第一单元 课题八 焊接冶金过程.ppt

学习目标 知识目标： 1、理解焊接冶金的特点、焊缝金属脱氧、脱硫、脱磷的方法； 2、掌握气体、熔渣对焊缝金属的影响以及预防气孔出现的有效措施。 能力目标： 理论联系实践，把理论应用到生产实习中 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 一、焊接冶金的特点 （1）温度高及温度梯度大 电弧温度5000~8000℃，金属强烈蒸发，周围气体电离，熔池受到常温金属包围，温度梯度大，电弧温度高。药皮中物质的分解产出大量的气体，在熔池周围形成一个保护层；同时，ＣＯ2 、 Η2等大量分解出来的气体原子或离子很容易溶入到熔池金属中，由于冷却速度快，溶解度不断下降，结果来不及析出而残留在焊缝中；电弧高温作用下，还会产生金属蒸汽，合金元素易被氧化即烧损，使焊缝合金元素的含量下降，分布不均匀。 （2）熔池体积小且保持时间短 熔池形成到结晶仅有几秒钟，焊缝金属偏析严重。焊缝金属的冶金反应不充分，组织成分差异较大。 （3）熔池金属不断更新 随着焊接熔池的移动，不断有新的熔化金属和熔渣加入到熔池中参加冶金反应。焊接熔池不断地移动，参与反应的物质不 断改变，使焊接熔池冶金反应更为复杂。 （4）反应接触面大、搅拌激烈 接触面大加速冶金反应，气体容易侵入液态金属中，造成氮化、氧化和出现气孔，但也有利于加快反应速度，有助于熔池气体逸出。 以焊条电弧焊为例熔池质量仅为3~5克，而熔滴的表面积可达1~10㎝2/g，比炼钢时大1000倍，使反应冶金激烈，并有强烈的混合作用。 二、气体对焊缝金属的影响 （一）氧对焊缝金属的作用 主要来源于电弧中的O2、CO2、H2O，以及药皮中的氧化物和焊件表面的铁锈、水分等。 通常氧以原子氧和氧化亚铁（FeO）两种形式溶解在液态金属中。 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， 导致焊缝产生气孔。焊接有色金属时，氧的危害更加突 出。 2.减少焊缝含氧量最有效的措施 进行脱氧。脱氧是分阶段、分区域连续进行的，方式有两种：脱氧剂脱氧（脱氧时间分先期脱氧、沉淀脱氧）及扩散脱氧。 脱氧的目的就是要减少焊缝中的含氧量。通过焊丝、焊剂或焊条药皮中加入某些对氧亲和力较大的合金元素，使它们在焊接过程中夺取气相或氧化物中的氧而自身被氧化，从而减少焊缝金属中的氧化及焊缝含氧量。 1）脱氧剂应该是在焊接温度下对氧的亲和力比被焊金属大，焊接铁基合金时，生产中常用Al、Ti、Si、Mn等的铁合金或金属粉作为脱氧剂，元素对氧的亲和力越大，脱氧的能力就越强。 2）脱氧的产物不能溶于液态金属，密度小于液态金属的密度，以便脱氧产物上浮到熔渣中去，减少焊缝金属的夹杂物。 沉淀脱氧是在熔滴和熔池内进行的。特点是脱氧剂和[Fe0]直接反应，将铁还原，使脱氧产物转入熔渣而被清除。 1）Mn的脱氧反应： Mn来自药皮和焊丝 [Mn]+[FeO]==[Fe]+(MnO) 脱氧效果与Mn的含量有关，增加Mn的含量可提高脱氧效果；与渣的酸碱度有关，在含有较多SiO2、TiO2 的酸性熔渣中MnO与其复合成稳定的MnO·SiO2 、Mn0·TiO2减小了MnO的活度，脱氧效果好；在碱性熔渣中SiO2、TiO2 的 含量少，因而MnO活度大，不利于脱氧。故酸性焊条多采用Mn脱氧。 2）Si的脱氧反应： Si对氧的亲和力比Mn大 [Si]+2[Fe0]==2[Fe]+(Si02) 提高Si的含量和熔渣的碱度，可提高脱氧效果，但生成的Si02熔点高，黏度大，不宜从液态钢中分离，易造成夹渣，故一般不单独用Si脱氧。 Si在碱性熔渣中脱氧效果好，酸性熔渣中脱氧效果差。 3）采用Si、Mn联合脱氧。 脱氧产物相互结合成熔点低，密度小的复合物进入熔渣。实践证明，当[Mn]/[Si]=3~7时，脱氧产物可形成Mn0·Si02硅酸盐浮到熔渣中去，减小焊缝的夹杂物，降低焊缝的含氧量。碱性焊条药皮中加入硅铁和锰铁进行联合脱氧，效果较好。 扩散脱氧是FeO从熔池向熔渣扩散，从而降低焊缝中FeO的 浓度。扩散脱氧是