焊接冶金与焊接性 教学课件 作者 刘会杰 第2章　焊接化学冶金.ppt

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1、20921-2a第2章　焊接化学冶金2.1　焊接化学冶金的特殊性2.2　焊接区内气体与金属的作用2.3　焊接熔渣对金属的作用20921-2a第2章　焊接化学冶金2.3.3　焊缝金属的脱氧2.4　焊缝金属的净化与合金化2.4.1　氮对焊接质量的影响及控制2.4.2　氢对焊接质量的影响及控制2.4.3　氧对焊接质量的影响及控制2.4.4　硫的危害及控制2.4.5　磷的危害及控制2.4.6　焊缝金属的合金化20921-2a2.1　焊接化学冶金的特殊性在焊接过程中对焊接区内的金属进行保护是焊接化学冶金的首要任务。为防止

2、空气的有害作用，焊接过程中必须对焊接区金属采取保护措施。不同的保护方式，所取得的效果也不同。20921-2a2.1.1　焊接区金属的保护1.无保护的危害(1)焊缝成分显著变化　在采用光焊丝的无保护焊接过程中，由于熔化的高温金属与周围的空气发生强烈的作用，可使焊缝金属中氧和氮的质量分数分别达到0.72%和0.22%，即为低碳钢焊丝含氧量和含氮量的35倍和45倍。(2)焊缝力学性能降低　正是由于焊缝中氧和氮等有害元素的显著增加以及锰和碳等有益合金元素的减少，焊缝金属的塑性和韧性显著降低，而因氮的部分强化作用使得焊缝

3、金属的强度变化不大，如表2-1所示。20921-2a2.1.1　焊接区金属的保护表2-1　低碳钢无保护焊接时的焊缝力学性能力学性能抗拉强度/MPa伸长率δ(%)冲击韧度/(J/c)弯曲角α/(°)母材390～44025～30＞147180焊缝334～3905～105～2520～4020921-2a2.1.1　焊接区金属的保护(3)焊接工艺性能差　由于焊接过程中没有任何保护，电弧空间电离度低，电弧不稳定，焊接飞溅也大，焊道表面成形差，焊缝中也易产生各种类型的气孔。2.保护的方式和效果20921-2a2.1.1　焊

4、接区金属的保护表2-2　熔焊方法的保护方式熔焊方法焊条电弧焊埋弧焊电渣焊氩弧焊C焊等离子弧焊激光束焊电子束焊自保护焊保护方式渣⁃气联合保护熔渣保护熔渣保护气体保护气体保护气体保护气体保护真空保护自保护20921-2a2.1.1　焊接区金属的保护(1)气体保护　气体保护是利用外加气体对焊接区进行保护的方法。(2)熔渣保护　熔渣保护是利用焊剂、药芯或药皮熔化形成的熔渣起到保护作用的。20921-2a2.1.1　焊接区金属的保护表2-3　焊缝含氮量与焊剂松装密度的关系松装密度/(kg/)55080010001200透

5、气性3800300025002000氮的质量分数(%)0．00940．00430．00220．002220921-2a2.1.1　焊接区金属的保护(3)渣-气联合保护　渣-气联合保护是通过药皮或药芯中的造渣剂和造气剂在焊接过程中形成熔渣和气体而共同起到保护作用的。图2-1　熔敷金属含氮量与焊条20921-2a2.1.1　焊接区金属的保护图2-2　熔敷金属含氮量与药芯20921-2a2.1.1　焊接区金属的保护(4)真空保护　真空保护是指利用真空环境使焊接区的空气含量显著降低的保护方法。(5)自保护　从本质上讲，

6、以上提到的四种保护均属将空气排除焊接区的机械保护方法。20921-2a2.1.2　焊接化学冶金的反应区图2-3　焊接化学冶金的反应区Ⅰ—药皮反应区　Ⅱ—熔滴反应区　Ⅲ—熔池反应区　—药皮开始反应温度—焊条端部熔滴温度　—弧柱中部熔熵温度—熔池最高温度　—熔池最低温度20921-2a2.1.2　焊接化学冶金的反应区1.药皮反应区(1)水分的蒸发　当药皮被加热时，其吸附水开始蒸发，直到温度超过100℃时，吸附水全部蒸发；当温度超过200～400℃时，药皮中的白泥、云母等组成物中的结晶水将被去除，而化合水则

7、需在更高的温度下才能析出。(2)某些物质的分解　当药皮受热达到一定温度时，其中的纤维素、木粉和淀粉等有机物开始分解和燃烧，形成CO2、CO及H2等气体。20921-2a2.1.2　焊接化学冶金的反应区(3)铁合金的氧化　以上所述的因水分蒸发和某些物质分解所形成的H2O、CO2和O2等氧化性气体，会对被焊金属和药皮中的铁合金(如锰铁、硅铁和钛铁等)造成很强的氧化作用，从而使气相的氧化性大大降低，即实现了所谓的先期脱氧。2.熔滴反应区(1)反应温度高　在钢材的电弧焊中，熔滴活性斑点处的温度接近焊芯材料的沸点，高达2

8、800℃左右。20921-2a2.1.2　焊接化学冶金的反应区(2)相的接触面积大　正常焊接条件下，熔滴比较细小，其比表面积可达1000～10000cm2/kg，比炼钢时大1000倍左右，故熔滴与气体和熔渣的接触面积很大。(3)反应时间短　熔滴在焊条末端的停留时间仅为0.01～0.1s，熔滴以高达2.5～10m/s的速度穿过弧柱区的时间更短，只有0.0001～0.001s。20921-