焊接研究优秀PPT.ppt

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1、化工机械研究所第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所第2章焊接化学冶金过程第2章焊接化学冶金过程2.1焊缝金属的构成2.2焊接化学冶金过程2.3焊接熔渣2.4氢、氮对熔池金属的作用2.5焊缝金属的氧化与还原2.6焊缝金属的脱硫、脱磷2.7焊缝金属的合金化化工机械研究所2.1焊缝金属的构成焊缝金属的构成焊件经焊接后所形成的结合部分称作焊缝。焊缝金属是由熔化的母材与填充金属组合而成。一、焊条的加热与熔化二、母材的熔化与熔池三、焊缝金属的熔合比第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所1焊条的加热电焊时，焊条的熔化热量有电焊时，焊条的熔化热量有3个部分组成：个部分组成：a）焊接电弧传给焊条的热量；（主要热源

2、）b）焊接电流通过焊芯产生的电阻热；c）化学冶金反应产生的反应热.一焊条的加热与熔化焊条的加热与熔化第2章焊接化学冶金过程1)电弧加热焊条的特点：2)电阻加热的特点3）焊条加热温度的限制化工机械研究所2焊条金属的熔化速度1）平均熔化速度VmVm=m/t2）熔化系数apvm=apIap=m/It3）熔敷系数aHaH=mH/It4）飞溅率 =(m-mH)/m=1-aH/ap第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所第2章焊接化学冶金过程3焊条金属的过渡特性1）熔滴过渡参数焊条金属熔化后，只有一小部分（100，水分起先蒸发；（2）200250，药皮中有机物（木粉、纤维素、淀粉等）起先分解，折出CO2和H2

3、等气体；（3）300400，药皮内一些组成物（如白泥、白云母、滑石）中结晶水和化合水起先蒸发；（4）温度接着上升，药皮中的碳酸盐发生分解，产生大量的CO2、O2等第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2熔滴反应区特点：（1）温度高，接近焊芯材料的沸点，2800，是焊接区最高部分。（2）比表面积大：可达100010000cm2/kg，熔滴金属与气体和熔渣的接触面主动大。（3）反应时间短：熔滴在焊条末端停留的时间仅为0.010.1秒，经过弧柱区的时间仅0.00010.001秒。（4）熔滴金属与熔渣混合程度高：（5）熔滴反应区是焊接冶金反应最为激烈的部位。主要物理化学反应有：金属的蒸发、气体的分解和溶

4、解、氧化物的分解、金属及其合金成分的氧化、还原。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所3.熔池反应区特点：1）与熔滴反应区相比，温度略低，16001900；2）比表面积较小，约3130cm2/kg；3）反应时间稍长，几秒至几十秒，电弧焊38秒；4）温度分布不匀整：在熔池的头部和尾部，反应可以同时向相反方向进行，熔池的头部处于升温阶段，发生金属的熔化，气体的吸取，吸热。熔池的尾部处于降温阶段，发生气体逸出及金属的凝合、放热；5）反应过程不仅在液态金属与气、渣界面上进行，而且也在液态金属与固态金属和液态熔渣的界面上进行。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2.3 焊接熔渣焊接熔渣 熔渣是指焊接过程中

5、焊条药皮或焊熔渣是指焊接过程中焊条药皮或焊剂熔化后，在熔池中参与化学反应而形剂熔化后，在熔池中参与化学反应而形成覆盖于熔池表面的熔融状非金属物质。成覆盖于熔池表面的熔融状非金属物质。熔渣在焊接区形成独立的相。熔渣在焊接区形成独立的相。一、熔渣的作用、成分和分类一、熔渣的作用、成分和分类 二、熔渣的结构理论二、熔渣的结构理论 三、熔渣的碱度三、熔渣的碱度 四、熔渣的物理性能四、熔渣的物理性能 第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所一、熔渣的作用、成分和分类1熔渣在焊接过程中的作用1）机械爱护作用2）改善焊接工艺性能作用3）冶金处理作用2熔渣的成份与分类（1）盐类熔渣（2）盐氧化物型熔渣（3）氧化物

6、型熔渣第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所二熔渣的结构理论1 分子理论分子理论：分子理论是以对焊渣（凝固后的熔渣）进行相分析和化学成份分析的结果为依据。2 离子理论：离子理论：熔渣的离子理论不否认凝固后的焊渣中有各种氧化物和复合物，但认为构成熔渣的基本质点不是中性分子，而是离子。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所三熔渣的碱度1定义碱度是表征熔渣碱性强弱的一个量。2氧化物分类 酸性氧化物酸性氧化物：SiO2，TiO2，P2O5，V2O5(由强至弱)碱性氧化物碱性氧化物：K2O，NaO，CaO，MnO，FeO（由强至弱）两性氧化物两性氧化物：Al2O3，Fe2O3，Cr2O3，V2O3，既可是酸

7、性也可是碱性第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所3 熔渣碱度的计算熔渣碱度的计算a)按分子理论计算按分子理论计算B1=碱性氧化物物质的量（碱性氧化物物质的量（mol）酸性氧化物物质的量酸性氧化物物质的量(mol)第2章焊接化学冶金过程b）IIW化工机械研究所四焊接熔渣的物理性能1.熔渣的熔点2.粘度3.密度4.表面张力5.线膨胀系数第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2.4氢、氮对熔池金属一焊接区内气体的来源与组成1.来自于焊接材料2.来自于热源四周空气3.来自于焊丝和母材表面的杂质4.来自于高温蒸发产生的气体因此，焊接的金属与气体的作用可归结为氢、氮、氧的作用。第2章焊接化学冶金过程化工机械

8、研究所二二氢对熔池金属的作用氢对熔池金属的作用1.氢在金属中的熔解2.氢的扩散3.氢对焊接质量的影响（2）白点白点：第2章焊接化学冶金过程(1）氢脆性氢脆性：（3）气孔气孔：（4）冷裂纹冷裂纹：化工机械研究所4限制氢的措施（1）限制焊接材料中氢的来源：焊接材料中的有机物和各形式的水分是焊缝中氢的主要来源。（2）清除焊件和焊丝表面的杂质：（3）冶金处理：（4）限制焊接参数：（5）焊后脱氢处理：第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所三、氮对熔池金属的作用焊接区四周的空气是气相中氮的主要来源。Fe、Ti、Mn、Cr等金属，既能溶解氮，又能与氮形成氮化物，在焊接这类材料时必需设法防止氮的有害作用。而铜、

9、镍等金属，既不溶解氮，又不形成氮化物，故焊接这一类金属可用氮作为爱护气体。1.氮在金属中溶解（1）氮以原子形式溶入（主要形式）（2）氮以NO形式溶入（3）氮以离子形式溶入第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2.氮对焊缝质量的影响（1）形成气孔：（2）降低焊缝金属的力学性能：（3）时效脆性：第2章焊接化学冶金过程3.限制氮的措施（1）加强机械的爱护：（2）选择合理的焊接参数：（3）限制焊丝金属的化学成分：化工机械研究所2.5焊缝金属的氧化与还原氧化还原反应是贯穿焊接化学冶金过程的基本反应。在焊接各个阶段，氧化性气体、氧化性熔渣、焊件坡口与焊丝表面的氧化物等对金属有氧化作用。因此，须要实行措施防止

10、氧进入焊缝金属。氧的溶解:氧在金属铁中的溶解度与温度有关。温度越高，溶解度越大。在1600以上时，氧溶解度wo=0.3%；在铁凝固时，氧溶解度wo=0.16%；由Fe转变为Fe时，氧溶解度wo=0.05%。在室温，氧几乎不溶于金属铁。氧在焊缝中大都以氧化物夹杂的形式存在。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所一、气相对焊缝金属的氧化1.自由氧对焊缝金属的氧化2.对焊缝金属的氧化3.H2O对焊缝金属的氧化4.混合气体对焊缝金属的氧化气相非单一气体，而是多种混合气体，还应考虑气体之间的相互作用。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所二、熔渣对焊缝金属的氧化主要探讨焊接熔渣和焊件表面氧化物对焊缝金属的氧

11、化。1.扩散氧化2.置换氧化3.焊件表面氧化物对焊缝金属的氧化4.氧对焊缝质量的影响第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所1、扩散氧化qFeO由熔渣向焊缝金属扩散，使焊缝增氧的过程称作扩散氧化。（FeO）FeOqFeO既溶于渣，又溶于液态金属铁。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2、置换氧化q焊缝金属与熔渣中易分解的氧化物发生置换反应而被氧化的过程，叫置换氧化。q反应结果使得焊缝中金属增加了Mn、Si，同时使铁氧化，生成的FeO部分进入熔渣，部分熔于焊缝，使焊缝增氧。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所4、焊接时氧的主要来源、焊接时氧的主要来源空气中存在的氧；空气中存在的氧；焊条药皮或焊剂在焊

12、接时析出的氧；焊条药皮或焊剂在焊接时析出的氧；被焊金属表面各种杂质受热分解产生的氧；被焊金属表面各种杂质受热分解产生的氧；母材及焊缝金属冶炼过程中冶金反应结果而存在母材及焊缝金属冶炼过程中冶金反应结果而存在的氧。的氧。氧在电弧中主要是以原子状态存在，而在焊缝金氧在电弧中主要是以原子状态存在，而在焊缝金属中以溶解状态及氧化物夹杂（属中以溶解状态及氧化物夹杂（FeO）两种形）两种形式存在。式存在。为了限制焊缝中的含氧量，应加强对焊接过程的为了限制焊缝中的含氧量，应加强对焊接过程的爱护，选择合适的焊接材料及焊接方法，并留爱护，选择合适的焊接材料及焊接方法，并留意对焊件的清理。意对焊件的清理。第2章焊

13、接化学冶金过程化工机械研究所5、氧对焊缝质量的影响、氧对焊缝质量的影响（1）随着含氧量的增加，钢的强度、塑性、韧性）随着含氧量的增加，钢的强度、塑性、韧性全面下降；全面下降；（2）由于焊缝金属中溶有氧和氧化物杂质，在晶）由于焊缝金属中溶有氧和氧化物杂质，在晶界上产生氧化物与硫化物的共晶体，引起焊缝金界上产生氧化物与硫化物的共晶体，引起焊缝金属的热脆性。属的热脆性。（3）引起时效硬化，提高脆性转变温度。）引起时效硬化，提高脆性转变温度。（4）溶解在熔池中的氧与碳作用，生成不溶于金）溶解在熔池中的氧与碳作用，生成不溶于金属的属的CO，在熔池结晶时，如来不及逸出，就形成，在熔池结晶时，如来不及逸出，

14、就形成气孔。气孔。（5）熔滴中含氧量过多，易在焊接时造成飞溅，）熔滴中含氧量过多，易在焊接时造成飞溅，影响焊接过程稳定进行。影响焊接过程稳定进行。（6）使焊缝中有益的合金元素氧化烧损，变更焊）使焊缝中有益的合金元素氧化烧损，变更焊缝金属的成分和性能。缝金属的成分和性能。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所三焊缝金属的脱氧氧的主要来源不是空气，而是焊条药皮与焊剂的原材料及爱护气体，限制氧的措施,主要实行冶金处理进行脱氧。1沉淀脱氧通过焊丝或药皮加入某种元素，使它本身在焊接过程中被氧化,从而爱护被焊金属及其合金元素不被氧化的过程。事实上是利用与氧的亲和力比铁的大的元素与熔池中的FeO作用，使Fe还

15、原。脱氧产物进入熔渣。可见，沉淀脱氧与置换氧化互逆。把进行脱氧的合金元素称之为脱氧剂。脱氧剂以纯金属或合金形式加在焊条药皮或焊剂中。（1）Mn的脱氧（2）硅的脱氧（3）硅锰联合脱氧第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2 扩 散 脱 氧 是 扩 散 氧 化 的 逆 过 程。依据安排定律,进行脱氧关键是要不断削减熔池中的FeO浓度。强酸性氧化物SiO2、TiO2可与FeO生成复合物，渣中FeO削减，到使熔池中FeO不断向渣中扩散。低氢型和钛型焊条金属的含氧量较低，脱氧效果较好。（见图）酸性熔渣更有利于进行扩散脱氧。但由于碱性药皮中FeO含量严格限制，所以，碱性焊条焊缝含氧量远远小于酸性焊条焊缝含氧

16、量。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2.6焊缝金属的脱硫、脱磷一、脱硫1.硫的危害及存在形式硫是焊缝金属中有害杂质之一，主要来自于母材、焊丝、药皮或焊剂的原材料。硫的存在形式（1）MnS几乎不溶于液态铁，在焊接冶金过程中可进入浮到熔渣中，使焊缝脱硫。(2）当S以FeS的形式存在时是最有害的。（3）在高镍合金钢焊接时形成NiS，一般限制Ws0.035（低碳钢）；Ws0.025（合金钢）第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2.限制硫的措施（1）限制焊接材料中的含硫量：母材、焊丝、药皮（关键措施）（2）用冶金方法脱硫用锰作脱硫剂，生成硫化物（不溶于液态金属）:或碱性氧化物脱硫:MnS、CaS干脆

17、进入熔渣。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所二、脱磷二、脱磷1.磷的危害及存在形式磷的危害及存在形式磷在固态钢中的溶解度很小，它的存在严峻磷在固态钢中的溶解度很小，它的存在严峻降低焊缝金属的冲击韧度，并使其韧脆转变降低焊缝金属的冲击韧度，并使其韧脆转变温度上升。温度上升。P在液态铁中主要以在液态铁中主要以Fe2P和和Fe3P存在存在一般限制，一般限制，Wp0.045（低碳钢、低合金（低碳钢、低合金钢）钢）Wp0.035（高合金钢）（高合金钢）第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2.限制措施（1）严格限制母材、填充金属、焊条药皮和焊剂中的含磷量。药皮和焊剂中的锰矿往往是导致焊缝增加P的主要来源

18、。（2）脱磷处理P对氧的亲和力比铁大，因此当熔渣中存在适量的CaO和FeO时，既可使磷氧化，又可使反应产物转变为稳定的复合物进入熔渣，达到脱硫目的。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所2.7焊缝金属的合金化定义：在熔焊时要获得预期的焊缝成分，须要通过焊接材料过渡确定的合金元素到焊缝金属中，这个过程称作焊缝金属的合金化。一、目的1.补偿焊接中因氧化和蒸发所引起的合金元素的损失2.消退某些焊接工艺缺陷，改善焊缝金属的组织及力学性能3.获得具有特殊性能的堆焊层二、合金化方式1.合金焊丝2.应用药芯焊丝或药芯焊条3.一般焊丝配以合金元素的焊条药芯或焊剂4.合金粉末第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所思

19、索题1为什么说熔敷系数比熔化系数更能反映焊接生产率的凹凸？2在焊条直径相同时，为什么不锈钢焊条选用的电流比低碳钢低？3焊条引弧后，为什么会在端部形成药皮“套筒”？当药皮的熔点分别等于、低于和高于焊芯熔点时，套筒的形态有何变更？4试述焊接冶金各个反应区的特点与联系。5联系3种气体的来源、与金属的作用和危害，说明并比较对氢、氮、氧三种气体所实行的限制措施。第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所思索题6为什么用碱性焊条（剂）焊接时焊缝中的FeO比酸性熔渣低些？7比较酸、碱性熔渣脱氧过程的区分。8为什么用碱性焊条焊接时对焊前清理要求更严格些？9焊缝的硫、磷是以什么形式存在的？其危害有哪些？10为什么碱性熔渣的脱硫效果优于酸性熔渣？第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所思索题11为什么说酸、碱性熔渣的脱磷效果都不够志向？限制焊缝中含磷量的根本途径是什么？12焊缝金属合金化的目的是什么？有哪些方法实现焊缝金属的合金化？第2章焊接化学冶金过程化工机械研究所人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。