焊接冶金基础（芦凤桂）.ppt

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1、上节内容回顾焊接热传导的基本方式焊接热循环主要参数及特点作用在熔滴上的力熔滴过渡形式熔渣的作用熔渣碱度2.焊接冶金基础II芦凤桂内容简介2.3有害元素对焊缝金属的作用焊接区气体：氢、氮、氧及其化合物对焊缝金属的作用杂质元素：硫、磷等对焊缝金属的作用2.4焊缝金属的合金化2.5焊接接头的组织与性能2.3有害元素对焊缝金属的作用焊接区气体：氢、氮、氧及其化合物对焊缝金属的作用杂质元素：硫、磷等对焊缝金属的作用2.3.1氢对焊缝金属的作用氢的来源：主要来自焊条药皮或焊剂中的有机物、结晶水或吸附水、焊接和焊丝表面上的污染物、空气中的水

2、分。氢与焊缝金属的作用氢在金属中的溶解：能形成稳定化合物的金属(Zr、Ti、V、Ta、Nb)：溶解氢的反应是放热反应，吸氢量随温度的升高而降低；不形成稳定化合物的金属(Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo)：溶解氢的反应是吸热反应，焊缝金属温度越高，吸氢量越大；2.3有害元素对焊缝金属的作用氢的溶解途径：气体保护焊时通过气相与液态金属的界面以原子或质子的形式溶入金属；电渣焊时氢通过熔渣层溶入金属；手工焊和埋弧焊兼而有之。氢的溶解度：随着温度的升高氢在不形成稳定化合物的金属中溶解度增大；氢在fcc的奥氏体中的溶解度大于bcc的铁素

3、体；2.3有害元素对焊缝金属的作用氢在焊缝金属中的扩散在钢焊缝中，氢以H、H＋、H－形式存在，与焊缝金属形成间隙固溶体。扩散氢：氢的原子和离子半径很小，在焊缝金属的晶格中自由扩散的氢；残余氢：扩散聚集到金属的晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中，结合为氢分子，氢的半径增大，不能自由扩散。氢的扩散和分布是一个比较复杂的问题：氢浓度引起的扩散；温度分布不均匀各部位氢浓度与饱和浓度差不同引起的扩散；点阵结构不同引起的相变诱导扩散。2.3有害元素对焊缝金属的作用氢对焊接质量的影响①氢气孔：熔池吸收大量的氢，结晶时溶解度突然下降

4、，使氢出于过饱和状态，促使2[H]=H2不溶于金属，形成气泡。②白点：焊缝金属断面出现银白色圆形脆断点，白点中心有夹杂或气孔，白点使焊缝金属的塑性大大下降。③氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象，氢脆是溶解在金属晶格中的氢引起的，拉伸过程中位错运动造成空腔氢在此聚集为氢分子，造成高压力阻碍塑性变形，氢含量越高，脆化倾向越大。④冷裂纹:扩散氢是导致焊接接头产生冷裂纹的重要因素。2.3有害元素对焊缝金属的作用控制氢的措施①主要控制氢的来源限制焊接材料中的含氢量，清除气体介质中的水分，清除焊件及焊丝表面上的油污、杂质。②冶金处

5、理通过焊接材料的冶金作用，使气相中的氢转化为稳定的氢化物、降低氢的分压，减少氢在焊缝金属中的溶解；增加气相中的氧化性，降低氢的分压。2.3有害元素对焊缝金属的作用③控制焊接工艺参数焊条电弧焊时，焊接电流增加使熔滴变细，增大了氢向熔滴金属溶解的可能性，由于电流增大，电弧和熔滴温度升高，引起氢和水蒸气分解度增大使熔滴吸氢量增加。气体保护焊时，当电流超过临界值，熔滴转变为射流过渡，这时熔滴温度接近金属沸点、金属蒸汽急剧增大而氢分压显著降低，熔滴过渡频率高，速度快与空气接触时间短，可减少熔滴的含氢量。直流正接，H＋向熔滴溶解，焊缝中的

6、氢含量高。④焊后脱氢处理：焊后加热到一定温度，使得焊接接头中的氢通过扩散方法从金属中溢出，从而降低焊接接头中的含氢量。2.3有害元素对焊缝金属的作用2.3.2氮对焊缝金属的作用氮的来源及与焊缝金属的作用：氮的主要来源是空气，焊接区一旦受到空气侵入，便会发生氮与金属作用。有些金属如Cu、Ni、Ag等与氮不发生作用，即使在高温熔化状态也不溶解氮或生成氮化物。因此焊接这类金属时，可用氮作为保护气体。Fe、Ti、Mn、Cr等金属既能溶解氮，又能形成稳定的氮化物。因此焊接这类金属及其合金时必须防止焊缝金属的氮化。氮对焊接质量的影响①氮气

7、孔：由于液态金属在高温时可溶解大量的氮，而凝固结晶时氮的溶解度突然下降，致使过饱和的氮以气泡形式从熔池中逸出。如果焊缝金属结晶速度大于氮逸出的速度时就形成气孔。②降低焊缝韧性、塑性、提高强度：形成间隙固溶体，晶格畸变使得强度提高，塑性、韧性降低；形成氮化物，硬脆的氮化物显著降低塑性、韧性；③时效脆化：在焊接快速加热、冷却过程中，金属中溶解了过饱和的固溶体，随着时间推迟，过饱和氮以针状的Fe4N析出，导致焊缝金属塑性、韧性持续下降（时效脆化）。2.3有害元素对焊缝金属的作用控制氮的措施①加强对焊接区的保护：由于氮来源于空气，所以

8、控制氮的主要措施是加强对焊接区的保护，防止空气与液态金属发生作用。对焊接区通常的保护措施有：气体保护、熔渣保护、气渣联合保护、真空保护等。②选择合理的焊接规范：采用直流反接，减少氮离子向熔滴溶解；短弧；适当增加电流，加快熔滴过渡频率减少焊缝金属中氮含量；③控制材料成分加入Ti