焊接化学冶金1

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通过改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分
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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。
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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
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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
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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
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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、
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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）
●例熔如池中，的在强熔烈池运的动，头有部助发于生加快金反属应的速熔度化，并，为气气体体的和吸非金 属收夹，杂物并的有外利逸于创吸造热了有反利应条进件行。；而在熔池的尾部却 发生金属的凝固，气体的逸出，并有利于放热反 应的进行(如金属的氧化)。
(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
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3. 熔池反应阶段
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。 ▲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。
➢ 为提高焊缝金属的质量，必须尽量减少焊缝金属中有害杂 质的含量和有益合金元素的损失，使焊缝金属得到合适的 化学成分。
➢ 对焊接区内的金属加强保护，以免受空气的有害作用—— 焊接化学冶金的首要任务
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➢ 保护的方式 1） 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
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三、焊接参数与焊接化学冶金反应关系
➢ 1.影响熔合比 ➢ 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。
一般来说，熔合比随焊接电流增加而增加，随电弧电压、焊接速度 的增加而减小。
焊缝金属中合金元素B的含量与熔合比的关系为
柱区时间很短。在这个区各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。
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3. 熔池反应阶段（反应速度比熔滴阶段小）
1 ）熔池反应区的物理条件 ●与熔滴相比，熔池的平均温度较低，约为1600~1900℃；
➢熔合比 ➢熔滴过渡特性
➢复杂的高温多 相系统 ➢三个相互作用 的相：液态金属、 熔渣和电弧气氛 ➢焊接区的不等 温条件排除了整 个系统平衡的可 能性
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一、焊接时焊缝Байду номын сангаас属的保护
➢ 熔化金属与周围的空气会发生激烈的相互作用，使焊缝金 属中氧和氮含量显著增加。光焊丝焊接时，[N]增加 20~45倍，[O]增加7~35倍，[Mn]、[C]蒸发、氧化损失 易产生气孔，导致塑性韧性下降,不实用
3.1 焊接化学冶金过程的特点
保护
分阶段
工艺条件
不平衡
➢焊接过程必须 对焊接区的金属 进行保护
➢以减少有害杂 质的含量和有益 合金元素的损失 ➢使焊缝金属的 到合适的化学成 分
➢焊接化学冶金 分区域连续进行
➢各区的反应条 件也有较大差异
➢影响到各区反 应进行的可能性、 方向、速度和限 度
➢改变焊接工艺 条件必然引起冶 金反应条件的变 化，也就影响到 冶金反应的过程
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” 。