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2009.7.26 扈成林 焊条电弧焊操作技能 焊接冶金 第一节 焊接冶金过程 第二节 焊缝金属的结晶 焊接冶金过程 焊接电弧产生以后，焊接区的物质在电弧高 温作用下，会发生激烈的物理化学反应，反应的 过程称为焊接冶金过程。包括： 焊接冶金过程的特点 气体对焊缝金属的影响 氮与金属的作用、氢与金属的作用、氧与金属的作用 焊缝金属的脱氧、脱硫、脱磷 焊缝金属的渗合金 焊接冶金过程 氮与金属的作用 氮与金属不反应也不溶解，如Cu、Ni。 氮与金属即反应又溶解，Fe、Mn、Cr、Ti。 焊接熔池中氮以原子、离子、氮化物三种形态同时存在。 在α-Fe中溶解度很小，冷却时来不及逸出， 一部分以过饱和形态存在于固溶体中，提高了焊缝的强度降低了焊缝的 塑性和韧性，在焊缝中形成的气孔降低了焊缝的致密性和力学性能。 另一部分以针状氮化物（Fe４Ｎ）的形式析出，分布在晶界和固溶体内。 提高了焊缝的强度和硬度，使塑性和韧性急剧下降。同时Fe４Ｎ是一种时效产 物，即氮是一种能促使焊缝金属时效脆化的元素。当焊缝金属中氮的体积分 数0.01%时，对焊缝力学性能影响不大。 应当指出，当焊缝中氮与钒同时存在时形成稳定的氮化钒（ＶＮ），可 以抑制时效现象。经过正火或调质处理后，ＶＮ以细小的颗粒弥散分布，可 以提高钢的强度，而不降低塑性和韧性。 焊接冶金过程 氢与金属的作用 主要来源于药皮、焊剂、空气中的水分以及坡口上的有机物和保护气体 不纯等。在电弧高温作用下，电弧区域中的氢主要以原子、离子和分子形态 存在。当温度大于5000K时，主要以原子存在。温度低于2000K时，主要以 分子存在。 第一类与锆、钛、钒、鉭、铌能形成稳定的氢化物。300~700C°吸氢 量大，高于700C°时吸入量减小，氢化物分解，氢可以扩散逸出。焊接时 防止低温吸收大量的氢。 第二类与铁、铝、镍、铜、铬、钼不能形成稳定的氢化物，但能溶于这 类金属中，并随温度的升高，溶解度也增加。 焊缝中大部分氢以离子或原子存在。一部分氢的原子或离子可在金属晶格 中自有扩散，称之为扩散氢。可从焊缝表面逸出一部分。一部分聚集到金属 的晶格缺陷或非金属夹杂物的空隙中结合成分子，不能自由扩散称为残余氢。 对钢焊接而言，氢的危害极大。一方面是暂态现象氢脆和白点，可通过热 处理消除；另一方面是气孔和裂纹，是永久现象，不可消除。氢脆和白点使 塑性和韧性大大下降，裂纹则导致结构直接脆断破坏。 此外，残余在焊缝中的氢还产生很大的组织应力。 焊接冶金过程 焊接冶金过程的特点 焊接冶金过程 气体对焊缝金属的影响 焊接冶金过程 1、自由氧对金属作用。药皮中高价氧化物（Mn2O2、 Fe2O3） 分解或空气中氧的侵入。 2、CO2对金属作用。药皮中碳酸盐分解或CO2气体保护焊。 3、H2O对金属作用。焊接区水蒸气在高温下分解。 第三节 焊接冶金过程 2、置换氧化 焊缝金属与熔渣中浓度高易分解的氧化物发生置换反应而被氧化的过程，称置换氧化。 (SiO2)+[Fe]→[Si]+2FeO (MnO)+ [Fe]→[Mn]+FeO SiO2 、MnO浓度高反应向右，浓度低反应向左；温度高 反应向右，温度低反应向左。置换氧化发生在熔池熔滴阶段 及熔池头部高温区。 反应结果焊缝中硅、锰、氧都增加。低碳钢低合金钢焊 接由于硅锰增加，抗裂性能提高；高合金钢和合金焊接中， 由于硅的增加，使力学性能首先是低温冲击韧性显著变坏， 应设法降低SiO2的含量。 焊接冶金过程 焊件和填充金属表面氧化物主要是铁锈焊接时发生分解。 2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O 分解出来的水进入气相，增加了气相的氧化性，Fe2O3和液态 Fe继续发生作用： Fe2O3+Fe 3FeO 氧化皮的主要成分是Fe3O4 ，它也与液态Fe发生作用： Fe3O4+Fe 4FeO 反应生成的FeO大部分进入熔渣，小部分进入焊缝，使焊缝 增氧。所以，焊前对焊接区的清理、打磨除油除锈是必要的。 焊接冶金过程 氧在焊缝中有两种形式同时存在，以原子状态单独 溶解在金属中，但数量极小；大多数以夹杂物点状分布 或沿晶界形成细小疏松的网状分布。无论何种形式含氧 量增加，将使金属的硬度、强度、塑性明显下降，尤其 是低温冲击韧度集聚下降，还会引起红脆、冷脆和时效 硬化。 氧还会与液态金属中的C反应生成CO，引起飞溅， 导致焊