材料加工理论焊接部分焊接冶金学基础.ppt

第二章 焊接冶金学基础2.1 焊接化学冶金 焊接化学冶金：焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。 焊接化学冶金的特殊性 焊接区内的气体和焊接熔渣 焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用 焊缝金属的合金化及其成分控制 2.1.1焊接化学冶金的特殊性1、焊接区金属的保护 保护目的 减少和防止空气（氧、氮）进入焊接区，避免合金元素烧损，降低焊缝的性能。 焊接材料熔敷金属成分性能变化 2.1.1焊接化学冶金的特殊性2、焊接冶金反应区及其反应条件 （1）药皮反应区 温度：100-1200 ℃（钢材） 反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化 2.1.1焊接化学冶金的特殊性2、焊接冶金反应区及其反应条件 （2）熔滴反应区 熔滴平均温度：1800-2400 ℃ 熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：1000-10000cm2/kg,比炼钢时大1000倍 各相之间的反应时间（接触时间）：0.01-0.1s 反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。 特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远。 2.1.1焊接化学冶金的特殊性2、焊接冶金反应区及其反应条件 （3）熔池反应区 熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池 温度：1600-1900 ℃ 比表面积：1300 cm2/kg 反应时间：3-8S（SMAW） 特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运动，冶金反应比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可能向相反方向进行。 焊接熔池与熔滴的平均温度 焊接熔池的物理参数 2.1.1焊接化学冶金的特殊性3、焊接冶金反应分析 温度变化范围大； 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分 气体的来源 焊接材料、保护气体 焊材表面和母材坡口附近的吸附水、油、锈及氧化铁皮等 物质的蒸发 100 ℃：吸附水蒸发 400-600 ℃：焊条药皮中的组分如白泥和云母中的结晶水被排除。 电弧高温：金属元素和熔渣中的各种成分发生蒸发，如Fe, Mn及氟化物等 有机物的分解和燃烧 碳酸盐和高价氧化物的分解 有机物的分解和燃烧 有机物种类：淀粉、纤维素和藻酸盐 作用：酸性焊条造气剂和增塑剂 分解：220 ℃-320 ℃分解50%；800 ℃完全分解。 分解产物：CO2,CO,H2 碳酸盐和高价氧化物的分解 碳酸盐：CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3) 2 作用：焊条造气剂 分解： CaCO3 分解温度为545 ℃，剧烈分解温度为910℃ ；MgCO3 分解温度为325 ℃，剧烈分解温度为650 ℃。 分解产物：CO2,CO,H2 高价氧化物：Fe2O3和MnO2 O2和低价氧化物FeO和MnO 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分 气体的高温分解 简单气体的分解：N2、H2、O2和F2 复杂气体的分解：CO2和H2O 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分 气相的成分 焊接区经常同时存在多种气体，之间存在复杂的反应。 典型的反应： 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣2、焊接熔渣的类型及理化性质 （1）焊接熔渣的类型 盐型熔渣：金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物。例如：CaF2-NaF、CaF2-BaCl2-NaF 盐-氧化物型熔渣：氟化物和强金属氧化物组成。例如：CaF2 –CaO-SiO2（低氢型） 、CaF2 –CaO-Al2O3 氧化物型熔渣：主要由各种金属氧化物组成。例如：CaO- TiO2-SiO2（钛钙型）、MnO-SiO2 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣2、焊接熔渣的类型及理化性质 （2）焊接熔渣的理化性质 1）熔渣的碱度 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣2、焊接熔渣的类型及理化性质 （2）焊接熔渣的理化性质 2）熔渣的氧化性 熔渣的氧化性取决于熔渣中的氧化物，FeO是熔渣的重要氧化源。通常用FeO的活度来代表熔渣氧化能力的强弱。 3）熔渣的熔点 一般比焊缝熔点低200-450 ℃ 焊接熔渣的熔点过高，将使其与液态金属间的反应不充分，易形成夹渣。 熔点过低，使熔渣的覆盖性能变差，焊缝表面粗糙不平。 2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣2、焊接熔渣的类型及理化性质 4）熔渣的粘度 (熔渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力) 主要影响对金属的保护效果、焊缝成形、熔池中气体的外逸等； 温度下降、粘度下降； 酸性氧化物（SiO2）使粘度增加； 2.1.3 焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用1、焊接冶金过程中的氧化还原反应 1） 氧对焊接质量的影响 焊缝金属强度、塑性、韧性下降； 引起金属红脆、冷脆和时效硬化； 2）氧