先進(jìn)焊接材料學(xué)2焊接冶金

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1、2.焊接冶金過(guò)程焊接熱源填充金屬熔化熔滴熔池母材熔化化學(xué)冶金凝固結(jié)晶焊縫凝固冶金凝固冶金－焊縫；物理冶金－焊接熱影響區(qū)；重點(diǎn)介紹焊接化學(xué)冶金。焊接熱影響區(qū)的組織和性能變化物理冶金熔化焊過(guò)程中，熔滴及熔池的表面充滿大量的氣體，有時(shí)還覆蓋著熔渣。液態(tài)金屬會(huì)與氣體、熔渣發(fā)生一系列的物理化學(xué)以反應(yīng)，如氣體向金屬中的溶解、金屬的氧化、有害雜質(zhì)的去除等等。焊接化學(xué)冶金過(guò)程對(duì)焊接工藝，焊縫金屬的成分、組織及性能，焊接質(zhì)量有重要影響。處于液態(tài)的金屬與周圍氣體以及熔渣的相互作用過(guò)程稱為焊接化學(xué)冶金過(guò)程。2.1焊接化學(xué)冶金過(guò)程特點(diǎn)1）不同的焊接方法對(duì)焊接區(qū)金屬采

2、用不同的保護(hù)方式焊條電弧焊氣-渣聯(lián)合保護(hù)氣保護(hù)焊TIG、MIG、CO2氣保護(hù)埋弧焊渣保護(hù)真空焊接真空保護(hù)以焊條電弧焊為例：藥皮反應(yīng)區(qū)、熔滴反應(yīng)區(qū)、熔池反應(yīng)區(qū)2）分區(qū)連續(xù)進(jìn)行3)超高溫，反應(yīng)激烈煉鋼，1600℃稱為超高溫T池=1700~1800℃T滴=1800~2400℃熔池，特別是熔滴的比表面積大比表面積：?jiǎn)挝恢亓克哂械谋砻娣e在煉鋼時(shí)，即使用7kg的小高頻感應(yīng)爐的鑄錠，比面積最大也僅為10cm2/kg熔池的比表面積平均為：300~1300cm2/kg熔滴的比表面積平均為：103~104cm2/kg4）反應(yīng)界面大，利于反應(yīng)完成熔滴的存在時(shí)間很

3、短，一般<1s熔池的存在時(shí)間亦不長(zhǎng)，電弧焊時(shí)為10到幾十秒，一般也僅為幾秒5）焊接加熱的瞬時(shí)性，使焊接冶金反應(yīng)處于不平衡狀態(tài)熔池中產(chǎn)生對(duì)流和攪拌現(xiàn)象的原因：熱源的各種機(jī)械力的作用，如電弧吹力、電磁力、熔滴過(guò)渡的沖擊力等熔池溫度不均勻，使液體金屬的產(chǎn)生密度差別及表面張力的差別6）熔池中的對(duì)流與攪拌現(xiàn)象，利于成分均勻化及反應(yīng)的進(jìn)行2.2焊接冶金反應(yīng)區(qū)母材焊條熔池焊縫熔渣渣殼電弧氣氛熔滴TI藥皮反應(yīng)區(qū)II熔滴反應(yīng)區(qū)III熔池反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度100~1200℃（藥皮的熔點(diǎn)）>100℃：藥皮中吸附的水份開(kāi)始蒸發(fā)200~400℃：結(jié)晶水、化合水、有機(jī)物分解

4、>500℃：高價(jià)氧化物分解>600℃：鐵合金氧化，先期脫氧I藥皮反應(yīng)區(qū)熔滴存在時(shí)間雖然很短，但溫度高，比表面積大，因此會(huì)與渣相和氣相產(chǎn)生劇烈的冶金反應(yīng)；氣體高度分解和溶解H2、N2、O2等分解成原子、離子溶入熔滴中；渣中氧化物分解，特別是SiO2、MnOII熔滴反應(yīng)區(qū)生成的FeO在渣()和滴[]中分配熔滴中合金元素含量增多，熔滴合金化熔滴中氧含量增加，碳及合金元素氧化低沸點(diǎn)元素嚴(yán)重蒸發(fā)Zn(907)、Mg(1126)、Pb(1740)、Mn(2097)、Cr(2222)、Al(2327)、Ni(2730)（FeO)[FeO]熔池溫度不均，中心

5、接近弧柱區(qū)溫度，周圍接近金屬熔點(diǎn)；各部分反應(yīng)不同；熔池處于對(duì)流、攪拌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有利于金屬液體、渣、氣各相的充分接觸。III熔池反應(yīng)區(qū)v后部前部冷卻降溫，凝固結(jié)晶氣體逸出有利于放熱反應(yīng)加熱升溫，金屬熔化吸收氣體有利于吸熱反應(yīng)2.3氣相對(duì)金屬的作用1）氣體來(lái)源焊接材料一般焊條藥皮、焊劑、焊絲藥芯中都含有造氣劑。在焊接加熱時(shí)造氣劑會(huì)發(fā)生分解或燃燒，析出大量氣體。用潮濕的焊條或焊劑焊接時(shí)將析出水氣。氣電焊時(shí)，焊接區(qū)內(nèi)的氣體主要來(lái)自所采用的保護(hù)氣體。焊接材料是焊接區(qū)內(nèi)氣體的主要來(lái)源。熱源周圍的氣體介質(zhì)如空氣。焊絲和母材表面上的雜質(zhì)如油污、鐵銹、油漆、吸

6、附的水分等。高溫蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體如金屬和熔渣的蒸氣。焊接區(qū)內(nèi)的氣體主要有CO、CO2、H2O、O2、H2、N2以及金屬和熔渣的蒸氣等。其中對(duì)焊接質(zhì)量影響最大的是N2、H2和O2。焊接區(qū)周圍的空氣是焊接區(qū)內(nèi)氮的主要來(lái)源。2）氮對(duì)金屬的作用銅和鎳等，既不熔解氮，也不會(huì)與氮形成氮化物。因此焊接這類金屬時(shí)，可用氮作為保護(hù)氣體。鐵、錳、鈦、硅、鉻等，既能熔解氮，又能與氮形成穩(wěn)定的氮化物。焊接這類金屬及其合金時(shí)，防止焊縫金屬的氮化是一個(gè)重要問(wèn)題。T/℃[N]/mL.(100mg)-15040302010060010001400180022002600300

7、0氮在純鐵中的溶解度N在鐵中的溶解度與溫度有關(guān)2200℃時(shí)溶解度最大；在鐵的沸點(diǎn)，溶解度為0；在鐵凝固結(jié)晶時(shí)，溶解度為1/4；氣孔形成氣孔使焊縫脆化氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響T/℃[N]/mL.(100mg)-150403020100600100014001800220026003000氮在純鐵中的溶解度N在固態(tài)鐵中的溶解度與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)α-Feδ-Feγ-FeN在室溫下α-Fe中的溶解度僅為0.001％，多余的N會(huì)以針狀N化物的形式存在，從從而提高焊縫的強(qiáng)度降低塑韌性，引起時(shí)效脆化。加強(qiáng)保護(hù)；控制焊接工藝參數(shù)；縮短熔滴過(guò)渡時(shí)間有利于減少焊縫中的N，

8、如提高電流、降低電壓。冶金處理。加入與N親和力較大的Ti,Al,Zr,Re等，可形成穩(wěn)定的N化物，且這些N化物不溶于鐵，而進(jìn)入溶渣中。氮的控制3）氫對(duì)金屬的作用對(duì)于