第二章 焊接化学冶金(修改)
合集下载
第二章 焊接化学冶金反应1
3
（Zn=907℃）
（ CO2 在 熔 滴 反 应阶段的氧化程 度大于熔池）
徐 州 工 程 学 院 教 案 纸
素在焊缝金属中的原始浓度（Co）与熔合化（θ） 间的关系。 Co =θCb+(1-θ)Ce Cb—该元素在母材中的浓度 Ce—该元素在焊条中的浓度 实际上，焊条中 Me 在焊接过程中是有损失的（飞溅） ，而母 材中的 Me 几乎全部过渡到焊缝中，因此焊缝金属中 Me 的实际浓 度 Cw =θCb+(1-θ)Cd Cd-熔敷金属中元素的实际浓度 多层焊时：Cn=θCb+(Cd-Cb)θn Cn—第几层堆焊中 Me 的浓度 （2）熔合比的取决因素： 焊接方法、规范、接头形式及尺寸、坡口的型式、角度， 母材的性质，焊村的种类，焊丝（条）的倾角。 2、熔滴过渡特性的影响（熔滴反应区） 熔滴过渡特性主要取决于焊接规范。 （1）Ih↑—熔滴过渡频率↑—反应时间↓—反应程度↓ （2）U 弧↑—熔滴的反应阶段时间↑—反应程度↑ 以上讨论可以看出，母材一定的条件，影响焊缝成份的因 素：一是焊接材料，二是焊接工艺规程。 四、焊接化学冶金系统的不平衡性 焊接化学冶金系统是一个复杂的高温多相反应系统 1、焊接方法不同，组成系统的相不同 SAW、SMAW：三相：液态金属，熔渣、气相 气体保护焊：二相：气相、液态金属 电渣焊：二相：渣相、液态金属 2、焊接区的不等温条件导致化学冶金的不平衡
2
徐 州 工 程 学 院 教 案 纸
过渡速度 v=2.5～10m/s （4）熔滴和熔渣发生强烈的混合 d=2-3mm 2、物化反应： （1）金属的蒸发，黄铜 cu-Zn 防止 Zn 蒸发和 Zn 中毒 （2）气体的分解和溶解 (H2O)气、CO、CO2、H2、N2 （3）金属及其合金的氧化和还原 [Fe]+CO2→FeO+CO 气体对金属的氧化 (SiO2)+Fe→FeO+Si 液态熔滴对金属的氧化的氧化 MnO+Fe→FeO+Mn （4）焊缝金属的合金化 （三）熔池反应区： 1、熔池反应区的物理条件 （1）熔池的平均温度低 1600-1900℃ （2）比表面积小 3-130cm2/kg （3）熔池的持续时间长（反应时间长）SMAW:3-8S SAW:6-25S （4）温度分布不均匀 熔池的头部：金属的熔化，气体的吸收-有利于吸热反应 熔池的尾部：金属的凝固，气体的逸出-有利于放热反应 2、熔池反应区的化学条件 （1）熔池中反应物的浓度与平衡浓度之比比熔滴区小-----反 应速度慢。 （2）药皮重要系数 kb 大时，与熔池作用的熔渣比熔滴多--反应充分。 （3）熔池反应区的物质是不断更新的---更新可达到稳定，从 而得到均匀的焊缝成份。 总之，焊接化学冶金反应过程是分区进行的（连续进行的） 。 在熔滴阶段进行的反应多数在熔池反应阶段将继续进行，但也有 停止甚至于改变方向的，其综合结果决定了焊缝的最终成份。 ※在焊材、母材一定的条件下，要得到高质量的焊缝，就必 须从焊接工艺控制焊接化冶金反应。 三、焊接工艺与化学冶金反应的关系 改变焊接工艺条件（方法、规范）必然引起冶金条件的变化 （反应物的数量、种类、温度、反应时间等） ，也就影响到冶金 反应的过程。 1、熔合比的影响：对焊缝金属的成份有很大的影响 （1）熔合比：在焊缝金属中局部熔化母材所占的比例 假设合金元素 Me 在焊接过程中无损失时，某元
（Zn=907℃）
（ CO2 在 熔 滴 反 应阶段的氧化程 度大于熔池）
徐 州 工 程 学 院 教 案 纸
素在焊缝金属中的原始浓度（Co）与熔合化（θ） 间的关系。 Co =θCb+(1-θ)Ce Cb—该元素在母材中的浓度 Ce—该元素在焊条中的浓度 实际上，焊条中 Me 在焊接过程中是有损失的（飞溅） ，而母 材中的 Me 几乎全部过渡到焊缝中，因此焊缝金属中 Me 的实际浓 度 Cw =θCb+(1-θ)Cd Cd-熔敷金属中元素的实际浓度 多层焊时：Cn=θCb+(Cd-Cb)θn Cn—第几层堆焊中 Me 的浓度 （2）熔合比的取决因素： 焊接方法、规范、接头形式及尺寸、坡口的型式、角度， 母材的性质，焊村的种类，焊丝（条）的倾角。 2、熔滴过渡特性的影响（熔滴反应区） 熔滴过渡特性主要取决于焊接规范。 （1）Ih↑—熔滴过渡频率↑—反应时间↓—反应程度↓ （2）U 弧↑—熔滴的反应阶段时间↑—反应程度↑ 以上讨论可以看出，母材一定的条件，影响焊缝成份的因 素：一是焊接材料，二是焊接工艺规程。 四、焊接化学冶金系统的不平衡性 焊接化学冶金系统是一个复杂的高温多相反应系统 1、焊接方法不同，组成系统的相不同 SAW、SMAW：三相：液态金属，熔渣、气相 气体保护焊：二相：气相、液态金属 电渣焊：二相：渣相、液态金属 2、焊接区的不等温条件导致化学冶金的不平衡
2
徐 州 工 程 学 院 教 案 纸
过渡速度 v=2.5～10m/s （4）熔滴和熔渣发生强烈的混合 d=2-3mm 2、物化反应： （1）金属的蒸发，黄铜 cu-Zn 防止 Zn 蒸发和 Zn 中毒 （2）气体的分解和溶解 (H2O)气、CO、CO2、H2、N2 （3）金属及其合金的氧化和还原 [Fe]+CO2→FeO+CO 气体对金属的氧化 (SiO2)+Fe→FeO+Si 液态熔滴对金属的氧化的氧化 MnO+Fe→FeO+Mn （4）焊缝金属的合金化 （三）熔池反应区： 1、熔池反应区的物理条件 （1）熔池的平均温度低 1600-1900℃ （2）比表面积小 3-130cm2/kg （3）熔池的持续时间长（反应时间长）SMAW:3-8S SAW:6-25S （4）温度分布不均匀 熔池的头部：金属的熔化，气体的吸收-有利于吸热反应 熔池的尾部：金属的凝固，气体的逸出-有利于放热反应 2、熔池反应区的化学条件 （1）熔池中反应物的浓度与平衡浓度之比比熔滴区小-----反 应速度慢。 （2）药皮重要系数 kb 大时，与熔池作用的熔渣比熔滴多--反应充分。 （3）熔池反应区的物质是不断更新的---更新可达到稳定，从 而得到均匀的焊缝成份。 总之，焊接化学冶金反应过程是分区进行的（连续进行的） 。 在熔滴阶段进行的反应多数在熔池反应阶段将继续进行，但也有 停止甚至于改变方向的，其综合结果决定了焊缝的最终成份。 ※在焊材、母材一定的条件下，要得到高质量的焊缝，就必 须从焊接工艺控制焊接化冶金反应。 三、焊接工艺与化学冶金反应的关系 改变焊接工艺条件（方法、规范）必然引起冶金条件的变化 （反应物的数量、种类、温度、反应时间等） ，也就影响到冶金 反应的过程。 1、熔合比的影响：对焊缝金属的成份有很大的影响 （1）熔合比：在焊缝金属中局部熔化母材所占的比例 假设合金元素 Me 在焊接过程中无损失时，某元
焊接(第2章)
真空
真空电子束焊接
自保护
用含有脱氧、脱氧剂的“自保护 ‘焊丝进行焊接
注意：要获得与母材性能相同的焊缝金属，不要求二者的化学成分完全一样。
化工机械研究所
第2章 焊接化学冶金过程
3）机械保护作用
•焊条药皮、药芯焊丝一般由造气剂、造渣剂、铁合 金等组成。这些物质熔化后形成熔渣覆盖在液体金属 表面，将金属与空气隔离，防止金属中有益元素的烧 损和有害元素的侵入。
4）飞溅率Ψ
aH = mH /It
Ψ = (m- mH )/m = 1- aH /ap
化工机械研究所
第2章 焊接化学冶金过程
3 焊条金属的过渡特性
1）熔滴过渡参数
•焊条金属熔化后，只有一小部分（<10％）的蒸发损失， 而90％的是以滴状过渡到熔池中。
• 熔滴过渡的速度和熔滴的尺寸影响焊接过程的稳定性、 飞溅程度、焊缝的成形好坏。
因此，焊接的金属与气体的作用可归结为 氢、氮、氧的作用。
化工机械研究所
第2章 焊接化学冶金过程
二 氢对熔池金属的作用 1.氢在金属中的熔解
2.氢的扩散 3.氢对焊接质量的影 ( 1）氢脆性：
（2）白点：
（3）气孔： （4）冷裂纹：
化工机械研究所
第2章 焊接化学冶金过程
4 控制氢的措施 （1）限制焊接材料中氢的来源：焊接材料中 的有机物和各形式的水分是焊缝中氢的主要来 源。 （2）清除焊件和焊丝表面的杂质： （3）冶金处理： （4）控制焊接参数： （5）焊后脱氢处理：
化工机械研究所
第2章 焊接化学冶金过程
三 熔渣的碱度 1 定义
碱度是表征熔渣碱性强弱的一个量。 2 氧化物分类
•酸性氧化物：
SiO2，TiO2，P2O5，V2O5(由强至弱)
焊接化学冶金知识概述
焊接化学冶金知识概述1. 焊接的定义焊接是一种通过加热和熔化填充材料来连接金属或非金属的工艺。
焊接常用于工业制造、建筑结构、航空航天和汽车等领域。
2. 焊接的基本原理焊接的基本原理是利用热能将工件加热到熔点或熔化状态，然后通过填充材料或者使工件之间发生扩散、合金化等方式实现连接。
3. 焊接的分类3.1 按焊接方式分类•熔化焊：包括气体焊、电弧焊、激光焊等。
•压力焊：如冷压焊和高频电磁铁焊等。
•固态焊接：如超声波焊接、摩擦焊接等。
3.2 按焊接材料分类•金属焊接：主要包括钢铁焊接、铝及其合金焊接等。
•非金属焊接：如塑料焊接、陶瓷焊接等。
4. 焊接过程中的化学反应焊接过程中常涉及几种重要的化学反应，包括氧化反应、还原反应和合金化反应。
4.1 氧化反应在焊接过程中，工件与氧气接触会导致氧化反应的发生。
氧化反应会产生氧化物，降低焊接接头的质量和强度。
因此，焊接过程中需要采取控制氧气的措施，如铜嘴焊接时采用保护气体。
4.2 还原反应焊接过程中，一些还原剂可以用来减少氧化反应，并将金属离子还原为金属形态。
常用的还原剂包括草酸、亚硫酸盐等。
这些还原剂可以在焊接过程中加入填充材料或采用保护气体形式。
4.3 合金化反应合金化反应是指在焊接过程中，工件之间发生化学反应，形成新的金属合金。
这种合金化反应可以增强焊接接头的强度和耐腐蚀性能。
5. 焊接中的冶金知识焊接冶金是焊接中重要的一部分，它涉及到金属的物理性质、热力学和组织变化等方面。
5.1 金属物理性质焊接过程中，金属的物理性质如导热性、熔点、膨胀系数等都会对焊接产生影响。
了解金属的物理性质有助于选择适合的焊接方法和工艺参数。
5.2 金属热力学热力学是研究能量转化和系统平衡的科学。
在焊接过程中，热力学的知识可以用来预测金属的相变行为、溶解度等。
这对于选择合适的焊接材料和研究焊接接头的稳定性非常重要。
5.3 组织变化焊接过程中，金属的组织会发生变化，这对焊接接头的性能有巨大影响。
第2章 焊接化学冶金
低碳钢CO2堆焊时熔滴过渡频率f和过渡 时间τ与硅的氧化损失率φ的关系
2. 焊接区气相对金属的作用
(1) 氮对金属的作用Fra bibliotek氮对焊缝金属常温力学性能的影响
氮对低碳钢焊缝低温冲击韧度的影响
(2) 氢对金属的作用
第一类金属吸收氢的浓度与温度的关系 (PH2=101KPa)
熔渣中水的溶解度与熔渣碱度B的关系 （CaO-Al2O3-SiO2渣系，1600℃，PH2=101KPa）
材料连接原理
第2章 焊接化学冶金
主要内容 ▲ 焊接化学冶金过程的特点 ▲ 焊接区气相对金属的作用 ▲ 焊接熔渣及其对金属的作用 ▲ 焊缝金属的合金过渡
1. 焊接化学冶金过程的特点
(1) 焊接区的金属保护
熔敷金属中的含氮量与药芯中 保护材料含量的关系
焊条熔化时析出气体的数量V 对熔敷金属含氮量的影响
焊后脱氢处理对焊缝含氢量的影响
(3) 氧对金属的作用
液态铁中氧的溶解度与温度的关系
合金元素含量对液态铁中氧的溶解度 影响（1600℃）
氧（以FeO形式存在）对低碳 钢常温力学性能的影响
低碳钢埋弧焊时硅酸盐夹杂物对焊 缝低温冲击韧度的影响
1—0.028%~0.030 2—0.034%~0.053% 3—0.104%~0.110% 4—0.196%
(2) 焊接化学冶金反应区
焊接化学冶金反应区 Ⅰ—药皮反应区 Ⅱ—熔滴反应区
T2—焊条端部熔滴温度 T5—熔池凝固温度 Ⅲ—熔池反应区 T1—药皮开始反应温度 T3—弧柱间熔滴温度 T4—熔池最高温度
(3) 工艺条件对化学冶金反应的影响
熔敷金属中含硅量与电弧电压和焊接电流的关系
焊条（Φ2.5mm，Kb=0.7 ）： 1—I=150A 2—I=220A 药芯焊丝（Φ4mm，Kb=0.66）： 3—I=240A 4—I=410A
第二章 焊接化学冶金
4
不同点： 1）原材料不同
普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。 焊金材料：焊条、焊丝、焊剂等。
2）目的不同
普冶：提炼金属； 焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能
5
一、焊条熔化及熔池的形成
（一）焊条的加热及熔化 1、焊条的加热
电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。 电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。 化学反应热：药皮部分化学物质化学反应时产生的热量。
（一）氢在金属中的溶解 1、来源：焊条药皮、焊剂、焊丝药芯中水分，药皮中有机物、
焊件表面杂质（锈、油），空气中水分
根据氢与金属作用的特点，可把金属分为
第一类能形成稳定氢化物金属： Zr、Ti、V、Ta、Nb 放热反应，低温下吸氢量较高温大 第二类不形成稳定氢化物的金属：Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo 吸热反应
21
2）熔滴反应区
指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到熔池之前 特点:
１) 温度高：熔滴平均温度 1800~2400℃；熔滴活性斑点温度：2800℃；
熔滴金属过热度大 300—900℃
２) 与气体、熔渣的接触面积大 ３) 时间短速度快：0.01~1.0s ４) 熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌、混合。
主要的物化反应：
6
2、焊条金属的熔化速度
焊条金属的平均熔化速度:
单位时间内熔化的焊芯质量或长度
gM=G/t =αpI
αp为焊条熔化系数
焊条金属的平均熔敷速度：
单位时间内熔化的进入熔池的焊芯质量或长度
gD=GD/t=αHI 损失系数
αH为焊条熔敷系数
(G GD ) / G ( g M g D ) / g D 1 aH / a p
18
02-焊接化学冶金过程
熔焊方法的保护方式
保护方式 熔渣保护 气体保护 气-渣联合保护 真空保护 自保护 焊接方法 埋弧焊、电渣焊、不含造气物质的焊条或药心芯焊接 惰性气体或其它气体（如二氧化碳、混合气体）保护焊接 具有造气物质的焊条或药芯焊丝焊接 真空电子束焊接 含有脱氧、脱硫剂的“自保护”焊丝进行焊接
二、焊接化学冶金过程的特点
E5015
但由于冶金时间短，脱硫、脱磷反应来不及充分进行， 但由于冶金时间短，脱硫、脱磷反应来不及充分进行， 总的来说，酸性焊条和碱性焊条的脱硫、 总的来说，酸性焊条和碱性焊条的脱硫、脱磷效果仍较 因此，严格的控制母材和焊接材料中的硫、 差。因此，严格的控制母材和焊接材料中的硫、磷的来 源是控制焊缝金属中含硫量含磷量的主要措施
氧对焊接质量的影响 烧损大量的有益元素，使焊缝的强度、硬度、塑性、 烧损大量的有益元素，使焊缝的强度、硬度、塑性、 韧性↓ 。 韧性↓（尤其是冲击韧性降低明显） 降低焊缝金属的物理性能和化学性能。 降低焊缝金属的物理性能和化学性能。 如：降低导电、导磁和耐蚀性。 氧与碳、氢反应生成不溶于金属的CO和H2O,结晶时来不及 逸出而在焊缝内形成气孔 形成气孔。 形成气孔 产生飞溅，使电弧不稳。 产生飞溅，使电弧不稳。 控制氧的措施： 短弧焊接，加强保护。 短弧焊接，加强保护 严格清理焊丝、焊件表面的杂质。 严格清理焊丝、焊件表面的杂质。 进行冶金脱氧。 进行冶金脱氧
磷在焊缝中主要以铁的磷化物Fe P、Fe P的形式存在。 Fe 2 3 硫、磷的危害 硫、磷是焊缝中的有害杂质。 FeS与α-Fe、FeO等形成低熔点共晶体(FeS+α-Fe、 低熔点共晶体(FeS+α Fe、 低熔点共晶体(FeS+ FeS+FeO)，聚集在晶界上形成液态薄膜，在焊接拉应力 FeS+FeO) 作用下导致晶界处开裂，产生热裂纹 产生热裂纹。 产生热裂纹 硫还能引起偏析，降低焊缝金属的冲击韧性和耐腐蚀性。 硫还能引起偏析，降低焊缝金属的冲击韧性和耐腐蚀性。 磷与硫一样可以与铁形成低熔点共晶体(Fe P+P)，聚 低熔点共晶体(Fe P+P)， 低熔点共晶体 3 集在晶界上，产生热裂纹。 集在晶界上，产生热裂纹。 磷化物削弱了晶粒间的结合力，增加冷脆性， 磷化物削弱了晶粒间的结合力，增加冷脆性，使冲击韧 性降低，造成冷裂。 性降低，造成冷裂。
第二章 化学冶金(2013版)
②碳酸盐的分解 a.空气中:分解物 开始 剧烈 CaCO3 545 ℃ 910 ℃ MgCO3 325 ℃ 650 ℃ b.BaCO3分解温度比CaCO3高 c.白云石CaMg(CO3)2分解分两步进行： CaMg(CO3)2 CaCO3 +MgO+CO2 Caபைடு நூலகம்+CO2 d.焊条烘干温度： 含CaCO3的焊条 ＜450 ℃ 含MgCO3的焊条 ＜300 ℃ 含有机物的焊条 ＜200 ℃
（2）化学条件
①熔池反应体系中各相浓度接近平衡浓
度，反应速度小 ②药皮质量系数Kb 大时，有部分熔渣直 接进入熔池，参与并强化熔池反应 ③熔池反应物质处在连续更新过程，且 维持准稳定状态
（3）特点
①熔池反应速度小，程度小，对整个 化 学冶金过程贡献小 ②主要化学冶金反应同熔滴阶段，但 程 度和方向有可能改变
③熔渣性质与结构的关系 A.熔渣碱度B
a.分子理论：
R2O、RO ——碱性氧化物（K2O、Na2O、 CaO、MgO、BaO、MnO、 FeO ）摩尔数 R2O2——酸性氧化物（SiO2、TiO2、 P2O5）摩尔数 （中性氧化物有:Al2O3、Fe2O3、Cr2O3）
(R O RO) B (R O )
总之，熔滴反应区反应时间较短，但温 度高，相互接触面积大，反应最为激烈，对 焊缝的影响最大
（2）主要冶金反应
①气体的分解和溶解 ②金属的氧化、还原 ③合金化 ④金属蒸发
3.熔池反应区
（1）物理条件 ①与熔化的母材充分混合 ②熔池的平均温度较低 （1600~1900°C） ③比表面积小（3~130cm3/kg） ④时间从几s到几十s ⑤温度分布不均匀（在熔池头部的反应 与熔池尾部的不一样）
焊接原理PPT电子教案课件-第二章 焊接化学冶金
（2）氢在金属中溶解
与Zr、Ti、V、Ta 等形成稳定的氢化物； 与Al、Fe、Ni、Cu、Cr 等不形成稳定氢化物.
三种溶解方式：
分子形式，离子形式，原子形式
(3)氢在焊缝金属中的存在形式及其扩散
氢在焊缝金属中的存在形式：
扩散氢[H]D :
以H、H+或H-形式存在于金属焊缝中, 形成间隙固溶体. 因氢原子和氢离子半径很小，可在焊缝金属的晶格中自由扩散——扩散氢.
药皮反应区 熔滴反应区
熔池反应区
图2-1
Ⅰ 药皮反应区：100℃~药皮熔化
主要化学反应：① 水分的蒸发
② 某些物质的分解 ③ 铁合金的氧化
T>600℃ 铁合金明显氧化，气相的氧化性大大降低 ——“先期脱氧” 熔滴从形成、长大直至过渡到熔池之中 Ⅱ 熔滴反应区：
特点： ① 熔滴温度高
② 熔滴与气体和熔渣的接触面积大 ③ 各相之间反应时间短 ④ 熔滴与熔渣发生强烈的混合
Po n0 n n0 n 1 V 2 2 kP 4 RT n n0 n Po
2
n0 n 2 V 2 4 RT n (n0 n)
2
1 1 [ 2 1] 4P a KP K P 4P
即：a
将 kP= f(T)、P= 1 atm = 101 kp 等关系代入上式，即可算出 上述图2-2所示的 a-T关系图.
50 40 30 20
H2 N2 L α
600
10
0
γ δ
1000
1400 1800
2200 2600
T/℃
图2-3 氮和氢在铁中的溶解度与温度的关系
图中可看出：
(1) 氮在液态铁中的溶解度随着温度的升高而增大；
《焊接化学冶金》课件
结语
随着焊接技术的不断发展，焊接化学冶金在工业制造中越来越重要。我们有 信心，随着更多的人加入研究队伍，这个领域的发展会更加迅速。
《焊接化学冶金》PPT课 件
本课件介绍了焊接化学冶金的基础知识、焊接过程中的化学现象、焊接材料 的化学性质、焊接质量的化学分析和焊接化学冶金在工程中的应用等知识。
焊接化学冶金的定义
焊接化学冶金的含义
焊接化学冶金是焊接技术中的一个重要分支，它包括焊接过程中的热力学基础、气体反应、 金属反应、焊接材料的化学成分、热力学性质和电化学性质以及焊接质量的化学分析等内容。
焊接化学冶金在航空航天 中的应用
介绍了焊接化学冶金在航空航天 领域中的广泛应用，包括飞机外 壳、引擎组装等方面。
焊接化学冶金在建筑工业 中的应用
介绍了焊接化学冶金在建筑领域 中的应用，包括建筑外壳、钢结 构等方面。
焊接化学冶金在机械制造 中的应用
介绍了焊接化学冶金在机械制造 领域中的应用，包括汽车制造、 船舶制造等方面。
推荐使用的化学分析方法包括X射线荧光分析、 光谱法、质谱法、中子活化分析、电极分析法、 扫描电镜等。
常用的金相分析方法包括金属显微镜检测、光电 子探针、电子背散射衍射、手持式毛细管等。
常用的断裂分析方法包括断口形貌分析法、金相 显微镜观察法、扫描电镜、能谱分析、红外线光 谱及质量证券等。
焊接化学冶金在工程中的应用
介绍了焊接过程中热力学基础的知识，包括温度、能量和焓等方面的常见术语及 其含义。
2
焊接过程中的气体反应
介绍了焊接过程中的气体反应，包括氧化、氢气和氮化等方面的化学现象。
3
焊接过程中的金属反应
介绍了焊接过程中金属反应，包括合金元素的加入、氧化还原反应以及析出物等 方面的知识。
第2章-焊接化学冶金1
(2)反应不同步 熔池的温度分布极不均 匀，其前部温度比后部高。
(3)具有一定的搅动作用 在气流、等离 子流以及由于熔池温度分布不匀造成的 液态金属密度差异和表面张力差异等因 素的综合作用下，熔池中的液态金属会 发生有规律的对流和搅动，有助于加快 反应速度，也为气体和非金属夹杂物的 外逸创造了条件。
13
2.1.2 焊接化学冶金的反应区
3.熔池反应区 (1)反应速度低 与熔滴相比，熔池平均 温度较低，约为1600～1900℃；熔池比 表面积较小，约为300～1300cm2/kg；熔 池存在时间稍长，但也不超过几十秒， 如焊条电弧焊时为3～8s，埋弧焊时为6 ～25s。
•20921-2a
2.1.2 焊接化学冶金的反应区
Mo 4804
第2章 焊接化学冶金
主要内容
第一节 焊接化学冶金过程特点 第二节 气相与金属的作用 第三节 熔渣与金属的作用 第四节 合金过渡
焊接化学冶金过程特点
焊接化学冶金过程：熔化焊时，焊 接区内各种物质之间在高温下相互 作用的过程。
要点：各种物质包括气体、液态金 属、熔渣。
普通化学冶金过程和焊接化学 冶金过程对比
•20921-2a
• 反应的不平衡性
• 复杂的高温多相系统
–液态金属 –熔渣 –电弧气氛
• 焊接区内不等温条件→整个系统不可能平衡 • 系统的个别反应：短暂的平衡.
§ 2-2 气相与金属的作用
一、焊接区内的气体
（一）气体的来源和产生
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
(3)具有一定的搅动作用 在气流、等离 子流以及由于熔池温度分布不匀造成的 液态金属密度差异和表面张力差异等因 素的综合作用下，熔池中的液态金属会 发生有规律的对流和搅动，有助于加快 反应速度，也为气体和非金属夹杂物的 外逸创造了条件。
13
2.1.2 焊接化学冶金的反应区
3.熔池反应区 (1)反应速度低 与熔滴相比，熔池平均 温度较低，约为1600～1900℃；熔池比 表面积较小，约为300～1300cm2/kg；熔 池存在时间稍长，但也不超过几十秒， 如焊条电弧焊时为3～8s，埋弧焊时为6 ～25s。
•20921-2a
2.1.2 焊接化学冶金的反应区
Mo 4804
第2章 焊接化学冶金
主要内容
第一节 焊接化学冶金过程特点 第二节 气相与金属的作用 第三节 熔渣与金属的作用 第四节 合金过渡
焊接化学冶金过程特点
焊接化学冶金过程：熔化焊时，焊 接区内各种物质之间在高温下相互 作用的过程。
要点：各种物质包括气体、液态金 属、熔渣。
普通化学冶金过程和焊接化学 冶金过程对比
•20921-2a
• 反应的不平衡性
• 复杂的高温多相系统
–液态金属 –熔渣 –电弧气氛
• 焊接区内不等温条件→整个系统不可能平衡 • 系统的个别反应：短暂的平衡.
§ 2-2 气相与金属的作用
一、焊接区内的气体
（一）气体的来源和产生
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
《焊接冶金学——基本原理》教学课件 第二章
熔渣
埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接
气体
熔渣和气体 真空 自保护
气焊、在惰性气体和其他保护气体(如CO2、混合气体)中焊接
具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 真空电子束焊接 用含有脱氧、脱氮剂的所谓自保护焊丝焊接
表2-2 熔焊方法的保护方式
2.1.1 焊接过程中对金属的保护
各种保护方式的保护效果是不同的。例如,埋弧焊是利用焊剂及其熔化 以后形成的熔渣隔离空气保护金属的,焊剂的保护效果取决于焊剂的粒度 和结构。多孔性的浮石状焊剂比玻璃状的焊剂具有更大的表面积,吸附的 空气更多,因此保护效果较差。试验表明,焊剂的粒度越大,其松装密度(单位 体积内焊剂的质量)越小,透气性越大,焊缝金属中含氮量越高,说明保护效果 越差(见表2-3)。但是不应当认为焊剂的松装密度越大越好。因为当熔池 中有大量气体析出时,如果松装密度过大,则透气性过小,将阻碍气体外逸,促 使焊缝中形成气孔,使焊缝表面出现压坑等缺欠,所以焊剂应当有适当的透 气性。埋弧焊时焊缝的含氮量一般为0.002%~0.007%(质量分数),比焊条 电弧焊的保护效果好。
180
20~40
伸长率(%)
25~30
5~10 冲击吸收能量/J 117.6 3.92~19.6
表2-1 低碳钢无保护焊时焊缝的性能 2.保护的方式和效果
事实上,大多数熔焊方法都是基于加强保护的思路发展和完善起来的。迄 今为止,已找到许多保护材料(如焊条药皮、焊剂、药芯焊丝中的药芯、保护 气体等)和保护手段(见表2-2)。
550 800 1000 1200
3800 3000 2500 2000
0.0094 0.0043 0.0022 0.0022
表2-3 中锰高硅低氟焊剂(HJ331)的松装密度与焊缝含氮量的关系
焊接化学冶金过程
焊接化学冶金过程焊接是一种非常重要的化学冶金过程，它通过热加工将两个或多个同种或不同种材料连接在一起。
焊接的化学冶金过程涉及到材料的物理和化学性质的改变，以及高温下材料的相互作用。
以下是焊接化学冶金过程的详细介绍。
首先，焊接的化学冶金过程涉及到焊接材料的选择。
焊接材料通常包括焊丝、焊条和填充金属。
这些材料需要具备与被焊接材料相似的化学成分和物理性质，以确保焊接接头的质量和性能。
此外，焊接材料还要具备适当的熔点和流动性，以便在焊接过程中形成完整的焊缝。
其次，焊接过程中发生的化学变化是焊接化学冶金过程的关键。
当焊接材料受到热源的加热时，它会达到熔化温度并迅速融化。
同时，被焊接材料也会被加热到高温，使其表面的氧化物和其他杂质被除去。
当焊接材料与被焊接材料相遇时，它们会迅速混合并形成液态熔池。
在液态熔池中，焊接材料会与被焊接材料发生扩散反应，使它们互相溶解和合金化。
这种扩散反应导致焊缝中形成固溶体和共晶物质，从而使焊接接头在化学组成上均匀一致。
此外，焊接过程中还可能发生气体反应和氧化反应。
在焊接过程中，电弧和熔化金属会产生大量的热量和高温。
这些高温条件下，焊接接头中可能存在的氧和其他气体会被还原为金属氧化物和气体，从而形成氧化渣和气孔。
为了防止这些不良反应的发生，焊接过程中通常会通过气体保护和熔化金属的熔滴覆盖来控制气体的进入，以及通过使用氩气等惰性气体来保护焊接接头的氧化。
最后，焊接过程中的冷却过程也是焊接化学冶金过程的一部分。
当焊接完成后，焊缝会迅速冷却并固化，形成坚固的连接。
在冷却过程中，焊接接头中的金属会经历固相变化，从液态逐渐转变为固态。
这种相变过程会导致晶粒的生长和定向排列，从而影响焊接接头的机械性能。
因此，在焊接冷却过程中需要进行正确的冷却控制，以确保焊接接头具备良好的力学性能和组织结构。
总之，焊接是一种重要的化学冶金过程，它通过热加工将两个或多个材料连接在一起。
焊接过程涉及到焊接材料的选择、熔化和混合、气体和氧化反应的控制，以及焊接接头的冷却和固化过程。
第2章焊接化学冶金
•
侵入：有害气体：N2、O2、H2O
•
来源：空气介质
•
保护气体中的杂质
2、气体的分解和气相的组分
• 1）气体的分解 • 多原子（CO2、H2O）、双原子（N2、H2、O2、
F2）→简单气体、单原子或离子与电子（吸 热反应）：气体-液态金属
2）气相的组分
• 多种气体组成 • P51 表2-6
Fe、Ni、Ca、Cr、Mo ③温度T。T↑，[H]↑，熔滴、熔池 ④合金元素的影响 ：氢在铁中溶解度受
合金元素影响 P54图2-11 ⑤晶格类型的影响。fcc大于bcc
2）焊缝金属中的氢及其扩散
（1）存在形式
①扩散氢：氢以原子或质子形式存在的并可 在金属晶格中自由扩散。 ②残余氢（剩余 氢）：氢原子扩散聚集到金属的晶格缺陷， 显微裂纹和非金属夹杂物的边缘空隙中，结 合成分子不能自由扩散。危害最大
• （1）有机物的分解和燃烧；
• 2（C6H10O5）m+7mO2=12mCO2+10mH2 • 焊条烘干温度：酸性焊条；
• （2）碳酸盐和高价氧化物的分解；
• 碱性焊条（含大量CaCO3、MgCO3） • （3）物质的蒸发和冶金反应；
• 影响因素：沸点（饱和蒸汽压）
• （4）直接输入或侵入。
•
输入：保护气体：CO2、Ar、He等
溶解反应为吸热反应。→液态金属吸氢↑
（2）溶解方式
• 焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态 • ①氢以原子形式溶入 • ②以 [OH]-溶入 • ③以 H+溶入 • ④溶解满足平方根定律、线性规律 •
（3）[Ｈ]的影响因素
氢与金属用的特点，把金属分为两类 ①与氢形成稳定氢化物的金属
焊接化学冶金过程
焊接化学冶金过程嘿，咱今儿就来唠唠焊接化学冶金过程。
你说这焊接，就好像是一场奇妙的化学反应大冒险！想象一下，那焊接的地方就像是一个小小的舞台，各种元素和物质在这儿粉墨登场，开始它们的表演。
金属材料就像是主角，而其他的比如焊条、焊丝啥的，那就是配角啦。
当焊接开始，就像是一场热闹的派对开场。
热量来了，温度升高，一切都变得活跃起来。
金属开始熔化，就像冰淇淋在太阳下慢慢变软、流淌。
这时候，那些配角们也开始发挥作用啦，它们带来了各种不同的化学成分，和熔化的金属一起，开始了奇妙的融合。
这不就跟咱做饭似的嘛，各种食材放在一起，经过烹饪，就变成了美味的菜肴。
焊接化学冶金过程也是这样，不同的成分相互作用，产生出全新的物质和性能。
比如说，焊接过程中会发生一系列的化学反应，就像变魔术一样，产生出一些新的化合物。
这些化合物有的能让焊接部位更坚固，有的能提高它的耐腐蚀性。
而且啊，这焊接化学冶金过程还得注意火候呢！火候不够，那可不行，焊接不牢固；火候太过，又可能会破坏材料的性能。
这就跟咱炒菜一样，火大了菜就糊了，火小了又炒不熟。
还有啊，不同的焊接方法，就像是不同的烹饪方式，会带来不同的效果。
气焊就像是小火慢炖，慢悠悠的但很精细；电焊呢，就像是大火爆炒，速度快但也得掌握好力度。
在这个过程中，我们可得像个细心的大厨一样，时刻关注着每一个细节。
温度啦、化学成分啦、焊接速度啦，都得把握得恰到好处。
不然，这焊接出来的东西可就不达标啦。
总之呢，焊接化学冶金过程那可真是充满了神奇和奥秘。
它让金属材料变得更强大，让我们的生活变得更美好。
下次你再看到那些焊接的地方，可别小瞧了它们，那里面可是有着一场精彩的化学大戏在不断上演呢！这焊接化学冶金过程，不就是科技和工艺的完美结合吗？它让不可能变成可能，让普通变得非凡，难道不是很了不起吗？。
焊接冶金基础
氢在焊接冶金中的行为及其控制
氢对金属的影响
氢脆 气孔 裂纹
控制氢的措施
限制焊接材料及母材中的含氢量 冶金处理：通过调整焊接材料的成分，使氢在焊接过 程中，生成比较稳定的、不溶于液态金属的氢化物， 如HF。 焊后脱氢处理：消氢处理。
（焊缝中氮、硫及磷同样需要控制）
2.1.4焊缝金属的合金化
一、合金化方式
141 136 131 135
139 3 28,5 0,107 0,16 1,29 0,015 0,006 155 157 150
140 140 159 147
2.1.4焊缝金属的合金化
二、合金元素的过渡系数
过渡系数：某元素在熔敷金属中的实际含 量与它在焊接材料中的原始含量之比。 影响因素
合金元素的物理化学性质 合金元素的含量 合金剂的粒度 药皮、药芯或焊剂的氧化势（放氧量）
– 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。
保护方法
–真空：电子束焊 –气体：TIG焊, CO2, MIG –熔渣：埋弧焊 –气-渣：手工焊、自保护药芯焊
焊接材料熔敷金属成分性能变化
低碳钢焊材熔敷金属成分及性能变化
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
2.1.4焊缝金属的合金化
四、焊缝金属化学成分的控制
焊缝金属化学成分的控制
改变熔合比 熔渣有效作用系数
焊缝金属成分的预测
数学模型 计算机
2.2 焊接熔池的凝固及焊缝相变组织 2.2.1焊接熔池凝固过程的特点
焊接熔池凝固过程与铸造凝固过程的差别
焊接熔池体积小，冷却速度高；
平均100 ℃ /s，约为铸造的104。
焊接冶金学基本原理-第2章焊接化学冶金
西安工业大学材化学院
焊接冶金学--基本原理
c）熔滴温度
第2章 焊接化学冶金 The Principle of Welding
《焊接成形原理》
实测手工电弧焊碳钢焊条: 熔滴平均温度： 1800-2400℃ 熔渣平均温度： <1600℃ 熔池平均温度： 1770±100℃ 电流越大温度越高，焊丝直径越细温度越高。
焊接冶金学--基本原理
第2章 焊接化学冶金 The Principle of Welding
《焊接成形原理》
第2章 焊接化学冶金
内容：
2.1焊接化学冶金过程特点 2.2气相对金属的作用 2.3熔渣及其对金属的作用 2.4焊缝金属的净化及合金过渡
School of Material and Chemical Engineering
《焊接成形原理》
熔池：熔焊时，母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母 材所组成的具有一定几何形状的液体金属。
就像钢锭冶炼一样，不过体积小。
School of Material and Chemical Engineering
西安工业大学材化学院
焊接冶金学--基本原理
第2章 焊接化学冶金 The Principle of Welding
School of Material and Chemical Engineering
西安工业大学材化学院
焊接冶金学--基本原理
第2章 焊接化学冶金 The Principle of Welding
《焊接成形原理》
b) 熔滴的比表面积和 与周围介质相互作用时间 熔滴的比表面积S： 熔滴的表面积与其质量之比，称为～。
西安工业大学材化学院
焊接冶金学--基本原理
第2章焊接化学冶金
• • • • • • • • • • • • • • • • •
（2）CO2对金属的氧化 CO2 + = CO + 1/2 O2 CO2 + = CO + O ［Fe］ + 1/2 O2 = FeO + 26.97kJ/mol ［Fe］ + O = FeO + 515.76kJ/mol ［Mn］ + O = Mn O + Q （3）水对对金属的氧化 ［Fe］ + H2O = FeO + H2 (4)混合气体对金属的作用 除惰性气体外，其他混合气体都含氧，都有氧化性。 在焊接过程中，熔滴阶段反应最强烈，熔滴阶段的反应时间（熔滴存在的时间）随着电弧 电压的增加而变长。为减少金属的氧化， 尽量使用短弧焊。 2.3焊接熔渣金属的相互作用； 熔渣是指焊接过程中焊条药皮或焊剂熔化后，在熔池中参与化学反应而形成覆盖于熔池表 面的熔融状非金属物质。它是焊接冶金反应的主要参与物质之一，起着十分重要的作用。熔 渣在焊接区形成独立的相。 2.3.1焊接熔渣及性质 1、熔渣的作用能够、成分和分类 （ 1）容渣在焊接过程中的作用 1）机械保护作用 焊接时形成的熔渣在熔池的表面上，使液态金属与空气隔离，阻止空气 中的氧与氮进入，防止处于高温的熔池金属受到空气的有害作用。
（2）氮在金属中的溶解 P52图2-7氢、氮在铁中的溶解度与温度的关系。 （3）氢在金属中的溶解 氢的来源 （1）氢的溶解度及影响因素 1）氢在铁中的溶解度与温度的关系 P52图2-7氢在金属中的溶解度与温度的关系。
• • • • •
• • • • • • • • • • • • •
2）合金元素对氢在铁中溶解度的影响 提高氢在铁中溶解度的元素：Ti、Zr、Nb； 降低氢在铁中溶解度的元素：Si、C、Al； （2）氢在焊缝中的扩散 因为冷却快只有部分氢在熔池凝固时逸出，其余的氢以原子和正离子在焊缝中形成间隙固溶 体，因原子半径很小，在焊缝金属中 自由扩散，所以称之为“扩散氢”。小部分氢扩散到金 属晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂边缘空隙处，结合为分子，不能自由扩散，称之为“残 余氢”。 氢对焊接接头性能和缺陷的形成影响很大，必须严加控制。 影响熔敷金属含氢量的因素： 焊后的放置时间； 温度； 焊接方法：P55表2-7 金属的组织。 （5）氧在金属中的溶解 氧在熔池液态是以氧化铁和原子氧的形态存在，熔池凝固后其溶解度很小，多以氧化铁和硅 酸盐夹杂物的形态在金属中。 当钢中合金元素增加焊缝中含氧量降低。 2、氧化气体对金属的作用 （1）自由氧对金属的作用 ［Fe］ + 1/2 O2 = FeO + 26.97kJ/mol ［Fe］ + O = FeO + 515.76kJ/mol
焊接-冶金第二章
保护气体
保护气体的作用
保护气体在焊接过程中起到保护熔池、 防止空气中的有害气体对焊接接头造 成不良影响的作用。
常见保护气体
保护气体的选用
选用保护气体时，需要考虑焊接材料 的种类、焊接工艺和工作环境等因素。
常见的保护气体有氩气、氦气、二氧 化碳等。
焊接材料选择
焊接材料选择的原则
根据母材的化学成分、机械性能和工作环境等因素，选择合适的 焊接材料，以保证焊接接头的质量和使用性能。
焊接设备应符合安全 标准，定期进行检查 和维护。
焊接环境影响
焊接过程中会产生烟尘、气体 和辐射等污染物，对环境造成 一定影响。
焊接烟尘中含有多种有害物质， 如金属氧化物、氮氧化物等， 对人体健康产生危害。
焊接气体中含有二氧化碳、一 氧化碳等温室气体，对气候变 化产生影响。
焊接废弃物处理
焊接废弃物应分类收集、储存和 处理，避免对环境和人体健康造
焊接材料选择的方法
可以采用实验法、经验法或计算法等方法进行焊接材料的选择。
焊接材料的质量控制
为确保焊接质量，应对焊接材料进行质量控制，包括材料的采购、 验收、保管和使用等环节的管理。
03 焊接工艺
焊接方法
熔化焊
通过熔化母材和填充材料形成接头，包括电弧焊、 气焊和激光焊等。
压力焊
通过施加压力使母材连接在一起，如电阻焊和摩 擦焊。
焊接环境控制
对焊接环境进行监测和 控制，如温度、湿度、 风速等，以确保焊接质
量的稳定。
焊工技能培训
对焊工进行技能培训和 考核，确保其具备合格
的焊接技能。
05 焊接安全与环境影响
焊接安全
焊接操作人员应接受 专业培训，掌握安全 操作规程和防护技能。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
定义：单位时间内熔敷金属的质量
焊条的熔敷系数H (g/A.h)
gD＝GD/t＝ HI H＝（1－）p， 为损失系数
是真正反映焊接生产率的指标
精品课件
7
焊条熔化速度
药皮类型
钛钙型 钛铁矿型 低氢型 钛钙铁粉型
几种焊条的p 、 H 、
焊条牌号
p /（g/A.h） H /(g/A.h)
J422 J423 J507 J422Fe
保护的目的是：
减少焊缝中有害杂质的影响及 减少有益合金元素的损失。
精品课件
19
氮、氧、氢对焊缝性能的影响
例常数 热输入E→L
精品课件
焊接熔池形状示意图
17
焊接熔池及其特征
熔池的质量和存在时间
手弧焊0.6g~16g，埋弧焊小于100g 熔池存在的最大时间：tmax=L/v ，v为焊速
熔池的温度分布不均匀 熔池中的液态金属处于不断运动状态
有利于焊缝成分均匀化。 有利于气体和非金属夹杂物的外逸。
第二章 焊接化学冶金 Chemical Reaction in
Welding
精品课件
1
Base metal
母材
焊接材料 Filler metal
化学冶金反应 Chemical reaction
焊缝成分与 性能
Weld metal composition and mechanical properties
焊渣 焊缝
焊条熔化及熔池形成
焊芯
电弧
熔池
母材
焊条电弧精示品课意件 图
4
焊条的加热
电阻热
电流通过焊芯时产生的（主要用于加热药皮）
正常焊接时，电阻热对焊芯的预热作用不大
通常，在同样的焊接电流密度条件下，不锈钢焊条 比碳钢焊条更易发热一些。
电弧热qe
电弧热主要加热焊条端部及邻近区域 （约10mm)
a) 颗粒过渡(globular transfer)
b) 熔滴呈粗大颗粒状向熔池 自由过渡。－长弧焊时发生
b) 喷射过渡（spray transfer)
c) 附壁过渡（slag-wall transfer)
d) 爆炸过渡（explosive transfer)
熔滴在形成、长大或过渡过程 中，由激烈的冶金反应，在熔 滴内部产生CO气体，使熔滴 急剧膨胀发生爆裂而形成的一 种过渡形式。
qe=eIU ( e=0.2～0.27)
(1)
化学反应热
很少，可忽略不计
精品课件
5
焊条熔化速度
平均熔化速度gm（melting rate)
定义：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度
一般用熔化系数p表示
单位时间内单位电流所熔化焊芯的质量， g/A.h
gm=G/t=pI (g/h) p与电流极性，药皮成分及厚度有关
母材上由熔化的焊条 金属与局部熔化的母 材所组成的具有一定 几何形状的液体金属。 如果焊接时不填充金 属，则熔池仅由局部 熔化的母材组成。
精品课件
16
焊接熔池及其特征
熔池的形状和尺寸
描述焊接熔池的特征尺 寸有：
熔池的长度L； 最大深度Hmax ; 最大宽度Bmax
I → Bmax , Hmax U → Bmax , Hmax L=P2q=P2UI , p2为比
焊接化学冶金：焊接区内各种物质在高温下相互作用的过 程。
精品课件
2
本章主要内容
❖ 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
❖ 气体与金属的反应 ❖ 渣与金属的反应
❖ 焊缝金属的合金化及其成分控制
精品课件
3
2-1焊接化学冶金过程的特点
焊条 药皮
保护气氛
加入易电离物质， p减小 含有强烈放热的物质（如铁粉）， p增加
不能反映真正的焊接生产效率
精品课件
6
焊条熔化速度
平均熔敷速度gD(deposition rate)
熔敷金属（deposited metal)：完全由填充材料熔 化后所形成的焊缝金属。
焊缝金属(weld metal)：熔
10.1
9.7
8.42
7.74
8.15（系指焊 10.76 芯而言）
/（%）
9.8 4.0 11.60
精品课件
8
熔滴及其过渡形式
1-粘滞力
熔滴（droplet）：
2-气体膨胀力 和吹力
3-惯性力
在电弧热的作用下， 焊条（丝）端部熔化 形成的滴状液态金属。
熔滴过渡（metal transfer）:熔滴通过 电弧空间向熔池的转
直流反极性：DCRP（direct current reverse polarity)或DCEP（direct current electrode positive)
精品课件
13
电流极性
DCSP 或 DCEN
精品课件
DCRP 或 DCEP
14
熔滴的特性
熔滴的比表面积S大
S＝Ag/Vg
（㎝2/kg)
其中，Ag－熔滴的表面积
Vg －熔滴的质量 若为球体熔滴，则S＝3/(R)
R → S
熔滴的比表面积越大，则金属与熔渣和气相的相互
作用越强，即有利于加强冶金反应。
熔滴与周围介质相互作用时间短
熔滴的温度高
手工电弧焊焊接低碳钢:2100~2700K
精品课件
15
焊接熔池及其特征
熔池（weld pool)
精品课件
18
§2-1焊接化学冶金过程的特 点—焊接过程中对金属的保护
保护的必要性
低碳钢无保护焊时焊缝的性能
性能指标 母材
焊缝 性能指标
σb(N/mm2) 390~440 334~390 α(°)
δ(%)
25~30
5~10 αk(J/cm2)
母材 180 >147.0
焊缝 20~40 4.9~24.5
精品课件
11
熔滴及其过渡形式-焊条熔滴过渡
颗粒过渡(globular transfer)也称为粗熔 滴过渡
精品课件
12
熔滴及其过渡形式
影响因素
药皮成分与厚度
焊芯直径
焊接电流与极性
直流正极性：DCSP（direct current straight polarity) 或 DCEN（direct current electrode negative)
4-材料蒸发斥 力
5-等离子体吸 力
7-静电力
8-表面张力
9-电磁收缩力
10-重力
移过程。
焊条端部熔滴上各种力示意图
精品课件
9
熔滴及其过渡形式-焊条熔滴过渡
短路过渡（circuit－short transfer)
通常发生在电弧长度较短时，即短弧焊时。
精品课件
10
熔滴及其过渡形式-焊条熔滴过渡
焊条的熔敷系数H (g/A.h)
gD＝GD/t＝ HI H＝（1－）p， 为损失系数
是真正反映焊接生产率的指标
精品课件
7
焊条熔化速度
药皮类型
钛钙型 钛铁矿型 低氢型 钛钙铁粉型
几种焊条的p 、 H 、
焊条牌号
p /（g/A.h） H /(g/A.h)
J422 J423 J507 J422Fe
保护的目的是：
减少焊缝中有害杂质的影响及 减少有益合金元素的损失。
精品课件
19
氮、氧、氢对焊缝性能的影响
例常数 热输入E→L
精品课件
焊接熔池形状示意图
17
焊接熔池及其特征
熔池的质量和存在时间
手弧焊0.6g~16g，埋弧焊小于100g 熔池存在的最大时间：tmax=L/v ，v为焊速
熔池的温度分布不均匀 熔池中的液态金属处于不断运动状态
有利于焊缝成分均匀化。 有利于气体和非金属夹杂物的外逸。
第二章 焊接化学冶金 Chemical Reaction in
Welding
精品课件
1
Base metal
母材
焊接材料 Filler metal
化学冶金反应 Chemical reaction
焊缝成分与 性能
Weld metal composition and mechanical properties
焊渣 焊缝
焊条熔化及熔池形成
焊芯
电弧
熔池
母材
焊条电弧精示品课意件 图
4
焊条的加热
电阻热
电流通过焊芯时产生的（主要用于加热药皮）
正常焊接时，电阻热对焊芯的预热作用不大
通常，在同样的焊接电流密度条件下，不锈钢焊条 比碳钢焊条更易发热一些。
电弧热qe
电弧热主要加热焊条端部及邻近区域 （约10mm)
a) 颗粒过渡(globular transfer)
b) 熔滴呈粗大颗粒状向熔池 自由过渡。－长弧焊时发生
b) 喷射过渡（spray transfer)
c) 附壁过渡（slag-wall transfer)
d) 爆炸过渡（explosive transfer)
熔滴在形成、长大或过渡过程 中，由激烈的冶金反应，在熔 滴内部产生CO气体，使熔滴 急剧膨胀发生爆裂而形成的一 种过渡形式。
qe=eIU ( e=0.2～0.27)
(1)
化学反应热
很少，可忽略不计
精品课件
5
焊条熔化速度
平均熔化速度gm（melting rate)
定义：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度
一般用熔化系数p表示
单位时间内单位电流所熔化焊芯的质量， g/A.h
gm=G/t=pI (g/h) p与电流极性，药皮成分及厚度有关
母材上由熔化的焊条 金属与局部熔化的母 材所组成的具有一定 几何形状的液体金属。 如果焊接时不填充金 属，则熔池仅由局部 熔化的母材组成。
精品课件
16
焊接熔池及其特征
熔池的形状和尺寸
描述焊接熔池的特征尺 寸有：
熔池的长度L； 最大深度Hmax ; 最大宽度Bmax
I → Bmax , Hmax U → Bmax , Hmax L=P2q=P2UI , p2为比
焊接化学冶金：焊接区内各种物质在高温下相互作用的过 程。
精品课件
2
本章主要内容
❖ 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
❖ 气体与金属的反应 ❖ 渣与金属的反应
❖ 焊缝金属的合金化及其成分控制
精品课件
3
2-1焊接化学冶金过程的特点
焊条 药皮
保护气氛
加入易电离物质， p减小 含有强烈放热的物质（如铁粉）， p增加
不能反映真正的焊接生产效率
精品课件
6
焊条熔化速度
平均熔敷速度gD(deposition rate)
熔敷金属（deposited metal)：完全由填充材料熔 化后所形成的焊缝金属。
焊缝金属(weld metal)：熔
10.1
9.7
8.42
7.74
8.15（系指焊 10.76 芯而言）
/（%）
9.8 4.0 11.60
精品课件
8
熔滴及其过渡形式
1-粘滞力
熔滴（droplet）：
2-气体膨胀力 和吹力
3-惯性力
在电弧热的作用下， 焊条（丝）端部熔化 形成的滴状液态金属。
熔滴过渡（metal transfer）:熔滴通过 电弧空间向熔池的转
直流反极性：DCRP（direct current reverse polarity)或DCEP（direct current electrode positive)
精品课件
13
电流极性
DCSP 或 DCEN
精品课件
DCRP 或 DCEP
14
熔滴的特性
熔滴的比表面积S大
S＝Ag/Vg
（㎝2/kg)
其中，Ag－熔滴的表面积
Vg －熔滴的质量 若为球体熔滴，则S＝3/(R)
R → S
熔滴的比表面积越大，则金属与熔渣和气相的相互
作用越强，即有利于加强冶金反应。
熔滴与周围介质相互作用时间短
熔滴的温度高
手工电弧焊焊接低碳钢:2100~2700K
精品课件
15
焊接熔池及其特征
熔池（weld pool)
精品课件
18
§2-1焊接化学冶金过程的特 点—焊接过程中对金属的保护
保护的必要性
低碳钢无保护焊时焊缝的性能
性能指标 母材
焊缝 性能指标
σb(N/mm2) 390~440 334~390 α(°)
δ(%)
25~30
5~10 αk(J/cm2)
母材 180 >147.0
焊缝 20~40 4.9~24.5
精品课件
11
熔滴及其过渡形式-焊条熔滴过渡
颗粒过渡(globular transfer)也称为粗熔 滴过渡
精品课件
12
熔滴及其过渡形式
影响因素
药皮成分与厚度
焊芯直径
焊接电流与极性
直流正极性：DCSP（direct current straight polarity) 或 DCEN（direct current electrode negative)
4-材料蒸发斥 力
5-等离子体吸 力
7-静电力
8-表面张力
9-电磁收缩力
10-重力
移过程。
焊条端部熔滴上各种力示意图
精品课件
9
熔滴及其过渡形式-焊条熔滴过渡
短路过渡（circuit－short transfer)
通常发生在电弧长度较短时，即短弧焊时。
精品课件
10
熔滴及其过渡形式-焊条熔滴过渡