属，指熔渣中氧化物，通过扩散进入被焊金属，而使焊缝增氧而使焊缝增氧 FeO既溶于渣中，又溶于液态铁中。在一定温度既溶于渣中，又溶于液态铁中。在一定温度下平衡时，下平衡时，FeO在这两相中的含量由分配定律所决定在这两相中的含量由分配定

38、律所决定L FeO在熔渣和液态铁中的分配系数在熔渣和液态铁中的分配系数w(FeO) FeO在熔渣中的质量分数在熔渣中的质量分数wFeO FeO在液态铁中的质量分数在液态铁中的质量分数第二讲 焊接热过程 2n Me + m O2 = 2 MenOm n Me + m CO2 = MenOm + m CO 在焊条电弧焊中，药皮反应区内脱氧剂与高在焊条电弧焊中，药皮反应区内脱氧剂与高价氧化物和碳酸盐分解出的价氧化物和碳酸盐分解出的O2和和CO2起反应，从起反应，从而降低电弧气氛氧化性的脱氧方式而降低电弧气氛氧化性的脱氧方式脱脱氧氧反反应应概念概念2. 先期脱氧先期脱氧三三. .焊缝金属的脱氧焊缝金属

39、的脱氧 若脱氧剂用若脱氧剂用Me表示，脱氧产物用表示，脱氧产物用MenOm表示，则先表示，则先期脱氧的冶金反应为期脱氧的冶金反应为第二讲 焊接热过程 利用溶解在液态金属中的脱氧剂，将被焊利用溶解在液态金属中的脱氧剂，将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中去的脱氧方式氧产物浮到熔渣中去的脱氧方式概念概念3. 沉淀脱氧沉淀脱氧三三. .焊缝金属的脱氧焊缝金属的脱氧第二讲 焊接热过程锰锰的的脱脱氧氧3. 沉淀脱氧沉淀脱氧三三. .焊缝金属的脱氧焊缝金属的脱氧 在焊条药皮中，加入适量的锰铁或在焊丝中加入在焊条药皮中，加入适量的锰铁或在焊丝

40、中加入较多的锰作为脱氧剂，可与较多的锰作为脱氧剂，可与FeO进行如下的脱氧反应进行如下的脱氧反应FeO + Mn = (MnO) + Fe第二讲 焊接热过程 指被焊金属的氧化物通过扩散，从液态金属进入指被焊金属的氧化物通过扩散，从液态金属进入熔渣，从而降低焊缝含氧量，一种脱氧方式熔渣，从而降低焊缝含氧量，一种脱氧方式概念概念 在在液态金属与熔渣的界面液态金属与熔渣的界面上上4. 扩散脱氧扩散脱氧第二讲 焊接热过程位置位置第二讲 焊接热过程2.5.5 硫、磷对金属的作用硫、磷对金属的作用 硫和磷：引起热脆和冷脆硫和磷：引起热脆和冷脆 热脆热脆主要由于主要由于S元素易于形成元素易于形成FeS， 而

41、而FeS容易在晶界出现，当容易在晶界出现，当其熔点低于热加工温度其熔点低于热加工温度，在热加工过程中晶界在热加工过程中晶界强度强度下降下降， 导致开裂导致开裂 冷脆冷脆：导致冲击韧性下降的现象：导致冲击韧性下降的现象 脱硫：脱硫：主要是锰，熔渣中碱性金属氧化物（主要是锰，熔渣中碱性金属氧化物（MnO、CaO）等）等 脱磷：脱磷：先氧化成先氧化成P2O5, 然后与熔渣反应形成磷酸盐然后与熔渣反应形成磷酸盐 另外，在碱性焊条中加入另外，在碱性焊条中加入CaF2,可以降低熔渣中可以降低熔渣中P2O5的活性，的活性，进而降低渣的粘度，有利于物质扩散，也有利于脱磷进而降低渣的粘度，有利于物质扩散，也有利

42、于脱磷 使焊缝产生硫化物夹杂，增大焊缝金属产生结晶使焊缝产生硫化物夹杂，增大焊缝金属产生结晶裂纹倾向，降低焊缝冲击韧性和耐蚀性能裂纹倾向，降低焊缝冲击韧性和耐蚀性能 硫与铁可结合成硫与铁可结合成FeS，FeS与液态铁无限互溶，而与液态铁无限互溶，而在固态铁中溶解度很小，熔池结晶时易形成夹杂在固态铁中溶解度很小，熔池结晶时易形成夹杂1. 硫的危害及成因硫的危害及成因危害危害成因成因 FeS与与Fe形成熔点为形成熔点为988的低熔共晶的低熔共晶Fe+FeS，与，与FeO形成熔点为形成熔点为940 的低熔共晶的低熔共晶 FeO+FeS，熔池结晶时，熔池结晶时会在晶界处形成低熔共晶薄膜，增大结晶裂纹倾向会在晶界处形成低熔共晶薄膜，增大结晶裂纹倾向 低熔共晶以片状或链状的形态分布于晶界，严重低熔共晶以片状或链状的形态