焊接理论基础-1-焊接化学冶金
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 (一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热 2、焊条金属的熔化速度
3、焊条金属熔滴及过渡特性
1) 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。
第一节：焊接化学冶金过程特点 3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
2）熔滴的比表面积和作用时间
熔滴的比表面积S： 熔滴与周围介质的平均相互作用时间： 定义：熔滴的平均质量与一个周期内焊芯的平均熔化速度之比。
cp
m0 1 ( ) mtr 2
τ---熔滴的存在时间 m0---熔滴脱落后残留在焊条端部的液态金属质量 mtr---过渡的熔滴质量 τcp---0.01~1s，取决于焊接方法、规范、电流极性、焊接材料等
焊条端部药皮表面温度： 600℃
5
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
2、焊条金属的熔化速度
（1）焊条熔化速度不均 （2）焊条金属的熔化速度 焊条金属的平均熔化速度： gM=G/t =αpI
gM ----焊条金属的平均熔化速度（g/h)
1、 保护方式：气体、熔渣 2、 保护效果： （1） 埋弧焊：表1-7 （2）气体保护焊： （3）焊条手工电弧焊、药芯含丝：图1~6、1~7 （4）真空保护 机械保护
39
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 二、焊接过程中对金属的保护
三、焊接化学冶金反应区及其反应条件
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
（二）熔池的形成
热源作用 母材局部熔化 熔池 熔池——在母材上由熔化的焊条金属和母材组成的具有一定 的几何形状的液体金属
20
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
3
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 (一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热
电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热
热能：
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
电阻热：预热焊条。
有利：提高焊条熔化速率
不利：焊条与药皮温度过高：飞溅、药皮开 裂或脱落 冶金作用能力
22
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
（二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 熔池的形状: 稳定状态下为 半椭球形
L
一般情况：熔池上表面形状复杂，表面积取决于焊接方法 和工艺规范，约1~4cm2 ， 比表面积约为（0.3~13）×10-3m2/kg
（二）熔池的形成
注意：熔池的形状、尺寸、温度、存在时间、金属的流动状态？
21
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
（二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 熔池的形状: 稳定状态下为 半椭球形
对于点状热源，其几何尺寸为
L=P2IU
L
P2 ---比例系数，取决于焊接方法和规范（表1-2） I ---焊接电流 U ---焊接电压
12
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点
3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
短路过渡：短弧焊时，熔滴尺寸较大，
过程：熔滴长大 重燃电弧 短路 缩颈
与熔池接触、短路
缩颈暴断，熔滴进入熔池
颗粒过渡：电弧较长时，熔滴尺寸较大时自行脱落，不与熔池接触
13
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点
不锈钢焊条：控制焊条长度
4
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热
电阻热
热能：
电弧热 化学反应热
电弧热：加热焊条的主要能源
qe eUI
qe: 用于加热和熔化焊条的功率 ηe: 焊条加热有效系数（ 0.2~0.27） U：电弧电压 I： 电弧电流
强迫对流运动：表面张力差别引起（温度、表面张力）
搅拌运动：热源的各种机械力引起：熔滴下落的冲击力、 电磁力、气流的吹力、熔池金属的蒸发产生的反作用力、 离子的冲击力
26
4、熔池运动状态
1) 浮力： T ，ρ ，
a 处温度较高，b 处温度较 低，重力引起b点较重金属 下沉 2） 洛伦兹力： 钨极氩弧焊正极性：电流向 钨极（熔池表面中心）收敛， 产生向下、向内的洛伦兹力， 液体金属沿熔池轴向下推。 3）表面张力梯度引起的剪切应力：
16
电流极性
(a) 正极性 ：工件接正极，2/3的能量位于阳极区（工件），熔深大 (b) 反极性：工件接负极，有表面清理作用（焊接铝、镁时使用） (c) 交流：中间状态
17
电流极性
反极性的表面清理作用
18
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
（二）保护的方式和效果
1、 保护方式：气体、熔渣 （1） 气渣联合保护 （2）渣保护 （3）气保护 （4）真空保护 （5）自保护：焊丝（芯） 中含脱氧剂、脱氮剂 等
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机械保护
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 二、焊接过程中对金属的保护 （一）保护的必要性
（二）保护的方式和效果
焊接理论基础
柯黎明、刘奋成
“焊接技术与工程”国家级教学团队
“轻合金加工科学与技术”国防重点学科实验室 航空制造工程学院
1
相关问题
1、何谓焊接？ 2、为什么要实施材料的焊接？ 3、材料焊接时发生了什么变化？ 3、焊接理论基础解决什么问题? 4、如何学习焊接理论基础课程？
2
第一章 焊接化学冶金
对象：焊接区内各物质之间在高温下的相互作用过程 主要内容：冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的变化规律。 包括： 1）焊接化学冶金特点：焊条与熔池、金属与气体、冶金反 应及其与焊接工艺的关系 2）气相对金属的作用 3）熔渣与金属的作用 4）合金化
3、焊条金属熔滴及过渡特性
1) 熔滴过渡形式
附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁
进入熔池
射流过渡：熔滴细，f 大，熔滴沿焊丝轴向
高速熔池运动，过渡稳定，飞溅 小，焊缝成型美观，丝端变尖
旋转射流过渡：
f 约300滴/s
熔滴尺寸？
熔滴存在时间？
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
熔池液态金属的平均流速：30~80m/h（钨极氩弧焊焊钛合金） 熔池底部液态金属的流速：约为焊接速度的10~20倍。
2）影响熔池运动状态的因素：
焊接工艺参数、焊接材料成分、电极直径及倾斜角、馈电位置等
3）熔池运动优势：
焊缝均匀性
气体和非金属夹杂的外逸
35
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
25
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 （二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 2、熔池的质量和存在时间 3、熔池温度
4、熔池运动状态
熔池内部强烈运动 热量质量传输 熔池形状、结晶、 气体和夹杂物的吸收、聚集和析出、化学成分的均匀性、化 学反应动力学 流动形式： 自动对流运动：液体金属的密度差别引起（温度不均）
损失（飞溅、氧化、蒸发等）系数：
Ψ=(G-GD)/G=(gM-gD)/gD=1-αH/αP
αH=(1-Ψ) αP
αH ----焊条的熔敷系数 αp ----焊条的熔化系数
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
2、焊条金属的熔化速度
2、焊条金属的熔化速度
焊条金属的平均熔敷速度：
gD=GD/t=αHI
gD ----焊条的平Baidu Nhomakorabea熔敷速度
GD ----熔敷到焊缝金属中的金属质量
αH ----焊条的熔敷系数
gM
≠
gD
7
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
2、焊条金属的熔化速度 gM ≠ gD
2）熔滴的比表面积和作用时间
3) 熔滴的温度 沿长度方向分布不均匀，与焊接电流、焊丝直径等有关
焊接电流
焊丝直径
，熔滴温度
，熔滴温度
Fig. 1-2
实测手工电弧焊碳钢焊条：2100-2700 K 药皮熔化----熔渣：包裹在熔滴外面或以滴状与熔滴 一起 直接流入熔池 熔渣平均温度：1900 K
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第一章 焊接化学冶金
T ，γ
a 处温度较高， γ 小；b 处 温度较低， γ 大； b点金属 将a点金属向外拉。 4）等离子流产生的剪切应力： 等离子体沿着熔池表面高速 向外移动，
27
4、熔池运动状态
28
4、熔池运动状态
29
4、熔池运动状态
30
4、熔池运动状态
有表面活性剂时，熔池表面边缘的较冷液体金属具有较低的表面张 力，熔池表面中心的较热液体金属具有较高的表面张力；外侧金属被拉 向中心，有利于从热源到熔池底部的对流传热，即更有效地将热量从热 源带到熔池底部，曾加了熔池深度。
焊接冶金过程是客观存在的，是焊缝形成过程中的必然伴随过程。 焊接化学冶金是分区域连续进行的，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
αp ----焊条的熔化系数 [g/(A· h)] G----熔化的焊芯质量(g) t----电弧燃烧的时间(h)
6
高速摄影：焊芯熔化具滴状、周期性特征 大电流焊接：焊接终了时的熔化速度提高30%左右
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化 （二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸
2、熔池的质量和存在时间
熔池的质量： 手弧焊：0.6~16g 埋弧焊：＜100g
L
熔池的存在时间 ： 按熔池的长度和焊接速度： 按熔池的质量：tcp=mp/(ρvAw)
熔化速度: 光焊丝：熔化速度不均——熔滴较大时，传热条件恶化， 固态焊丝得到的热量减少 焊条：熔化速度近似不变
提高焊条熔化速度:
增加电弧在焊条端部析出的热功率——极性 获得具有高过渡频率的细熔滴过渡 活性位置：液滴与固态焊丝面处 药皮中加入铁粉 电阻热
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 (一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热 2、焊条金属的熔化速度
3、焊条金属熔滴及过渡特性
焊接过程稳定性、飞溅、焊缝成型 金属——熔渣——气体相互作用过程动力学 调节焊接热输入，控制焊缝金属的结晶过程，改变性能 提高焊条熔化速度
需考虑的问题：
过渡的熔滴质量 熔滴脱落后焊条端部剩下的液态金属的质量 熔滴过渡频率 过渡周期将近终了时熔滴的质量
二、焊接过程中对金属的保护 （一） 保护的必要性
光焊丝熔化焊： 焊缝中[N2]约0.105~0.218%
[O2]约0.105~0.218%
Mg、C减少
低碳钢无保护焊时焊缝的性能（表1-5）
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 二、焊接过程中对金属的保护 （一）保护的必要性
2）熔滴的比表面积和作用时间
熔滴的比表面积S：熔滴的表面积与其质量之比。
S=Ag/ρVg=4πR2/(4/3πR3ρ)=3/Rρ
R---熔滴的半径 Ag---熔滴的表面积
Vg---熔滴的体积
I↑, R↓, S↑，利于冶金反应进行。
增大焊接电流、药皮中加入 表面活性物质
R↓
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第一章 焊接化学冶金
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4、熔池运动状态
表面张力引起
32
4、熔池运动状态
激光束在中心加热， 表面张力降低，则液体表面向两侧流动。
33
4、熔池运动状态
加入C2H5COOK，表面张力降低；激光束在中心加热， C2H5COOK分解 导致中心处浓度降低，表面张力提高，则液体表面向内流动。
34
4、熔池运动状态
1）液态金属的流动速度：
tcp---熔池的平均存在时间 mp---熔池的质量 AW---焊缝的横截面积
tmax=L/v
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 （二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 2、熔池的质量和存在时间
3、熔池温度
分布不均匀：熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部 平均温度：与被焊材料性质、形状和尺寸有关
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 (一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热 2、焊条金属的熔化速度
3、焊条金属熔滴及过渡特性
1) 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。
第一节：焊接化学冶金过程特点 3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
2）熔滴的比表面积和作用时间
熔滴的比表面积S： 熔滴与周围介质的平均相互作用时间： 定义：熔滴的平均质量与一个周期内焊芯的平均熔化速度之比。
cp
m0 1 ( ) mtr 2
τ---熔滴的存在时间 m0---熔滴脱落后残留在焊条端部的液态金属质量 mtr---过渡的熔滴质量 τcp---0.01~1s，取决于焊接方法、规范、电流极性、焊接材料等
焊条端部药皮表面温度： 600℃
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
2、焊条金属的熔化速度
（1）焊条熔化速度不均 （2）焊条金属的熔化速度 焊条金属的平均熔化速度： gM=G/t =αpI
gM ----焊条金属的平均熔化速度（g/h)
1、 保护方式：气体、熔渣 2、 保护效果： （1） 埋弧焊：表1-7 （2）气体保护焊： （3）焊条手工电弧焊、药芯含丝：图1~6、1~7 （4）真空保护 机械保护
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 二、焊接过程中对金属的保护
三、焊接化学冶金反应区及其反应条件
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
（二）熔池的形成
热源作用 母材局部熔化 熔池 熔池——在母材上由熔化的焊条金属和母材组成的具有一定 的几何形状的液体金属
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 (一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热
电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热
热能：
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
电阻热：预热焊条。
有利：提高焊条熔化速率
不利：焊条与药皮温度过高：飞溅、药皮开 裂或脱落 冶金作用能力
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
（二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 熔池的形状: 稳定状态下为 半椭球形
L
一般情况：熔池上表面形状复杂，表面积取决于焊接方法 和工艺规范，约1~4cm2 ， 比表面积约为（0.3~13）×10-3m2/kg
（二）熔池的形成
注意：熔池的形状、尺寸、温度、存在时间、金属的流动状态？
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化
（二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 熔池的形状: 稳定状态下为 半椭球形
对于点状热源，其几何尺寸为
L=P2IU
L
P2 ---比例系数，取决于焊接方法和规范（表1-2） I ---焊接电流 U ---焊接电压
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点
3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
短路过渡：短弧焊时，熔滴尺寸较大，
过程：熔滴长大 重燃电弧 短路 缩颈
与熔池接触、短路
缩颈暴断，熔滴进入熔池
颗粒过渡：电弧较长时，熔滴尺寸较大时自行脱落，不与熔池接触
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点
不锈钢焊条：控制焊条长度
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热
电阻热
热能：
电弧热 化学反应热
电弧热：加热焊条的主要能源
qe eUI
qe: 用于加热和熔化焊条的功率 ηe: 焊条加热有效系数（ 0.2~0.27） U：电弧电压 I： 电弧电流
强迫对流运动：表面张力差别引起（温度、表面张力）
搅拌运动：热源的各种机械力引起：熔滴下落的冲击力、 电磁力、气流的吹力、熔池金属的蒸发产生的反作用力、 离子的冲击力
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4、熔池运动状态
1) 浮力： T ，ρ ，
a 处温度较高，b 处温度较 低，重力引起b点较重金属 下沉 2） 洛伦兹力： 钨极氩弧焊正极性：电流向 钨极（熔池表面中心）收敛， 产生向下、向内的洛伦兹力， 液体金属沿熔池轴向下推。 3）表面张力梯度引起的剪切应力：
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电流极性
(a) 正极性 ：工件接正极，2/3的能量位于阳极区（工件），熔深大 (b) 反极性：工件接负极，有表面清理作用（焊接铝、镁时使用） (c) 交流：中间状态
17
电流极性
反极性的表面清理作用
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
（二）保护的方式和效果
1、 保护方式：气体、熔渣 （1） 气渣联合保护 （2）渣保护 （3）气保护 （4）真空保护 （5）自保护：焊丝（芯） 中含脱氧剂、脱氮剂 等
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机械保护
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 二、焊接过程中对金属的保护 （一）保护的必要性
（二）保护的方式和效果
焊接理论基础
柯黎明、刘奋成
“焊接技术与工程”国家级教学团队
“轻合金加工科学与技术”国防重点学科实验室 航空制造工程学院
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相关问题
1、何谓焊接？ 2、为什么要实施材料的焊接？ 3、材料焊接时发生了什么变化？ 3、焊接理论基础解决什么问题? 4、如何学习焊接理论基础课程？
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第一章 焊接化学冶金
对象：焊接区内各物质之间在高温下的相互作用过程 主要内容：冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的变化规律。 包括： 1）焊接化学冶金特点：焊条与熔池、金属与气体、冶金反 应及其与焊接工艺的关系 2）气相对金属的作用 3）熔渣与金属的作用 4）合金化
3、焊条金属熔滴及过渡特性
1) 熔滴过渡形式
附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁
进入熔池
射流过渡：熔滴细，f 大，熔滴沿焊丝轴向
高速熔池运动，过渡稳定，飞溅 小，焊缝成型美观，丝端变尖
旋转射流过渡：
f 约300滴/s
熔滴尺寸？
熔滴存在时间？
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 3、焊条金属熔滴及过渡特性 1) 熔滴过渡形式
熔池液态金属的平均流速：30~80m/h（钨极氩弧焊焊钛合金） 熔池底部液态金属的流速：约为焊接速度的10~20倍。
2）影响熔池运动状态的因素：
焊接工艺参数、焊接材料成分、电极直径及倾斜角、馈电位置等
3）熔池运动优势：
焊缝均匀性
气体和非金属夹杂的外逸
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 （二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 2、熔池的质量和存在时间 3、熔池温度
4、熔池运动状态
熔池内部强烈运动 热量质量传输 熔池形状、结晶、 气体和夹杂物的吸收、聚集和析出、化学成分的均匀性、化 学反应动力学 流动形式： 自动对流运动：液体金属的密度差别引起（温度不均）
损失（飞溅、氧化、蒸发等）系数：
Ψ=(G-GD)/G=(gM-gD)/gD=1-αH/αP
αH=(1-Ψ) αP
αH ----焊条的熔敷系数 αp ----焊条的熔化系数
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
2、焊条金属的熔化速度
2、焊条金属的熔化速度
焊条金属的平均熔敷速度：
gD=GD/t=αHI
gD ----焊条的平Baidu Nhomakorabea熔敷速度
GD ----熔敷到焊缝金属中的金属质量
αH ----焊条的熔敷系数
gM
≠
gD
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
2、焊条金属的熔化速度 gM ≠ gD
2）熔滴的比表面积和作用时间
3) 熔滴的温度 沿长度方向分布不均匀，与焊接电流、焊丝直径等有关
焊接电流
焊丝直径
，熔滴温度
，熔滴温度
Fig. 1-2
实测手工电弧焊碳钢焊条：2100-2700 K 药皮熔化----熔渣：包裹在熔滴外面或以滴状与熔滴 一起 直接流入熔池 熔渣平均温度：1900 K
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第一章 焊接化学冶金
T ，γ
a 处温度较高， γ 小；b 处 温度较低， γ 大； b点金属 将a点金属向外拉。 4）等离子流产生的剪切应力： 等离子体沿着熔池表面高速 向外移动，
27
4、熔池运动状态
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4、熔池运动状态
29
4、熔池运动状态
30
4、熔池运动状态
有表面活性剂时，熔池表面边缘的较冷液体金属具有较低的表面张 力，熔池表面中心的较热液体金属具有较高的表面张力；外侧金属被拉 向中心，有利于从热源到熔池底部的对流传热，即更有效地将热量从热 源带到熔池底部，曾加了熔池深度。
焊接冶金过程是客观存在的，是焊缝形成过程中的必然伴随过程。 焊接化学冶金是分区域连续进行的，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
αp ----焊条的熔化系数 [g/(A· h)] G----熔化的焊芯质量(g) t----电弧燃烧的时间(h)
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高速摄影：焊芯熔化具滴状、周期性特征 大电流焊接：焊接终了时的熔化速度提高30%左右
第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成
(一） 焊条的加热熔化
1、焊条的加热
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 （一） 焊条的加热熔化 （二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸
2、熔池的质量和存在时间
熔池的质量： 手弧焊：0.6~16g 埋弧焊：＜100g
L
熔池的存在时间 ： 按熔池的长度和焊接速度： 按熔池的质量：tcp=mp/(ρvAw)
熔化速度: 光焊丝：熔化速度不均——熔滴较大时，传热条件恶化， 固态焊丝得到的热量减少 焊条：熔化速度近似不变
提高焊条熔化速度:
增加电弧在焊条端部析出的热功率——极性 获得具有高过渡频率的细熔滴过渡 活性位置：液滴与固态焊丝面处 药皮中加入铁粉 电阻热
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 (一） 焊条的加热熔化 1、焊条的加热 2、焊条金属的熔化速度
3、焊条金属熔滴及过渡特性
焊接过程稳定性、飞溅、焊缝成型 金属——熔渣——气体相互作用过程动力学 调节焊接热输入，控制焊缝金属的结晶过程，改变性能 提高焊条熔化速度
需考虑的问题：
过渡的熔滴质量 熔滴脱落后焊条端部剩下的液态金属的质量 熔滴过渡频率 过渡周期将近终了时熔滴的质量
二、焊接过程中对金属的保护 （一） 保护的必要性
光焊丝熔化焊： 焊缝中[N2]约0.105~0.218%
[O2]约0.105~0.218%
Mg、C减少
低碳钢无保护焊时焊缝的性能（表1-5）
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 一、焊条熔化及熔池形成 二、焊接过程中对金属的保护 （一）保护的必要性
2）熔滴的比表面积和作用时间
熔滴的比表面积S：熔滴的表面积与其质量之比。
S=Ag/ρVg=4πR2/(4/3πR3ρ)=3/Rρ
R---熔滴的半径 Ag---熔滴的表面积
Vg---熔滴的体积
I↑, R↓, S↑，利于冶金反应进行。
增大焊接电流、药皮中加入 表面活性物质
R↓
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第一章 焊接化学冶金
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4、熔池运动状态
表面张力引起
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4、熔池运动状态
激光束在中心加热， 表面张力降低，则液体表面向两侧流动。
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4、熔池运动状态
加入C2H5COOK，表面张力降低；激光束在中心加热， C2H5COOK分解 导致中心处浓度降低，表面张力提高，则液体表面向内流动。
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4、熔池运动状态
1）液态金属的流动速度：
tcp---熔池的平均存在时间 mp---熔池的质量 AW---焊缝的横截面积
tmax=L/v
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第一章 焊接化学冶金
第一节：焊接化学冶金过程特点 （二）熔池的形成 1、熔池的形状和尺寸 2、熔池的质量和存在时间
3、熔池温度
分布不均匀：熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部 平均温度：与被焊材料性质、形状和尺寸有关