安工大焊接冶金学基本原理总课件.ppt

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1、第一章焊接化学冶金主要内容焊接化学冶金过程的特点气相对金属的作用熔渣对金属的作用合金的过渡本章节概念性的内容较多，通过对本章节的理解，加以记忆第一节焊接化学冶金过程的特点焊条熔化→形成熔滴→过渡→形成熔池焊接保护熔合比化学冶金反应区一焊条熔化及熔池形成(一)焊条的加热及熔化1焊条的加热热能电阻热：焊接电流通过焊芯时产生电阻热，使其本身和药皮的温度升高。电弧热：焊条熔化、使液体金属过热和蒸发的主要能源。化学反应热：仅占1％~3％，可忽略不计。2焊条金属的平均熔化速度平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。平均熔化速度与焊接电流成正比。gM=G/

2、t=αpI平均熔敷速度：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔敷速度。gD=GD/t=αHI损失系数：在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。熔敷速度才是反映焊接生产率指标3焊条金属熔滴及其过渡特性(1)熔滴过渡的形式短路过渡：短弧焊时焊条端部熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发生接触，形成短路，电弧熄灭。在各种力的作用下过渡到熔池中，电弧重新引燃，如此重复这一过程。颗粒状过渡：当电弧的长度足够长时，焊条端部的熔滴长大到较大的尺寸在各种力的作用下，以颗粒状落入熔池，此时不发生短路，接着

3、进行下一个过渡周期。附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡的形式碱性焊条主要是短路过渡和大颗粒状过渡。用酸性焊条焊接时为细颗粒状过渡和附壁过滤。(2)熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积:表面积与质量之比：设熔滴是半径为r的球体，比表面积：熔滴越细，比表面积越大。τcp，熔滴平均相互作用时间gcp熔滴过渡一个周期内焊芯的平均熔化速度，gcp=mtr/τ，τ熔滴长大时间；mcp熔滴平均质量，mcp=m0+1/2mtr，m0熔滴脱落后在焊条端部剩余液体量；mtr单个熔滴质量；熔滴平均相互作用时间焊条端部熔滴质量随时间的变化(低氢碱性焊

4、条，反接)（3）熔滴温度：熔滴温度是研究熔滴阶段各种物理化学反应时的重要数据。目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参考。●随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低。●低碳钢熔滴的平均温度在2100~2700K的范围内。（二）熔池的形成熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分就是熔池。熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的。若无填充金属焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成。1熔池形状和尺寸：宽度、深度和长度◆焊接电流的增加，熔池的最大深度Hmax增大；熔池的最大宽度Bmax相对减小；◆随电弧电压升高，H

5、max减小，Bmax增加。◆熔池的长度近似估算：L=P2q=P2UI2熔池的质量和存在时间熔池的质量手工电弧焊时，0.6-16g，多数情况下为5g以下；理弧自动焊时，熔池的质量较大，但通常也小于100g。熔池存在的时间很短，一般只有几秒至几十秒。熔池中冶金反应时间是很短暂的，但比熔滴阶段存在的时间长。熔池最大存在时间（熔池长度决定）：由熔池质量确定的时间为：Aw，焊缝截面积3熔池的温度熔池各处的温度不均匀。熔池前部，母材就不断地熔化熔池中部具有最高的温度。熔池后部的温度逐渐降低。低碳钢熔池的平均温度约为1770±100℃。图1-4熔池的温度分布1

6、-中部2-前部3-后部4熔池中流体的运动状态熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池中热量和质量传输过程得以进行。1运动方向熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯曲表面向熔池的后部运动；熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向中心运动。2运动作用a)使母材和焊条金属充分混合，形成成分均匀的焊缝金属。b)有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提高焊接质量。图1-5TIG焊钛合金时熔池中金属的流向二焊接过程中对金属的保护(一)保护的必要性（1）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中氧和氮的含量。（2）防止有益合金元素的

7、烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的化学成分。（3）防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔。焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护，以免受空气的有害作用。(二)保护的方式和效果1埋弧焊：利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属的，焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构。2气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度。惰性气体(氩、氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金。3渣-气联合保护：焊条药皮和焊丝药芯一般是由造气剂、造渣剂和铁合金等组成，这些物质在焊接过程中形成渣-气联合保护。4真空：真空保护效果是最理想的，如真空度高于0

8、.0133Pa的真空室内进行电子束焊接，把氧和氮有害作用减至最小。5自保护焊：在焊丝或药芯中加入脱氧和脱氮剂，使由空气进入熔化金属中的氧