第二章熔化焊連接原理

1、1 第二章 熔化焊連接原理 2 1-1 焊接熱過程和接頭形成 1-2 熔化焊化學(xué)冶金 1-3 熔化焊接頭組織與性能 1-4 焊接冶金缺陷 3 本本 章章 重重 點(diǎn)點(diǎn) 焊接冶金過程的特點(diǎn)。 焊縫金屬的脫氧、脫硫、脫磷及合金化。 焊縫金屬的結(jié)晶過程及組織。 焊接熱影響區(qū)的構(gòu)成、組織與性能。 焊縫中氣孔的產(chǎn)生與防止方法。 焊接裂紋的產(chǎn)生、形成及防止措施。 （一）（一）種類種類 1.1.電弧熱：電弧熱：利用氣體介質(zhì)在兩電極之間強(qiáng)烈而持續(xù)放電過程產(chǎn)生的熱能為利用氣體介質(zhì)在兩電極之間強(qiáng)烈而持續(xù)放電過程產(chǎn)生的熱能為 焊接熱源焊接熱源（應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛）。 2.2.電阻熱：電阻熱：利用電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的

2、電阻熱作為熱源。利用電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的電阻熱作為熱源。 3.3.電子束：電子束：利用高壓高速運(yùn)動(dòng)的電子在真空中猛烈轟擊金屬局部表面，使利用高壓高速運(yùn)動(dòng)的電子在真空中猛烈轟擊金屬局部表面，使 這種動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能作為焊接熱源。這種動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能作為焊接熱源。 4.4.激光束：激光束：經(jīng)過聚焦產(chǎn)生能量高度集中的激光束作為焊接熱源經(jīng)過聚焦產(chǎn)生能量高度集中的激光束作為焊接熱源 5.5.等離子焰：等離子焰：電弧放電或高頻放電產(chǎn)生高速電離的離子電弧放電或高頻放電產(chǎn)生高速電離的離子流流 6.6.化學(xué)反應(yīng)熱：化學(xué)反應(yīng)熱：利用助燃（氧氣）和可燃?xì)怏w（乙炔）或鋁、鎂熱劑進(jìn)行利用助燃（氧氣）和可燃?xì)怏w（乙炔）或鋁、

3、鎂熱劑進(jìn)行 化學(xué)反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的熱能作為焊接熱源?；瘜W(xué)反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的熱能作為焊接熱源。 7.7.其它熱：其它熱：如摩擦能量、高頻感應(yīng)電流等。如摩擦能量、高頻感應(yīng)電流等。 4 1-11-1焊接熱過程和接頭形成焊接熱過程和接頭形成 不同焊接方法的不同焊接方法的h 焊接方法焊接方法手弧焊手弧焊埋弧焊埋弧焊電子束及電子束及 激光焊激光焊 電渣焊電渣焊TIG焊焊MIG焊焊 鋼鋼鋁鋁 h 0.77 0.87 0.77 0.90 0.90.830.68 0.85 0.66 0.69 0.70 0.85 6 （一）焊接溫度場（一）焊接溫度場 7 8 相變溫度相變溫度以上的停留時(shí)間以上的停留時(shí)間t t H H：

4、在相變溫度以上的停留時(shí)間越大，越有利于奧氏體均在相變溫度以上的停留時(shí)間越大，越有利于奧氏體均 質(zhì)化，但晶粒長大越嚴(yán)重。質(zhì)化，但晶粒長大越嚴(yán)重。 冷卻速度冷卻速度cc和和冷卻時(shí)間冷卻時(shí)間 冷卻速度，特別是在固態(tài)相變冷卻速度，特別是在固態(tài)相變 溫度范圍內(nèi)冷卻速度，即溫度范圍內(nèi)冷卻速度，即 800800 500 500 及及800800300 300 時(shí)的冷卻速時(shí)的冷卻速 度是焊接熱循環(huán)中極其重要的參數(shù)，度是焊接熱循環(huán)中極其重要的參數(shù)， 它將影響到固態(tài)相變組織及性能。它將影響到固態(tài)相變組織及性能。 準(zhǔn)確地測量瞬時(shí)冷卻速度有一準(zhǔn)確地測量瞬時(shí)冷卻速度有一 定地困難，多采用一定溫度范內(nèi)的定地困難，多采用一

5、定溫度范內(nèi)的 冷卻時(shí)間來代替冷卻速度，冷卻時(shí)間來代替冷卻速度， 如如t t8/5 8/5 9 離焊縫中心遠(yuǎn)近不一的各點(diǎn)其熱 循環(huán)各不相同，離焊縫越近的點(diǎn)， 其加熱速度越快，峰值溫度越高， 冷卻也越快，加熱到最高點(diǎn)所用 時(shí)間也最短。 加熱到最高溫度的時(shí)間 相對(duì)于冷卻到室溫的時(shí) 間要短，在相變溫度以 上停留時(shí)間越長，越有 利于奧氏體均質(zhì)化。 3 3、多層焊焊接熱循環(huán)、多層焊焊接熱循環(huán) 1）長）長段多層焊接熱循環(huán)段多層焊接熱循環(huán) l長段多層焊長段多層焊每次每次焊縫的長度較長焊縫的長度較長(1.01.5m)，當(dāng)焊完，當(dāng)焊完 第一層再焊第二層時(shí)，第一層已基本冷卻到較低的溫度第一層再焊第二層時(shí)，第一層已基

6、本冷卻到較低的溫度(約約 100200)。 相鄰各層之間相鄰各層之間 有依次熱處理有依次熱處理 的作用，為防的作用，為防 止最后一層淬止最后一層淬 火，可多加一火，可多加一 層退火焊道。層退火焊道。 不適于焊接淬硬傾向大的鋼種不適于焊接淬硬傾向大的鋼種。焊接這種鋼時(shí)，應(yīng)特別注。焊接這種鋼時(shí)，應(yīng)特別注 意與其他工藝措施的配合，如預(yù)熱和層間溫度的控制等。意與其他工藝措施的配合，如預(yù)熱和層間溫度的控制等。 2）短）短段多層焊接熱循環(huán)段多層焊接熱循環(huán) l短段多層焊短段多層焊就是每層的焊縫長度較短就是每層的焊縫長度較短(約約50400mm) ，還未等前一層焊縫冷卻到較低溫度（如，還未等前一層焊縫冷卻到較

7、低溫度（如Ms點(diǎn)）就開始了點(diǎn)）就開始了 下一層的焊接。下一層的焊接。 短段多層焊操作繁瑣，生產(chǎn)率低，除非特殊的情況才采用。短段多層焊操作繁瑣，生產(chǎn)率低，除非特殊的情況才采用。 （一）焊接材料的熔化與熔池形成（一）焊接材料的熔化與熔池形成 1、焊接材料的加熱、焊接材料的加熱（加熱加熱熔化熔化形成熔形成熔滴滴） l電阻熱：電阻熱：焊接電流通過焊芯時(shí)產(chǎn)生的電阻熱。當(dāng)電阻熱過大時(shí)，易引起焊接電流通過焊芯時(shí)產(chǎn)生的電阻熱。當(dāng)電阻熱過大時(shí)，易引起 焊芯和藥皮溫度過高，造成飛濺增加，藥皮開裂、脫落或失去保護(hù)、冶金作焊芯和藥皮溫度過高，造成飛濺增加，藥皮開裂、脫落或失去保護(hù)、冶金作 用，在焊條電弧中應(yīng)盡量少用，

8、但在電渣焊中卻是主要能量。用，在焊條電弧中應(yīng)盡量少用，但在電渣焊中卻是主要能量。 l電弧熱：電弧熱：焊接電弧傳給焊條端部的熱量。是熔化焊條、焊絲、母材的主焊接電弧傳給焊條端部的熱量。是熔化焊條、焊絲、母材的主 要能量。要能量。 l化學(xué)反應(yīng)熱：化學(xué)反應(yīng)熱：藥皮部分化學(xué)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量（只占藥皮部分化學(xué)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量（只占 1%3%可忽略不計(jì)）?？珊雎圆挥?jì)）。 12 13 14 2)熔滴的比表面積熔滴的比表面積S u熔滴的表面積與其質(zhì)量之比。熔滴的表面積與其質(zhì)量之比。 S=Ag/ S=Ag/VgVg=4R=4R2 2/(4/3R/(4/3R3 3)=3/)=3/RR uI,R,S

9、，利于冶金反應(yīng)進(jìn)行。，利于冶金反應(yīng)進(jìn)行。 3)熔滴的溫度熔滴的溫度 u研究熔滴階段各種物理化學(xué)反應(yīng)必不可少的重要參數(shù)研究熔滴階段各種物理化學(xué)反應(yīng)必不可少的重要參數(shù)； u理論上理論上精確計(jì)算困難精確計(jì)算困難； u實(shí)測手工電弧焊碳鋼焊條實(shí)測手工電弧焊碳鋼焊條熔滴熔滴平均溫度：平均溫度：1800240018002400 15 熔焊時(shí)，母材上由熔化的焊接材料和局部熔 化的母材組成的具有一定幾何形狀的液體金屬區(qū)域 u 熔池為不標(biāo)準(zhǔn)的半橢球，熔池為不標(biāo)準(zhǔn)的半橢球， 輪廓為溫度等于母材熔點(diǎn)輪廓為溫度等于母材熔點(diǎn) 的等溫面的等溫面 u幾何尺寸：幾何尺寸：L=PL=P2 2IUIU， B Bmax， H Hma

10、x u影響因素影響因素 I IB Bmax，H Hmax U UB Bmax，H Hmax 16 P2是比例系數(shù)， 大小取決于焊接 方法與焊接電流， 2 2、熔池質(zhì)量和存在時(shí)間、熔池質(zhì)量和存在時(shí)間 熔池熔池質(zhì)量質(zhì)量：多數(shù)多數(shù)5g，手手弧焊弧焊0.6-16g，埋弧焊埋弧焊100g 存在時(shí)間存在時(shí)間：幾秒幾秒幾十秒，幾十秒，取決于熔池長度取決于熔池長度L和焊和焊速速v , t t有利于物質(zhì)的反應(yīng)有利于物質(zhì)的反應(yīng), 氣孔的形成和缺陷的產(chǎn)生。氣孔的形成和缺陷的產(chǎn)生。 3、熔池溫度熔池溫度 熔池熔池溫度分布不溫度分布不均勻均勻, 中部中部最高，頭部次之，最高，頭部次之， 其次是尾部其次是尾部 低碳鋼低碳

11、鋼熔池平均溫度熔池平均溫度 為為1770 17 1 1）液態(tài)金屬密度差引起自由）液態(tài)金屬密度差引起自由 對(duì)流運(yùn)動(dòng)對(duì)流運(yùn)動(dòng) 2 2）表面張力差強(qiáng)迫對(duì)流運(yùn)）表面張力差強(qiáng)迫對(duì)流運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 3 3） 熔池中各種機(jī)械力攪拌熔池中各種機(jī)械力攪拌 流動(dòng)狀態(tài)如圖所示：流動(dòng)狀態(tài)如圖所示： l熔池熔池上部上部熔化熔化的母的母材由材由熔熔 池池前部向前部向熔池后部熔池后部運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng); ; l在熔池在熔池底部底部，液態(tài)金屬由液態(tài)金屬由 熔池后部向中心熔池后部向中心運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 18 19 用用對(duì)焊接質(zhì)量無害的氣體隔離空氣。如：氣焊、惰性對(duì)焊接質(zhì)量無害的氣體隔離空氣。如：氣焊、惰性 氣體保護(hù)焊、氣體保護(hù)焊、CO2CO2氣保焊氣

12、保焊 用具用具有一定物理化學(xué)性能的渣隔絕空氣。如：埋弧焊、有一定物理化學(xué)性能的渣隔絕空氣。如：埋弧焊、 電渣焊電渣焊 屬屬化學(xué)保護(hù)，含脫氧、氮?jiǎng)?，如?shí)芯或藥芯化學(xué)保護(hù)，含脫氧、氮?jiǎng)?，如?shí)芯或藥芯焊絲焊絲 20 2、焊接接頭的組成、焊接接頭的組成 l焊縫金屬焊縫金屬 l熔合線熔合線 l熱影響區(qū)熱影響區(qū) l母材母材 21 22 應(yīng)力分布不均勻，接頭強(qiáng)度較 低，常用于焊前準(zhǔn)備和裝配要 求簡單的板類焊件結(jié)構(gòu)中 應(yīng)力分布較復(fù)雜，但焊透的T 形接頭在任一載荷下都具有很 高的強(qiáng)度。常用于船體結(jié)構(gòu)中 23 %100 fillerbase base AA A 24 1-21-2熔化焊接化學(xué)冶金熔化焊接化學(xué)冶金

13、焊接化學(xué)冶金過程：熔化焊時(shí)，焊接區(qū) 內(nèi)各種物質(zhì)（氣相、液態(tài)金屬、熔渣氣相、液態(tài)金屬、熔渣）之間在高 溫下相互作用，發(fā)生一系列化學(xué)冶金反 應(yīng)的過程。 （一）焊接材料的類型（一）焊接材料的類型 焊接時(shí)所消耗的材料統(tǒng)稱為焊接材料。 25 26 藥皮組成藥皮組成 穩(wěn)弧劑穩(wěn)弧劑: : 改善引弧性能和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，原改善引弧性能和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，原 材料為易電離或電離勢(shì)低的物質(zhì)。如：材料為易電離或電離勢(shì)低的物質(zhì)。如：K K2 2COCO3 3、CaCOCaCO3 3大大 理石、長石、鉀水玻璃理石、長石、鉀水玻璃 造渣劑造渣劑: : 造成具有一定物理性能、化學(xué)性能的熔渣，造成具有一定物理性能、

14、化學(xué)性能的熔渣， 起到保護(hù)作用和改善焊縫成型。如：鈦鐵礦、金紅石、起到保護(hù)作用和改善焊縫成型。如：鈦鐵礦、金紅石、 螢石、長石等。螢石、長石等。 造氣造氣劑：劑：造氣保護(hù)造氣保護(hù) , ,有機(jī)物、碳酸鹽有機(jī)物、碳酸鹽. .有機(jī)物如：木有機(jī)物如：木 粉、淀粉、析出氣體粉、淀粉、析出氣體COCO、H H，碳酸鹽析出氣體，碳酸鹽析出氣體CO2CO2，高溫，高溫 時(shí)產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生COCO。 27 28 3 3、焊條的分類和性能、焊條的分類和性能 1 1）焊條的分類）焊條的分類 按用途分可分為十類按用途分可分為十類： 結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬和鉻鉬鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬和鉻鉬鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼

15、 焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及 銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條 按藥皮性質(zhì)可分為兩類：按藥皮性質(zhì)可分為兩類： - - 酸性焊條酸性焊條藥皮中含有多量酸性氧化物藥皮中含有多量酸性氧化物（SiOSiO2 2，MnOMnO2 2 ） ） - - 堿性焊條堿性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物藥皮中含有多量堿性氧化物（CaFCaF2 2，CaOCaO） * *堿性焊條藥皮中不含有機(jī)物，產(chǎn)生的保護(hù)氣氛中氫含堿性焊條藥皮中不含有機(jī)物，產(chǎn)生的保護(hù)氣氛中氫含 量極少，故又稱為低氫焊條量極少，故又稱為低氫

16、焊條 29 2 2）焊條的性能）焊條的性能 u冶金性能冶金性能 u工藝性能：工藝性能：焊條在焊接操作中的性能焊條在焊接操作中的性能, ,包括：包括： 焊接電弧的弧定性焊接電弧的弧定性( (穩(wěn)弧性穩(wěn)弧性);); 焊縫成形性；焊縫成形性； 全位置焊接適應(yīng)性全位置焊接適應(yīng)性; ; 飛濺、脫渣性；飛濺、脫渣性； 焊條的熔化速度；焊條的熔化速度； 藥皮發(fā)紅問題藥皮發(fā)紅問題. . 30 飛濺：飛濺：焊接過程中由熔滴焊接過程中由熔滴 或熔池中飛出的金屬顆粒或熔池中飛出的金屬顆粒 脫渣性：脫渣性：焊后熔渣從焊縫焊后熔渣從焊縫 表面清除的難易程度表面清除的難易程度 焊縫位置：焊縫位置： 平焊縫、立焊縫、仰焊縫、

17、平焊縫、立焊縫、仰焊縫、 橫焊縫橫焊縫 立、仰、橫焊難點(diǎn)在于立、仰、橫焊難點(diǎn)在于: : 重力作用下焊條熔滴不重力作用下焊條熔滴不 易向熔池過渡易向熔池過渡; ; 熔池金屬和熔渣下流熔池金屬和熔渣下流. . 3 3）酸性焊條和堿性焊條特點(diǎn)酸性焊條和堿性焊條特點(diǎn) l從焊縫金屬力學(xué)性能考慮從焊縫金屬力學(xué)性能考慮 酸性焊條的藥皮熔渣氧化性強(qiáng)，合金元素易燒損，酸性焊條的藥皮熔渣氧化性強(qiáng)，合金元素易燒損， 焊縫中氫、硫等含量較高，故焊縫中氫、硫等含量較高，故焊縫金屬的塑性、韌焊縫金屬的塑性、韌 性較低，抗裂性較差，適于普通結(jié)構(gòu)鋼件焊接。性較低，抗裂性較差，適于普通結(jié)構(gòu)鋼件焊接。 堿性焊條的藥皮含有較多的合

18、金劑，故堿性焊條的藥皮含有較多的合金劑，故焊縫金屬力焊縫金屬力 學(xué)性能好，抗裂性好，適于焊接學(xué)性能好，抗裂性好，適于焊接焊接重要的結(jié)構(gòu)件。焊接重要的結(jié)構(gòu)件。 l從焊接工藝性考慮從焊接工藝性考慮 酸性焊條穩(wěn)弧性好，飛濺小，易脫渣，對(duì)油污、水、酸性焊條穩(wěn)弧性好，飛濺小，易脫渣，對(duì)油污、水、 銹的敏感性小，焊接電流可交、直兩用，銹的敏感性小，焊接電流可交、直兩用，工藝性好；工藝性好； 堿性焊條穩(wěn)弧性差，飛濺大，對(duì)油污、水銹的敏感性堿性焊條穩(wěn)弧性差，飛濺大，對(duì)油污、水銹的敏感性 大，焊接電源多要求直流，大，焊接電源多要求直流，焊接工藝性較差。焊接工藝性較差。 31 32 33 E4315 完整的焊條型

19、號(hào)舉例如下：完整的焊條型號(hào)舉例如下： 表示焊條藥皮為低氫鈉型，表示焊條藥皮為低氫鈉型， 并可采用直流反接焊接并可采用直流反接焊接 表示焊條適用于全位表示焊條適用于全位 置焊接置焊接 表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度 的最小值的最小值420MP 表示焊條表示焊條 結(jié)構(gòu)鋼焊條牌號(hào)：結(jié)構(gòu)鋼焊條牌號(hào)： 34 J507 低氫型藥皮、直流低氫型藥皮、直流 焊縫金屬抗拉強(qiáng)度焊縫金屬抗拉強(qiáng)度 不低于不低于490MPa 結(jié)構(gòu)鋼焊條結(jié)構(gòu)鋼焊條 5 5、焊條的選用、焊條的選用 l考慮母材的化學(xué)成分與力學(xué)性能考慮母材的化學(xué)成分與力學(xué)性能 1)焊接焊接結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，一般要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，因此可根據(jù)鋼材

20、時(shí)，一般要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，因此可根據(jù)鋼材 強(qiáng)度等級(jí)來選用相應(yīng)的焊條。強(qiáng)度等級(jí)來選用相應(yīng)的焊條。（等強(qiáng)原則）（等強(qiáng)原則） 2)焊接焊接特種鋼特種鋼時(shí)，應(yīng)選用專業(yè)焊條。保證焊縫金屬的主要化學(xué)成分及性時(shí)，應(yīng)選用專業(yè)焊條。保證焊縫金屬的主要化學(xué)成分及性 能與母材相同能與母材相同（等成分原則）（等成分原則）。 3)焊接焊接異種鋼異種鋼時(shí)，采用時(shí)，采用低匹配原則低匹配原則。低碳鋼與低合金鋼焊接時(shí)，可按異。低碳鋼與低合金鋼焊接時(shí)，可按異 種鋼接頭中強(qiáng)度較低的鋼材來選用焊條。種鋼接頭中強(qiáng)度較低的鋼材來選用焊條。 l考慮結(jié)構(gòu)的使用條件考慮結(jié)構(gòu)的使用條件 對(duì)承受動(dòng)載荷或沖擊載荷的焊縫，或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大厚度的

21、焊件，對(duì)承受動(dòng)載荷或沖擊載荷的焊縫，或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大厚度的焊件，為為 保證焊縫具有較高的塑性、沖擊韌性、抗裂強(qiáng)度或低溫性能要求較高時(shí)，保證焊縫具有較高的塑性、沖擊韌性、抗裂強(qiáng)度或低溫性能要求較高時(shí)， 應(yīng)選用應(yīng)選用堿性焊條，堿性焊條，否則，選用酸性焊條。否則，選用酸性焊條。 35 （三）焊劑和焊絲（三）焊劑和焊絲 焊劑和焊絲都是埋弧焊，電渣焊時(shí)使用的焊接焊劑和焊絲都是埋弧焊，電渣焊時(shí)使用的焊接 材料，焊劑相當(dāng)于焊條藥皮，焊絲相當(dāng)于焊條藥芯材料，焊劑相當(dāng)于焊條藥皮，焊絲相當(dāng)于焊條藥芯 1 1、焊劑、焊劑 1 1）按制造方法分類按制造方法分類 熔煉焊劑熔煉焊劑（HJHJ) )：將礦物在電弧爐中熔煉，將

22、礦物在電弧爐中熔煉，然后用水激然后用水激冷粉碎，冷粉碎， 烘干烘干使用使用 非熔煉焊劑：非熔煉焊劑：粘接焊劑和燒結(jié)焊劑粘接焊劑和燒結(jié)焊劑( (SJSJ) )：將原材料粉碎按將原材料粉碎按 一定比例和粘接劑混合，通過成粒，低溫干燥和高溫?zé)Y(jié)等工藝制成一定比例和粘接劑混合，通過成粒，低溫干燥和高溫?zé)Y(jié)等工藝制成 36 2 2）按焊劑化學(xué)成分分類）按焊劑化學(xué)成分分類 l按按SiOSiO2 2含量分含量分：高硅高硅、中硅、低硅焊劑中硅、低硅焊劑 l按按MnOMnO含量分含量分：高錳、中錳、低錳、無錳焊劑高錳、中錳、低錳、無錳焊劑 l按按CaFCaF2 2含量分含量分：高氟、中氟、低氟焊劑高氟、中氟、低

23、氟焊劑 2 2、焊絲、焊絲 1 1）實(shí)心焊絲實(shí)心焊絲 2 2）藥芯焊絲）藥芯焊絲 特點(diǎn)：特點(diǎn)： n飛濺小飛濺小 n焊縫成形美觀焊縫成形美觀 n熔敷速度高于實(shí)心焊絲熔敷速度高于實(shí)心焊絲 n可進(jìn)行全位置焊接可進(jìn)行全位置焊接 37 簡單，易制造，但要求 電流小，熔深錢，合金 量加入多時(shí)采用，其余 截面特性與之相反 熔渣：焊條藥皮或焊劑溶化后經(jīng)過一系列化學(xué)變化熔渣：焊條藥皮或焊劑溶化后經(jīng)過一系列化學(xué)變化 形成的覆蓋于焊縫表面的非金屬物質(zhì)。形成的覆蓋于焊縫表面的非金屬物質(zhì)。 作用：作用： 1.機(jī)械保護(hù)作用機(jī)械保護(hù)作用 2.冶金處理作用冶金處理作用 3.改善工藝性能改善工藝性能 38 （一）（一） 熔渣的

24、組成熔渣的組成 1 1、熔渣的成分、熔渣的成分：大體由氧化物、氯化物、氟化物大體由氧化物、氯化物、氟化物 、硼酸鹽類組成是多種化學(xué)組成的復(fù)雜體系、硼酸鹽類組成是多種化學(xué)組成的復(fù)雜體系。 2 2、熔渣的分類、熔渣的分類 第第一類一類 氧化物型氧化物型 第二類第二類 鹽鹽氧化物型氧化物型 第三類第三類 鹽型鹽型 39 由金屬氧化物組成，氧化 性強(qiáng)，主要用于焊接低碳 鋼及低合金鋼 由氟化物和強(qiáng)金屬氧化 物組成，具有弱氧化性， 主要用于焊接高合金鋼。 由金屬的氟酸鹽、氯酸鹽和 不含氟的化合物組成，其氧 化性小，用于焊接鋁、鈦等 活性金屬及其合金。 堿度是判斷焊接熔渣堿性強(qiáng)弱的指標(biāo)堿度是判斷焊接熔渣堿性

25、強(qiáng)弱的指標(biāo)。 這一領(lǐng)域存在分子理論與離子理論兩種觀點(diǎn)，分子理這一領(lǐng)域存在分子理論與離子理論兩種觀點(diǎn)，分子理 論認(rèn)為熔渣中的氧化物按其性質(zhì)可分為三類。論認(rèn)為熔渣中的氧化物按其性質(zhì)可分為三類。 40 1)1)酸性氧化物酸性氧化物 SiOSiO2 2 TiO TiO2 2 P P2 2O O5 5 2)2)堿性氧化物堿性氧化物 K K2 2O NaO Na2 2O O CaOCaO MgOMgO BaOBaO MnOMnO FeOFeO 3)3)中性氧化物中性氧化物 AlAl2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3 Cr Cr2 2O O3 3 41 根據(jù)分子理論堿度的定義為：根據(jù)分子理論堿

26、度的定義為： B= (R B= (R 2 2O+RO)/ ROO+RO)/ RO2 2 R R 2 2OO、RORO熔渣中堿性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)熔渣中堿性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù) RORO2 2 熔渣中酸性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù) 熔渣中酸性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù) 堿度堿度B的倒數(shù)稱為酸度的倒數(shù)稱為酸度 B1.5堿性渣堿性渣B1.5酸性渣酸性渣 （三）（三） 熔渣熔渣的物理性質(zhì)的物理性質(zhì) 1 1、熔渣的熔渣的熔點(diǎn)熔點(diǎn)- 藥藥皮熔化后皮熔化后, ,熔渣開始凝固的溫度熔渣開始凝固的溫度 熔熔渣的熔點(diǎn)是影響焊接工藝性能和質(zhì)量的重要因素之一。渣的熔點(diǎn)是影響焊接工藝性能和質(zhì)量的重要因素之一。 因此要求熔渣的熔點(diǎn)與焊絲和母材的熔

27、點(diǎn)相匹配因此要求熔渣的熔點(diǎn)與焊絲和母材的熔點(diǎn)相匹配。 u熔熔渣的熔點(diǎn)過高，渣的熔點(diǎn)過高，將使其與液態(tài)金屬間的反應(yīng)不充分，易將使其與液態(tài)金屬間的反應(yīng)不充分，易 形成夾渣，產(chǎn)生壓鐵液現(xiàn)象，使焊縫成形變壞形成夾渣，產(chǎn)生壓鐵液現(xiàn)象，使焊縫成形變壞。 u熔點(diǎn)熔點(diǎn)過低，過低，使使熔渣的覆蓋性能變差，焊縫表面粗糙不平，熔渣的覆蓋性能變差，焊縫表面粗糙不平， 并導(dǎo)致全位置施焊困難。并導(dǎo)致全位置施焊困難。 42 一般焊接熔渣的熔點(diǎn)應(yīng)比焊縫金屬的熔點(diǎn)低一般焊接熔渣的熔點(diǎn)應(yīng)比焊縫金屬的熔點(diǎn)低200450。適。適 于焊接鋼的熔渣，其熔點(diǎn)一般在于焊接鋼的熔渣，其熔點(diǎn)一般在11501350范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 2.2.熔渣的

28、熔渣的粘度粘度-代表代表熔渣內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)各層之間的內(nèi)摩擦力熔渣內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)各層之間的內(nèi)摩擦力 (1)(1)溫度對(duì)粘度的影響溫度對(duì)粘度的影響 溫度溫度熔渣的粘度熔渣的粘度 酸性渣粘度下降酸性渣粘度下降緩慢緩慢 堿性渣粘度下降迅速堿性渣粘度下降迅速 長長渣渣: :粘度變化粘度變化時(shí)凝固時(shí)間長的熔渣時(shí)凝固時(shí)間長的熔渣,如含如含SiO2多的多的酸性渣酸性渣 短渣短渣: :粘度變化粘度變化時(shí)凝固時(shí)間短的熔渣時(shí)凝固時(shí)間短的熔渣,如低氫型和氧化鈦如低氫型和氧化鈦型型 焊條焊條熔渣熔渣 43 堿性渣堿性渣 酸性渣酸性渣 (2)(2)熔渣成分對(duì)粘度的熔渣成分對(duì)粘度的影響影響 u酸性渣酸性渣 SiO2多多,S

29、i-O陰離子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粘度大陰離子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粘度大 TiO2多多,Si-O陰離子結(jié)構(gòu)簡單，粘度小陰離子結(jié)構(gòu)簡單，粘度小 u堿性渣堿性渣 CaO多多,熔渣中易出現(xiàn)未熔化的固相顆粒，粘度大熔渣中易出現(xiàn)未熔化的固相顆粒，粘度大 無論是酸性還是堿性渣，加入無論是酸性還是堿性渣，加入CaF2，粘度都下降，粘度都下降 44 3.3.熔渣的表面張力熔渣的表面張力 u熔渣與實(shí)際氣相接觸的比表面能稱熔渣與實(shí)際氣相接觸的比表面能稱表面張力表面張力 u渣渣表面張力主要決定于其間化學(xué)鍵的性質(zhì)和表面張力主要決定于其間化學(xué)鍵的性質(zhì)和溫度溫度 鍵能越大表面張力越大鍵能越大表面張力越大. 離子離子鍵鍵:FeO、MnO、CaO

30、、MgO和和Al2O3（表面張力大）（表面張力大） 共價(jià)鍵共價(jià)鍵:TiO、SiO2、B2O3和和P2O5，（表面張力?。┍砻鎻埩π。?45 不同的焊接方法，有不同的反應(yīng)區(qū)。 藥皮反應(yīng)區(qū)藥皮反應(yīng)區(qū)I 熔滴反應(yīng)區(qū)熔滴反應(yīng)區(qū)II 熔池反應(yīng)區(qū)熔池反應(yīng)區(qū)III 46 1、藥皮反應(yīng)區(qū)、藥皮反應(yīng)區(qū)指指焊條受熱后焊條受熱后，到，到焊條藥皮熔點(diǎn)前焊條藥皮熔點(diǎn)前發(fā)生的一些發(fā)生的一些反應(yīng)反應(yīng) 1）反應(yīng)特點(diǎn)）反應(yīng)特點(diǎn) l 溫度溫度低：低：100-1200100-1200（藥皮熔點(diǎn)（藥皮熔點(diǎn)） l 反應(yīng)反應(yīng)發(fā)生于固相間，反應(yīng)不充分發(fā)生于固相間，反應(yīng)不充分 2）主要反應(yīng)）主要反應(yīng) l 水分水分蒸發(fā)蒸發(fā): : 吸附水、結(jié)晶

31、水、化合水吸附水、結(jié)晶水、化合水 l 某些物質(zhì)某些物質(zhì)分解：分解： 有機(jī)物，碳酸鹽有機(jī)物，碳酸鹽（大理石（大理石、白云石、白云石等）和高價(jià)等）和高價(jià) 氧化物（氧化物（FeFe2 2O O3 3、MnOMnO2 2等）分解造氣等）分解造氣, ,形成形成CoCo，COCO2 2，H H2 2O O，O O2 2等等氣體氣體 l 鐵合金鐵合金氧氧化化 ： 脫氧劑發(fā)生先期脫氧脫氧劑發(fā)生先期脫氧( (降低氣氛中氧分壓降低氣氛中氧分壓) ) 3）作用）作用 反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體，對(duì)熔化金屬有機(jī)械保護(hù)作用（隔離反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體，對(duì)熔化金屬有機(jī)械保護(hù)作用（隔離 空氣），同時(shí)對(duì)被焊金屬和藥皮中鐵合金有氧化作用?？諝?/p>

32、），同時(shí)對(duì)被焊金屬和藥皮中鐵合金有氧化作用。 47 48 2、熔滴反應(yīng)區(qū)：、熔滴反應(yīng)區(qū)：指熔滴形成、長大、脫離焊條，過渡到熔池中這個(gè)過程。指熔滴形成、長大、脫離焊條，過渡到熔池中這個(gè)過程。 ) ) 溫度溫度度大，反應(yīng)物活性度大，反應(yīng)物活性 ：18002400 ) ) 與氣體、熔渣的接觸面積大：與氣體、熔渣的接觸面積大：比表面積達(dá) 103104cm2/kg 各相充分接觸 ) )相間作用時(shí)間短：相間作用時(shí)間短：T停=0.010.1(s)，T過=0.00010.001(s)， 反應(yīng)主要在焊條末端進(jìn)行 ) ) 熔渣、熔滴攪拌混合強(qiáng)烈：熔渣、熔滴攪拌混合強(qiáng)烈：增加相的接觸面，利于反應(yīng) 物的進(jìn)入和退出，加

33、快反應(yīng)速度。 主要反應(yīng)：氣體分解和熔解、金屬蒸發(fā)、金屬及 其化合物間的氧化與還原以及焊縫金屬的合金化。 49 3、熔池反應(yīng)區(qū)：、熔池反應(yīng)區(qū)：熔滴和熔渣進(jìn)入熔池后各相間進(jìn)一步進(jìn)行物化反應(yīng)熔滴和熔渣進(jìn)入熔池后各相間進(jìn)一步進(jìn)行物化反應(yīng) 1 1）熔池溫度相對(duì)低：）熔池溫度相對(duì)低：T =1600T =160019001900。 2) 2) 比表面積小：比表面積?。? 3130 cm130 cm2 2/kg/kg 3 3）存在時(shí)間長：）存在時(shí)間長： 手工焊手工焊3 38s8s，埋弧焊，埋弧焊625s625s， 4 4）反應(yīng)速度沒有熔滴反應(yīng)區(qū)強(qiáng)：反應(yīng)時(shí)間長。）反應(yīng)速度沒有熔滴反應(yīng)區(qū)強(qiáng)：反應(yīng)時(shí)間長。 5 5）

34、熔池溫度不均勻：其前部與尾部反應(yīng)相反。）熔池溫度不均勻：其前部與尾部反應(yīng)相反。 熔池前半部分發(fā)生金屬熔化和氣體的吸收熔池前半部分發(fā)生金屬熔化和氣體的吸收, 利于吸熱反應(yīng)，熔池后半部分發(fā)生金屬凝利于吸熱反應(yīng)，熔池后半部分發(fā)生金屬凝 固和氣體的析出固和氣體的析出,利于放熱反應(yīng)。利于放熱反應(yīng)。 （一）一）焊接區(qū)內(nèi)的氣體焊接區(qū)內(nèi)的氣體 1 1、氣體的來源、氣體的來源 u 焊接材料焊接材料 焊條焊條藥皮、藥皮、焊劑中焊劑中的造氣劑、高價(jià)氧化物和水分的造氣劑、高價(jià)氧化物和水分等等 u 焊接焊接區(qū)周圍的區(qū)周圍的空氣空氣 u焊絲和母材表面上的油銹等雜質(zhì)。焊絲和母材表面上的油銹等雜質(zhì)。 50 22222 NOO

35、HHCOCO、成分：成分： 金屬及熔渣蒸氣 2 22 2 51 1).1).有機(jī)物的分解和燃燒：有機(jī)物的分解和燃燒：如淀粉、纖維素等有機(jī)化合如淀粉、纖維素等有機(jī)化合 物熱氧化分解反應(yīng)。物熱氧化分解反應(yīng)。 2 2（C C6 6H H10 10O O5 5）m m+7mO +7mO2 2=12mCO=12mCO2 2+10mH+10mH2 2 2).2).碳酸鹽和高價(jià)氧化物的分解：碳酸鹽和高價(jià)氧化物的分解： CaCOCaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2 MgCO MgCO3 3=MgO+CO=MgO+CO2 2 6Fe2O3=4Fe3O4+O2 6Fe2O3=4Fe3O4+O2 3).

36、3).材料的蒸發(fā)材料的蒸發(fā); ; 焊接材料中的水分，低熔點(diǎn)的金屬焊接材料中的水分，低熔點(diǎn)的金屬 元素和熔渣各成分在電弧高溫作用下發(fā)生蒸發(fā)元素和熔渣各成分在電弧高溫作用下發(fā)生蒸發(fā) 52 53 焊接區(qū)的氫可以處于分子、原子和離子狀態(tài)焊接區(qū)的氫可以處于分子、原子和離子狀態(tài) u氫以原子或質(zhì)子形式溶入（氣保焊）氫以原子或質(zhì)子形式溶入（氣保焊） u通過渣層溶入金屬通過渣層溶入金屬（電渣焊）（電渣焊） 當(dāng)氫通過熔渣向金屬溶解時(shí)：當(dāng)氫通過熔渣向金屬溶解時(shí)： )(2) 2 2 OHOOH（ 氣 22)( 2)( 2 HOFeOHFe 2)(2)()(2 22 HOFeOHFe 渣中渣中O2-水在渣中的溶解度水在

37、渣中的溶解度 渣渣中含中含F(xiàn)-，氫的溶解度下降，氫的溶解度下降。 小結(jié)：小結(jié)：氫通過熔渣氫通過熔渣溶解時(shí)溶解時(shí)，其溶解度取決于氣相中氫和水蒸，其溶解度取決于氣相中氫和水蒸 氣的分壓、熔渣堿度、氟化物含量和金屬中的氧含量等。氣的分壓、熔渣堿度、氟化物含量和金屬中的氧含量等。 當(dāng)氫通過氣相向金屬溶解：當(dāng)氫通過氣相向金屬溶解： 其其溶解度取決于氫的狀態(tài)。分子狀態(tài)的氫在金屬中的溶溶解度取決于氫的狀態(tài)。分子狀態(tài)的氫在金屬中的溶 解度遵循平方根定律：解度遵循平方根定律： 54 HFOFOH )()() 2 （ 22 HHH PKS KH2氫在金屬中溶解反應(yīng)氫在金屬中溶解反應(yīng) 的平衡常數(shù)，與的平衡常數(shù)，與T

38、有關(guān)；有關(guān)； PH2氣相中分子氫的分壓氣相中分子氫的分壓 AdvancedMaterials ResearchCenter 圖圖1-25氫在第氫在第II類金屬中的溶解度與溫度的關(guān)系類金屬中的溶解度與溫度的關(guān)系 1).1).存在形式存在形式 擴(kuò)散氫：氫以原子或離子形式存在，與金屬形成間隙 固熔體，并可在金屬晶格中自由擴(kuò)散。 殘余氫（剩余氫）：氫原子擴(kuò)散聚集到金屬的晶格缺 陷，顯微裂紋和非金屬夾雜物的邊緣空隙中，結(jié)合成 分子，不能自由擴(kuò)散。 總含氫量總含氫量=擴(kuò)散氫剩余氫擴(kuò)散氫剩余氫 56 1 1）氫脆）氫脆:氫在室溫附近使鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象稱為氫脆。 57 原因是熔解在晶格中的氫在拉伸時(shí)集中

39、于位錯(cuò) 空腔中，結(jié)合為分子氫，產(chǎn)生很高內(nèi)壓力，導(dǎo) 致金屬變脆，可通過去氫處理去除。 2 2）白點(diǎn)）白點(diǎn):在其拉伸或彎曲斷面上出現(xiàn)的銀 白色圓形局部脆斷點(diǎn)稱為白點(diǎn)。 大小：D=0.53mm（肉眼可見，其中 心常有小夾雜物或氣孔，象魚眼，所以又 叫魚眼）。 對(duì)白點(diǎn)的敏感性：氫在鐵素體中擴(kuò)散很 快，利于逸出，在奧氏體中熔解度大擴(kuò)散 很慢，所以都不敏感。含Cr、Ni、Mo多時(shí) 對(duì)白點(diǎn)很敏感，白點(diǎn)可通過去氫去除。 3 3）氣孔）氣孔：由于溫度下降，熔解于金屬內(nèi)的 氫來不及逸出而在焊縫中形成的空穴。 4 4）產(chǎn)生冷裂紋）產(chǎn)生冷裂紋 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：白點(diǎn) 是在塑性變形階段產(chǎn) 生的。 “誘捕理論誘捕理論”

40、解釋：解釋：焊縫中的氣孔 及非金屬夾雜物邊緣 的空隙,好象“陷阱” 一樣.捕捉氫原子，并 在其中結(jié)合成氫分子, 在拉伸試驗(yàn)中“陷阱” 中的氫分子被吸附.由 于塑性變形新產(chǎn)生的 微裂紋表面上,分解成 原子氫,原子氫擴(kuò)散到 微裂紋金屬晶格內(nèi),引 起金屬脆化。 來源：來源：主要是焊接區(qū)周圍的空氣。 氮與金屬作用有兩種情況。 1、不與氮發(fā)生作用的金屬：即不能熔解氮又不 形成氮化物，可用N作為保護(hù)氣體（如銅、鎳）。 2、與氮發(fā)生作用的金屬：即能溶解氮又能形成 氮化物，這種情況下就要防止焊縫金屬的氮化（如鐵、鈦）。 58 1 1）原子形式溶于液態(tài)金屬）原子形式溶于液態(tài)金屬 2 2）以）以NONO形式溶入形式溶入 3 3）以氮離子形式溶入）以氮離子形式溶入 59 2、氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響、氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響 1)1)提高焊縫金屬的強(qiáng)度、硬度，降低塑性、韌性（低溫下降提高焊縫金