焊接化学冶金过程的特点解析

合集下载

3焊接化学冶金及焊缝金属的合金化

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

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。

一、焊接化学冶金(2010)

一、焊接化学冶金(2010)

熔滴反应区(2) 熔滴反应区的主要反应有:气体的分解和溶解、金属的蒸 发、金属及其合金的氧化和还原、高价氧化物分解成低价氧 化物
6Fe2O3(赤铁矿)= 4Fe3O4 + O2
4MnO2(锰矿)= 2Mn2O3 + O2
3 反应特点:
熔池反应区Ⅲ(1)
(1)熔池温度比熔滴低(1600~1900℃); (2)反应时间稍长10秒左右; (3)温度分布不均匀,前高后低,所以熔池前后的反应不同。 前面金属熔化、吸收气体;后面金属凝固、气体逸出。 (4)熔池强烈搅拌,有利反应和气体、夹杂逸出。
熔池反应区(2) 熔池阶段的反应速度要比熔滴阶段小得多(表1-8)。
表 1-8 合金元素在不同阶段的损失 药 皮 元素 元素损失占原始含量的百分数 (%) 总的 熔滴中 熔池中 大理石 80%, C 40 30 10.0 萤石 20% Mn 47.2 29.2 18.0 Kb=0.27 Si 75 47.5 27.5
由于焊接过程是在复杂高温、多相、瞬间完成,所以 焊接化学冶金是在非平衡条件下完成的。
目前非平衡理论尚不完善,所以焊接化学冶金的研究 仍停留在定性或靠实验数据来进行分析。
第二节 气相对金属的作用 一、焊接区内的气体 1 气体的来源
手工焊的气体主要起隔离 空气的作用。
焊接气体来源于焊接材料, 如焊条药皮中的造气剂、高价 氧化物、水、金属蒸汽和少量 侵入焊接区的空气。
3
熔滴表面积 (㎜ ) 98.2 35.2 22.3 14.2 8.7 7.6
2
熔滴比表面积 (㎝ /㎏) 1400 2520 3200 4050 4980 5430
2
焊条金属的熔滴及过渡特性(6) 4)熔滴温度 熔滴温度是不均匀的,一般平均温度为2100~2700℃。并随 焊接电流增加而增加,随焊丝直径增加而降低。

3-1焊接冶金过程特点

3-1焊接冶金过程特点

焊接冶金反应区
二、焊接化学冶金的反应区
1.药皮反应区: (2)某些物质的分解 当药皮受热达到一定温度时,其中的纤维素 、木粉和淀粉等有机物开始分解和燃烧,形成CO2、CO及H2等气 体。 (3)铁合金的氧化 以上所述的因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,会对被焊金属和药皮中的铁合金( 如锰铁、硅铁和钛铁等)造成很强的氧化作用,从而使气相的氧化 性大大降低,即实现了所谓的先期脱氧。
云石)等碳酸盐,它们受热 超过一定温度时会发生分 解反应,生成CO2气体,起 到气体保护作用。
不同物质对碳酸钙分解度的影响(加热速度为30℃/s) 1—CaC 2—CaC +Ca 3—CaC +Ti 4—CaC +Si 5—CaC +N C (比例1∶1) 6—CaC +Ca +Ti +N C (比例1∶2∶2∶1) 7—CaC +Ca +Ti (比例1∶2∶2)
光焊丝
直接用光焊丝在空气中进行无保护焊接时,熔
敷金属中的C、Si 、Mn都有减少,而气体杂质均增
多。其中N几乎增加27倍,氧增加9倍,氢增加1倍
。这时熔敷金属的强度虽无问题,而塑性和韧性 却都不合格。
焊接冶金过程特点
正常药皮焊条
当采用正常药皮焊条时,C、Si 、Mn的成分 得以保证,气体杂质数量有所减少,但仍比焊丝 中的含量高得多,氢的含量与钢板相近。熔敷金 属的性能与母材相当。
焊接冶金过程特点
焊缝成分特点
焊接时,焊缝金属的成分是会发生变化的, 有益合金元素会被烧损,有害元素则可能增多,
焊缝金属成分一般难以同填充金属或母材完全相
同。
焊接冶金过程特点
在焊接过程中对焊接区内的金属进行保护是焊接

第2章-焊接化学冶金1

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

焊接化学冶金的特点

焊接化学冶金的特点

熔池的形成及特点
3
2014/6/7
熔池的形成及特点
• 熔池存在时间:1-20s; • 熔池的温度:熔池中部温度最高,头部次之, 其次是尾部。平均温度:1800℃左右。
焊接化学冶金的特点
熔池的形状与流动 • 熔池的运动:熔池中的液态金属在各种力 的作用下发生强烈的运动。 • 熔池运动的作用:1)使熔化的母材和焊条 金属能够很好的混合,形成均匀的焊缝金 属。2)有利于气体和非金属夹渣物的逸出, 加速冶金反应,提高焊接质量等。
焊接化学冶金的特点
其它过渡特性
பைடு நூலகம்
• 在气体保护焊中当电流大于 某一临界值时,还会出现射 流过渡,旋转射流过渡的形 式。 • 附壁过渡:是指熔滴沿着焊 条端部的药皮套筒向熔池过 渡的形式。
焊接化学冶金的特点
熔滴的冶金反应条件 • 熔滴的比表面积、存在时间和温度对焊接冶金反 应有很大的影响。 • 熔滴的比表面积(103-104cm2/kg)(该值比熔池要 大得多): A 3 S g vg R • 熔滴的存在时间:0.01-1s。 • 熔滴的温度:1800-2400℃ • 熔池的定义:熔化的焊条 金属与局部熔化的母材组 成的具有一定形状的液态 金属叫熔池。 • 熔池的形状:为不标准的 半椭球,轮廓为温度等于 母材熔点的等温面。 • 熔池的尺寸:长度通常, 10-30mm;宽度,3- 15mm; • 熔池的重量:0.6-16g;
普通化学冶金过程和焊接化学冶金 过程对比
• 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
1
2014/6/7
焊接化学冶金的特点

焊接化学冶金1

焊接化学冶金1

wB wB' 1
w'' B
通过改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分
10
三、焊接参数与焊接化学冶金反应关系
➢ 2.影响冶金反应的条件 焊接参数与熔滴的过渡特性有很大关系。熔滴阶段 的反应时间(熔滴存在的时间)随焊接电流的增加而 变短,随电弧电压的增加而变长。因此,可以断定 反应进行的完全程度将随电流的增加而减小,随电 弧电压的增加而增大。
化金属中的氧和氮进入熔渣中,故称自保护。
3
二、焊接化学冶金反应区
➢ 手工电弧焊时冶金反应分区分阶段进行,有三个 反应区
药皮反应阶段 熔滴反应阶段
熔池反应阶段
4
1. 药皮反应阶段
600
温 度 400 oC
200
100
冶金反应 碳酸盐分解 结晶水分解 水蒸发
药皮反应阶段
5
1. 药皮反应阶段
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
6
2. 熔滴反应阶段(冶金反应最激烈)
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。主熔要滴反金应属有过:热度气很体大分,解达和30熔0~解900、℃金。属蒸发、
2 3
熔各0.0滴金金相1~与之属 属0.气1间及 的s体。的其 合和熔反化 金熔滴应合化渣向时的物。熔间接池间触短过的面:渡氧积熔速化大滴度与:高在熔还达焊滴原2条.的5以~末比1及0端表m焊停面/s缝积留,大时经间过为弧
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。(熔池的突出特点)

焊接冶金特点

焊接冶金特点

焊接冶金特点一、引言焊接是一种常见的金属加工方式,具有高效、灵活等优点,被广泛应用于机械制造、航空航天、建筑等领域。

而焊接冶金特点则是焊接过程中的重要问题之一,本文将对焊接冶金特点进行全面详细的分析。

二、焊接冶金特点的定义焊接冶金特点指的是在焊接过程中,由于高温作用和热循环作用,会对材料的组织结构和性能产生影响,表现为物理、化学和机械性质等方面的变化。

三、热影响区(HAZ)特征1. 定义:HAZ是指在焊缝周围受到加热影响区域。

2. 特征:(1)显微组织发生变化:晶粒尺寸增大;相比例改变。

(2)硬度增加:由于晶粒尺寸增大和相比例改变导致硬度增加。

(3)脆性增加:由于晶粒尺寸增大和相比例改变导致脆性增加。

(4)裂纹敏感性增加:由于晶粒尺寸增大和相比例改变导致裂纹敏感性增加。

四、焊接金属组织变化特点1. 熔池区:熔池区是焊接过程中最高温度区域,熔池中的金属会发生液态,随着冷却,液态金属逐渐凝固成为晶粒。

2. 热影响区:在热影响区内,由于温度较高但未达到熔点,晶粒尺寸增大、相比例改变、硬度和脆性增加。

3. 母材区:母材区是未受到加热影响的材料,其组织结构保持不变。

五、焊接冶金特点对焊缝性能的影响1. 强度:由于HAZ的硬度和脆性增加,会导致焊缝强度降低。

2. 韧性:由于HAZ的脆性增加,会导致焊缝韧性降低。

3. 耐蚀性:由于晶粒尺寸增大和相比例改变,可能会导致焊缝耐蚀性降低。

六、减小焊接冶金特点的方法1. 选择合适的焊接工艺:不同的焊接工艺对材料的影响不同,应根据具体情况选择合适的焊接工艺。

2. 控制焊接参数:控制焊接参数可以减小HAZ的尺寸和硬度,从而提高焊缝强度和韧性。

3. 采用热处理:通过热处理可以改善HAZ的性质,提高焊缝强度和韧性。

七、结论综上所述,焊接冶金特点是影响焊缝性能的重要因素之一。

了解其特点和影响,对于正确选择合适的焊接工艺、控制焊接参数以及进行后续热处理等方面都有很大帮助。

焊接化学冶金过程的特点

焊接化学冶金过程的特点
物理条件
- 温度相对低 - 比表面小 - 反应时间稍长 化学条件 1600~1900℃,且分布不均。 3~130cm2/kg 3~8s
- 浓度差小,反应速度↓
- 药皮重量系数Kb影响 - 熔池反应是不断更新的
药皮重量系数Kb:单位长度上药皮与焊芯的质量比
Kb大时,有部分药皮只参与熔 池反应。
假设存在一临界药皮厚度h0,在 h0外的药皮所形成的熔渣不与 熔滴接触,只与熔池发生作用。
2 焊接化学冶金
2.1 焊接化学冶金
焊接化学冶金过程:焊接区内各种物质之间在高温下相 互作用的过程,这是一个极为复杂的物理化学变化过程。 该过程对焊缝金属的成分、性能,焊接缺陷以及工艺性 能有很大影响。
焊接化学冶金学主要研究各种焊接工艺条件下,冶金反 应和焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。
焊接化学冶金反应区及其反应条件
焊接化学冶金反 应是分区域连续进行 的,且反应条件有较 大差异。
药皮反应区
温度:100℃~熔点 反应:水蒸发、物质分解和铁合金氧
- T>100℃吸附水蒸发,200~400℃结晶水 被排除,化合水需要更高温度才能析出 - 有机物、碳酸盐分解 - 铁合金氧化——先期脱氧
研究目的:利用规律合理选择焊接材料,控制焊缝成分 和性能,使之符合使用要求;研发新的焊接材料。
2.1.1 焊接化学冶金过程的特点
焊接过程中对金属的保护
焊接过程生了很大变化。
保护方式
熔渣保护
气体保护
渣气联合保护 真空保护 保护效果以焊缝金 属中氮的含量评价。
熔滴过渡特性的影响
熔滴阶段
I↑反应时 间t↓;V↑ 反应时间t↑
焊接化学冶金系统及其不平衡性

焊接过程的特点

焊接过程的特点

焊接过程特点手工电弧焊时,在电弧热的作用下,焊条芯、药皮、基本金属被熔化,并别保护气体(主要是由药皮热分解的气体、偶有因保护不好而侵入的空气)所包围。

这样在气体、熔渣、金属之间发生着复杂的物理-化学反应。

如合金元素的氧化与人为脱氧,气体的溶解与排除,硫磷的带入与控制,合金元素的渗入等等。

这些冶金反应的剧烈进行,就是焊接的所谓冶金过程。

焊接冶金过程的实质就是金属的一次再熔炼,因此有人把焊接过程叫做小冶金。

不过从实际出发,还应分析它的特殊点。

1、焊接区的温度较高,特别是弧柱区达6000℃左右,因此引起金属的蒸发,使金属成分改变。

各种气体如N2、H2、O2分解后的气体原子及离子很易溶于液态金属中,增加焊缝产生气孔的倾向。

熔池的温度较高,提高了元素的化学活泼性,使物理化学反应加速进行。

如埋弧自动焊焊缝渗锰、渗硅现象就是SiO2、MnO的还原,而在炼钢过程中,这类反应就不常发生。

熔池和周围基本金属连在一起,它的温度梯度大,在不同地方、不同时间其温度不同,而且随时间变化很快。

而炼钢过程钢水的温度基本上是均匀的,浇筑后钢锭冷却时,温度也是缓慢下降的。

2、熔池体积小,液态金属的比表面积大,电弧移动过程中对熔池金属有搅动作用。

这本应有利于物理化学反应进行,有利于焊缝化学成分的均匀性及气体的逸出。

但其主导方面是电弧移动,参加反应的三相不断更换,熔池加热冷却的速度大,凝固时间短,物理化学反应难于达到平衡,使化学成分有较大的不均匀性,形成偏析,气体也往往跑不出来。

而钢的冶炼,炉容大,时间长,物理化学反应充分,整炉钢化学成分均匀,机械性能一致。

3、电极(焊条或焊丝)溶化后是以熔滴过渡到熔池,故液体金属与气体和熔渣的接触面积大,这可加强气体、熔渣与金属间的反应,使之趋于平衡。

但与此同时,气体侵入液态金属中的机会多,各种气体的融入会使金属在结晶过程中形成气孔。

4、钢锭的结晶是靠模壁表面不平和有杂质存在等非自发晶核形成结晶中心,而焊接熔池的结晶,模壁就是基本金属,晶粒救灾原来半熔化晶粒的固液面上长大。

第三节 焊接冶金过程

第三节    焊接冶金过程

第三节焊接冶金过程焊接电弧产生后,焊接区的物质在高温作用下,会发生激烈的物理化学反应,反应的过程称为焊接冶金过程。

一、焊接冶金过程的特点焊接热过程的特性确定了焊接冶金过程有以下几个主要特点:1)电弧的温度高。

在该区域范围内药皮中的物质分解产出大量气体,在熔池周围形成一个“保护层”。

同时C02、H2等大量分解,分解出来的气体原子或离子很容易溶人到熔池金属中,由于冷却速度快,温度不断下降,其溶解度也随之降低,结果来不及析出而残留在焊缝中。

此外,在电弧的高温作用下,还会产生金属蒸气,一些合金元素易被氧化,即所谓的“烧损”,使焊缝金属合金元素的含量下降,分布不均。

2)反应时间短即熔池存在的时间短。

焊缝金属的冶金反应不充分,组织成分差异较大。

3)熔池体积小,而反应接触面积大。

前面已述,以焊条电弧焊为例,其熔池质量仅为3~5g,而向熔池过渡的熔滴的表面积可达1000~10000cm2/kg,比炼钢时大1000倍,这使冶金反应激烈,并有强烈的混合作用。

4)熔池反应是运动着的。

焊接时熔池不断地移动,参加反应的物质不断改变,使得焊接冶金反应更为复杂。

此外,根据焊接方法的不同,组成冶金系统的相——液态金属、熔渣、电弧气氛也不同,各相相互作用有其各自的特点。

二、气体对焊缝金属的影响焊接区域里气体来源于焊接材料、焊件坡口上的铁锈、油污和吸附的水分等。

另外亦有可能来自于大气。

焊接区的气体随焊接方法、焊接电流、药皮和焊剂成分等因素不同而变化,主要气体成分为CO、飓和水蒸气等。

另外因熔池保护不当,还有来自于空气中的N2等。

这些气体,一旦侵入焊缝金属中,将对焊缝的性能产生极为不利的影响。

1.氮与金属的作用焊接区内的氮气主要来自于周围空气,根据近似计算在电弧区气体中空气的体积分数约占3%。

氮与金属的作用分两种情况:一种是氮与金属不发生反应,也不溶解,如与Cu和Ni 等;另一种是既与金属反应,又溶解于金属中,如与Fe、Mn、Cr、Ti等,焊接这类金属必须防止氮气的侵入。

熔焊原理-焊接化学冶金过程的特点

熔焊原理-焊接化学冶金过程的特点

1.1 焊接化学冶金过程的特点
影响熔滴过渡形式、尺寸及频率的因素
• 药皮类型
• 焊芯直径 • 焊接电流
碱性焊条主要是短路过渡和大颗粒状过渡; 酸性焊条主要是细颗粒状过渡和附壁过渡。 直径减小,熔滴变细 电流增大,熔滴变细,过渡频率↑
1.1 焊接化学冶金过程的特点
熔滴的比表面积和相互作用时间:
熔滴的比表面积S:熔滴的表面积与其质量之比。
熔L焊O原G理O
1.1 焊接化学冶金过程的特点
1.1 焊接化学冶金过程的特点
焊接化学冶金过程
在熔焊过程中,焊接区内各种物质(包括气体、 液态金属、熔渣)之间在高温下相互作用的过程。
普通化学冶金过程
焊接化学冶金过程
对金属熔炼加工过程,在放入特 金属在焊接条件下,再熔炼的
定的炉中进行。
过程,焊接时焊缝相当高炉。
可知,R↓,S↑,有利于冶金反应进行。 如增大焊接电流↑I,在药皮中加入表面活性物质等。
熔滴的平均作用时间:与熔滴存在的时间τ和比值mo/mtr有关,一般近似表示,0.01~1s。
熔滴的温度:手工电弧焊焊接低碳钢焊条:2100~2700K,熔渣平均温度:1600ºC
1.1 焊接化学冶金过程的特点
熔池的形成
熔池的形状和尺寸
熔池
焊条
母材
焊缝
熔池: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。
形状:为半椭球,其轮廓为温度等于母材熔点的等温面。熔池的宽度和深度沿X
轴连续变化,一般地,I↑,Bmax↓,Hmax ↑;U ↑,Bmax ↑,Hmax ↓
尺寸:L=P2IU 其中,P2为比例系数,取决于焊接点:
原材料:矿石、焦炭、废钢铁等。原材料:焊条、焊丝、焊剂等。

焊接冶金学知识之—什么是焊接冶金反应及特点?

焊接冶金学知识之—什么是焊接冶金反应及特点?

焊接冶金学知识之—什么是焊接冶金反应及特点?
什么是焊接冶金反应。

由于在焊接过程中熔池周围充满大量气体,同时熔池还被熔渣所覆盖,这些气体和熔渣必然会与液体金属发生一系列各种复杂的物理,化学反应。

这些反应包括元素的氧化和还原,气体的熔解和析出及有害杂质清除等。

这一切被称作为焊接冶金反应。

焊接冶金反应的结果如何,决定着焊接质量的优劣。

因此有必要对焊接冶金反应有所认识。

焊接冶金反应的特点。

1,熔池温度高,电弧对熔池搅拌强烈,因此冶金反应速度非常快。

2,熔滴,熔渣在过渡时与空气接触面积加大,参加反应元素多。

3,熔池体积小,凝固速度快,因此冶金反应时间短,反应速度和反应方向变化迅速。

以上说明焊接冶金反应复杂程度,必须要有足够重视。

焊接冶金学知识之—浅析焊接过程中的冶金特点?

焊接冶金学知识之—浅析焊接过程中的冶金特点?

焊接冶金学知识之—浅析焊接过程中的冶金特点?
素有”小冶金“之称的电弧焊冶金特点,这里主要是指焊接熔池的结晶的特点。

一,焊接熔池结晶特点主要体现在用时极短极短(与炼钢相比要快的多得多)的时间使固体状态钢材加热熔化成液体然后又迅速冷却成固体,经过这一系列的冶金反应…它的结晶过程与一般的钢锭结晶过程相比要复杂很多。

特点1,由于熔池金属体量很小又被周围的冷金属所包围,所以熔池温度以梯度级速度下降。

特点2,熔池中的液体金属处于极高温过热状态之中,其熔滴平均温度约为2300℃,熔池平均温度约为1700℃(指一般普低钢焊接时的温度)而一般炼钢浇注时钢水最高温度在1500℃以下。

特点3,在小小指甲盖范大的熔池中存在巨大温差,熔池中心温度远大于2300℃,而熔池金属边缘(液体与固体接触部分)温度低于1500℃。

特点4,熔池结晶环境独特。

一般刚浇注完的钢锭是在一个固定静态环境中缓慢地冷却完成结晶过程。

而焊接熔池结晶过程却相反,它是在非固定的动态环境中急速冷却完成结晶过程。

也就是说随着焊接电弧向前推进,熔池前沿刚熔化,熔池后沿和两侧已经处在冷却结晶过程中了,这些问题对焊缝金属的械性能的影响很大。

针对上述种种不利因素对于重要焊件针对具体情况采取相应措施,可通过以下途径加以克服或改善。

1,选用优质钢材作为焊条。

2,选择合理的熔剂配方和焊条药皮配方。

3,选择合理的焊接规范。

4,采取焊前预热焊后缓冷措施等。

焊接化学冶金的特点

焊接化学冶金的特点

焊接化学冶金的特点焊接化学冶金的特点班级:姓名:学号:教学目的:1.了解化学反应进行的条件,掌握化学反应3阶段分析各部分的作用。

重点:冶金反应区的药皮作用,实践中的相关应用。

难点:各参数对学应用及影响。

复习巩固:1.熔焊时,熔化的母材在焊缝金属所占的百分比叫做,以字母θ表示。

2.在焊条电弧焊时,熔滴过渡形式有:、、等。

3.简答题:焊条电弧焊加热的特点?4.熔池的主要尺寸是:熔池长度L,最大宽度,最大深度。

5.简答:焊接电流、焊接电压等参数对熔池主要尺寸的影响?6.熔合比可以表示熔透情况,其大小与焊接方法、焊接参数、、接头形式、坡口形式以及焊道层数等因素有关。

讲授新课:一、焊接化学反应过程进行的条件与特点:1.温度高及温度梯度大:焊接电弧温度20度至之间。

A、铁熔点度。

B、高温使电弧周围的气体:CO2、N2、等分解,且可能导致气孔的产生和形成。

2.熔池体积小,存在时间短:A、一般只几秒时间,熔池即凝结完成。

注:组织变化是与珠光体之间。

3.反应接触面大,熔池金属不断更新。

二、焊接时焊缝金属的保护:1.根据不同的母材采用相对应的焊接方法。

第27页例如:不锈钢应用;铸铁应用CO2气体保护焊等。

三、焊接化学冶金反应区:焊接冶金过程的特点之一是反应分区(阶段)连续进行。

1.药皮反应区:温度在100度至药皮熔点之间。

2.产生的气体一方面对熔池形成机械保护作用;例如:CaCO3-----CaO + ↑2MnO2-----2Mn +O2↑另一方面将药皮及液体金属中的合金元素氧化。

例如:Si、等。

注:此作用使电弧气氛的氧化性减弱,即:先期脱氧。

3.熔滴反应区:温度可达1800度~~2400度。

注:其中最主要的反应有:金属的蒸发、气体的分解与溶解、氧化物与还原等。

4.熔池反应区:相对熔滴反应区温度较低。

注:三个反应阶段,头部与尾部进行的方向可能相反。

例如:头部反应向吸热方向进行;尾部反应向方向进行。

四、焊接参数变化对化学冶金的影响:1.焊接电流、焊接电压等参数影响的具体条件:注:焊接电流增加时,熔滴过渡速度提高,而缩短了反应时间。

  1. 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. 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. 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)。

2.1.1 焊接化学冶金过程的特点
焊接过程中对金属的保护
焊接过程保护的必要性:无保护下焊接,焊缝 金属与母材和焊丝比较发生了很大变化。
保护方式
熔渣保护 气体保护 渣气联合保护 真空保护 保护效果以焊缝金 属中氮的含量评价。
焊接化学冶金反应区及其反应条件
焊接化学冶金反 应是分区域连续进行 的,且反应条件有较 大差异。
2 焊接化学冶金
2.1 焊接化学冶金
焊接化学冶金过程:焊接区内各种物质之间在高温下相 互作用的过程,这是一个极为复杂的物理化学变化过程。 该过程对焊缝金属的成分、性能,焊接缺陷以及工艺性 能有很大影响。 焊接化学冶金学主要研究各种焊接工艺条件下,冶金反 应和焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。 研究目的:利用规律合理选择焊接材料,控制焊缝成分 和性能,使之符合使用要求;研发新的焊接材料。
Cw Cb (1)Cd
多层焊时,如各层熔合比恒定,第n层金属成分
Cn Cd (Cd Cb) n
因此,要保证焊缝金属和性能的稳定性, 必须严格控制焊接工艺条件,使熔合比稳定; 堆焊时,需要调节焊接规范使熔合比尽可能小, 减少母材成分对堆焊层性能的影响;异种钢焊 接熔合比对焊缝成分和性能影响很大,要根据 熔合比选择焊接材料。
药皮反应区
温度:100℃~熔点 反应:水蒸发、物质分解和铁合金氧
- T>100℃吸附水蒸发,200~400℃结晶水 被排除,化合水需要更高温度才能析出
- 有机物、碳酸盐分解 - 铁合金氧化——先期脱氧
药皮反应阶段高 斑点温度:2800℃,平均1800~2400℃ 比表面大 约为炼钢的1000倍 作用时间短 反应主要在焊条末端进行 熔滴与渣发生强烈的混合
——对焊缝金属的成分影响非常大 反应:气体分解、溶解、金属蒸发、氧化还原、合金化
熔池反应区
物理条件
- 温度相对低 1600~1900℃,且分布不均。
- 比表面小
3~130cm2/kg
- 反应时间稍长 3~8s
化学条件
- 浓度差小,反应速度↓
- 药皮重量系数Kb影响 - 熔池反应是不断更新的
药皮重量系数Kb:单位长度上药皮与焊芯的质量比
熔合比的影响
熔合比:焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。 熔合比的数值取决于焊接方法、规范、接头型式和尺寸、 坡口型式和角度、母材性质、焊接材料种类以及焊条的 倾角。
当母材和填充金属的成分不同时,熔合比对焊缝金 属的成分有很大的影响。 当焊接时无任何金属损失时
C Cb (1)Ce
当焊条金属在焊接过程有损失时
Kb大时,有部分药皮只参与熔 池反应。
假设存在一临界药皮厚度h0,在 h0外的药皮所形成的熔渣不与 熔滴接触,只与熔池发生作用。
综上所述:熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小, 且在整个反应过程中的贡献较小;但在某些情 况下(大厚药皮)熔池反应也有相当大的作用。
焊接工艺条件与化学冶金反应的关系
焊接化学冶金过程与焊接工艺条件有密切关系。改 变焊接工艺条件(焊接方法、焊接规范)必然引起冶金 反应条件(反应物的种类、数量、浓度、温度、反应时 间等)的变化,影响到冶金过程。
熔滴过渡特性的影响
➢ 熔滴阶段
I↑反应时间 t↓;V↑反应 时间t↑
焊接化学冶金系统及其不平衡性
焊接化学冶金系统是一个复杂的高温 多相反应系统。
说明不能直接应用热力学平衡的计算 公式定量分析焊接冶金化学问题,但作为定 性分析还是有益的。
相关文档
最新文档