第一章 焊接化学冶金
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●与熔滴相比，熔池的平均温度较低，约为1600~1900℃；比表面 积较小，约为3~130cm2/kg；反应时间稍长些，如手工电弧焊时 通常为3~8s，埋弧焊时为6~25s。
●熔池温度分布极不均匀，因此在熔池的前部和后部反应可以同时 向相反的方向进行。
●熔池中的强烈运动，有助于加快反应速度，并为气体和非金属夹 杂物的外逸创造了有利条件。
三 焊接化学冶金反应区及其反应条件
不同焊接方法有不同的反应区： ◆手工电弧焊时有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔
池反应区。 ◆熔化极气体保护焊：只有熔滴和熔池反应区。 ◆不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊接只有一个熔池
反应区。
图1-8 焊接化学冶金反应区 Ⅰ-药皮反应区 Ⅱ-熔滴反应区 Ⅲ-熔滴反应区，
焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中都含有造气剂。 热源周围的气体介质：热源周围的空气是难以避免的气体来源，而
焊接材料中的造气剂所产生的气体，不能完全排除焊接区内的空 气。 焊丝和母材表面上的杂质：焊丝表面和母材表面的杂质，如铁锈、 油污、氧化铁皮以及吸附水等，在焊接过程中受热而析出气体进 入气相中。
(二)气体的产生
6Fe2O3＝4Fe3O4＋O2； 2Fe2O3＝6FeO＋O2 4Mn2O3＝2Mn3O4＋O2；6Mn2O3＝4Mn3O4＋O2
第一章 焊接化学冶金
主要内容
焊接化学冶金过程的特点 气相对金属的作用 熔渣对金属的作用 合金的过渡
第一节 焊接化学冶金过程的特点
焊条熔化→形成熔滴→过渡→形成熔池 焊接保护 化学冶金反应区 熔合比
本节概念性的内容较多，通过对本节的理解， 加以记忆
一 焊条熔化及熔池形成
(一)焊条的加热及熔化 1 焊条的加热 电弧焊时用于加热和熔化焊条(或焊丝)的热能有： 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生电阻热，使其本身和药皮的温
（3）熔滴温度：熔滴温度是研究熔滴阶段各种物理化学反应时的 重要数据。
目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参 考。
●随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低。
●低碳钢熔滴的平均温度在2100~2700 K的范围内。
（二）熔池的形成
熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态 金属部分就是熔池。
(二) 熔滴反应区
熔滴形成、长大、过渡至熔池都属熔滴反应区。
特点：
1 熔滴温度高，熔滴金属过热度大：熔滴活性斑点处温度接近焊芯 沸点，约2800℃；熔滴平均温度在1800~2400℃范围。熔滴金属 过热度很大，达300~900℃。
2 熔滴与气体和熔渣的接触面积大：熔滴的比表面积大 3 各相之间的反应时间短：熔滴在焊条末端停留时间为0.01~0.1s。
(二) 保护的方式和效果
1 埋弧焊：是利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气构。
2 气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度。惰性气体(氩、 氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金。
3 渣-气联合保护：焊条药皮和焊丝药芯一般是由造气剂、造渣剂和 铁合金等组成，这些物质在焊接过程中形成渣-气联合保护。
Cw Cb (1 )Cd
Cd－熔敷金属中某元素实际浓度，即焊接时，没有母材金属熔入时 的浓度
堆焊而言 ： SL2
SL1 SL2
（二）熔滴过渡特性的影响
图1-10熔敷金属中含硅量与 电弧电压和焊接电流的关系
图1-11 CO2堆焊时过渡频率f和过 渡时间τ与硅的损失率φ的关系
(一) 药皮反应区
药皮反应区温度范围从l00℃至药皮熔点，主要物化反应有：
1 水分蒸发：药皮被加热，吸附水就开始蒸发，T>100℃，吸附 水全部蒸发，T=200~400℃，药皮组成物结晶水将被排除， 化合水需更高温度下才能析出。
2 有机物燃烧和分解：
★ 有机物，如木粉、纤维素和淀粉等则开始分解和燃烧，形成 CO、CO2、H2等气体。
焊缝金属的最终成分与熔池凝固温度下的平衡成分相差较远， 各种反应距离平衡的远近程度不同。
系统的不平衡性是焊接化学冶金过程的特点，因此不能直接应 用热力学平衡的计算公式定量地分析焊接化学冶金问题，但 是可作定性分析。
第二节 焊接区内的气体
一、焊接区气体
（一）气体来源 焊接材料：焊接区内的气体主要来源于焊接材料。
熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的。 若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成。
1 熔池形状和尺寸 ：宽度、深度和长度 ◆焊接电流的增加，熔池的最大深度Hmax增大；
熔池的最大宽度Bmax相对减小； ◆随电弧电压升高，Hmax减小，Bmax增加。 ◆熔池的长度近似估算：L=P2q=P2UI
3 焊条金属熔滴及其过渡特性
焊条 电弧热端部熔化 熔滴 各种力的作用下长大以滴状形式过渡到熔池
(1)熔滴过渡的形式 短路过渡：短弧焊时焊条端部熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发
生接触，形成短路，电弧熄灭。在各种力的作用下过渡到熔池 中，电弧重新引燃，如此重复这一过程。 颗粒状过渡：当电弧的长度足够长时，焊条端部的熔滴长大到较 大的尺寸在各种力的作用下，以颗粒状落入熔池，此时不发生 短路，接着进行下一个过渡周期。 附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡的形式 碱性焊条主要是短路过渡和大颗粒状过渡。 用酸性焊条焊接时为细颗粒状过渡和附壁过滤。
图1-10：熔敷金属中含硅量随电压增大和焊接电流减小而增大。 图1-11中：f↑→I↑→反应时间τ ↓→Si损失率↓
f↓→U↑ 相反
五 焊接化学冶金系统的不平衡性
焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统。由物理化学可 知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质的迁移过 程。
焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性，在系统中的 局部可能出现某个反应的短暂平衡状态。
cp
(m0
1 2
mtr
)
/(mtr
/ )
mcp熔滴平均质量，mcp=m0+1/2 mtr，m0 熔滴脱落后在焊条端部剩余液体量；mtr 单个熔滴质量； τ熔滴长大时间；
cp [(m0 / mtr ) 1/ 2]
gcp熔滴过渡一个周期内焊芯的平均熔化 速度，gcp=mtr/τ
图1-1 焊条端部熔滴质量随时间的变化(低氢碱性焊条，反接)
2 熔池的质量和存在时间 熔池的质量很小：手工电弧焊时，0.6-16g，多数情况下为5g以下；
自动理弧焊时，熔池的质量较大，但通常也小于100g。 熔池存在的时间很短，一般只有几秒至几十秒。 熔池中冶金反应时间是很短暂的，但比熔滴阶段存在的时间长。
熔池最大存在时间（熔池长度决定）： 由熔池质量确定的时间为：
熔滴向熔池过渡速度高达2.5~10 m/s，经过弧柱区时间很短。在 这个区备相接触的平均时间约为0.01~1.0 s。熔滴阶段的反应主 要是在焊条末端进行。
4 熔滴与熔渣发生强烈的混合：混合作用不仅增加了相接触面积， 而且有利于反应物和产物进入和退出反应表面，加快反应速度。
(三) 熔池反应区
1 熔池反应区的物理条件
4 真空：真空保护效果是最理想的，如度高于0.0133Pa的真空室内 进行电子束焊接，把氧和氮有害作用减至最小。
5 自保护焊：在焊丝或药芯中加入脱氧和脱氮剂，使由空气进入熔 化金属中的氧和氮进入熔渣中，故称自保护。
图1-6 熔敷金属中含氮量与焊 丝药芯中保护材料含量关系
图1-7 焊条熔化析出气体数量 V对熔敷金属含氮量影响
(2)熔滴的比表面积和相互作用时间 熔滴的比表面积:表面积与质量之比：
S Ag / Vg
设熔滴是半径为r的球体，比表面积：
S 4R 2 /( 4 R3 ) 3 / R
3
熔滴越细，比表面积越大。
熔滴平均相互作用时间表示式：τcp，熔滴平均相互作用时间
cp mcp / gcp
★ 焊条中的碳酸盐(CaCO3，MgCO3)和高价氧化物(如赤铁矿 Fe2O3，锰矿MnO2等)也发生分解，形成CO2、O2等气体。
3 铁合金氧化：上述物化反应产生的大量气体，对被焊金属和药 皮中的铁合金(如锰铁、硅铁和钛铁等)有很大的氧化作用。
温度高于600℃就会发生铁合金的明显氧化，结果使气相的氧化 性大大下降，即所谓“先期脱氧” 。
▲临界药皮厚度h0，在h0以外的药皮所形成的熔渣不与熔滴接触， 只与熔池发生作用。 增加药皮厚度能够加强熔池阶段的反应。h0取决于药皮的成分和 焊接工艺参数。
○熔滴 ●熔覆金属
图l-9 硅在熔滴和熔敷金属中的含量与Kb的关系 随着Kb的增加，硅在熔滴和熔敷金属中的含量开始时都迅速 减少(即硅的氧化损失增加)。 当Kb≥0.18(相当药皮厚度为1mm)时，熔滴中硅的氧化损失趋 于稳定，而熔池中依靠没有与熔滴接触的那一部分熔渣使硅 继续氧化。
平均熔敷速度 ：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔 敷速度。gD=GD/t=αpI
损失系数： 在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分 焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。
G GD gM gD 1 H
G
gM
P
熔敷速度才是反映焊接生产率指标 H (1 ) P
图1-5 TIG焊 钛合金时熔池 中金属的流向
二 焊接过程中对金属的保护
(一) 保护的必要性 （1）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中
氧和氮的含量。 （2）防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的
化学成分。 （3）防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔。
焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护，以免 受空气的有害作用。
tmax
L v
tcp
m
vAw
3 熔池的温度
熔池各处的温度不均匀。 熔池前部，母材就不断地熔化 熔池中部具有最高的温度。 熔池后部的温度逐渐降低。 低碳钢熔池的平均温度约为
1770±100 ℃。
图1-4熔池的温度分布 1-中部 2-前部 3-后部
4 熔池中流体的运动状态
熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池 中热量和质量传输过程得以进行。
1 运动方向：
熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯 曲表面向熔池的后部运动；
熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向 中心运动。
2 运动作用： a) 使母材和焊条金属充分混合，形成成分
均匀的焊缝金属。
b) 有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速 冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提 高焊接质量。
四 焊接工艺条件与化学冶金反应关系
(一)熔合比 焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。 熔合比取决于焊接方法、规范、接头形式和板厚、坡口角度和形式、
母材性质、焊接材料种类以及焊条(焊丝)倾角等因素。
C0 Cb (1 )Ce
焊条中的合金元素实际上是有损失的，母材中的合金元素几乎可以 全部过渡到焊缝金属中。焊缝中某元素的实际浓度为：
除直接输送和侵入焊接区内的气体外，焊接过程中所进行物化反应 也产生气体。
1 有机物的分解和燃烧
纤维素热分解反应为： (C6 H10O5 )m 7 / 2mO2 6mCO2 5mH 2
2 碳酸盐和高价氧化物的分解：
碳酸盐的分解 CaCO3→CaO＋CO2 MgCO3→MgO＋CO2 高价氧化物的分解：
2 熔池反应区的化学条件 ▲ 熔池阶段系统中反应物的浓度与平衡浓度之差比熔滴阶段小，
熔池中的反应速度比熔滴中要小。新熔化的母材、焊芯和药皮不 断进入熔池前部，凝固的金属和熔渣不断从熔池后部退出反应区。 熔池反应区的反应物质是不断更新的。
▲ 药皮重量系数Kb（单位长度上药皮与焊芯的质量比)较大时，参 与和熔池金属作用的熔渣数量比参与和熔滴金属作用的数量多。 因为Kb大时有一部分熔渣直接流入熔池，而不与熔滴发生作用。
度升高。 电弧热：焊条熔化、使液体金属过热和蒸发的主要能源。
用于加热和熔化焊条的功率qe仅是其全部功率的一小部分，即： qe=η eUI (η e-焊条加热有效系数 )
化学反应热：仅占1％~3％，可忽略不计。
2 焊条金属的平均熔化速度 平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。平均熔化速度
与焊接电流成正比 。gM=G/t=αpI
●熔池温度分布极不均匀，因此在熔池的前部和后部反应可以同时 向相反的方向进行。
●熔池中的强烈运动，有助于加快反应速度，并为气体和非金属夹 杂物的外逸创造了有利条件。
三 焊接化学冶金反应区及其反应条件
不同焊接方法有不同的反应区： ◆手工电弧焊时有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔
池反应区。 ◆熔化极气体保护焊：只有熔滴和熔池反应区。 ◆不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊接只有一个熔池
反应区。
图1-8 焊接化学冶金反应区 Ⅰ-药皮反应区 Ⅱ-熔滴反应区 Ⅲ-熔滴反应区，
焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中都含有造气剂。 热源周围的气体介质：热源周围的空气是难以避免的气体来源，而
焊接材料中的造气剂所产生的气体，不能完全排除焊接区内的空 气。 焊丝和母材表面上的杂质：焊丝表面和母材表面的杂质，如铁锈、 油污、氧化铁皮以及吸附水等，在焊接过程中受热而析出气体进 入气相中。
(二)气体的产生
6Fe2O3＝4Fe3O4＋O2； 2Fe2O3＝6FeO＋O2 4Mn2O3＝2Mn3O4＋O2；6Mn2O3＝4Mn3O4＋O2
第一章 焊接化学冶金
主要内容
焊接化学冶金过程的特点 气相对金属的作用 熔渣对金属的作用 合金的过渡
第一节 焊接化学冶金过程的特点
焊条熔化→形成熔滴→过渡→形成熔池 焊接保护 化学冶金反应区 熔合比
本节概念性的内容较多，通过对本节的理解， 加以记忆
一 焊条熔化及熔池形成
(一)焊条的加热及熔化 1 焊条的加热 电弧焊时用于加热和熔化焊条(或焊丝)的热能有： 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生电阻热，使其本身和药皮的温
（3）熔滴温度：熔滴温度是研究熔滴阶段各种物理化学反应时的 重要数据。
目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参 考。
●随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低。
●低碳钢熔滴的平均温度在2100~2700 K的范围内。
（二）熔池的形成
熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态 金属部分就是熔池。
(二) 熔滴反应区
熔滴形成、长大、过渡至熔池都属熔滴反应区。
特点：
1 熔滴温度高，熔滴金属过热度大：熔滴活性斑点处温度接近焊芯 沸点，约2800℃；熔滴平均温度在1800~2400℃范围。熔滴金属 过热度很大，达300~900℃。
2 熔滴与气体和熔渣的接触面积大：熔滴的比表面积大 3 各相之间的反应时间短：熔滴在焊条末端停留时间为0.01~0.1s。
(二) 保护的方式和效果
1 埋弧焊：是利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气构。
2 气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度。惰性气体(氩、 氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金。
3 渣-气联合保护：焊条药皮和焊丝药芯一般是由造气剂、造渣剂和 铁合金等组成，这些物质在焊接过程中形成渣-气联合保护。
Cw Cb (1 )Cd
Cd－熔敷金属中某元素实际浓度，即焊接时，没有母材金属熔入时 的浓度
堆焊而言 ： SL2
SL1 SL2
（二）熔滴过渡特性的影响
图1-10熔敷金属中含硅量与 电弧电压和焊接电流的关系
图1-11 CO2堆焊时过渡频率f和过 渡时间τ与硅的损失率φ的关系
(一) 药皮反应区
药皮反应区温度范围从l00℃至药皮熔点，主要物化反应有：
1 水分蒸发：药皮被加热，吸附水就开始蒸发，T>100℃，吸附 水全部蒸发，T=200~400℃，药皮组成物结晶水将被排除， 化合水需更高温度下才能析出。
2 有机物燃烧和分解：
★ 有机物，如木粉、纤维素和淀粉等则开始分解和燃烧，形成 CO、CO2、H2等气体。
焊缝金属的最终成分与熔池凝固温度下的平衡成分相差较远， 各种反应距离平衡的远近程度不同。
系统的不平衡性是焊接化学冶金过程的特点，因此不能直接应 用热力学平衡的计算公式定量地分析焊接化学冶金问题，但 是可作定性分析。
第二节 焊接区内的气体
一、焊接区气体
（一）气体来源 焊接材料：焊接区内的气体主要来源于焊接材料。
熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的。 若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成。
1 熔池形状和尺寸 ：宽度、深度和长度 ◆焊接电流的增加，熔池的最大深度Hmax增大；
熔池的最大宽度Bmax相对减小； ◆随电弧电压升高，Hmax减小，Bmax增加。 ◆熔池的长度近似估算：L=P2q=P2UI
3 焊条金属熔滴及其过渡特性
焊条 电弧热端部熔化 熔滴 各种力的作用下长大以滴状形式过渡到熔池
(1)熔滴过渡的形式 短路过渡：短弧焊时焊条端部熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发
生接触，形成短路，电弧熄灭。在各种力的作用下过渡到熔池 中，电弧重新引燃，如此重复这一过程。 颗粒状过渡：当电弧的长度足够长时，焊条端部的熔滴长大到较 大的尺寸在各种力的作用下，以颗粒状落入熔池，此时不发生 短路，接着进行下一个过渡周期。 附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡的形式 碱性焊条主要是短路过渡和大颗粒状过渡。 用酸性焊条焊接时为细颗粒状过渡和附壁过滤。
图1-10：熔敷金属中含硅量随电压增大和焊接电流减小而增大。 图1-11中：f↑→I↑→反应时间τ ↓→Si损失率↓
f↓→U↑ 相反
五 焊接化学冶金系统的不平衡性
焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统。由物理化学可 知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质的迁移过 程。
焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性，在系统中的 局部可能出现某个反应的短暂平衡状态。
cp
(m0
1 2
mtr
)
/(mtr
/ )
mcp熔滴平均质量，mcp=m0+1/2 mtr，m0 熔滴脱落后在焊条端部剩余液体量；mtr 单个熔滴质量； τ熔滴长大时间；
cp [(m0 / mtr ) 1/ 2]
gcp熔滴过渡一个周期内焊芯的平均熔化 速度，gcp=mtr/τ
图1-1 焊条端部熔滴质量随时间的变化(低氢碱性焊条，反接)
2 熔池的质量和存在时间 熔池的质量很小：手工电弧焊时，0.6-16g，多数情况下为5g以下；
自动理弧焊时，熔池的质量较大，但通常也小于100g。 熔池存在的时间很短，一般只有几秒至几十秒。 熔池中冶金反应时间是很短暂的，但比熔滴阶段存在的时间长。
熔池最大存在时间（熔池长度决定）： 由熔池质量确定的时间为：
熔滴向熔池过渡速度高达2.5~10 m/s，经过弧柱区时间很短。在 这个区备相接触的平均时间约为0.01~1.0 s。熔滴阶段的反应主 要是在焊条末端进行。
4 熔滴与熔渣发生强烈的混合：混合作用不仅增加了相接触面积， 而且有利于反应物和产物进入和退出反应表面，加快反应速度。
(三) 熔池反应区
1 熔池反应区的物理条件
4 真空：真空保护效果是最理想的，如度高于0.0133Pa的真空室内 进行电子束焊接，把氧和氮有害作用减至最小。
5 自保护焊：在焊丝或药芯中加入脱氧和脱氮剂，使由空气进入熔 化金属中的氧和氮进入熔渣中，故称自保护。
图1-6 熔敷金属中含氮量与焊 丝药芯中保护材料含量关系
图1-7 焊条熔化析出气体数量 V对熔敷金属含氮量影响
(2)熔滴的比表面积和相互作用时间 熔滴的比表面积:表面积与质量之比：
S Ag / Vg
设熔滴是半径为r的球体，比表面积：
S 4R 2 /( 4 R3 ) 3 / R
3
熔滴越细，比表面积越大。
熔滴平均相互作用时间表示式：τcp，熔滴平均相互作用时间
cp mcp / gcp
★ 焊条中的碳酸盐(CaCO3，MgCO3)和高价氧化物(如赤铁矿 Fe2O3，锰矿MnO2等)也发生分解，形成CO2、O2等气体。
3 铁合金氧化：上述物化反应产生的大量气体，对被焊金属和药 皮中的铁合金(如锰铁、硅铁和钛铁等)有很大的氧化作用。
温度高于600℃就会发生铁合金的明显氧化，结果使气相的氧化 性大大下降，即所谓“先期脱氧” 。
▲临界药皮厚度h0，在h0以外的药皮所形成的熔渣不与熔滴接触， 只与熔池发生作用。 增加药皮厚度能够加强熔池阶段的反应。h0取决于药皮的成分和 焊接工艺参数。
○熔滴 ●熔覆金属
图l-9 硅在熔滴和熔敷金属中的含量与Kb的关系 随着Kb的增加，硅在熔滴和熔敷金属中的含量开始时都迅速 减少(即硅的氧化损失增加)。 当Kb≥0.18(相当药皮厚度为1mm)时，熔滴中硅的氧化损失趋 于稳定，而熔池中依靠没有与熔滴接触的那一部分熔渣使硅 继续氧化。
平均熔敷速度 ：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔 敷速度。gD=GD/t=αpI
损失系数： 在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分 焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。
G GD gM gD 1 H
G
gM
P
熔敷速度才是反映焊接生产率指标 H (1 ) P
图1-5 TIG焊 钛合金时熔池 中金属的流向
二 焊接过程中对金属的保护
(一) 保护的必要性 （1）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中
氧和氮的含量。 （2）防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的
化学成分。 （3）防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔。
焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护，以免 受空气的有害作用。
tmax
L v
tcp
m
vAw
3 熔池的温度
熔池各处的温度不均匀。 熔池前部，母材就不断地熔化 熔池中部具有最高的温度。 熔池后部的温度逐渐降低。 低碳钢熔池的平均温度约为
1770±100 ℃。
图1-4熔池的温度分布 1-中部 2-前部 3-后部
4 熔池中流体的运动状态
熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池 中热量和质量传输过程得以进行。
1 运动方向：
熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯 曲表面向熔池的后部运动；
熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向 中心运动。
2 运动作用： a) 使母材和焊条金属充分混合，形成成分
均匀的焊缝金属。
b) 有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速 冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提 高焊接质量。
四 焊接工艺条件与化学冶金反应关系
(一)熔合比 焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。 熔合比取决于焊接方法、规范、接头形式和板厚、坡口角度和形式、
母材性质、焊接材料种类以及焊条(焊丝)倾角等因素。
C0 Cb (1 )Ce
焊条中的合金元素实际上是有损失的，母材中的合金元素几乎可以 全部过渡到焊缝金属中。焊缝中某元素的实际浓度为：
除直接输送和侵入焊接区内的气体外，焊接过程中所进行物化反应 也产生气体。
1 有机物的分解和燃烧
纤维素热分解反应为： (C6 H10O5 )m 7 / 2mO2 6mCO2 5mH 2
2 碳酸盐和高价氧化物的分解：
碳酸盐的分解 CaCO3→CaO＋CO2 MgCO3→MgO＋CO2 高价氧化物的分解：
2 熔池反应区的化学条件 ▲ 熔池阶段系统中反应物的浓度与平衡浓度之差比熔滴阶段小，
熔池中的反应速度比熔滴中要小。新熔化的母材、焊芯和药皮不 断进入熔池前部，凝固的金属和熔渣不断从熔池后部退出反应区。 熔池反应区的反应物质是不断更新的。
▲ 药皮重量系数Kb（单位长度上药皮与焊芯的质量比)较大时，参 与和熔池金属作用的熔渣数量比参与和熔滴金属作用的数量多。 因为Kb大时有一部分熔渣直接流入熔池，而不与熔滴发生作用。
度升高。 电弧热：焊条熔化、使液体金属过热和蒸发的主要能源。
用于加热和熔化焊条的功率qe仅是其全部功率的一小部分，即： qe=η eUI (η e-焊条加热有效系数 )
化学反应热：仅占1％~3％，可忽略不计。
2 焊条金属的平均熔化速度 平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。平均熔化速度
与焊接电流成正比 。gM=G/t=αpI