第二章焊接冶金與焊接材料.doc

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1、第二章焊接冶金與焊接材料幾個(gè)概念（1）焊接冶金：熔化焊時(shí)，伴隨著金屬熔化、凝固、固態(tài)相變以及形成接頭等過(guò)程，焊接區(qū)內(nèi)的熔化的金屬、熔渣與氣體三者間所進(jìn)行的一系列化學(xué)反應(yīng)過(guò)程以及金屬的結(jié)晶相變過(guò)程總稱為焊接冶金過(guò)程。它研究焊接化學(xué)冶金與焊接物理冶金的基本規(guī)律，為制訂各種金屬材料的焊接工藝建立必要的理論基礎(chǔ)。它對(duì)焊縫的化學(xué)成分和焊接質(zhì)量（包括接頭的力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、金相組織及有無(wú)裂紋、氣孔等工藝缺陷）有著決定性的影響。（2）焊接冶金過(guò)程的特點(diǎn)：①電弧區(qū)溫度高——可達(dá)6000～8000℃；②熔池體積小

2、，存在時(shí)間短——成分布均勻；③熔池金屬不斷更新；④反應(yīng)接觸面大，攪拌激烈；⑤反應(yīng)時(shí)間短——0.01～0.1s。（3）焊接化學(xué)冶金：熔焊過(guò)程中，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用的過(guò)程，稱為焊接化學(xué)冶金過(guò)程，主要研究在各種焊接工藝條件下，冶金反應(yīng)和焊縫金屬成分、性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。（4）焊接物理冶金過(guò)程：研究焊接條件下材料的物理冶金問(wèn)題，對(duì)材料受焊后的組織、性能、化學(xué)成分的變化和產(chǎn)生缺陷的原因進(jìn)行分析，為進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量、防止各種焊接缺陷（特別是裂紋）提供理論依據(jù)。2.1焊接化學(xué)冶金過(guò)程的任

3、務(wù)與特點(diǎn)2.1.1幾個(gè)基本概念（1）母材金屬：被焊金屬材料的統(tǒng)稱。（2）填充金屬：焊芯或焊絲。焊條是指藥皮里面的焊芯，其它熔化焊方法中指焊絲。（3）熔敷金屬：完全由填充金屬熔化后所形成的焊縫金屬。由于熔滴在落入熔池過(guò)程中與周圍的熔渣和氣體發(fā)生了激烈的冶金反應(yīng)，所以它的成分和填充金屬的有很大的不同。（4）焊縫：熔敷金屬與熔化的母材金屬激烈反應(yīng)混合，構(gòu)成熔池內(nèi)的液態(tài)金屬，冷卻凝固后即形成焊縫。（5）熔合比（稀釋率）：熔池中母材金屬所占比例稱熔合比。焊縫的成分取決于熔合比大小，熔合比數(shù)值與焊接方法、焊接規(guī)范

4、、接頭型式、坡口形式及母材熱物理性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)焊接異種金屬或合金堆焊時(shí)，熔合比又可稱為“稀釋率”。2.1.2焊接化學(xué)冶金的任務(wù)（1）首要任務(wù)就是對(duì)金屬加強(qiáng)保護(hù)，防止有害氣體的作用（2）焊接化學(xué)冶金的第二個(gè)任務(wù)就是對(duì)熔化金屬進(jìn)行冶金處理2.1.3焊接化學(xué)冶金的特點(diǎn)普通化學(xué)冶金過(guò)程是對(duì)金屬熔煉加工過(guò)程，在放在特定的爐中進(jìn)行。焊接化學(xué)冶金過(guò)程是金屬在焊接條件下，再熔煉的過(guò)程，焊接時(shí)焊縫相當(dāng)高爐。（1）二者共同點(diǎn)：金屬冶煉加工。（2）不同點(diǎn)：①原材料不同普冶材料：礦石、焦炭、廢鋼鐵等。焊金材料：焊條、焊絲、焊劑

5、等。②目的不同普冶：提煉金屬；焊冶：對(duì)金屬再熔煉，以滿足構(gòu)件性能焊接冶金和普通化學(xué)冶金相比也有它的特殊性，其中最重要的特點(diǎn)是：焊接冶金反應(yīng)是分區(qū)連續(xù)進(jìn)行的——分區(qū)表示反應(yīng)區(qū)不僅熔池一處，連續(xù)表示各區(qū)反應(yīng)依次連續(xù)進(jìn)行；各區(qū)的反應(yīng)條件（反應(yīng)物的性質(zhì)和濃度、溫度、反應(yīng)時(shí)間、相接觸面積、對(duì)流和攪拌運(yùn)動(dòng)等）也有較大差異。2.1.3.1藥皮反應(yīng)區(qū)溫度范圍從100℃到藥皮的熔點(diǎn)（鋼焊條約為1200℃）。也就是說(shuō)，在焊條端部的固態(tài)藥皮中就開(kāi)始發(fā)生物化反應(yīng)，主要是水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解和鐵合金的氧化。2.1.3.2

6、熔滴反應(yīng)區(qū)是指從熔滴形成、長(zhǎng)大、過(guò)渡到高速飛入熔池前這一階段。該區(qū)有以下特點(diǎn)：（1）熔滴的溫度高——1800～2400℃；（2）各相之間的反應(yīng)時(shí)間（接觸時(shí)間）極短——平均時(shí)間0.01-1S；（3）熔滴金屬與氣體和熔渣的接觸面積大——熔滴的比表面積（熔滴表面積與質(zhì)量之比）要比煉鋼時(shí)大1000倍，可達(dá)1000～10000cm2/kg；（4）熔滴金屬與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈的混合，所以冶金反應(yīng)最強(qiáng)烈，對(duì)焊縫成分影響最大。在熔滴反應(yīng)區(qū)進(jìn)行的主要物化反應(yīng)有：氣體的高度分解；氮和氫的激烈溶解；強(qiáng)烈的增氧與滲合金；金屬的蒸發(fā)

7、；去氫反應(yīng)等。2.1.3.3熔池反應(yīng)區(qū)指熔滴和熔渣落入熔池后，同熔化的母材混合，與此同時(shí)各相進(jìn)一步發(fā)生物化反應(yīng)，直至金屬凝固，形成焊縫這一階段。與熔滴反應(yīng)區(qū)相比，該區(qū)具有如下特點(diǎn)：（1）平均溫度低（1600～1900℃，低于熔滴溫度）；（2）比表面積?。?～130cm2/kg）；（3）反應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)（手工焊3～8秒，埋弧焊6～25秒）；（4）攪拌沒(méi)有熔滴階段激烈，不過(guò)比煉鋼要強(qiáng)烈的多，而且它反應(yīng)的結(jié)果決定了焊縫最終的成分和性能；（5）熔池的突出特點(diǎn)之一是溫度分布極不均勻：2.2焊接熔渣焊接冶金過(guò)程是包括

8、金屬、熔渣、氣體三者在內(nèi)的一個(gè)體系，熔渣是其中一個(gè)極為重要的因素，這一節(jié)主要介紹熔渣的作用和熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)兩方面。2.2.1熔渣的作用熔渣在焊接冶金過(guò)程中的作用主要有以下三個(gè)：⑴機(jī)械保護(hù)作用⑵改善焊接工藝性能的作用⑶冶金處理作用2.2.2熔渣的組成鋼焊條的熔渣是由各種氧化物及其鹽類組成的，堿性焊條和焊劑形成的渣中還含有氟化物。焊接熔渣中的氧化物按其性質(zhì)可分為三類：①酸性氧化物——按酸性由強(qiáng)變?nèi)醯捻樞蛴蠸iO2、TiO2、P2O5等；②堿性氧化物——按