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焊接冶金学共19页文档
从发展趋势看，焊接逐步向高效率、高质量，降低劳动强度，降低能源消耗的方向发展。
焊接能源应当：热量高度集中，可快速实现焊接过程，并保证得到致密而强韧的焊缝和最小的焊接热影响区热源种类电弧热、化学热、电阻热、高频热源、摩擦热、等离子焰、电子束、激光束等等。
焊接过程的热效率热源提供的热量为Q0，有效地用于加热焊件的热量为Q，那一定条件下η是常数，决定于热源性质、焊接工艺方法、焊接材料种类、焊接金属的性质及尺寸形状等。
焊接传热的基本形式:电弧焊条件下，由热源传给焊件主要以辐射和对流为主；母材和焊条获取热量后，以热传导为主。
焊接传热研究内容主要是焊件上的温度变化及其分布。
温度梯度：构件上某点温度最大方向导数。
稳定温度场：焊件上各点的温度不随时间的改变而变。
焊接准稳定温度场：对于正常焊接条件下移动热源，经过一定的时间以后，焊件各点温度虽随时间而变化，但温度能跟随热源一起移动，热源下各点的温度相对保持不变。
加热和熔化焊条的热能：电阻热、电弧热和化学反应热。
电阻加热:电阻加热使焊芯和药皮的温度升高。
焊条金属的熔化: 焊条金属的熔化速度在焊接过程中是不均匀的。
焊条金属平均熔化速度: 单位时间内熔化焊芯的质量或长度，即平均熔化速度，试验表明与焊接电流成正比。
熔敷速度：单位时间内焊接材料进入焊缝金属的质量。
损失系数：飞溅、氧化和金属蒸发损失焊条金属与熔化金属总量之比。
分析可知提高焊条熔化速度的途径：增加电弧在焊条端部析热；提高过渡频率，以细颗粒过渡；在药皮中加入铁粉或其他金属添加剂；适当增加电阻热等研究熔滴过渡的意义：过渡影响焊接过程稳定性、飞溅大小、焊缝成形和缺陷产生；影响高温冶金反应的时间、温度、比表面；调节焊接热输入，影响焊缝结晶、改变热影响区的尺寸和性能；影响焊条金属的溶化速度比表面：熔滴的表面积Fg与其体积Vg或质量之比对低碳钢熔滴平均温度2100～2700K。
电流 I↑，熔滴温度T↑焊条直径Φ↑，T↓熔池的形状、尺寸、温度、存在时间、流动状态对熔池中的冶金反应、结晶方向、晶体结构、夹杂物数量分布、焊接缺陷的产生均有重要影响。
《焊接冶金学——基本原理》教学课件 第四章
4.1.2 熔池结晶的一般规律
试验研究证明,θ角的大小(图4-2)取决于新相晶核与现成表面之间的表
面张力。如果新相晶核与液相中原有现成表面固体粒子的晶体结构越相似,
也就是点阵类型与晶格常数相似,则两者之间的表面张力越小,θ角也越小,那
么形成非自发晶核的能量也越小。 在焊接条件下,熔池中存在两种现成表面:一种是合金元素或杂质的悬浮
熔池金属的结晶与一般金属的结晶基本一样,同样也是形核和晶核长大的过程。 由于熔池凝固的特点,使得熔池结晶过程有着自身的规律。
1.熔池中晶核的形成 由金属学理论可知,生成晶核的热力学条件是过冷度而造成的自由能降低,进行 结晶过程的动力学条件是自由能降低的程度。这两个条件在焊接过程中都是具备 的。 根据结晶理论,晶核有两种:自发晶核和非自发晶核。但在液相中无论形成自发 晶核或非自发晶核都需要消耗一定的能量。在液相中形成自发晶核所需的能量EK 为
式中 σ——新相与液相间的表面张力系数; ΔFv——单位体积内液-固两相自由能之差。
研究表明,在焊接熔池结晶中,非自发晶核起了主要作用。在液相金属中有非自 发晶核存在时,可以降低形成临界晶核所需的能量,使结晶易于进行。
在液相中形成非自发晶核所需的能量E'K为
4.1.2 熔池结晶的一般规律
式中 θ——非自发晶核的浸润角(见图4-2)。 由式(4-3)可见,当θ=0°时,EK=0,说明液相中有大量的悬浮质点和某些现成表面。 当θ=180°时,E'K=EK,说明液相中只存在自发晶核,不存在非自发晶核的现成表面。 由此可见,当θ=0°~180°时,E'K/EK=0~1,这就是说在液相中有现成表面存在时,将会 降低形成临界晶核所需的能量。
工业上用的金属大多是合金,即使是纯金属,也不是理论上的那么纯。合 金的结晶温度与成分有关,先结晶与后结晶的固液相成分也不相同,造成固-液 界面一定区域的成分起伏。因此合金凝固时,除了由于实际温度造成的过冷 之外(温度过冷),还存在由于固-液界面处成分起伏而造成的成分过冷。所以 合金结晶时不必需要很大的过冷就可出现树枝状晶,而且随着不同的过冷度, 晶体成长会出现不同的结晶形态。
共需8学时-精选文档
第2章 焊接化学冶金
焊接冶金学-基本原理
主讲:惠增哲 王喜锋
西安工业大学材化学院 2012年9月
共需8学时
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
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
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。
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损失系数： 损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比，称为～ Ψ =(G-GD)/G=(gM-gD)/gM=1-α H/α P α H=(1-Ψ ) α P
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焊接冶金学--基本原理
（3） 焊条金属熔滴及过渡特性 a）熔滴的过渡形式
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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
焊条金属平均熔敷速度： 单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分金属的质量称～ GD gD H I t
gD——焊条金属的平均熔敷速度（g/h) GD——熔敷到焊缝金属中的金属质量（g） αH——焊条的平均熔敷系数（g/(A· h)）
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第10讲焊接冶金学(3)
30
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⑶ 氮的控制 ① 加强焊接区的保护 氮来自空气，故控制氮的主要措施是加强对焊接 区的保护，防止空气与液态金属发生接触。目前生 产上对焊接区的保护措施主要有：气体保护、熔渣 保护、气渣联合保护和抽真空等。
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23
下表为用不同焊接方范焊接低碳钢时焊缝的含 氮量，说明了各自氮的保护效果。
焊条药皮的保护作用，在很大程度上取决于药 皮的成分和数量。
有利于氮的逸出。
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图 合金元素1600℃下对氮在 铁中的溶解度的 影响
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本讲小结
气体的来源与产生 气体分解 氮在金属中的溶解 氮对焊接质量的影响 氮的控制
30
30
30
4
⑵ 气体的产生
焊接区内的气体除了外界侵入或人为直接输入 气体外，一般都是通过如下物化反应产生：
① 有机物的分解和燃烧 如焊条药皮中常用的淀粉、纤维素、糊精等有 机物作通气剂和增塑剂，受热后将发生热氧化分解 反应，产生CO、CO2、 H2和水气等气体。
30
5
② 碳酸盐和高阶氧化物的分解
在焊接冶金中常使用碳酸盐，如CaCO3、 MgCO3等，用来造气和造渣，也有利于稳定电弧。 当加热超过一定温度时，就开始发生分解，产上 CO2气体。
第三章 焊接冶金学
第10讲
30
1
上讲回顾
焊接熔渣的作用 熔渣的结构 熔渣的碱度 熔渣的物理性能：粘度、表面张力、
熔点、导电性
30
2
3.3 氮、氢对金属的作用
焊接时，焊接区内气相成分重要有CO、 CO2 、 H2O、N2、H2、O2 、金属和熔渣的蒸气以及 它们的分解物和电离物等。
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9
2. 气体分解 焊接区内的气体是以分子、原子及离子等状
焊接冶金学.
焊接冶金学（基本原理）李慕勤佳木斯大学材料工程学院二000年3月15日结论一、焊接过程的物理本质1、焊接定义被焊工件的材质通过加热或加压或二者并用，用或不用添充材料，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称为焊接。
定义掌握三个要点：一是材料，可以是金属、非金属；可以是同种材料、异种材料。
二是达到原子间的结合。
三是永久性。
2、金属连接的障碍1）金属表面只有个别微观点接触；2）材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污物、锈等。
3、解决的方法1）加热加热到熔化状态——熔化焊2）加压（加热或不加热）——压力焊4、分类1）冶金角度分：液相焊接：指熔化焊，利用热源加热侍焊部位，使之发生熔化，利用液相的相溶，达到原子间的结合。
它包括电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。
固相焊接：指压力焊，是焊接时必须使用压力，使待焊部位的表面在固态下达到紧密接触，并使待焊表面的温度升高（一般低于材料的熔点），通过调解温度、压力和时间，造成接头处材料进行扩散，实现原子间的结合。
它包括电阻焊、磨擦焊、超声波焊等。
固-液相焊接：待焊表面并不直接接触，通过两者毛细间隙中的中间液相联系。
在待焊的同质或异质材质固态母材与中间液相之间存在两个固-液界面，由于固液相间能充分进行扩散，可实现原子间的结合。
2）从焊接方法上分：一是熔化焊：a、电弧焊：手工电弧焊、埋弧焊、气电焊。
b、气焊c、电渣焊d、等离子焊e、真空电子束焊f、激光焊二是压力焊：a、磨擦焊、b、接触焊：点焊、对焊、闪光焊、缝焊等。
c、超声波焊d、扩散焊三是钎焊：真空钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。
二、焊接热源种类及其特性1、热源的发展上个世纪80年代发现碳弧焊；1891年金属极电弧焊；本世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；30年代，厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；40年代，埋弧焊和电阻焊；50年代，CO2气体保护焊和电渣焊；60年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；70年代，激光焊焊接与切割；80年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；90年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。
《焊接冶金学——基本原理》教学课件 第七章
附近;第二类是与液态薄膜无关的热裂纹,对应图7-2中的Ⅱ区,位于奥氏体
再结晶温度TR附近。
7.2 焊接热裂纹
1. 焊接热裂纹的一般条件
(1)结晶裂纹 产生在焊缝中,是在结晶过程中形成的。结晶裂纹主要 产生在单相奥氏体钢、镍基合金、铝合金,以及含杂质较多的碳钢和低合 金钢中。
(2)高温液化裂纹 产生在近缝区或多层焊的层间,是由于母材含有较 多的低熔点共晶,在焊接热源的高温作用下晶间被重新熔化,在拉应力作用 下沿奥氏体晶界发生的开裂现象。图7-4所示为因科镍合金大刚度拘束试 板根部产生的高温液化裂纹
7.2 焊接热裂纹
1. 焊接热裂纹的一般条件
(3)多边化裂纹 产生在焊缝或热影响区,是当温度降到固相线稍下的 高温区形成的。它是由于在较高的温度和一定的应力条件下,晶格缺陷(位 错和空位)迁移和聚集,形成二次边界,即所谓“多边化边界”。
7.2 焊接热裂纹
1. 焊接热裂纹的一般条件
图7-2 形成焊接热裂纹的“脆 性温度区间”示意图
7.2 焊接热裂纹
1. 焊接热裂纹的一般条件
图7-2所示为温度对延性影响的示意图,可见存在延性最低的温度区间, 这个温度区间即为易于促使产生焊接热裂纹的所谓“脆性温度区间”。由 图7-2可见,有两个延性较低的温度区间,与此相对应,可以见到两类焊接热
焊接冶金学基本原理
目录
7.1 焊接裂纹的危害及分类 7.2 焊接热裂纹 7.3 焊接冷裂纹 7.4 再热裂纹
目录
7.5 层状撕裂 7.6 应力腐蚀裂纹 7.7 焊接裂纹诊断的一般方法
引言
焊接裂纹是在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下,材料的原子结合 遭到破坏,形成新界面而产生的缝隙。焊接裂纹具有尖锐的缺口和长宽比 大的特征。近年来随着机械、能源、交通、石油化工等工业部门的发展, 各种焊接结构也日趋大型化、高参数化,有的焊接结构还需要在高温、深 冷以及强腐蚀介质等恶劣环境下工作。各种低合金高强度钢,以及低温、 耐热、耐蚀、抗氢等专用钢得到广泛应用。焊接裂纹正是这些焊接结构生 产中经常遇到的一种危害最严重的焊接缺欠,常发生于焊缝和热影响区。 焊接裂纹直接影响焊接部件及焊接结构的质量与安全性,甚至能造成灾难 性事故。因此,控制焊接裂纹就成了焊接技术中急需解决的首要课题。
焊接冶金学(基本原理)课后习题
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。
5.焊剂的作用有哪些？
隔离空气、保护焊接区金属使其不受空气的侵害，以及进行冶金处理作用。
6.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？
见课本p3 ：热源种类
7.焊接电弧加热区的特点及其热分布？（详见：焊接冶金学（基本原理）p4）
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。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，如果再进一步分析时，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区；
P:磷的危害: 在熔池快速凝固时，磷易发生偏析。磷化铁常分布于晶界，减弱了晶粒之间的结合力，同时它本身既硬又脆。这就增加了焊缝金属的冷脆性，即冲击韧度降低，脆性转变温度升高。
控制磷的措施：1）限制母村、填充金属、药皮和焊剂中的含s量； 2）增加熔渣的碱度；3）脱磷
22.氢对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氢量的主要措施是什么？
1)活性斑点区 活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能；
2)加热斑点区 在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。
8.什么是焊接，其物理本质是什么？
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。
焊接冶金学基本原理【打印版】
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。
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。
第一章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。
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。
熔合比：焊缝金属中，局部熔化的母材所占的比例。
熔滴的比表面积:表面积与质量之比2）熔滴过渡的形式：短路过渡、颗粒状过渡和附壁过渡。
3）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。
4）焊接过程中对金属的保护的必要性：（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。
5）手工电弧焊时的反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。
《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
焊接冶金学基本原理
焊接冶金学基本原理1.第一章1、氮对焊接质量的影响?(1).有害杂质(2).促使产生气孔(3).促使焊缝金属时效脆化。
影响焊缝含氮量的因素及控制措施? 1）、机械保护2)、焊接工艺参数（采用短弧焊;增加焊接电流; 直流正接高于交流，高于直流反接（焊缝含N量）; 增加焊丝直径;N%，多层焊>单层焊;N%，小直径焊条>大直径焊条3)合金元素( 增加含碳量可降低焊缝含氮量;Ti、Al、Zr和稀土元素对氮有较大亲和力2.、氢对焊接质量的影响?1）.氢气孔2)、白点3)、氢脆4)、组织变化和显微斑点5)、产生冷裂纹控制氢的措施?1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分2)、严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分3)、冶金处理4)、调整焊接规范5)、焊后脱氢处理3、氧对焊接质量的影响?1）、机械性能下降；化学性能变差2）、产生CO气孔,合金元素烧损3）、工艺性能变差应采取什么措施减小焊缝含氧量?1)纯化焊接材料2)控制焊接工艺参数3)脱氧4.CO2保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝，为什么？答：采用高锰高硅焊丝，原因:(1)Mn,Si被烧损;(2)Mn，Si联合脱氧。
5.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？答：L=(FeO)/[FeO] T↑L↓，焊接温度下L>1同样温度下，FeO在碱性渣中比酸性渣中更容易向金属中分配在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多。
然而碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低碱性焊条药皮的氧化势小的缘故6为什么焊接高铝钢时，即使焊条中不含SiO2，只是由于水玻璃作粘结剂焊缝还会严重增硅？1)焊接电弧的弧定性(稳弧性) 2)表面成型3)在各种位置焊接适应性4)脱渣性5)飞溅6)焊条的熔化速度7)药皮发红问题8)焊条发尘量2,低氢型焊条为什么对铁锈、油污、水份很敏感？同样温度下，FeO在碱性渣中比酸性渣中更容易向金属中分配在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多碱性渣含SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO 活度大，易向金属中扩散，使焊缝增氧➢第三章1.试述氢气孔和CO气孔的形成原因，特征以及防止措施：答: 氢气孔形成原因:高温时氢在熔池和熔滴金属中的溶解度急剧下降，特别是液态转为固态时，氢的溶解度发生突变，可从32ml/100g下降至10ml/100g。
焊接冶金[x
焊接冶金学（基本原理）李慕勤佳木斯大学材料工程学院二000年3月15日结论一、 焊接过程的物理本质1、焊接定义被焊工件的材质通过加热或加压或二者并用，用或不用添充材料，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称为焊接。
定义掌握三个要点：一是材料，可以是金属、非金属；可以是同种材料、异种材料。
二是达到原子间的结合。
三是永久性。
2、金属连接的障碍1）金属表面只有个别微观点接触；2）材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污物、锈等。
3、解决的方法1）加热加热到熔化状态——熔化焊2）加压（加热或不加热）——压力焊4、分类1）冶金角度分：液相焊接：指熔化焊，利用热源加热侍焊部位，使之发生熔化，利用液相的相溶，达到原子间的结合。
它包括电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。
固相焊接：指压力焊，是焊接时必须使用压力，使待焊部位的表面在固态下达到紧密接触，并使待焊表面的温度升高（一般低于材料的熔点），通过调解温度、压力和时间，造成接头处材料进行扩散，实现原子间的结合。
它包括电阻焊、磨擦焊、超声波焊等。
固-液相焊接：待焊表面并不直接接触，通过两者毛细间隙中的中间液相联系。
在待焊的同质或异质材质固态母材与中间液相之间存在两个固-液界面，由于固液相间能充分进行扩散，可实现原子间的结合。
2）从焊接方法上分：一是熔化焊：a、电弧焊：手工电弧焊、埋弧焊、气电焊。
b、气焊c、电渣焊d、等离子焊e、真空电子束焊f、激光焊二是压力焊：a、磨擦焊、b、接触焊：点焊、对焊、闪光焊、缝焊等。
c、超声波焊d、扩散焊三是钎焊：真空钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。
二、 焊接热源种类及其特性1、热源的发展上个世纪80年代发现碳弧焊；1891年金属极电弧焊；本世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；30年代，厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；40年代，埋弧焊和电阻焊；50年代，CO2气体保护焊和电渣焊；60年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；70年代，激光焊焊接与切割；80年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；90年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。
焊接冶金学——基本原理
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焊接冶金学——基本原理
1.4 焊接热循环 weld thermal cycle
➢ 焊接热循环的主要参数
① 加热速度 ② 加热的最高温度 ③ 在相变温度以上的停留时间 ④ 冷却速度或冷却时间
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•焊接热循环的参数
焊接冶金学——基本原理
1.4 焊接热循环 weld thermal cycle
化问题。
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焊接冶金学——基本原理
1.1 焊接过程分析
Ø 焊接过程
– 热源加热→熔化→冶金反应→
•加热过程
结晶→固态相变→接头（冷却而形成）
Ø 焊接热过程的特点
1. 局部性——加热和冷却过程极不均匀 2. 瞬时性——1800K/s 3. 热源是运动的 4. 焊接传热过程的复合性
•冷却过程
焊接冶金学——基本原理
1.2 焊接热源 welding heat source
➢ 热源在焊件上的分布
➢ 热流密度的分布
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•q:电弧的有效功率 •qm:加热斑点中心的最大比热流
•dH:回执斑点直径
•加热斑点的比热流分布---立体高斯锥体
焊接冶金学——基本原理
1.2 焊接热源 welding heat source
1.3 焊接温度场 field of weld temperature
➢ 焊条电弧焊时，焊接 电弧做为热源，对焊 条和母材进行加热
•焊接熔池形状示意图
➢ 在焊接热源作用下， 母材上所形成的具有 一定几何形状的液态 金属部分称为熔池
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焊接冶金学——基本原理
1.3 焊接温度场 field of weld temperature
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。
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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～。
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焊接冶金学--基本原理
(机械)(焊接)焊接冶金学(基本原理)习题.docx
焊接冶金学（基本原理）习题绪论1 •试述焊接、钎焊和粘接在木质上有何区别？2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？7•什么是焊接，其物理本质是什么？8 •焊接冶金研究的内容有哪些第一章焊接化学冶金1.焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主耍有哪些不同？2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？3•焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？6•手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？7.氢对焊接质量有哪些影响？8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？9.综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。
10.今欲制造超低氢焊条（［H］〈lcn）7100g），问设计药皮配方时应采取什么措施？11.氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？12•保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？13•在焊接过程屮熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？14.测得熔渣的化学成分为:Ca041. 94%、28. 34%、23. 76%、FeO5. 78%、7. 23%、3. 57%、MnO3.74%、4. 25%,计算熔渣的碱度和,并判断该渣的酸碱性。
15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FcO,熔池的平均温度为1700°C,问在该温度下平衡时分配到熔池屮的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池屮的FeO 量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？17•为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？18.综合分析熔渣中的CaF?在焊接化学冶金过程是所起的作用。
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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。
4） 高频感应热：对于有磁性的金属 材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。
如高频焊管等。
5） 摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。
6） 等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。
7） 电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。
8） 激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。
三、熔焊加热特点及焊接接头的形成（一）焊件上加热区的能量分布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。
对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区；1)活性斑点区 活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能；2)加热斑点区 在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。
在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体.（二）焊接接头的形成：熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。
（l ）焊接热过程 ： 熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。
它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。
、管路敷设技术通过管线敷设技术，不仅可以解决吊顶层配置不规范问题，而且可保障各类管路习题到位。
在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。
管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。
线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。
、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。
对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
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因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。
对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
（2）焊接化学冶金过程： 熔焊时，金属、熔渣与气相之间进行一系列的化学冶金反应，如金属氧化、还原、脱硫、脱磷、掺合金等。
这些冶金反应可直接影响到焊缝的成分、组织和性能。
（提高焊缝的强韧性：1 通过焊接材料向焊缝中加入微量合金元素（如 Ti 、Mo 、Nb 、V 、Zr 、B 和稀土等）进行变质处理，从而提高焊缝的韧性；2 适当降低焊缝中的碳，并最大限度排除焊缝中的硫、磷、氧、氮、氢等杂质进行净化焊缝，也可提高焊缝的韧性）（3）焊接时的金属凝固结晶和相变过程： 随着热源离开，经过化学冶金反应的熔池金属就开始凝固结晶，金属原子由近程有序排列转变为远程有序排列，即由液态转变为固态。
对于具有同素异构转变的金属，随温度下降，将发生固态相变。
因焊接条件下是快速连续冷却，并受局部拘束应力的作用，因此，可能产生偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹、脆化等缺陷。
故而控制和调整焊缝金属的凝固和相变过程，就成为保证焊接质量的关键。
由此看来，焊接接头是由两部分所组成，即焊缝和热影响区，其间有过渡区，称为熔合区。
焊接时除必须保证焊缝金属的性能之外，还必须保证焊接热影响区的性能。
四、焊接温度场：（一）焊接传热的基本形式：在熔焊的条件下，由热源传热给焊件的热量，主要是以辐射和对流为主，而母材和焊条（焊丝）获得热能之后，热的传播则是以热传导为主。
焊接传热过程所研究的内容主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变化何题，因研究焊接温度场，是以热传导为主，适当考虑辐射和对流的作用。
（二）焊接温度场的一般特征：焊接时焊件上各点的温度每一瞬时都在变化，而且是有规律地变化。
焊件上（包括内部）某瞬时的温度分布称为“温度场。
焊接温度场的分布情况可以用等温线或等温面表示。
所谓等温线或等温面，就是把焊件上瞬时温度相同的各点连接在一起，成为一条线或一个面。
各个等温线或等温面彼此之间不能相交，而存在一定的温度差，这个温度差的大小可以用温度梯度来表示。
焊接温度场各点的温度不随时间而变动时，称为稳定温度场；随时间而变动时，称为非稳定温度场。
在绝大多数情况下，焊件上各点的温度是随时间变动的，因此焊接温度场应属非稳定温度场。
恒定热功率的热源固定作用在焊件上时（相当于补焊缺陷的情况），开始一段时间内，温度是非稳定的．但经过一段时间之后便达到了饱和状态，形成了暂时稳定的温度场（即各点的温度不随时间而变），把这种情况称为准稳定温度场。
对于正常焊接条件下的移动热源，经过一定时间之后，焊件上同样会形成准稳定温度场，这时焊件上各点温度虽然随时间而变化，但各点以固定的温度跟随热源一起移动，也就是说，这个温度场与热源以同样的速度跟踪。
如果采用移动坐标系，坐标原点与热源中心重合，则焊件上各点的温度只取决于这个系统的空间坐标，而与热源的移动距离和速度无关。
（三）影响温度场的因素： （l ）热源的性质: 一般电弧焊的条件下， 25mm 以上的钢板就可以认为是点状热源，而 100mm 以上的厚钢板电渣焊时却是线状热源。
电子束和激光焊接时，热能极其集中，所以温度场的范围很小；而气焊时，热源作用的面积较大，因此温度场的范围也大。
（2）焊接线能量 （3）被焊金属的热物理性质（ l 热导率：表示金属导热的能力，它的物理意义是在单位时间内，沿法线方向单位距离相差 l ℃ 时经过单位面积所传递的热能。
2 比热容： 1克物质每升高1℃所需的热谓之比热容。
3 容积比热容:单位体积物质每升高 1 ℃ 所需的热量称为容积比热容，用 c ρ 表示。
4 ）热扩散率：热扩散率是表示温度传播的速度。
5 热焓（ H ）单位物质所具有的全部热能，它与温度有关。
6 表面散热系数：表面散热系数的物理意义是散热体表面与周围介质每相差 1 ℃ 时，在单位时间内单、管路敷设技术通过管线敷设技术，不仅可以解决吊顶层配置不规范问题，而且可保障各类管路习题到位。
在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。
管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。
线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。
、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。
对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。