《焊接成型原理》PPT课件.ppt

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1、LOGO焊接成型原理焊接成型原理长春工业大学材料科学与工程学院长春工业大学材料科学与工程学院课件制作：徐世伟课件制作：徐世伟指导教师：刘耀东指导教师：刘耀东 第二章第二章 熔化焊接化学冶金熔化焊接化学冶金焊接气氛及其与金属的相互作用焊接气氛及其与金属的相互作用焊接气氛及其与金属的相互作用焊接气氛及其与金属的相互作用焊接材料与焊接熔渣焊接材料与焊接熔渣焊接材料与焊接熔渣焊接材料与焊接熔渣焊接化学冶金反应焊接化学冶金反应焊接化学冶金反应焊接化学冶金反应2.22.32.12.1 焊接化学冶金焊接化学冶金 l l焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程:在熔焊过程中，焊接区内各

2、种物在熔焊过程中，焊接区内各种物在熔焊过程中，焊接区内各种物在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。质之间在高温下相互作用的过程。质之间在高温下相互作用的过程。质之间在高温下相互作用的过程。l l研究内容研究内容研究内容研究内容:在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及其变化规律。金属成分、性能之间的关系及其变化规律。金属成分、性能之间的关系及其变化规律。金属成分、性能之间的关系及其变化规律。l l研究目的研究目的研究目的研究目的:在于运用这些规律

3、合理地选择焊接材料，在于运用这些规律合理地选择焊接材料，在于运用这些规律合理地选择焊接材料，在于运用这些规律合理地选择焊接材料，控制焊接金属的成分和性能使之符合使用要求，设计控制焊接金属的成分和性能使之符合使用要求，设计控制焊接金属的成分和性能使之符合使用要求，设计控制焊接金属的成分和性能使之符合使用要求，设计创造新的焊接材料。创造新的焊接材料。创造新的焊接材料。创造新的焊接材料。2.1.1.2.1.1.焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程2.1.2 焊接化学冶金反应区的特点焊接化学冶金反应区的特点一、焊条熔化及熔池的形成一、焊条熔化及熔池的形成一、焊条熔化及熔池的

4、形成一、焊条熔化及熔池的形成 （1 1）焊条的加热及熔化）焊条的加热及熔化）焊条的加热及熔化）焊条的加热及熔化 1.1.焊条的加热焊条的加热焊条的加热焊条的加热 电弧焊时用于加热和熔化焊条焊条的热能有：电阻热、电弧热和电弧焊时用于加热和熔化焊条焊条的热能有：电阻热、电弧热和电弧焊时用于加热和熔化焊条焊条的热能有：电阻热、电弧热和电弧焊时用于加热和熔化焊条焊条的热能有：电阻热、电弧热和化学反应热。化学反应热。化学反应热。化学反应热。焊接电弧用于加热和熔化焊条的功率焊接电弧用于加热和熔化焊条的功率焊接电弧用于加热和熔化焊条的功率焊接电弧用于加热和熔化焊条的功率q qe e仅是其全部功率的一小部仅是

5、其全部功率的一小部仅是其全部功率的一小部仅是其全部功率的一小部分，即分，即分，即分，即 q qe e=e eUI (2-1)UI (2-1)式中，式中，式中，式中，UU：电弧电压；：电弧电压；：电弧电压；：电弧电压；I I：焊接电流；：焊接电流；：焊接电流；：焊接电流；e e：焊条加热有效系数。：焊条加热有效系数。：焊条加热有效系数。：焊条加热有效系数。在药皮焊条焊接时，在药皮焊条焊接时，在药皮焊条焊接时，在药皮焊条焊接时，e e约约约约0.20.27,0.20.27,焊条端部药皮表面温度可焊条端部药皮表面温度可焊条端部药皮表面温度可焊条端部药皮表面温度可达达达达600C600C左右，因此在该

6、处就开始发生冶金反应。左右，因此在该处就开始发生冶金反应。左右，因此在该处就开始发生冶金反应。左右，因此在该处就开始发生冶金反应。2.2.焊条金属的平均熔化速度焊条金属的平均熔化速度焊条金属的平均熔化速度焊条金属的平均熔化速度：在单位时间内熔化的焊芯：在单位时间内熔化的焊芯：在单位时间内熔化的焊芯：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度。可表示为质量或长度。可表示为质量或长度。可表示为质量或长度。可表示为 （2-22-2）式中式中式中式中 ：焊条金属的平均熔化速度（：焊条金属的平均熔化速度（：焊条金属的平均熔化速度（：焊条金属的平均熔化速度（g/h g/h）；）；）；）；GG：熔化的焊芯质量（：熔化

7、的焊芯质量（：熔化的焊芯质量（：熔化的焊芯质量（g g）；）；）；）；t t：电弧燃烧的时间：电弧燃烧的时间：电弧燃烧的时间：电弧燃烧的时间（h h）；）；）；）；：焊接电流（：焊接电流（：焊接电流（：焊接电流（AA）；）；）；）；：焊条的熔化系数：焊条的熔化系数：焊条的熔化系数：焊条的熔化系数g/g/（A Ahh）。l l平均熔敷速度平均熔敷速度平均熔敷速度平均熔敷速度：单位时间内真正进入焊缝金属的那一：单位时间内真正进入焊缝金属的那一：单位时间内真正进入焊缝金属的那一：单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分质量。可表示为部分质量。可表示为部分质量。可表示为部分质量。可表示为 (2-3)(2-

8、3)式中，式中，式中，式中，：焊条金属的平均熔敷速度：焊条金属的平均熔敷速度：焊条金属的平均熔敷速度：焊条金属的平均熔敷速度(g/h);(g/h);：熔敷到焊缝金属中的金属质量：熔敷到焊缝金属中的金属质量：熔敷到焊缝金属中的金属质量：熔敷到焊缝金属中的金属质量(g);(g);：焊条的：焊条的：焊条的：焊条的熔敷系数熔敷系数熔敷系数熔敷系数(g/(Ah)(g/(Ah)。l l损失系数损失系数损失系数损失系数：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发损失：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发损失：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发损失：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发损失的那一部分金属质量与熔化的焊芯质量之比。

9、可表示的那一部分金属质量与熔化的焊芯质量之比。可表示的那一部分金属质量与熔化的焊芯质量之比。可表示的那一部分金属质量与熔化的焊芯质量之比。可表示为为为为 （2-42-4）或或或或 （2-52-5）由此可知，熔敷系数是真正反映焊接生产的指标。由此可知，熔敷系数是真正反映焊接生产的指标。由此可知，熔敷系数是真正反映焊接生产的指标。由此可知，熔敷系数是真正反映焊接生产的指标。3.3.焊条金属熔滴及其过渡特性焊条金属熔滴及其过渡特性焊条金属熔滴及其过渡特性焊条金属熔滴及其过渡特性 熔滴熔滴熔滴熔滴：在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态金属。：在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态金属。：

10、在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态金属。：在电弧热的作用下，焊条端部熔化形成的滴状液态金属。熔滴过渡的主要形式：熔滴过渡的主要形式：熔滴过渡的主要形式：熔滴过渡的主要形式：短路过渡：在短弧焊时焊条端部的熔滴长大到一定的尺寸就与熔短路过渡：在短弧焊时焊条端部的熔滴长大到一定的尺寸就与熔短路过渡：在短弧焊时焊条端部的熔滴长大到一定的尺寸就与熔短路过渡：在短弧焊时焊条端部的熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发生接触，形成短路过渡到熔池中。池发生接触，形成短路过渡到熔池中。池发生接触，形成短路过渡到熔池中。池发生接触，形成短路过渡到熔池中。颗粒状过渡：在长弧焊时，焊条端部的熔滴以颗粒状落入熔池，颗

11、粒状过渡：在长弧焊时，焊条端部的熔滴以颗粒状落入熔池，颗粒状过渡：在长弧焊时，焊条端部的熔滴以颗粒状落入熔池，颗粒状过渡：在长弧焊时，焊条端部的熔滴以颗粒状落入熔池，此时，不与熔池接触。此时，不与熔池接触。此时，不与熔池接触。此时，不与熔池接触。渣壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡。渣壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡。渣壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡。渣壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡。一般地，碱性焊条以短路过渡和大颗粒过渡；酸性焊条以细颗粒一般地，碱性焊条以短路过渡和大颗粒过渡；酸性焊条以细颗粒一般地，碱性焊条以短路过渡和大颗粒过渡；酸

12、性焊条以细颗粒一般地，碱性焊条以短路过渡和大颗粒过渡；酸性焊条以细颗粒过渡和渣壁过渡。过渡和渣壁过渡。过渡和渣壁过渡。过渡和渣壁过渡。uu熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积和相互作用时间熔滴的比表面积：熔滴的比表面积：熔滴的比表面积：熔滴的比表面积：（2-62-6）：熔滴金属的密度；：熔滴金属的密度；：熔滴金属的密度；：熔滴金属的密度；RR为熔滴半径。为熔滴半径。为熔滴半径。为熔滴半径。熔滴与周围介质的平均相互作用时间：熔滴与周围介质的平均相互作用时间：熔滴与周围介质的平均相互作用时间：熔滴与周围介质的平均相互作用时间：（2-72

13、-7）：熔滴存在时间；：熔滴存在时间；：熔滴存在时间；：熔滴存在时间；m m 0 0：熔滴脱落后残留在焊条：熔滴脱落后残留在焊条：熔滴脱落后残留在焊条：熔滴脱落后残留在焊条端部的液体金属质量；端部的液体金属质量；端部的液体金属质量；端部的液体金属质量；mmtrtr：过渡的熔滴质量。：过渡的熔滴质量。：过渡的熔滴质量。：过渡的熔滴质量。u熔滴的温度熔滴的温度熔滴的温度熔滴的温度 实际测量表明，对手工电弧焊焊接低碳钢而言，熔滴实际测量表明，对手工电弧焊焊接低碳钢而言，熔滴实际测量表明，对手工电弧焊焊接低碳钢而言，熔滴实际测量表明，对手工电弧焊焊接低碳钢而言，熔滴的平均温度为的平均温度为的平均温度为

14、的平均温度为21002700K21002700K。熔滴的平均温度随焊。熔滴的平均温度随焊。熔滴的平均温度随焊。熔滴的平均温度随焊接电流的增加而升高，随焊丝直径的增加而降低，如下接电流的增加而升高，随焊丝直径的增加而降低，如下接电流的增加而升高，随焊丝直径的增加而降低，如下接电流的增加而升高，随焊丝直径的增加而降低，如下图所示。图所示。图所示。图所示。（2 2）熔池的形成（见）熔池的形成（见）熔池的形成（见）熔池的形成（见1.3.21.3.2）二、焊接过程中对金属的保护二、焊接过程中对金属的保护保护的必要性保护的必要性保护的必要性保护的必要性:在空气中无任何保护的情况下，采用光焊丝对低碳钢在空气

15、中无任何保护的情况下，采用光焊丝对低碳钢在空气中无任何保护的情况下，采用光焊丝对低碳钢在空气中无任何保护的情况下，采用光焊丝对低碳钢进行电弧焊接，其结果在焊缝金属中氮含量可达进行电弧焊接，其结果在焊缝金属中氮含量可达进行电弧焊接，其结果在焊缝金属中氮含量可达进行电弧焊接，其结果在焊缝金属中氮含量可达0.105%0.218%,0.105%0.218%,比焊丝高比焊丝高比焊丝高比焊丝高20452045倍；氧含量倍；氧含量倍；氧含量倍；氧含量为为为为0.14%0.72%,0.14%0.72%,比焊丝高比焊丝高比焊丝高比焊丝高735735倍。同时，锰、倍。同时，锰、倍。同时，锰、倍。同时，锰、碳等有益

16、合金元素因烧损和蒸发而减少。焊缝金属的碳等有益合金元素因烧损和蒸发而减少。焊缝金属的碳等有益合金元素因烧损和蒸发而减少。焊缝金属的碳等有益合金元素因烧损和蒸发而减少。焊缝金属的强度变化不大，但其塑性和韧性却急剧下降，。强度变化不大，但其塑性和韧性却急剧下降，。强度变化不大，但其塑性和韧性却急剧下降，。强度变化不大，但其塑性和韧性却急剧下降，。为了避免焊接过程中焊缝金属被空气污染及有益为了避免焊接过程中焊缝金属被空气污染及有益为了避免焊接过程中焊缝金属被空气污染及有益为了避免焊接过程中焊缝金属被空气污染及有益合金元素的烧损，焊接冶金的首要任务就是对焊接区合金元素的烧损，焊接冶金的首要任务就是对焊

17、接区合金元素的烧损，焊接冶金的首要任务就是对焊接区合金元素的烧损，焊接冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护，以防止空气的有害作用。内的金属加强保护，以防止空气的有害作用。内的金属加强保护，以防止空气的有害作用。内的金属加强保护，以防止空气的有害作用。保护的方式和效果保护的方式和效果保护的方式和效果保护的方式和效果 每一种熔焊方法都是为了加强对焊接区保护而每一种熔焊方法都是为了加强对焊接区保护而每一种熔焊方法都是为了加强对焊接区保护而每一种熔焊方法都是为了加强对焊接区保护而发展和完善起来的。发展和完善起来的。发展和完善起来的。发展和完善起来的。表表表表2.1.2 2.1.2 熔焊过程中的保

18、护方式熔焊过程中的保护方式熔焊过程中的保护方式熔焊过程中的保护方式保护效果取决于隔离有害气体的程度，它和焊接方法保护效果取决于隔离有害气体的程度，它和焊接方法保护效果取决于隔离有害气体的程度，它和焊接方法保护效果取决于隔离有害气体的程度，它和焊接方法的工艺特点及焊接条件有关。如埋弧焊剂的保护效果的工艺特点及焊接条件有关。如埋弧焊剂的保护效果的工艺特点及焊接条件有关。如埋弧焊剂的保护效果的工艺特点及焊接条件有关。如埋弧焊剂的保护效果取决于焊剂的粒度和结构，焊剂的粒度越大，其松装取决于焊剂的粒度和结构，焊剂的粒度越大，其松装取决于焊剂的粒度和结构，焊剂的粒度越大，其松装取决于焊剂的粒度和结构，焊剂

19、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，密度（单位体积内焊剂的质量）越小，透气性越大，密度（单位体积内焊剂的质量）越小，透气性越大，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多，即保护效果越差。焊缝金属中含氮量越多，即保护效果越差。焊缝金属中含氮量越多，即保护效果越差。焊缝金属中含氮量越多，即保护效果越差。气体保护焊的保护效果取决于保护气的性质与纯度、气体保护焊的保护效果取决于保护气的性质与纯度、气体保护焊的保护效果取决于保护气的性质与纯度、气体保护焊的保护效果取决于保护气的性质与纯度、焊剂的结构、气流的特性等因素。惰性气体（氩、氦焊剂的结构、气流

20、的特性等因素。惰性气体（氩、氦焊剂的结构、气流的特性等因素。惰性气体（氩、氦焊剂的结构、气流的特性等因素。惰性气体（氩、氦等）的保护效果较好，常用于合金钢及活性金属的焊等）的保护效果较好，常用于合金钢及活性金属的焊等）的保护效果较好，常用于合金钢及活性金属的焊等）的保护效果较好，常用于合金钢及活性金属的焊接。接。接。接。真空电子束焊的保护效果最理想，常用于重要焊件或真空电子束焊的保护效果最理想，常用于重要焊件或真空电子束焊的保护效果最理想，常用于重要焊件或真空电子束焊的保护效果最理想，常用于重要焊件或活性金属的焊接。活性金属的焊接。活性金属的焊接。活性金属的焊接。三、焊接化学冶金反应区及其反应

21、条件三、焊接化学冶金反应区及其反应条件三、焊接化学冶金反应区及其反应条件三、焊接化学冶金反应区及其反应条件 焊接冶金过程是分区域（或分阶段）、连续进行的，焊接冶金过程是分区域（或分阶段）、连续进行的，焊接冶金过程是分区域（或分阶段）、连续进行的，焊接冶金过程是分区域（或分阶段）、连续进行的，且各区的反应条件（反应物的性质、浓度、温度、反且各区的反应条件（反应物的性质、浓度、温度、反且各区的反应条件（反应物的性质、浓度、温度、反且各区的反应条件（反应物的性质、浓度、温度、反应时间、两相接触面积、对流及搅拌运动等）也有较应时间、两相接触面积、对流及搅拌运动等）也有较应时间、两相接触面积、对流及搅拌

22、运动等）也有较应时间、两相接触面积、对流及搅拌运动等）也有较大的差异。因此，就影响到各区域进行的可能性、方大的差异。因此，就影响到各区域进行的可能性、方大的差异。因此，就影响到各区域进行的可能性、方大的差异。因此，就影响到各区域进行的可能性、方向、速度及限度。向、速度及限度。向、速度及限度。向、速度及限度。不同的焊接方法有不同的反应区。手工电弧焊有三个不同的焊接方法有不同的反应区。手工电弧焊有三个不同的焊接方法有不同的反应区。手工电弧焊有三个不同的焊接方法有不同的反应区。手工电弧焊有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区，如反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区，如反应区：药皮反应

23、区、熔滴反应区和熔池反应区，如反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区，如图图图图2-12-1。熔化极气体保护焊只有熔滴和熔池两个反应。熔化极气体保护焊只有熔滴和熔池两个反应。熔化极气体保护焊只有熔滴和熔池两个反应。熔化极气体保护焊只有熔滴和熔池两个反应区。区。区。区。图图图图2-1 2-1 焊接冶金反应区（以药皮焊条为例）焊接冶金反应区（以药皮焊条为例）焊接冶金反应区（以药皮焊条为例）焊接冶金反应区（以药皮焊条为例）11焊芯；焊芯；焊芯；焊芯；22药皮；药皮；药皮；药皮；33有熔渣覆盖的熔滴；有熔渣覆盖的熔滴；有熔渣覆盖的熔滴；有熔渣覆盖的熔滴；44熔池；熔池；熔池；熔池；55已凝固的焊缝

24、；已凝固的焊缝；已凝固的焊缝；已凝固的焊缝；66熔熔熔熔渣；渣；渣；渣；77渣壳；渣壳；渣壳；渣壳；T T1 1药皮反应开始温度；药皮反应开始温度；药皮反应开始温度；药皮反应开始温度；T T2 2焊条端熔滴表面温度；焊条端熔滴表面温度；焊条端熔滴表面温度；焊条端熔滴表面温度；T T3 3弧柱间熔弧柱间熔弧柱间熔弧柱间熔滴表面温度；滴表面温度；滴表面温度；滴表面温度；T T4 4熔池表面温度；熔池表面温度；熔池表面温度；熔池表面温度；T T5 5熔池凝固温度；熔池凝固温度；熔池凝固温度；熔池凝固温度；II药皮反应区；药皮反应区；药皮反应区；药皮反应区；IIII熔滴熔滴熔滴熔滴反应区；反应区；反应

25、区；反应区；IIIIII熔池反应区熔池反应区熔池反应区熔池反应区1 1药皮反应区药皮反应区药皮反应区药皮反应区 药皮反应区的加热温度低于药皮的熔化温度，在该区进药皮反应区的加热温度低于药皮的熔化温度，在该区进药皮反应区的加热温度低于药皮的熔化温度，在该区进药皮反应区的加热温度低于药皮的熔化温度，在该区进 行水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。行水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。行水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。行水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。(1)(1)除水反应除水反应除水反应除水反应 当药皮被加热的温度超过当药皮被加热的温度超过当药皮被加热的温度超过当药皮

26、被加热的温度超过100100时，药皮的吸附水开时，药皮的吸附水开时，药皮的吸附水开时，药皮的吸附水开始蒸发；当温度超过始蒸发；当温度超过始蒸发；当温度超过始蒸发；当温度超过200200400400，药皮组成物中的结晶，药皮组成物中的结晶，药皮组成物中的结晶，药皮组成物中的结晶水将被排除，而化合水则需要在更高温度下才能析出。水将被排除，而化合水则需要在更高温度下才能析出。水将被排除，而化合水则需要在更高温度下才能析出。水将被排除，而化合水则需要在更高温度下才能析出。（2 2）有机物的分解）有机物的分解）有机物的分解）有机物的分解 温度超过温度超过温度超过温度超过200200250250时，药皮中

27、的木碳、纤维素和时，药皮中的木碳、纤维素和时，药皮中的木碳、纤维素和时，药皮中的木碳、纤维素和淀粉等有机物开始分解，形成淀粉等有机物开始分解，形成淀粉等有机物开始分解，形成淀粉等有机物开始分解，形成COCO、COCO2 2和和和和HH2 2等气体。等气体。等气体。等气体。（3 3）矿物分解反应）矿物分解反应）矿物分解反应）矿物分解反应 继续升高温度，药皮中的碳酸盐和高价氧化物发生分继续升高温度，药皮中的碳酸盐和高价氧化物发生分继续升高温度，药皮中的碳酸盐和高价氧化物发生分继续升高温度，药皮中的碳酸盐和高价氧化物发生分解，形成解，形成解，形成解，形成COCO2 2和和和和OO2 2等气体。等气体

28、。等气体。等气体。上述反应形成的气体一方面对熔化金属起机械保上述反应形成的气体一方面对熔化金属起机械保上述反应形成的气体一方面对熔化金属起机械保上述反应形成的气体一方面对熔化金属起机械保护作用；另一方面对母材和药皮中的锰铁和钛铁等铁护作用；另一方面对母材和药皮中的锰铁和钛铁等铁护作用；另一方面对母材和药皮中的锰铁和钛铁等铁护作用；另一方面对母材和药皮中的锰铁和钛铁等铁合金起强烈的氧化作用。合金起强烈的氧化作用。合金起强烈的氧化作用。合金起强烈的氧化作用。（5 5）铁合金氧化）铁合金氧化）铁合金氧化）铁合金氧化 药皮加热中形成的药皮加热中形成的药皮加热中形成的药皮加热中形成的OO2 2、COCO

29、2 2和和和和HH2 2OO气均有一气均有一气均有一气均有一定的氧化性。当温度达到定的氧化性。当温度达到定的氧化性。当温度达到定的氧化性。当温度达到600600以上时药皮中的铁以上时药皮中的铁以上时药皮中的铁以上时药皮中的铁合金发生明显氧化，其结果使气相中的氧化性大大合金发生明显氧化，其结果使气相中的氧化性大大合金发生明显氧化，其结果使气相中的氧化性大大合金发生明显氧化，其结果使气相中的氧化性大大下降。铁合金受到氧化，降低了药皮成渣后对金属下降。铁合金受到氧化，降低了药皮成渣后对金属下降。铁合金受到氧化，降低了药皮成渣后对金属下降。铁合金受到氧化，降低了药皮成渣后对金属的氧化性能，对此称为的氧

30、化性能，对此称为的氧化性能，对此称为的氧化性能，对此称为“先期脱氧先期脱氧先期脱氧先期脱氧”。总之，药皮反应区的反应产物为熔滴阶段及熔总之，药皮反应区的反应产物为熔滴阶段及熔总之，药皮反应区的反应产物为熔滴阶段及熔总之，药皮反应区的反应产物为熔滴阶段及熔池阶段提供了反应产物，将对整个焊接化学冶金过池阶段提供了反应产物，将对整个焊接化学冶金过池阶段提供了反应产物，将对整个焊接化学冶金过池阶段提供了反应产物，将对整个焊接化学冶金过程和焊接质量产生重要影响。程和焊接质量产生重要影响。程和焊接质量产生重要影响。程和焊接质量产生重要影响。2 2熔滴反应区熔滴反应区熔滴反应区熔滴反应区 从熔滴形成、长大到

31、过渡到熔池中这一阶段都属熔滴从熔滴形成、长大到过渡到熔池中这一阶段都属熔滴从熔滴形成、长大到过渡到熔池中这一阶段都属熔滴从熔滴形成、长大到过渡到熔池中这一阶段都属熔滴反应区。该区具有以下特点：反应区。该区具有以下特点：反应区。该区具有以下特点：反应区。该区具有以下特点：熔滴温度高，电弧焊接钢材时熔滴最高温度约熔滴温度高，电弧焊接钢材时熔滴最高温度约熔滴温度高，电弧焊接钢材时熔滴最高温度约熔滴温度高，电弧焊接钢材时熔滴最高温度约28002800，平均温度可达到，平均温度可达到，平均温度可达到，平均温度可达到1 8001 8002 4002 400内。熔内。熔内。熔内。熔滴的过热度很大，可达滴的过

32、热度很大，可达滴的过热度很大，可达滴的过热度很大，可达300900300900；熔滴与气体和熔渣接触面积大，熔滴尺寸小，熔滴与气体和熔渣接触面积大，熔滴尺寸小，熔滴与气体和熔渣接触面积大，熔滴尺寸小，熔滴与气体和熔渣接触面积大，熔滴尺寸小，其表面积可达其表面积可达其表面积可达其表面积可达10103 310104 4cmcm2 2/kg/kg，比炼钢时约大，比炼钢时约大，比炼钢时约大，比炼钢时约大10001000倍；倍；倍；倍；各相之间的反应时间短，约为各相之间的反应时间短，约为各相之间的反应时间短，约为各相之间的反应时间短，约为0.011.0s,0.011.0s,熔熔熔熔滴在焊条末端的停留时间

33、仅有滴在焊条末端的停留时间仅有滴在焊条末端的停留时间仅有滴在焊条末端的停留时间仅有0.010.010.1s0.1s，向熔池，向熔池，向熔池，向熔池过渡的速度高达过渡的速度高达过渡的速度高达过渡的速度高达2.510m/s2.510m/s，经弧柱区的时间只，经弧柱区的时间只，经弧柱区的时间只，经弧柱区的时间只有有有有0.000l0.000l0.0015s0.0015s，因此熔滴阶段的反应主要在，因此熔滴阶段的反应主要在，因此熔滴阶段的反应主要在，因此熔滴阶段的反应主要在焊条末端进行；焊条末端进行；焊条末端进行；焊条末端进行；熔滴金属与熔渣发生强烈混合，熔滴在形成、熔滴金属与熔渣发生强烈混合，熔滴在

34、形成、熔滴金属与熔渣发生强烈混合，熔滴在形成、熔滴金属与熔渣发生强烈混合，熔滴在形成、长大和过渡过程中受到电磁力、气体吹力等外界因素长大和过渡过程中受到电磁力、气体吹力等外界因素长大和过渡过程中受到电磁力、气体吹力等外界因素长大和过渡过程中受到电磁力、气体吹力等外界因素作用，便与熔渣发生强烈的混合，既增加彼此接触面作用，便与熔渣发生强烈的混合，既增加彼此接触面作用，便与熔渣发生强烈的混合，既增加彼此接触面作用，便与熔渣发生强烈的混合，既增加彼此接触面积，也加速冶金反应进行。所以熔滴反应区是冶金反积，也加速冶金反应进行。所以熔滴反应区是冶金反积，也加速冶金反应进行。所以熔滴反应区是冶金反积，也加

35、速冶金反应进行。所以熔滴反应区是冶金反应最激烈的部位，许多反应可达到接近终了的程度，应最激烈的部位，许多反应可达到接近终了的程度，应最激烈的部位，许多反应可达到接近终了的程度，应最激烈的部位，许多反应可达到接近终了的程度，因而对焊缝的成分及性能影响最大。在此区进行的物因而对焊缝的成分及性能影响最大。在此区进行的物因而对焊缝的成分及性能影响最大。在此区进行的物因而对焊缝的成分及性能影响最大。在此区进行的物化反应主要有：金属的蒸发、气体的分解和溶解、金化反应主要有：金属的蒸发、气体的分解和溶解、金化反应主要有：金属的蒸发、气体的分解和溶解、金化反应主要有：金属的蒸发、气体的分解和溶解、金属及其合金

36、的氧化与还原，以及焊缝金属的合金化。属及其合金的氧化与还原，以及焊缝金属的合金化。属及其合金的氧化与还原，以及焊缝金属的合金化。属及其合金的氧化与还原，以及焊缝金属的合金化。该区主要的反应如下：该区主要的反应如下：该区主要的反应如下：该区主要的反应如下：（1 1）气体的高度分解）气体的高度分解）气体的高度分解）气体的高度分解 首先是空气。空气一旦进人电弧空间就会被加热而首先是空气。空气一旦进人电弧空间就会被加热而首先是空气。空气一旦进人电弧空间就会被加热而首先是空气。空气一旦进人电弧空间就会被加热而分解形成分解形成分解形成分解形成NN2 2、OO2 2和和和和NONO。其次是水分的分解。在高温

37、。其次是水分的分解。在高温。其次是水分的分解。在高温。其次是水分的分解。在高温下，水蒸气主要分解成下，水蒸气主要分解成下，水蒸气主要分解成下，水蒸气主要分解成HH2 2和和和和OO2 2以及原子状态的以及原子状态的以及原子状态的以及原子状态的HH和和和和OO。H H2 2OO气气气气=H+OH =H+OH （2-82-8）第三是第三是第三是第三是CO2CO2的分解，形成的分解，形成的分解，形成的分解，形成COCO和和和和OO2 2。2 CO 2 CO2 2=2CO+O=2CO+O2 2 (2-9)(2-9)第四是分子状态的各种气体均可分解为原子状态。最第四是分子状态的各种气体均可分解为原子状态

38、。最第四是分子状态的各种气体均可分解为原子状态。最第四是分子状态的各种气体均可分解为原子状态。最后是后是后是后是COCO的分解，其结果会使金属增碳。的分解，其结果会使金属增碳。的分解，其结果会使金属增碳。的分解，其结果会使金属增碳。2CO=CO 2CO=CO2 2+C (2-10)+C (2-10)(2)H(2)H2 2和和和和NN2 2的激烈溶解的激烈溶解的激烈溶解的激烈溶解 高温时，分子状态的高温时，分子状态的高温时，分子状态的高温时，分子状态的HH2 2和和和和OO2 2须分解成原子或离子才能向金须分解成原子或离子才能向金须分解成原子或离子才能向金须分解成原子或离子才能向金属中溶解。对于

39、属中溶解。对于属中溶解。对于属中溶解。对于NN2 2来说，其溶解度与金属成分及气氛的性来说，其溶解度与金属成分及气氛的性来说，其溶解度与金属成分及气氛的性来说，其溶解度与金属成分及气氛的性质有关。凡存在能形成氮化物的元素时，均能增大其在钢质有关。凡存在能形成氮化物的元素时，均能增大其在钢质有关。凡存在能形成氮化物的元素时，均能增大其在钢质有关。凡存在能形成氮化物的元素时，均能增大其在钢中的溶解度。在氧化性气氛中，中的溶解度。在氧化性气氛中，中的溶解度。在氧化性气氛中，中的溶解度。在氧化性气氛中，NN2 2被氧化形成被氧化形成被氧化形成被氧化形成NONO和和和和NONO2 2 ，在金属表面进行电

40、化学溶解过程，从而增大金属中的氮，在金属表面进行电化学溶解过程，从而增大金属中的氮，在金属表面进行电化学溶解过程，从而增大金属中的氮，在金属表面进行电化学溶解过程，从而增大金属中的氮含量。含量。含量。含量。H H2 2的溶解过程与的溶解过程与的溶解过程与的溶解过程与NN2 2相似，可溶质点主要是相似，可溶质点主要是相似，可溶质点主要是相似，可溶质点主要是HH和和和和HH+，在，在，在，在电流极性的作用下，电流极性的作用下，电流极性的作用下，电流极性的作用下，HH进入金属后，除了溶解，还会形成进入金属后，除了溶解，还会形成进入金属后，除了溶解，还会形成进入金属后，除了溶解，还会形成氢化物而被金属

41、吸收。氢化物而被金属吸收。氢化物而被金属吸收。氢化物而被金属吸收。(3)(3)激烈增氧反应激烈增氧反应激烈增氧反应激烈增氧反应 在正常焊接条件下，熔滴金属增氧的途径有三方面：在正常焊接条件下，熔滴金属增氧的途径有三方面：在正常焊接条件下，熔滴金属增氧的途径有三方面：在正常焊接条件下，熔滴金属增氧的途径有三方面：气氛中气氛中气氛中气氛中COCO2 2、HH2 2OO及及及及OO2 2的直接氧化；的直接氧化；的直接氧化；的直接氧化；药皮成渣后残存的药皮成渣后残存的药皮成渣后残存的药皮成渣后残存的COCO、HH2 2OO和和和和OO2 2，以及气体保护焊的保，以及气体保护焊的保，以及气体保护焊的保，

42、以及气体保护焊的保护气体护气体护气体护气体COCO2 2,及及及及OO2 2，均可直接与熔滴金属发生反应。温度，均可直接与熔滴金属发生反应。温度，均可直接与熔滴金属发生反应。温度，均可直接与熔滴金属发生反应。温度越高，这些气体的氧化作用越强烈，其中越高，这些气体的氧化作用越强烈，其中越高，这些气体的氧化作用越强烈，其中越高，这些气体的氧化作用越强烈，其中HH2 2OO的氧化作用的氧化作用的氧化作用的氧化作用较弱。另外在较弱。另外在较弱。另外在较弱。另外在COCO2 2气体保护焊时，铁水与气体保护焊时，铁水与气体保护焊时，铁水与气体保护焊时，铁水与COCO2 2在在在在1823K1823K以上反

43、应，即以上反应，即以上反应，即以上反应，即 Fe(l)+CO Fe(l)+CO2 2=CO(g)+FeO(l)(2-11)=CO(g)+FeO(l)(2-11)为防止为防止为防止为防止COCO2 2的氧化作用，焊丝中必须加脱氧元素的氧化作用，焊丝中必须加脱氧元素的氧化作用，焊丝中必须加脱氧元素的氧化作用，焊丝中必须加脱氧元素MnMn及及及及SiSi等，则在熔滴阶段将发生反应等，则在熔滴阶段将发生反应等，则在熔滴阶段将发生反应等，则在熔滴阶段将发生反应 Mn+CO Mn+CO2 2=CO+MnO (2-12)=CO+MnO (2-12)Si+2CO Si+2CO2 2=2CO+SiO=2CO+S

44、iO2 2 (2-13)(2-13)由于由于由于由于MnMn、SiSi对氧的亲合力大，反应对氧的亲合力大，反应对氧的亲合力大，反应对氧的亲合力大，反应(2-12)(2-12)与与与与(2-(2-13)13)进行得很剧烈，但并不能完全防止反应进行得很剧烈，但并不能完全防止反应进行得很剧烈，但并不能完全防止反应进行得很剧烈，但并不能完全防止反应(2-11)(2-11)的的的的发生。因此，反应中生成的发生。因此，反应中生成的发生。因此，反应中生成的发生。因此，反应中生成的MnOMnO、SiOSiO2 2与与与与FeOFeO立即立即立即立即相互作用形成熔渣。相互作用形成熔渣。相互作用形成熔渣。相互作用

45、形成熔渣。熔渣中熔渣中(FeO)向熔滴金属中分配氧化；向熔滴金属中分配氧化；对于钢能在熔渣与熔滴金属间进行扩散分配的只有对于钢能在熔渣与熔滴金属间进行扩散分配的只有FeO。在焊接过。在焊接过程中，程中，FeO既能溶于铁液中又能溶于熔渣中，服从分配定律。即在既能溶于铁液中又能溶于熔渣中，服从分配定律。即在一定温度下，一种物质在互不相溶的相中的平衡分配应为一常数。一定温度下，一种物质在互不相溶的相中的平衡分配应为一常数。对对 FeO的分配常数的分配常数L为为 (2-14)(2-15)在在1873K到到2773K之间的之间的L值为值为0.010.13，说明，说明FeO主要主要溶解在熔渣中；随着温度上

46、升，溶解在熔渣中；随着温度上升，L值增大，金属增氧量提高。熔渣的值增大，金属增氧量提高。熔渣的性质和碱度对性质和碱度对FeO的分配有很大影响。在碱性渣中，的分配有很大影响。在碱性渣中，FeO更易向金更易向金属中分配。属中分配。熔渣中熔渣中熔渣中熔渣中(MnO)(MnO)、(SiO(SiO2 2)的置换氧化的置换氧化的置换氧化的置换氧化;焊接熔渣与熔融金属发生冶金反应焊接熔渣与熔融金属发生冶金反应焊接熔渣与熔融金属发生冶金反应焊接熔渣与熔融金属发生冶金反应 (2-16)(2-16)(2-17)(2-17)反应的结果将使金属增氧。在焊接温度下反应向右侧进行，而其反应的结果将使金属增氧。在焊接温度下

47、反应向右侧进行，而其反应的结果将使金属增氧。在焊接温度下反应向右侧进行，而其反应的结果将使金属增氧。在焊接温度下反应向右侧进行，而其反应的剧烈程度与熔渣的冶金活性、焊丝或熔滴的组成和熔渣组反应的剧烈程度与熔渣的冶金活性、焊丝或熔滴的组成和熔渣组反应的剧烈程度与熔渣的冶金活性、焊丝或熔滴的组成和熔渣组反应的剧烈程度与熔渣的冶金活性、焊丝或熔滴的组成和熔渣组成及碱度有关。碱度增大有利于渗成及碱度有关。碱度增大有利于渗成及碱度有关。碱度增大有利于渗成及碱度有关。碱度增大有利于渗MnMn，而不利于渗，而不利于渗，而不利于渗，而不利于渗SiSi。其实，。其实，。其实，。其实，在熔渣中在熔渣中在熔渣中在熔

48、渣中(SiO(SiO2 2)和和和和(MnO)(MnO)的浓度一定时，改变碱度，熔敷金属的浓度一定时，改变碱度，熔敷金属的浓度一定时，改变碱度，熔敷金属的浓度一定时，改变碱度，熔敷金属的的的的SiSi，MnMn及及及及OO的含量也发生变化。由于渗硅和渗锰为置的含量也发生变化。由于渗硅和渗锰为置的含量也发生变化。由于渗硅和渗锰为置的含量也发生变化。由于渗硅和渗锰为置换反应，其结果是形成换反应，其结果是形成换反应，其结果是形成换反应，其结果是形成FeOFeO，因而使熔敷金属增氧。随着渣活，因而使熔敷金属增氧。随着渣活，因而使熔敷金属增氧。随着渣活，因而使熔敷金属增氧。随着渣活性系数的增加，熔敷金属

49、越易增氧。性系数的增加，熔敷金属越易增氧。性系数的增加，熔敷金属越易增氧。性系数的增加，熔敷金属越易增氧。（4 4）强烈渗合金及吸收杂质；）强烈渗合金及吸收杂质；）强烈渗合金及吸收杂质；）强烈渗合金及吸收杂质；除了氧化物分解而使熔滴获得一定合金元素，药皮或除了氧化物分解而使熔滴获得一定合金元素，药皮或除了氧化物分解而使熔滴获得一定合金元素，药皮或除了氧化物分解而使熔滴获得一定合金元素，药皮或焊剂中的合金成分均能使熔滴焊剂中的合金成分均能使熔滴焊剂中的合金成分均能使熔滴焊剂中的合金成分均能使熔滴 强烈合金化。氧化物分强烈合金化。氧化物分强烈合金化。氧化物分强烈合金化。氧化物分解使熔滴合金化，不但

50、渗入的合金元素数量有限，而解使熔滴合金化，不但渗入的合金元素数量有限，而解使熔滴合金化，不但渗入的合金元素数量有限，而解使熔滴合金化，不但渗入的合金元素数量有限，而且伴有烧损其它合金或增氧的副作用。且伴有烧损其它合金或增氧的副作用。且伴有烧损其它合金或增氧的副作用。且伴有烧损其它合金或增氧的副作用。（5 5）低沸点元素的严重蒸发并污染环境；）低沸点元素的严重蒸发并污染环境；）低沸点元素的严重蒸发并污染环境；）低沸点元素的严重蒸发并污染环境；由于熔滴金属温度已接近铁的沸点，一些低沸点元素由于熔滴金属温度已接近铁的沸点，一些低沸点元素由于熔滴金属温度已接近铁的沸点，一些低沸点元素由于熔滴金属温度已