【正文】 SiMn聯(lián)合脫氧。C ），藥皮中鐵合金發(fā)生明顯氧化，導(dǎo)致氣相的氧化性下降，降低藥皮成渣后對金屬的氧化。 焊接材料類型 焊條 焊劑 焊絲 保護(hù)氣體 通用焊條 專用焊條 熔煉焊劑 非熔煉焊劑 實心焊絲 藥芯焊絲 焊接材料 焊接人 免費(fèi)下載 焊接材料的組成與特點 （鋼材焊接） （ 1）焊條 焊芯： 熔化后成為焊縫填充金屬，對焊接質(zhì)量有直接影響 C應(yīng)該少（ ？ ） Si含量控制 藥皮： 焊芯表面涂料層（粉料 +粘結(jié)劑），由碳酸鹽、硅酸鹽、鈦酸鹽及金屬合金組成 ① 礦石、 ② 金屬或合金、 ③ 化工制品水玻璃等、 ④ 有機(jī)物 作用： ①保護(hù)作用：產(chǎn)生氣體，隔絕空氣；熔渣也起保護(hù)作用 ②化學(xué)冶金作用：參與化學(xué)冶金反應(yīng)，除有害物質(zhì)，保護(hù)和添加有益元素 ③使工藝性能良好：脫渣性能好、成型性能好 焊接人 免費(fèi)下載 （２）焊劑 焊接時能熔化形成熔渣和氣體，對金屬起保護(hù)作用和冶金處理的一種顆粒狀物質(zhì)。這些過程影響焊縫金屬成分、性能、焊接缺陷及焊接工藝性能。 （２）熔池中存在強(qiáng)烈攪拌作用（有利于充分混合和均勻化，以及氣體和雜質(zhì)排除） 原因： a、溫度不均 ?密度差 ?對流 b、 溫度不均 ?表面張力不均 ?對流 c、焊接熱源作用在熔池上的機(jī)械力 ?攪拌 焊接人 免費(fèi)下載 二、焊接接頭的形成 焊接接頭組成：焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū) 焊縫：熔池凝固并發(fā)生固態(tài)相變的區(qū)域 熱影響區(qū)：熔池附近母材受熱作用而發(fā)生固態(tài)相變的區(qū)域 熔合區(qū)：焊縫和熱影響區(qū)之間 １、焊接熱過程 母材發(fā)生局部受熱、局部熔化及傳熱過程，進(jìn)行熱量傳遞和分布，即焊接熱過程。 時間 溫度 焊接人 免費(fèi)下載 熱循環(huán)的影響后果 影響焊縫化學(xué)冶金質(zhì)量，使接頭質(zhì)量變化 焊縫區(qū)外的組織和性能變化，形成焊接熱影響區(qū) 焊接人 免費(fèi)下載 第三節(jié) 熔化焊接頭的形成 熔化焊概念：在焊接熱源的作用下，使局部母材和焊接材料（使用焊接材料時）熔化，兩者共同形成熔池，冷卻后與母材形成牢固冶金連接的焊接方法。 c、液 固相連接：待焊表面不直接接觸，通過兩者間隙中的液相聯(lián)系，利用液固相間的擴(kuò)散，實現(xiàn)原子間的結(jié)合。焊 接 工 程 中南大學(xué)材料學(xué)院 李勁風(fēng) 一、焊接定義、分類 定義 待焊接的同種或異種材料（母材）在熱或壓力的作用下（或兩者共同作用），使用或不使用填充材料，使材料之間達(dá)到原子級的冶金結(jié)合，形成永久性接頭。 焊接發(fā)展趨勢 焊接熱源能量密度高度集中，實現(xiàn)快速焊接，并保證得到高質(zhì)量的焊縫和最小的熱影響區(qū) 焊接人 免費(fèi)下載 第一章 焊接熱源及接頭形成 第一節(jié) 熔化焊熱源 一、焊接熱源 熔化焊主要熱源 電弧熱 等離子弧 電子束 激光束 化學(xué)熱 焊接人 免費(fèi)下載 其它非熔化焊熱源 電阻熱、高頻熱源、摩擦熱 理想的焊接熱源 加熱面積小，功率密度高，加熱溫度高 二、焊接熱效率（ η） 焊接熱源產(chǎn)生的能量一部分用于焊接，另一部分散失。 過程：加熱 ?熔化 ?冶金反應(yīng) ?凝固（固態(tài)相變） 一、焊接材料熔化與熔池形成 焊接材料熔化（焊條、焊絲） 形成熔滴 ?過渡到熔池 （焊接材料焊條或焊絲在焊接熱源的作用下，焊條端部熔化形成的滴狀金屬稱為熔滴） 焊接人 免費(fèi)下載 熔池形成 焊接材料熔化，同時母材（被焊金屬）局部熔化，二者共同組成具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬區(qū)域，即熔池。 貫穿始終。 第一節(jié) 焊接氣氛及其與金屬的相互作用 一、焊接區(qū)氣體 主要?dú)怏w種類：氮?dú)狻⒀鯕?、氫氣?CO2(分解 )， H2O (分解 ) 氣體來源 （ 1）焊接材料： a、焊條藥皮、焊劑、藥芯（焊絲） ?造氣劑 b、氣體保護(hù)焊時 ?外界通入氣體 （ 2）熱源周圍氣體介質(zhì)：造氣劑不能完全排除焊接區(qū)內(nèi)空氣 （ 3）雜質(zhì)（焊絲和母材表面上）：鐵銹、油污、涂料、水分等分解 焊接人 免費(fèi)下載 氣體的產(chǎn)生 （ 1）直接輸入和侵入焊接區(qū)內(nèi)的氣體 （ 2）有機(jī)物的分解和燃燒 （ 3）碳酸鹽和高價氧化物的分解 （ 4）材料蒸發(fā)：水分、金屬元素、熔渣等 沸點低，易蒸發(fā) 熔體中濃度高，易蒸發(fā) 導(dǎo)致結(jié)果：合金元素?zé)龘p、產(chǎn)生缺陷、煙塵污染環(huán)境 氣體的分解 氣體狀態(tài)不同，對氣體在金屬中溶解或與金屬作用有較大影響 簡單雙原子氣體分解 復(fù)雜氣體分解 氣體的影響主要涉及 N H O2的影響 焊接人 免費(fèi)下載 二、 H2與金屬的作用 來源：焊接材料中水分、有機(jī)物、吸附水、結(jié)晶水、表面雜質(zhì)、空氣中的水分 H在金屬中的存在狀態(tài) （ 1）與金屬形成穩(wěn)定化合物（ Ti、 Zr、 Nb、 V等） （ 2）在金屬中溶解，而不與金屬發(fā)生化和反應(yīng) Fe、 Cu、 Ni等 ? 影響焊接質(zhì)量 H在金屬中的溶解 （ 1）溶入方式 a、電渣焊時 （電熔渣起保護(hù)作用 ） b、氣體保護(hù)焊時：氣相與液態(tài)金屬發(fā)生界面反應(yīng)，以原子或質(zhì)子形式溶入 焊接人 免費(fèi)下載 （ 2）溶解度影響 a、 固態(tài)金屬中， FCC晶格中 ? BCC晶格中 固態(tài)相變時 ?H溶解度發(fā)生突變 b、 元素對 H溶解度有很大影響 C、 S、 Al：降低 Ti、 Zr、 Nb：增加 （與 H的親和力大） Mn、 Ni、 Cr：影響不大 焊縫中的 H （ 1）擴(kuò)散 H：原子半徑小，擴(kuò)散能力強(qiáng)，如果以原子或離子狀態(tài)存在并可在晶格中自由移動 ?擴(kuò)散 H （ 2）殘余 H： H擴(kuò)散到缺陷處 ? 結(jié)合成分子 ? 半徑大 ? 不能繼續(xù)擴(kuò)散 ?殘余 H 焊接人 免費(fèi)下載 剛焊接的接頭中 ? H擴(kuò)散 一部分 H逸出，溶解量降低 一部分轉(zhuǎn)化為殘余 H且逐漸增加 一部分向近縫區(qū)擴(kuò)散 H對焊接質(zhì)量的影響 （ 1）氫脆 （ 2）白點 （ 3）冷裂紋 （ 4）氣孔 （ 5）組織變化 焊接人 免費(fèi)下載 控制 H含量 （ 1）限制來源 （ 2）冶金處理：使之在高溫下形成穩(wěn)定且不溶解于金屬的氫化物，氣相中 H分壓下降 ? 液態(tài)金屬中 H溶解度下降 （ 3）在焊條藥皮或焊芯中加入微量稀土元素（生成化合物，降低擴(kuò)散 H含量） （ 4）焊后脫 H處理：熱處理， H擴(kuò)散逸出 （ 5）控制焊接工藝 焊接人 免費(fèi)下載 三、 N2與金屬的作用 來源：周圍空氣 N2與金屬的作用特點 （ 1）不與 N發(fā)生作用： Cu、 Ni，不溶解 N，也不形成氮化物 ? 可作為保護(hù)氣體 （ 2）與 N發(fā)生作用： Fe、 Ti、 Mn、 Cr、 Al，溶解 N，也能形成穩(wěn)定氮化物 N在金屬中的溶解 分四個階段 （ 1）氣體分子向氣體 /金屬界面運(yùn)動 （ 2）氣體分子被金屬表面吸附 （ 3）在金屬表面分解為原子 （ 4）氣體原子穿過金屬表層，向金屬深處擴(kuò)散 焊接人 免費(fèi)下載 N對焊接質(zhì)量的影響 （ 1）有利方面：與某些合金元素作用（ Ti、 Nb、 Zr等），起沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒作用 （ 2）不利方面：氣孔 時效脆化 控制 N含量 （ 1）與空氣隔離，限制其來源 （ 2）加碳：氧化，溶池沸騰，有利于 N逸出； 氧化生成 CO CO，保護(hù)作用 N分壓下降 ? 液態(tài)金屬中 N溶解度下降 （ 3）在焊料中加入能生成穩(wěn)定氮化物的元素（ Ti、 Zr、 Al稀土等），生成的化合物可通過熔渣排出 （ 4）控制焊接工藝 焊接人 免費(fèi)下載 四、 O2與金屬的作用 來源：焊接材料、工件及焊絲表面氧化膜、空氣 作用特點 （ 1） Al、 Mg等，焊接時與氧發(fā)生氧化， 但固態(tài)及液態(tài)下均不溶解氧 （ 2） Fe、 Cu、 Ni、 Ti等，既能有限溶解氧，又能溶解相應(yīng)氧化物 FeO能溶入 Fe及其合金 氧在 Fe中的溶解方式：原子氧、 FeO 溶解吸熱 ： T? ? 氧溶解度增加 T? ? 氧溶解度降低 焊接人 免費(fèi)下載 焊縫中氧的存在形式 氧化物（ FeO、 SiO MnO、 Al2O3絕大部分）及硅酸鹽（夾渣） 溶解氧 O對焊接質(zhì)量的影響 （ 1）氣孔 （ 2）破環(huán)焊接穩(wěn)定性（含碳鋼） （ 3）金屬氧化燒損 （ 4）焊縫力學(xué)性能下降 （ 5）物理化學(xué)性能惡化（導(dǎo)電導(dǎo)磁性下降，抗蝕性下降） 焊接人 免費(fèi)下載 四、 O含量控制 （ 1）控制焊接材料含 O量 （ 2）焊接工藝，防止空氣侵入（局限性大） （ 3）冶金方法脫氧 焊條或焊絲中加入合金元素 ? 氧化合金元素 ? 保護(hù)被焊金屬和脫氧 焊接人 免費(fèi)下載 五、焊接接頭中氣體的控制 氫的控制 （ 1）控制來源 藥皮少用有機(jī)物 烘干、防潮 去油污 （ 2）冶金處理 ：通過化學(xué)冶金反應(yīng)，生成穩(wěn)定且不溶于金屬的氫化物（ HF、 OH），降低氣相中的 H分壓，降低溶解量。其作用與焊條藥皮一致 ①藥皮?；幚恚Y(jié)處理、未熔化） ?非熔煉型焊劑 ②藥粉熔化、?；笫褂??熔煉型焊劑 （３）焊絲： 作為填充金屬或同時作為導(dǎo)電的金屬絲 實芯焊絲 藥芯焊絲 （４）保護(hù)氣體 單一： CO Ar、 He。 先期脫氧 熔滴反應(yīng)區(qū) 熔滴形成、長大、過渡到熔池； 冶金反應(yīng)最激烈部位，平均溫度 1800~2400186。 ② 堿性 焊條：存在 Al、 Ti、 Si Al、 Ti與氧的親和力 ? Mn與氧的親和力 保護(hù) Mn，可實現(xiàn) SiMn聯(lián)合脫氧 (4)氣體逸出問題 調(diào)整冷卻速度或熔池在液態(tài)存在時間 焊接人 免費(fèi)下載 三、焊縫金屬成分的控制 使有害雜質(zhì)侵入少，有益成分損失小 雜質(zhì)的控制 (1)工藝限制來源和加強(qiáng)排除 氣體保護(hù)、清除水分、油污、氧化膜等 脫氫 (2)冶金措施 脫氧、脫氫 脫硫 冶金方法脫氮效果不理想 合金元素的燒損 采用過渡系數(shù)反映合金成分的收得率 過渡系數(shù) ? = [x] d / [x] E 其中 [x] d為元素 x在熔覆金屬中的質(zhì)量分?jǐn)?shù) [x] E為元素 x在焊接材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 焊接人 免費(fèi)下載 ①一般過渡系數(shù) ?1 ② 不同合金元素的過渡系數(shù)與氧親和力大小直接有關(guān) （親和力大，過度系數(shù)小） ③不同焊接方法導(dǎo)致過渡系數(shù)差異 具體條件進(jìn)行