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1、2.过程设备用焊接材料焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。过程设备制造中最常用的焊接材料为手工电弧焊焊条、自动焊焊丝及焊剂。2．1焊接冶金过程对焊接材料的要求所谓“焊接冶金过程”是指熔化焊时,焊接区金属被加热熔化并与焊接区内各物质之间在高温下相互作用的过程。其中不仅包括化学变化,而且包括物质在作用相之间的迁移和分布过程。这些过程对焊缝金属的成分、性能、焊接缺陷(如气孔、裂缝等)以及焊接工艺性能都有很大影响。各种焊接材料的配制、发展、选用,在很大程度上是根据焊接过程中冶金特点所提出的要求来决定的。因此,了解焊接冶金过程和焊
2、缝金属性能之间的关系,才能正确地选用焊接材料，合理地控制和调整焊缝金属成分和性能,以保证获得质量优良的焊缝。下面以锅炉常用的电弧焊焊接低碳钢为重点来说明焊接冶金的一般规律。2．1．1焊接冶金过程特点焊接冶金过程实质上是金属在焊接条件下的再熔炼过程,它在一定程度上与炼钢过程相似,但又具有下列一些特点：(1)电弧反应区温度高电弧焊时,弧柱温度可达6000℃以上,熔滴温度可达1800-2400℃,熔池平均温度也在1770±100℃左右。在这样高的温度下,工件焊接区局部金属熔化形成熔池,焊条也熔化，通过电弧进入熔池。熔池上部充满大量气
3、体,熔池中有一定量熔渣。在这个高温的焊接区，不仅有气体分子,而且存在受热分解的气体原子及受激发的气态离子。气体的状态不同,在金属中的溶解度也不同。以原子、离子状态存在的气体，其化学活性显著增加,在金属中的溶解度也随之增加。因此,电弧焊时,熔化金属吸收的气体量常常超过它的标准溶解度,从而严重影响焊缝金属的成分和性能。(2)熔池体积小,冷却速度快电孤焊时,熔池体积最大只有30立方厘米,重量不超过100克（铸锭可达儿吨、几十吨），而且熔池周围被冷金属包围,冷却速度较快，平均冷速约为4-100℃/秒,与铸锭冷速相差几千倍[铸锭平均冷速
4、约为（3-150）×10-4℃/秒]。因此,冶金反应时间较短,,有时反应不能达到平衡,化学成分不太均匀,凝固后使合金元素存在偏析现象。液态时金属吸收的气体有时来不及逸出而形成气孔。一些非金属夹杂物也可能来不及浮出而留在焊缝金属中造成缺陷(3)铁水进入熔池的特点电弧煤时，焊条熔化后以滴状进入熔池填充焊缝,因此,熔化金属与气体、熔渣的接触面积比正常炼钢时要大得多。这使冶金反应速度加快,增加合金元素的蒸发、烧损。气体熔入金属的机会也大大增加。除以上特点外,熔池中心和边缘极大的温度梯度还使焊缝柱状晶得到发展。焊接过程中的工艺因素及外界
5、条件,也或多或少会影响焊接冶金反应的进行。2．1．2气体对焊缝金属的影晌焊接区内的气相成分,随焊接方法、工艺参数、药皮或焊剂的种类而变化,主要有O2、N2、H2、CO、CO2、H2O等,其中对焊接质量影响最大的是O2、N2和H2。(1)氧对焊缝金属的影响焊接时氧的来源主要是：①空气中存在的氧；②焊条药皮或焊剂在焊接时析出的氧；③被焊金属表面各种杂质受热分解产生的氧；④母材及焊条金属冶炼过程中冶金反应结果而存在的氧。焊接区内的氧,在电弧高温作用下分解,02→20,当温度为5000k时,其分解度可达96.5%,可见,氧在电弧中主
6、要是以原子状态存在的。而在焊缝金属中以溶解状态及氧化物夹杂(FeO)两种形式存在。焊缝中的氧不论以何种形式存在,对焊缝性能都有很大影响。①随含氧量增加,钢的强度、塑性、韧性全面下降。如图2-1为氧对低碳钢机械性能的影响。图2—1氧对低碳钢机械性能的影响②由于焊缝金属中溶有氧和氧化物夹杂，在晶界上产生金属氧化物与硫化物的共晶体,引起焊缝金属的热脆性。③引起时效硬化,提高脆性转变温度。④使焊缝的抗腐蚀性、导电性、导磁性下降。⑤溶解在熔池中的氧与碳作用,生成不溶于金属的CO,在溶池结晶时,如来不及逸出，就形成气孔。⑥熔滴中含氧量过多
7、,易在焊接时造成飞溅,影响焊接过程稳定进行。⑦使焊缝中有益的合金元素烧损，改变焊缝金属的成分和性能。为了控制焊缝中的含氧量，应加强对焊接过程的保护，选择合适的焊接材料及焊接方法，并注意对焊件的清理工作。（2）氮对焊缝金属的影响焊缝中的氮主要来源于空气。氮能以原子、NO或离子溶于金属中。在碳钢焊缝中,氮是有害的杂质。氮对低碳钢焊缝金属的不利影响主要表现在以下几个方面：图2—2氮对低碳钢机械性能的影响①焊缝中含氮量增加,焊缝强度增高,但塑性和韧性剧烈地降低。因为高温下氮在铁素体内的溶解度高于室温,如在焊接过程中焊缝金属溶入了较多的
8、氮,焊后冷却速度很快,氮来不及逸出,一部分过饱和固溶在铁素体中,还有一部分以针状氮化物(Fe4N)形式逸出，分布在晶界及固溶体内,使焊缝强度、硬度增高，塑性、韧性下降。图2-2表示氮对低碳钢性能的影响。②使焊缝金属产生时效脆性,因为过饱和固溶在铁素体中的氮处于不稳定状态,焊后
