焊接化学冶金过程的特点全解.ppt

2 焊接化学冶金 2.1 焊接化学冶金 焊接化学冶金过程：焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程，这是一个极为复杂的物理化学变化过程。 该过程对焊缝金属的成分、性能，焊接缺陷以及工艺性能有很大影响。 焊接化学冶金学主要研究各种焊接工艺条件下，冶金反应和焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。 研究目的：利用规律合理选择焊接材料，控制焊缝成分和性能，使之符合使用要求；研发新的焊接材料。 2.1.1 焊接化学冶金过程的特点 焊接过程中对金属的保护 焊接过程保护的必要性：无保护下焊接，焊缝金属与母材和焊丝比较发生了很大变化。 熔渣保护 气体保护 渣气联合保护 真空保护 保护效果以焊缝金 属中氮的含量评价。 保护方式 焊接化学冶金反应区及其反应条件 焊接化学冶金反应是分区域连续进行的，且反应条件有较大差异。 药皮反应区 温度：100℃～熔点 反应：水蒸发、物质分解和铁合金氧 T100℃吸附水蒸发，200～400℃结晶水被排除，化合水需要更高温度才能析出 有机物、碳酸盐分解 铁合金氧化——先期脱氧 药皮反应阶段是一准备阶段，对质量有一定影响 熔滴反应区 温度高 斑点温度：2800℃，平均1800～2400℃ 比表面大 约为炼钢的1000倍 作用时间短 反应主要在焊条末端进行 熔滴与渣发生强烈的混合 ——对焊缝金属的成分影响非常大 反应：气体分解、溶解、金属蒸发、氧化还原、合金化 熔池反应区 物理条件 温度相对低 1600～1900℃，且分布不均。 比表面小 3～130cm2/kg 反应时间稍长 3～8s 化学条件 浓度差小，反应速度↓ 药皮重量系数Kb影响 熔池反应是不断更新的 药皮重量系数Kb：单位长度上药皮与焊芯的质量比 Kb大时，有部分药皮只参与熔 池反应。 假设存在一临界药皮厚度h0，在 h0外的药皮所形成的熔渣不与 熔滴接触，只与熔池发生作用。 综上所述：熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小，且在整个反应过程中的贡献较小；但在某些情况下（大厚药皮）熔池反应也有相当大的作用。 焊接工艺条件与化学冶金反应的关系 焊接化学冶金过程与焊接工艺条件有密切关系。改变焊接工艺条件（焊接方法、焊接规范）必然引起冶金反应条件（反应物的种类、数量、浓度、温度、反应时间等）的变化，影响到冶金过程。 熔合比的影响 熔合比：焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。 熔合比的数值取决于焊接方法、规范、接头型式和尺寸、坡口型式和角度、母材性质、焊接材料种类以及焊条的倾角。 当母材和填充金属的成分不同时，熔合比对焊缝金属的成分有很大的影响。 当焊接时无任何金属损失时 当焊条金属在焊接过程有损失时 多层焊时，如各层熔合比恒定，第n层金属成分 因此，要保证焊缝金属和性能的稳定性，必须严格控制焊接工艺条件，使熔合比稳定；堆焊时，需要调节焊接规范使熔合比尽可能小，减少母材成分对堆焊层性能的影响；异种钢焊接熔合比对焊缝成分和性能影响很大，要根据熔合比选择焊接材料。 熔滴过渡特性的影响 熔滴阶段 I↑反应时间t↓；V↑反应时间t↑ 焊接化学冶金系统及其不平衡性 焊接化学冶金系统是一个复杂的高温多相反应系统。 说明不能直接应用热力学平衡的计算公式定量分析焊接冶金化学问题，但作为定性分析还是有益的。