焊接化学冶金反应区及反应条件
第二章 焊接化学冶金反应1
（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
焊接复习题要点
1、焊接—焊接是利用加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。
2、焊接的特点优点：①焊接结构产品的质量轻，生产成本低。
②整体性好，具有良好的气密性、水密性，投资少、见效快③适用于几何尺寸大而材料较分散的制品④简化金属结构的加工工艺，缩短加工周期不足：①结构无可拆性。
②焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比发生变化，产生焊接残余应力和焊接变形。
③焊接缺陷的隐蔽性，易导致焊接结构的意外破坏。
3、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。
4、普通化学冶金过程和焊接化学冶金过程对比：普通化学冶金过程是对金属熔炼加工过程，在放牧特定的炉中进行。
焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于高炉。
二者共同点：金属冶炼加工。
不同点：1）原材料不同普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。
焊冶材料：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、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。
6、熔滴过渡形式短路过渡、颗粒过渡、附壁过渡、射流过渡、旋转射流过渡。
碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡；酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。
7、焊缝熔池：熔焊时，在高温热源的作用下，母材将发生局部熔化，并与熔化了焊丝金属搅拌混合而形成焊接熔池。
熔池运动状态1）液态金属密度差引起自由对流运动2）表面张力差强迫对流运动3）熔池中各种机械力搅拌4）对焊接质量的影响8、焊接过程中对熔融金属的保护保护方式：1、气渣联合保护2、渣保护3、气保护4、真空保护 5、自保护9、焊接化学冶金反应区及反应条件焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。
以手工电弧焊为例，加以讨论（1）药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。
焊接冶金
焊接冶金学绪论1.试述焊接钎焊和粘结在本质上的区别被焊工件的材质(同种或异种)通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程成为焊接。
焊接与其他连接方式不同，不仅在宏观上形成了永久性的接头而且在微观上建立了组织的内在联系。
钎焊也能形成不可拆卸的接头但只是钎料融化而母材不熔化，故在连接处-般不易形成共同的晶粒只是钎料与母材之间形成有相互原子渗透的机械组合。
至于粘结是靠粘结剂与母材之间的粘合作用，没有原子的相互渗透或扩散。
2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件当两个被焊的固体金属表面接近到相距ra时就可以在接触表面上进行扩散再结晶等物理化学过程从而形成金属键达到焊接的目的。
外界条件:对被焊接的材质施加压力，对焊接材料加热(局部或整体)3.能实现焊接的能源大致有哪几种焊接的能源主要有热能和机械能热能包括电弧热化学热电阻热高频感应热摩擦热等离子焰电子束激光束4.焊接电弧加热区的特点及影响因素热源把热能传给焊件是通过焊件.上一定的作用面积进行的,对于电弧焊这个作用面积称为加热区。
加热区分活性斑点区加热斑点区活性斑点区是带电质点(电子或离子)集中轰击的部位并把电能转化为热能;加热斑点区:在加热斑点区焊件受热时通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。
影响因素:焊接方法和焊接工艺参数5.焊接线能量速度对等温线的影响当q=常数时，随焊接速度v的增加等温线的范围变小，即温度场的宽度和长度都变小，但宽度的减小更大些所以温度场的形状变得细长。
当v=常数时，随着热源功率q的增加温度场的范围也随之增大。
如q/v保持定值，等比例改变q与v时，则此时会使等温线有所拉长因而温度场的范围也随之拉长第一章1.什么是焊接化学冶金，它的主要研究内容和学习目的是什么在焊接过程中焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程称为焊接化学冶金过程。
它主要研究在各种焊接工艺条件下冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。
3焊接化学冶金及焊缝金属的合金化
三、焊接化学冶金反应区
焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连续进行的，以手工电弧焊为例， 有三个反应区:药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。
（一）药皮反应区（100℃至药皮的熔点1200℃） 1) 水分的蒸发
>100℃，吸附水全部蒸发； >200~400℃，结晶水被排除； 更高的温度，化合水。
2) 某些物质的分解
(二) 焊缝金属中的氢及其扩散
在钢焊缝中，氢大部分是以H、H+或H-形式存在的，它们与焊缝金属形成 间隙固溶体。由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金 属的晶格中自由扩散，故称之为扩散氢。
（3）氢对金属的作用
主要来源：焊接材料中的水分、含氢物质及电弧周围空气中的水蒸气等。 (一) 氢在金属中的溶解 根据氢与金属作用的特点可把金属分为两类： 第一类是能形成稳定氢化物的金属，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。这类金属吸
收氢的反应是放热反应，因此在较低温度下吸氢量大，在高温时吸氢量 少。焊接这类金属及合金时，必须防止在固态下吸收大量的氢，否则将 严重影响接头质量。 第二类是不形成稳定氢化物的金属，如Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等。但氢 能够溶于这类金属及其合金中，溶解反应是吸热反应。
1）与熔滴相比，熔池的平均温度较低,1600~1900℃; 2）比表面积较小，约为3~130cm2/kg; 3）反应时间稍长些，但也不超过几十秒; 4）温度分布极不均匀，熔池中有一定的强烈运动。
熔池前部发生金属熔化和气体吸收，并有利于发展吸热反应； 熔池后部发生金属凝固和气体逸出，并有利于发展放热反应。
熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小，并且在整个反应过程中的贡献也 较小。合金元素在熔池阶段被氧化的程度比熔滴阶段小就证明了这一 点。但是在某些情况下，熔池中的反应也有相当大的贡献。
焊接化学冶金
(二) 保护的方式和效果
1 埋弧焊：利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金 属的，焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构。 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。 4 真空：真空保护效果是最理想的，如真空度高于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。
t max
L v
m tcp vAw
Aw，焊缝截面积
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。
电弧热：焊条熔化、使液体金属过热和蒸发的主要能源。
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 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=αHI 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。
焊接热过程和冶金过程
焊接热过程和冶金过程作者：李树聪来源：《装饰装修天地》2015年第12期摘要：在焊接过程中，被焊金属由于热的输入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状态）和随后的连续冷却过程，通常称之为焊接热过程。
本文就此做了简要的分析，希望能对实际的工作起到一定的指导作用。
关键词：焊接热过程;冶金过程;焊缝一、焊接热过程1.焊接热过程特点1.1局部集中性：焊件在焊接时不是整体被加热，而热源只是加热直接作用点附近的区域，加热和冷却极不均匀。
1.2焊接热源的运动性：焊接过程中热源相对于焊件是运动的，焊件受热的区域不断变化。
1.3瞬时性：在高度集中热源的作用下，加热速度极快，即在极短的时间内把大量的热能由热源传递给焊件，又由于加热的局部性和热源的移动而使冷却速度也很高。
1.4复合性：焊接热过程涉及到各种传热方式。
2.焊接热源（熔化焊）电弧热、化学热、电阻热、摩擦热、等离子弧、电子束、激光束。
3.焊接热循环在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度随时间由低到高，达到最大值后又由高到低的变化称为该点的焊接热循环。
在焊缝两侧不同距离的点，所经历的热循环是不同的，见图1-1。
<E：＼123456＼装饰装修天地201512＼装饰装修天地2015-12源文件＼装饰装修2015-12源文件＼源文件＼装饰装修15-12-17.tif>图1-1 距焊缝不同距离各点的热循环3.1焊接热循环的主要参数3.1.1 加热速度（vH）。
加热速度受许多因素的影响，如不同的焊接方法、不同的被焊金属、不同厚度及不同的焊接热输入等都会影响加热速度。
3.1.2 加热的最高温度（Tm）。
距焊缝远近不同的各点，加热的最高温度不同，见图1-1。
3.1.3 在相变温度以上的停留时间（tH）。
为便于分析研究，把相变温度以上的停留时间tH又分为加热过程的停留时间t’和冷却过程的停留时间t”，即tH = t’+ t”。
3.1.4 冷却速度（或冷却时间t8/5）。
焊接冶金学基本原理要点归纳总计
焊接冶金学基本原理绪论1)焊接：焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。
2)焊接、钎焊和粘焊本质上的区别:焊接：母材与焊接材料均熔化，且二者之间形成共同的晶粒；钎焊：只有钎料熔化，而母材不熔化，在连接处一般不易形成共同晶粒，只有在母材和钎料之间形成有相互原子渗透的机械结合；粘焊：既没有原子的相互渗透而形成共同的晶粒也没有原子间的扩散，只是靠粘接剂与母材的粘接作用。
3)熔化焊热源：电弧热、等离子弧热、电子束、激光束、化学热。
压力焊和钎焊热源：电阻热、摩擦热、高频感应热。
4)焊接加热区：可分为活性斑点区和加热斑点区5)焊接温度场：焊接时焊件上的某瞬时的温度分布称为焊接温度场。
表示方法：等温线或者等温面。
特点：焊接时焊件上各点的温度在每一瞬时都在有规律的变化。
影响因素：（1）热源的性质；（2）焊接线能量；（3）被焊金属的热物理性质；<热导率，比热容容积比热容，热扩散率，热焓，表面散热系数>;（4）焊件的板厚和形状。
6)稳定温度场：当焊件上温度场各点温度不随时间变化时，称之7)准稳定温度场：恒定功率的热源作用在焊件上做匀速直线运动时，经过一段时间后，焊。
，件传热达到饱和状态，温度场会达到暂时稳定状态，并可随着热源以同样速度移动。
8)焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程。
9）焊接热传递的三种形式：传导、对流和辐射。
由热源传热给焊件的热量以辐射和对流为主，而母材和焊丝获得热能后热的传播以传导为主。
10）焊接线能量：热源功率q与焊接速度v的比值。
热输入：在单位时间内，在单位长度上输入的热能。
第一章焊接化学冶金1）平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。
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。
(真正反应焊接质量的指标)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。
焊接冶金反应
焊接冶金反应焊接是一种通过熔化金属材料并在固化后形成连接的工艺。
在焊接过程中，金属材料的冶金反应起着重要的作用。
冶金反应是指在焊接过程中，金属材料发生的物理和化学变化。
本文将探讨焊接冶金反应的原理和影响因素。
焊接冶金反应的原理与金属的熔化和凝固有关。
在焊接过程中，焊接电弧或激光束的热作用下，金属材料被加热至熔点以上，形成熔池。
在熔池中，金属原子发生扩散和重新排列，形成新的晶粒结构。
当熔池冷却凝固后，晶粒之间形成了焊缝。
焊接冶金反应的影响因素主要包括焊接材料、焊接工艺和环境条件等。
首先是焊接材料的选择。
不同种类的金属材料在焊接过程中会发生不同的冶金反应。
例如，钢材焊接时，会发生固溶体形成、相变和析出等反应。
而铝合金焊接时，会发生氧化和溶解等反应。
因此，在选择焊接材料时，需要考虑其冶金反应特性。
其次是焊接工艺的影响。
焊接工艺包括焊接电流、焊接速度、焊接温度等参数的选择。
这些参数的不同组合将导致不同的冶金反应发生。
例如，在焊接过程中，提高焊接电流和焊接速度会增加熔池的温度和深度，从而影响冶金反应的进行。
因此，在进行焊接工艺设计时，需要考虑冶金反应的影响。
最后是环境条件的影响。
焊接过程中的环境条件，如气氛、湿度等，也会对冶金反应产生影响。
例如，在氧气环境中，金属材料容易氧化，影响焊接质量。
因此，在焊接过程中，需要控制好环境条件，以保证冶金反应的进行。
总结起来，焊接冶金反应是焊接过程中金属材料发生的物理和化学变化。
冶金反应的原理与金属的熔化和凝固有关，而影响因素主要包括焊接材料、焊接工艺和环境条件等。
了解焊接冶金反应的原理和影响因素，可以帮助我们更好地进行焊接工艺设计和质量控制，提高焊接连接的强度和可靠性。
焊接冶金学(基本原理)
焊接冶金学(基本原理)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（焊接冶金学(基本原理)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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绪论一、焊接过程的物理本质1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种），通过加热或加压或二者并用,并且用或不用填充材料,使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。
物理本质：1）宏观:焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性)2）微观:焊接是在焊件之间实现原子间结合.2.怎样才能实现焊接,应有什么外界条件？从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键,达到焊接的目的。
然而,这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层.这样，就会阻碍金属表面的紧密接触.为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施:1）对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜,使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触.2）对被焊材料加热（局部或整体）对金属来讲,使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
二、焊接热源的种类及其特征1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源.2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源.3) 电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。
焊接
第一章焊接化学冶金名词解释1.焊接：被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接工艺过程(p1)2.扩散氢：由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩散，故称之为扩散氢（p40)3.残余氢：还有一部分氢聚集到陷阱（金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙）中，结合为氢分子，因其半径大，不能自由扩散，故称之为残余氢4.合金过渡：就是把所需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中去的过程（p68）5.合金过渡系数：合金元素的过渡系数等于它在熔敷金属中的试剂含量与它的原始之比填空1熔滴过度的形式：短路过渡，颗粒状过渡和附壁过渡(p17)2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(p24)3氢分为2种：扩散氢，残余氢（p40)4氧对金属的作用？（p46-50)5焊渣的分类：a盐型熔渣；b盐—氧化物型熔渣；c氧化物型熔渣；6活性熔渣对焊缝金属的氧化可分为两种基本形式：扩散氧化和置换氧化看图：1-8熔合比：在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例(p27)焊接区内的气体：H2 O2 N2 H2 （氧，氮，水气)简答：1.（课后）氢对焊接质量的影响及控制措施？影响：1.氢脆，2.白点3.形成气孔4.产生冷裂纹(p41)控制措施：a 限制焊接材料中的含氢量；b 清除焊丝和焊件表面上的杂质；c 冶金处理；d 控制焊接工艺参数；e 焊后脱氢处理；2熔渣的作用？A 机械保护作用：焊接时形成的熔渣覆盖在熔滴和熔池的表面上，把液态金属与空气隔开，防止液态金属的氧化和氮化。
熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可防治处于高温的焊缝金属受空气的有害作用。
B改善焊接工艺性能的作用：良好的焊接工艺性能是保证焊接化学冶金过程顺利进行的前提。
在熔渣中加入适当的物质可使电弧容易引燃，稳定燃烧，减少飞溅，保证具体良好的操作性，脱渣性和焊缝成形等。
焊接化学冶金详细介绍
焊接化学冶金
焊接化学冶金的特殊性
焊接区金属的保护，焊接化学冶金的反应区，焊接 化学冶金系统的不平衡性。
焊接区内气体与金属的作用
焊接区内的气体，气体与金属的作用。
焊接熔渣对金属的作用
焊接熔渣及其性质，焊接熔渣对金属的氧化，焊缝 金属的脱氧。
焊缝金属的净化与合金化
氮对焊接质量的影响及控制，氢对焊接质量的影响 及控制，氧对焊接质量的影响及控制，硫的危害及 控制，磷的危害及控制，焊缝金属的合金化。
自保护方法无法避免空气的有害影响，保护效果欠 佳，生产上也很少采用，焊缝中氮的质量分数高达 0.12%。
1.1 焊接化学冶金的特殊性
二.焊接化学冶金的反应区
焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连
分区域 续进行的。
连续进行 各区的反应条件也存在差异，从而影响到
各区反应的方向和限度。
不填丝的钨极气体 熔池反应区 保护焊和电子束焊
特点 故冶金反应最激烈，不但反应速度快，而且反应
最完全，对焊缝成分和性能影响最大。
1.1 焊接化学冶金的特殊性
1.1 焊接化学冶金的特殊性
二.焊接化学冶金的反应区
2. 熔滴反应区
概念
是指从焊条端部熔滴形成、长大到过渡至熔池的 整个区域。
反应
气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金 成分的氧化和还原、以及焊缝金属的合金化等。
反应温度高，反应时间短，相的接触面积大，并 有强烈的混合作用，反应物含量偏离平衡甚远。
CaCO3、MgCO3等碳酸盐和 Fe2O3、MnO2等高价 氧化物发生分解，形成CO2和O2等气体。
铁合金 的氧化
水分蒸发和某些物质分解所形成的H2O、CO2和O2 等氧化性气体，对被焊金属和药皮中的铁合金 (如
焊接冶金与金属焊接性
（1）增加了熔滴相的接触面积 （2）有利于反应物和产物进入和退出反应表面
——加快反应速度。
第一章 焊接化学冶金
总之：
熔滴反应时间短，温度高，相接触面积大， 有强烈的混合作用——反应最激烈，许多冶金反 应可以达到接近终了的程度——对焊缝成分影响 最大。
熔滴主要反应：气体的溶解和分解，金属的蒸 发，金属及其合金成分的氧化和还原，焊缝金属 的合金化等。
第一章 焊接化学冶金
三、焊接化学冶金反应区及其反应条件
分区域（阶段）连续进行： 焊条——熔滴——熔池
第一章 焊接化学冶金
第一章 焊接化学冶金
（一）药皮反应区
温度100oC → 焊条熔化温度（钢焊条1500oC
） 主要反应：脱水、造气
吸附水蒸发，结晶水排除，白泥、白云母中的结晶水 ，温度与成分有关。
焊接时，电流通过焊芯时产生电阻热，从而使焊 条的温度升高，同时，电弧产生的热量使焊条熔化。
第一章 焊接化学冶金
2、焊接金属熔滴及其过渡特性 焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴
焊接过程 稳定性
重点研究
熔滴特性 至关重要
焊接冶金
焊缝成形
熔滴过渡的分类
MAG焊的熔滴过渡形式
Rotary arc
Pulsed arc Short arc
过渡速度高达2.5～10m/s。 经过弧柱区的时间极短，只有0.0001～0.001s。 各相接触时间平均为0.01～0.1s。
反应主要在焊条末端进行。反应进行很剧烈。
第一章 焊接化学冶金
4、与熔渣发生强烈混合 熔滴的形成、长大过程中，表面形状不断变化，
表面不断破坏，表面渣层破坏，渣与熔滴交流。熔 滴中有渣，渣被熔滴金属包围。
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。
焊接冶金与焊接性
焊接冶金与焊接性绪论焊接的本质和途径:焊接：通过加热, 加压或两者共同作用, 使所焊材料达到原子间结合, 实现永久性连接的工艺。
焊接途径: 1加热2加压1，焊接本质: 原子间结合焊接的结果: 永久性连接1）焊接接头的组成: 是指被焊材料经焊接后, 发生组织和性能变化的区域, 焊缝；融合区；热影响区。
2）焊缝: 是由被焊材料和添加材料经融化凝固后形成。
热影响区: 是指受焊接热循环的作用, 使母材发生微观组织和性能变化的区域。
融合区: 是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。
3焊接热循环: 1）概念: 在焊接过程中, 某点工件上的温度随时间由低到高达到极值后, 又由高到低的变化过程。
2）主要参数: 加热速度Vh, 描述工件温度上升快慢。
峰值温度Tm, 是热循环曲线上对应的最高温度。
3）高温停留时间Th, 在某一较高温度以上的停留时间。
4）冷却速度或冷却时间Vc, T8、5第一章热循环的特点：1, 加热速度非常快；2, 峰值温度高；3, 高温停留时间短；4, 冷却速度快；5, 加热具有局部性和移动性。
第二章焊接化学冶金1，焊接化学冶金的反应区1）药皮反应区: 指开始化学反应的温度到药皮溶解（100——1200）, 主要反应有水分的蒸发, 某些物质的分解及铁合金氧化。
2）溶滴反应区: 溶滴形成, 长大, 过度到熔池的过程。
主要反应有气体的溶解和分解, 金属的蒸发, 金属和合金的氧化还原, 以及焊缝金属的合金化。
溶滴反应区特点：1, 反应温度高；2, 反应时间短；3, 相接触面积大；4, 溶滴金属与熔渣发生强烈的混合。
熔池反应区：特点：1, 反应温度略低；2, 反应时间增长；3, 反应具有不同步性；4, 熔池反应具有搅动作用。
2焊接熔渣及其性质1）熔渣的作用: 1, 机械保护作用；2, 冶金处理作用；3, 改善焊接工艺性能。
熔渣的种类和成分: 1盐型熔渣: 由金属的卤化物和不含氧的化合物组成。
2盐——氧化物型熔渣: 由金属的氟化物和氧化物组成。
焊接冶金与焊接性知识点。
1.焊条金属的平均熔化速度：单位时间内熔化的焊芯的质量或长度。
2.焊条金属的平均熔敷速度：单位时间内真正进入焊缝的质量或者长度。
3.熔滴以及其过渡特性熔滴：焊条端部熔化形成的滴状液态金属。
过渡形式：短路过渡，颗粒状过渡，附壁过渡。
4.熔滴的比表面积：R 下降S 上升冶金反应越充分。
5.熔池：由局部熔化的母材和熔化的焊接金属所组成的具有一定几何形状的液态金属。
6.熔池的形状和尺寸：形状是半椭球形。
7.焊接化学冶金的反应区以及反应条件，特点。
1)药皮反应区反应温度：100—药皮的熔点。
主要反应有1：水分蒸发2：某些物质的分解如碳酸盐3：铁合金的氧化产生气体的作用：保护作用与使得铁合金氧化。
2)熔滴反应区反应温度：最高温度达到2800 平均温度为1800 —2400。
熔滴与气体和熔渣接触面积大。
反应时间短。
冶金反应最激烈，对焊缝的质量影响最大。
主要反应：气体分解溶解。
3)熔池反应区。
物理条件：温度低600 —1900 S小反应时间长，有时达到几十秒。
温度分布不均匀：前部熔化，后部凝固，易于排出气体和浃渣。
8.药皮的重量系数：单位长度上药皮与焊芯的质量比。
9.熔合比：母材在焊缝中所占的比例。
10.氢对金属的作用：1)氢在金属中的溶解：a)能形成氢化物，在低温下形成大量的氢化物，如Ti V No Zr Ta 等b)不能形成氢化物，但能溶解H 如Fe Al Ni Cu等进入金属中的形式：气相中的氢原子和氢离子接触液相界面，向内扩散，或着通过渣层向内扩散。
2)溶解度:a)T 上升S 上升所以温度达到最大值以后继续增加T S 下降。
在沸点时S等于0 在凝固点（相变点）S 很小。
b)合金元素：如Ti Zr Nb O 使得S增加。
Mn Ni Cr Mo 无影响。
C Si Al 使得S下降。
c)晶格结构的影响：面心立方大于体心立方。
3)氢在焊缝中的扩散行为：扩散氢：在钢的焊缝中，大部分以氢原子或者氢离子形成存在与焊缝金属形成间隙固溶体，半径小，可在晶格中自由扩散，残余氢：小部分氢扩散聚集在金属的晶格缺陷，以及空隙中，并且结合成为氢分子，所以半径大不能扩散。
焊接冶金与焊接性
一、焊接化学冶金A绪论1、焊接化学冶金：即液态金属、熔渣和气相之间在高温下发生的复杂冶金反应。
2、焊接化学冶金直接影响焊缝的成分、组织和性能。
3、热力学角度阐明：主要涉及气相的溶解、金属的氧化和焊缝的脱氧、脱硫、脱磷、除氢以及焊缝金属的合金化4、焊缝区金属保护：气体保护、熔渣保护、渣-气联合保护、真空保护以及自保护。
5、焊接化学冶金反应区：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区5.1药皮反应区：水分的蒸发、某些物质的分解（纤维素、木粉、淀粉、CaCO3、MgCO3、Fe2O3、MnO2）、铁合金的氧化（降低气相的氧化性，实现先期脱氧）5.2熔滴反应区：反应温度高（平均达1800℃~2400℃）、相的接触面积大、反应时间短、相的混合强烈（熔滴形成长大及过渡收到多种力）。
5.3熔池反应区：反应速度低（温度1600℃~1900℃、比表面积小、熔池存在时间长）、反应不同步（熔池前部金属熔化、气体的吸收和氧化反应，熔池后部金属凝固、气体逸出和脱氧反应）、具有一定的搅动作用。
B焊接区内气体与金属作用6、气体的种类：N2、H2、O2、H2O、CO2金属蒸气、熔渣蒸气以及他们分解和电离的产物。
对焊接质量有重要影响的是N2、H2、O2、H2O和CO2。
7、气体的物质来源：焊接材料（焊条药皮、焊剂、药芯中的造气剂、高价氧化物和水分）、母材（油污、铁锈、氧化皮及吸附水）、环境气氛(周围空气及所含水蒸气、被焊金属及其合金的蒸发产物)。
8、气体的供给途径：有机物的分解和燃烧、碳酸盐和高价氧化物的分解、物质的蒸发及冶金反应、直接输入或侵入。
9、气相的组分:与焊接方法、焊接材料和焊接规范有关。
低氢型：气相中含H2和H20很少，焊缝含氢量低。
埋弧焊：气相中含CO2和H2O很少，气相氧化性很小。
焊条电弧焊：含CO2和H2O总量较多，使气相氧化性相对增大。
10、气体与金属的作用表现两种类型：气体在金属中的溶解和气体与金属的化学反应。
10.1气体在金属中的溶解：10.11溶解反应热力学：双原子气体在金属中的溶解机理可分为两步：首先是气体分子被金属表面所吸附并分解为原子，然后是原子穿过金属表面层向金属深处溶解10.12氮在金属中的溶解:氮的主要来源是焊接区周围的空气。
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焊接化学冶金反应区及反应条件
焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。
以手工电弧焊为例，加以讨论。
1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。
1）水分蒸发
T 100C0，吸附水蒸发。
2）某些物质分解
T在200--250℃时，有机物分解；
300--400℃时，结晶水及化合水分解。
结晶水：有金属键的联系。
化合水指不是以单一水分子形式存在。
白泥：
Al2Si2O5(OH)4
2MnO2=MnO+O2
2Fe2O3=4FeO+O2 (赤铁矿)
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
比表面积大F比=1000—10000cm2/Kg
比炼钢时大1000倍，弧柱空间的熔滴尺寸最小直径0.01- 3)时间短、速度快
在焊条端停留时间：0.001-0.1S
穿过弧柱时间：10-4—10-3S
４）熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌混合。
主要冶金反应：金属蒸发；气体的分解和溶解；氧化－还原；掺合金。
３熔池反应区
1）熔池温度度1600～1900℃
2) 接触面积小F比=3—130Cm2/Kg
3) 时间长手工焊时为3-8S 埋弧焊6-25S
4)搅拌没有熔滴阶段激烈
5)熔池温度不均匀
(SiO2)+2[Fe]=[Si]+2FeO
lgK Si=(FeO)2[Si]/(SiO2) =-13460/T+6.04
(MnO)+[Fe]=[Mn]+ FeO
lgK Mn=(FeO)[Mn]/(MnO)=-6600/T+3.16
A F=[SiO2]+042B12(MnO)]/100B1
Fe2O3+Mn=MnO+2FeO
CaCO3+Mn=CaO+CO+MnO
[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO)
K=a MnO/a Mn.a FeO=γMnO.(MnO)/a MnO.a FeO。