焊接冶金学-焊接化学冶金

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1、第二章焊接化学冶金1第一节焊接化学冶金的特殊性第二节焊接区内气体与金属的作用第三节焊接熔渣对金属的作用第四节焊缝金属的净化与合金化第二章--焊接化学冶金2重点内容1、焊接化学冶金过程特点2、气相对金属的作用（H）3、熔渣的作用性质4、焊接化学冶金的一般规律5、合金过渡问题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。§2-1焊接化学冶金的特殊性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，放在特定的炉中进行。焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当高

2、炉。二者共同点：金属冶炼加工。5不同点：1）原材料不同普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。焊金材料：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6熔池的形成熔池为半椭球，几何尺寸为L=P2IU其中，P2是比例系数，取决于焊接方法和规范。I是焊接电流，U是焊接电压，上式适用于点状热源。789以低碳钢为例光焊丝在空气中无保护下焊接，其结果是：电弧不稳，飞溅严重，气孔多，工艺性能不好焊缝含[0]、[N]量过高。[Mn]、[C]量下降，焊接时合金元素烧损严重机械性能下降。一、焊接区金属的保护1.无保护的危害101、气保护2、渣保护3、气渣联合保护

3、4、真空保护5、自保护2.保护的方式和效果11气保护用于保护熔池和溶滴的气体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是活性的不溶于金属液体的双原子气体(CO2)。12CO2气体CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。CO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分解为CO和O2：CO2＝CO+O2所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。氩气氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳

4、定。氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。13熔渣保护利用焊剂、药芯或药皮熔化形成的熔渣起到保护作用。对于埋弧焊来讲，焊剂及其熔渣的保护效果很好。防止金属氧化和吸气另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射14焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐。焊剂保护的效果形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、

5、夹渣的析出。15渣-气联合保护通过药皮或药芯中的造渣剂和造气剂在焊接过程中形成熔渣和气体而共同起到保护作用。利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮及二氧化碳加药芯。1617真空保护真空度高于0.0133Pa的真空室内进行电子束焊接，保护效果最理想的。18自保护通过化学反应防止氧和氮进入焊缝的冶金保护办法。具体而言，自保护就是通过在焊丝中加入脱氧剂和脱氮剂，使由空气进入熔化金属的氧和氮反应生成氧化物和氮化物，并使其成渣。19二、焊接化学冶金的反应区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

6、些反应。(100-1200℃)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)水分蒸发：100℃吸附水的蒸发，200－400℃结晶水的去除，化合水在更高温度下析出2)某些物质分解:形成Co，CO2，H2O，O2等气体3)铁合金氧化：先期氧化，降低气相的氧化性20212）熔滴反应区指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池特点:１).温度高：1800－2400℃２).与气体、熔渣的接触面积大：1000－10000cm2/kg３).时间短速度快:0.01-0.1s;0.0001-0.001s４).熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.223熔池反应区1）反应速度

7、低熔池T1600～1900℃低于熔滴T；比表面积，接触面积小300～1300cm2/kg；时间长，手工焊3～8秒埋弧焊6～25s2）熔池温度不均匀的突出特点熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应3）具有一定的搅拌作用促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。23熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部。241）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熔池运动状态25三、焊接化学冶