CH1 焊接冶金基础.ppt

* 第四节 焊缝金属的合金化 一、合金化的目的 1）补偿在焊接过程中合金元素的损失； 2）保证焊缝的组织和机械性能，如加入Ti，B可以细化组织； 3）消除焊接缺陷，如除硫； 4）使焊缝金属具有某种特殊性能，如耐蚀性、耐磨性等。 * 二、合金化方式 1 通过焊丝过渡：均匀、合金烧损少，但成本高、不易调整。 2 合金药皮：合金元素加到药皮中，简单、成本低，但合金损失大，成分不均匀。 3 药芯焊丝：焊丝内包裹合金粉末。可任意调整成分，损失小，但成本高。 4 合金粉末：将合金粉末直接输入到焊接区。比例可调，合金损失小，但均匀性差。 5 置换反应（氧化）：通过金属氧化物还原的方式来合金化。 (SiO2) → [Si] + [O] (MnO) → [Mn] +[O] * 三、合金过渡系数及影响因素 （1）合金过渡系数 　　合金元素的过渡系数η等于它在熔敷金属中实际含量Cd与它的原始含量Ce之比 　　一般焊丝过渡系数η～ 40%，药皮过渡系数η～ 10%。 （2）影响过渡系数的因素 1）合金元素的物化性质：沸点、对氧的亲和力等。 2）药皮的氧化势、合金元素及其氧化物在药皮中是否共存，以及合金元素的氧化物与熔渣酸碱度关系等。 * 第五节 焊接接头的组织与性能 焊接接头是由焊缝、熔合区和热影响区组成 * 一、熔池的凝固与焊缝金属的固态相变 焊接时，先是液态金属发生短暂而复杂的冶金反应，而后凝固形成焊缝。 （一）熔池的凝固 1 熔池凝固的特点： 1）熔池体积小，冷却速度大，易产生淬硬组织，甚至发生裂纹，不利于熔渣和气孔上浮，造成焊缝内部缺陷。 2）液态金属处于过热状态，造成合金元素烧损氧化。 3）熔池是在运动状态下结晶，有利于气孔、夹杂上浮。 * 2 熔池凝固过程 熔池中的液态金属遵循生核和晶核长大的过程形成焊缝。 在焊接条件下，熔池中有两种现成的表面： 1）合金元素或杂质：人为地加入一些能细化晶粒的元素，如Mo、V、Ti等。 2）和液态金属相接触的母材金属：液相金属依附在这个固体表面外延生长（联生结晶）。 * * 热影响区 * 2 焊接接头的形成 　　焊接金属经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变等过程后，最终形成焊接接头。 (1) 热过程：在热源的影响下，焊接金属发生熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变、应力变形等。 (2) 冶金反应过程：在焊接过程中，金属、熔渣、气体之间发生一系列的化学反应，如氧化、还原、金属化等。 (3) 结晶相变过程：焊缝由液态向固态转变过程中，发生结晶、固态相变，可能产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。 * 焊接接头应包括：焊缝、熔合区（过渡区）和热影响区（HAZ）三个区。 * 本章重点 　　１．焊接化学冶金过程特点：温度高、时间短、分区进行（药皮、熔滴和熔池反应区）、在非平衡条件下完成。 　　２．熔滴特性：温度高，比表面积S大，存在时间短，过渡形式（短路、颗粒（喷射）和附壁）。 　　３．熔池特性：体积小、温度不均匀、存在时间长、液态金属处于流动状态。 　　４．焊接过程对焊接金属的保护：气、渣、气-渣联合保护。 * 　　５．气相对焊缝金属的作用：气体的来源，气体分解与吸收，氮、氢、氧对金属的作用和控制措施。 　　６．熔渣及其对金属的作用：熔渣的作用、成分、结构、物理特性、碱度、渣对焊缝金属的氧化（扩散氧化、置换氧化）与脱氧（先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧）。 　　７．焊缝中硫和磷的危害及控制：热脆、冷脆、Mn脱硫。 　　８．焊接中的合金过渡：过渡方式（焊丝、药皮、熔渣），提高过渡系数的措施。 * （2）熔池质量和存在时间 熔池质量在几克到几十几克之间，取决于焊接方法。 熔池液态存在的时间取决于焊接方法、焊接规范等。 * 二、焊接化学冶金特点 （1）在保护状态下进行 隔绝空气，尤其是空气中的氮。 不同的焊接方法采用不同的保护措施。 * （2）分区域或分阶段连续进行：药皮、熔滴、熔池反应 ； （3）反应温度高：弧柱5000～8000℃、熔滴2200℃、熔池1800℃； （4）反应界面大，尤其是熔滴； （5）反应时间短； （6） 熔融金属处于不断运动。 * （三） 焊接冶金各反应区特点 1 药皮反应区 100～1200℃ 1） 400℃，吸附水蒸发，化合物释放结晶水。 2） ～400℃，有机物开始分解燃烧，形成CO、CO2、H2等。 3）400℃，无机化合物碳酸盐和高价氧化物（CaCO3 、Fe2O3）开始分解，产生CO2、CO等气体。 4） 600℃，铁合金开始被氧化。 * 2 熔滴反应区 主要反应有： 　　气体的溶解和分解、金属的蒸发、金属及其合金的氧化和还原、高价氧化物分解成低价氧化物：