西安工大焊接冶金学基本原理-第2章焊接化学冶金ppt课件.ppt

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1、第2章焊接化学冶金含义：在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用。作用：对焊缝金属的成分、性能、缺陷和焊接工艺都有很大影响。内容：研究在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及变化规律。目的：合理选择焊接材料，控制焊缝金属成分和性能，设计创造新的焊接材料。本章内容：2.1焊接化学冶金过程特点2.2气相对金属的作用2.3熔渣及其对金属的作用2.4焊缝金属的合金过渡2.1焊接化学冶金过程特点2.1.1焊条熔化及熔池形成2.1.2焊接过程中对熔融金属的保护2.1.3焊接化学冶

2、金反应区及其反应条件2.1.4焊接工艺条件与化学冶金反应的关系普通化学冶金和焊接化学冶金过程对比：普通化学冶金过程对金属熔炼加工过程，在特定的熔炉中进行。焊接化学冶金过程金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于熔炉。二者共同点：金属冶炼加工。不同点：1）原材料不同普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁…焊接材料：焊条、焊丝、焊剂…2）目的不同普冶：提炼金属；调整状态焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能焊接原理就是用基本理论分析在焊接条件下的特点，重点是不同之处。含义或形式不同在熔炉中进行，量大焊缝相当于

3、熔炉，量小2.1.1焊条熔化及熔池形成1、焊条的加热及熔化（1）焊条的加热电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。（<600～650℃)电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。（主要）化学反应热：药皮部分化学物质化学反应时产生的热量（极少）2.1焊接化学冶金过程的特点（2）焊条金属的熔化速度焊条金属的平均熔化速度：单位时间内熔化的焊芯质量或长度称为～,与焊接电流成正比gM——焊条金属平均熔化速度（g/h)G——熔化的焊芯质量（g）t——电弧燃烧的时间（h）I——焊接电流（A)αP——焊条的熔化系数[g/

4、(A·h)]焊条金属平均熔敷速度：单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分金属的质量称～gD——焊条金属的平均熔敷速度（g/h)GD——熔敷到焊缝金属中的金属质量（g）αH——焊条的平均熔敷系数（g/(A·h)）损失系数：损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比，称为～Ψ=(G-GD)/G=(gM-gD)/gM=1-αH/αPαH=(1-Ψ)αP熔滴：在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态金属。（3）焊条金属熔滴及过渡特性a）熔滴的过渡形式短路过渡、颗粒过渡、附壁过渡。短路过渡示意图碱性焊条：短路过渡和

5、大颗粒过渡；酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。图焊条端部熔滴质量随时间的变化—(低氢碱性焊条，反接)b)熔滴的比表面积和与周围介质相互作用时间熔滴的比表面积S：熔滴的表面积与其质量之比，称为～。熔滴越细，比表面积越大I↑,R↓,S↑，利于冶金反应进行。大小103~104cm2/kg熔滴与周围介质的平均相互作用时间：很短,0.01~1.0s内。比表面积小存在时间短c）熔滴温度实测手工电弧焊碳钢焊条:熔滴平均温度：1800-2400℃熔渣平均温度：<1600℃熔池平均温度：1770±100℃电流越大温度越

6、高，焊丝直径越细温度越高。注：药皮熔化后（熔渣）的向熔池过渡：以薄膜的形式包在熔滴外面或夹在熔滴内同熔滴一起过渡。直接从焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池。温度高2熔池的形成熔池：熔焊时，母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液体金属。就像钢锭冶炼一样，不过体积小。（1）熔池的形状和尺寸熔池为半椭球，几何尺寸：Hmax(深度）,Bmax（宽度）,L（长度）I↑，Bmax↑(主要受I控制)Hmax(不确定，TIG略有增大)；U↑，Hmax↓(主要受U控制)Bmax(不确定)；P

7、2——比例系数，取决于焊接方法和电流2.4-5.5I——焊接电流U——焊接电压该式适用于点状热源。比表面积：熔池(0.3~13)×10cm2/kg熔滴103~104cm2/kg实验结论（2）熔池的质量和存在时间质量：手弧焊：0.6~16g，一般小于5g埋弧焊：最大100g。最大存在时间：几秒-几十秒比熔滴长。tmax=L/vv：焊速平均存在时间：mp：熔池的质量ρ：熔池液态金属的密度Aw：焊缝的横截面积平均长度（3）熔池温度熔池中部温度最高，前部/尾部低。熔滴平均温度：1800-2400℃熔池平均温

8、度：1770±100℃熔渣平均温度：<1600℃（4）熔池运动状态a）液态金属密度差引起自由对流运动b）表面张力差引起强迫对流运动c）熔池中各种机械力搅拌对焊接质量的影响元素扩散→成分均匀化熔渣运动→反应彻底上浮→夹杂↓（熔渣密度小）气泡上浮→气孔↓2.1.2焊接过程中对熔融金属的保护1、保护的必要性及目的现象：氧氮显著提高合金元素烧损电弧不稳目的：减少和防止空气（氧、氮）进入焊接区，避免合金元素烧损，降低焊缝的性能；促进电弧稳定燃烧，改善工艺性能。光焊丝焊接→塑韧性