模块7 电弧焊冶金过程及焊接材料的选择《焊接科学与工程》教学课件

第X章XXXX模块7

电弧焊冶金过程及焊接材料的选择第七章电弧焊冶金过程及焊接材料的选择焊接冶金过程的特点熔渣的作用焊丝中合金元素作用1、特点多相反应——熔化金属、熔渣和气氛的相互作用，并伴有界面物质迁移；取决于焊接方法、规范、流动状态、成分等。反应时间短，组织成分差异大。熔池体积小，冷却速度快。电弧温度高。产生的气体原子或离子易残留。熔池金属过热度大，合金元素烧损严重。7.1电弧焊接冶金过程特点2、氧化和氮化氧化：FeO、Fe2O3、Fe3O4、CO、MnO、SiO等元素烧损、形成夹渣降低强度、韧性、耐蚀、抗裂，时效和过热倾向增加。氮化：原子固溶、氧化物固溶、析出的游离氮与金属反应生成Fe4N、Fe2N及Mn、Si的氮化物等，冷却后以过饱和固溶体或夹杂物形式存在，降低韧性和塑性，强度和硬度有所增加。时效和冷脆倾向增加。7.1电弧焊接冶金过程特点气体保护惰性气体、活性气体、焊条药皮中分解出的活性气体7.2熔渣的作用用焊条、药芯焊丝和埋弧焊时，在电弧的高温作用下，焊条药皮、药芯和焊剂溶化后与熔池金属、气体等剧烈作用，反应物的杂质浮在液态金属上表面，凝固后覆盖在焊缝上的硬壳称熔渣。隔绝空气，保护液态金属不被氧化和氮化熔渣中加入适当的物质可起到稳定电弧、减少飞溅、改善成型及性能的作用化学冶金作用：可去除焊缝中的有害杂质，如脱氧、去硫、去磷、去氢等；焊缝合金化1、脱氧脱氧剂脱氧：碱性焊条：Mn、Si、Ti、Al（铁合金形式加入）等如：FeO+Mn==Fe+MnO特点:对氧的亲和力强于铁,生成物密度小,熔点低,不溶于铁扩散脱氧：酸性焊条：SiO2、TiO2等FeO(金属)+SiO2(渣)==FeO·SiO2(渣)7.2熔渣的作用2、去硫（消除热脆性）主要用Mn和CaO去硫FeS、MnS、SiS2、Al2S3等化合物3、去鳞（消除冷脆性）主要用CaO去鳞Fe3P、Fe2P、FeP等，4、去氢（消除氢气孔及氢脆）主要用CaF2去氢7.2熔渣的作用5、焊缝合金化主要通过熔化金属与液态熔渣的界面扩散作用：补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等造成的合金元素损失消除工艺缺陷，改善焊缝组织和性能通过堆焊改善表面性能（耐磨性、耐热性和耐蚀性等）7.2熔渣的作用7.3

焊丝中合金元素作用锰(Mn)：提高强度和韧性，但过多时，会降低塑性和韧性；可去硫和脱氧，改善焊接性硅(Si)：提高强度和硬度，特别是提高屈强比和弹性；但过高时，降低塑性和韧性；还可提高钢轨的抗压溃性和耐磨性；与氧亲和力强，易使焊缝出现气孔和夹杂，降低焊接性能，因此一般焊丝中含硅很少(气保焊时约0.8%)钒(V)：强碳化物形成元素（V4C3），细化晶粒和降低过热敏感性，提高强度和韧性7.3

焊丝中合金元素作用钼(Mo)：以固溶体和碳化物形式存在，提高热强性和淬硬性；单独存在时，增加回火脆性，但与其他导致回火脆性元素如铬、锰等并存时，降低和抑制回火脆性，提高在某些介质中的抗蚀性；可改善焊缝强韧性，在用于Cr-Mo耐热钢焊接时必须用含有Cr-Mo的焊接结构钢焊丝。铬(Cr)：较强的碳化物形成元素，可提高钢的淬透性和强度，不降低韧性，还略有细化晶粒的作用。镍(Ni)：不与碳形成化合物，以互溶形式存在与铁素体和奥氏体中，细化晶粒，提高强度和韧性，特别是低温韧性。7.3

焊丝中合金元素作用铌(Nb)：细化奥氏体晶粒。钛(Ti)：与碳、氮和氧有很强的亲和力，可有效脱氧，TiC可细化晶粒，改善焊缝及焊接接头强韧性。稀土元素(RE)：加入微量稀土元素可改变夹杂物形态和对夹杂物变质处理的作用，由利于提高钢的韧性。硫(S)：有害的杂质元素，与金属生成硫化物，使钢材具有热脆性；硫不利于焊接，增加焊缝内化学成分偏析和热裂倾向，降低耐蚀性。7.3

焊丝中合金元素作用磷(P)：有害元素，能固溶于铁素体中，降低塑性和韧性，特别显著降低低温韧性，增大冷脆性，增加化学成分偏析。优点是：可提高抗大气腐蚀的作用，尤其钢中含有铜时，耐大气腐蚀效果更好，通常与增韧合金元素同时使用。碳(C)：含碳越高，强度越