【正文】 ，冶金反應(yīng)和焊縫金屬成分、性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。（4）焊縫：熔敷金屬與熔化的母材金屬激烈反應(yīng)混合，構(gòu)成熔池內(nèi)的液態(tài)金屬，冷卻凝固后即形成焊縫。與熔滴反應(yīng)區(qū)相比，該區(qū)具有如下特點(diǎn)：（1）平均溫度低（1600～1900℃，低于熔滴溫度）；（2）比表面積小（3～130cm2/kg）；（3）反應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)（手工焊3～8秒，埋弧焊6～25秒）；（4）攪拌沒(méi)有熔滴階段激烈，不過(guò)比煉鋼要強(qiáng)烈的多，而且它反應(yīng)的結(jié)果決定了焊縫最終的成分和性能；（5）熔池的突出特點(diǎn)之一是溫度分布極不均勻： 焊接熔渣焊接冶金過(guò)程是包括金屬、熔渣、氣體三者在內(nèi)的一個(gè)體系，熔渣是其中一個(gè)極為重要的因素，這一節(jié)主要介紹熔渣的作用和熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)兩方面。粘度的倒數(shù)φ=1/η叫流動(dòng)性，粘度越小，流動(dòng)性越大。對(duì)于大多數(shù)金屬，氫是有害的，它是造成廣泛采用的低合金高強(qiáng)鋼焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)氫脆、冷裂紋、氫氣孔等缺陷的最主要原因。 氫的作用結(jié)果（對(duì)焊接質(zhì)量的影響）氫幾乎對(duì)所有的金屬焊接都有害，氫的有害作用可分為兩種：暫態(tài)現(xiàn)象——脆化、白點(diǎn)，經(jīng)時(shí)效、熱處理可消除；永久現(xiàn)象——?dú)饪住⒗淞鸭y，不可消除。④清除焊絲和焊件表面上的油、銹、吸附水等雜質(zhì)。其中液固轉(zhuǎn)變時(shí)溶解度突降這一點(diǎn)是造成氮?dú)饪椎闹饕?。?）氧化性氣體對(duì)金屬的氧化① 自由氧對(duì)金屬的氧化 [Fe]+1/2O2=FeO+ kJ/mol[Fe]+O=FeO+ kJ/mol② CO2對(duì)金屬的氧化CO2=CO+1/2O22[Cr]+3CO=(Cr2O3)+3[C]③ H2O對(duì)金屬的氧化H2O氣+[Fe]=[FeO]+ H2（2）活性熔渣對(duì)金屬的氧化活性熔渣對(duì)金屬的氧化可分為兩種基本形式：擴(kuò)散氧化和置換氧化，置換氧化是金屬氧化的主要途徑。擴(kuò)散脫氧和擴(kuò)散氧化相反，當(dāng)(FeO)/[FeO] 分配系數(shù)L時(shí)，發(fā)生擴(kuò)散脫氧，溫度降低L值增大有利于擴(kuò)散脫氧進(jìn)行，所以擴(kuò)散脫氧發(fā)生在熔池尾部低溫區(qū)，另外酸性渣有利于擴(kuò)散脫氧進(jìn)行。 合金化的目的⑴補(bǔ)償焊接過(guò)程中由于蒸發(fā)、氧化等原因所造成的合金元素的損失。柱狀晶的微觀形態(tài)又分為平面晶、胞狀晶、胞狀樹(shù)枝晶和樹(shù)枝晶。3)冷卻速度：冷卻速度↑，珠光體的比例增多且珠光體組織細(xì)化，強(qiáng)度、硬度↑，但塑性↓ 低合金鋼焊縫的二次組織根據(jù)低合金鋼焊縫的成分和焊接時(shí)的冷卻條件，低合金鋼焊縫可能會(huì)出現(xiàn)鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體四種轉(zhuǎn)變，其中鐵素體轉(zhuǎn)變占主要地位。如果母材焊前是正火或退火狀態(tài)，焊后熱影響區(qū)的組織分布見(jiàn)圖27。氮?dú)饪椎漠a(chǎn)生主要是由于保護(hù)不好，有較多的空氣侵入熔池造成的。④焊縫中產(chǎn)生氣孔的條件是：V≤R。在焊接過(guò)程中，它在焊接回路中可以傳導(dǎo)電流、作為引燃電弧的一個(gè)電極，同時(shí)它還起著填充金屬的作用，在熱源作用下熔化并與熔化的母材共同形成焊縫。目的也是在于保證焊縫有響應(yīng)的塑性和抗裂性。③在焊接工藝措施上，能確保產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，應(yīng)選用大規(guī)格的焊條，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 保護(hù)氣體氣保護(hù)焊中所用的保護(hù)氣體有三種：活性氣體、惰性氣體以及混合氣體。（4）根據(jù)焊接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件（5）根據(jù)勞動(dòng)條件和生產(chǎn)效益①當(dāng)酸性和堿性焊條都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)選用酸性焊條。（1）根據(jù)母材的物理、機(jī)械性能和化學(xué)成分①等強(qiáng)原則、低強(qiáng)原則②合金結(jié)構(gòu)鋼與不銹鋼焊接時(shí)（屬異種金屬焊接），應(yīng)選用適于異種材料焊接的焊條，或采用過(guò)渡層的方法來(lái)匹配焊條。其次是注意工藝操作：①選用合適的焊接規(guī)范，并加上擺動(dòng)焊條，以便于熔渣的浮出；②多層焊時(shí)，應(yīng)注意清除前層焊縫的殘?jiān)?；③施焊時(shí)盡量采用短弧焊，以保護(hù)熔池。②結(jié)晶速度RR較小時(shí)，氣泡有充分時(shí)間逸出，無(wú)氣孔，氣泡易上??；R較大時(shí)，氣泡上浮時(shí)間短，可能殘余在焊縫內(nèi)部。⑴氫氣孔多數(shù)情況下，氫氣孔出現(xiàn)在焊縫的表面上，氣孔的斷面形狀如同螺釘狀，在焊縫的表面看呈喇叭口形，而且氣孔的內(nèi)壁光滑。所以，這個(gè)區(qū)的特點(diǎn)是晶粒大小不一，組織不均勻，因而機(jī)械性能不均勻。（2）一次結(jié)晶組織的改善① 冶金措施② 工藝措施a、焊后熱處理b、多層焊c、振動(dòng)結(jié)晶 焊縫金屬的固態(tài)相變 低碳鋼焊縫的二次組織低碳鋼的含碳量低（≤%），焊縫的二次組織就是由鐵素體加少量珠光體構(gòu)成的。（3）偏向晶與定向晶柱狀晶的生長(zhǎng)方向和焊速還有關(guān)系。（2）控制磷的措施由于磷一旦進(jìn)入液態(tài)金屬，脫磷就相當(dāng)困難，比脫硫效果還差，所以控制[P]應(yīng)以“限”為主。（2）脫氧反應(yīng)①先期脫氧先期脫氧發(fā)生在藥皮反應(yīng)區(qū)。所以，焊縫金屬和鋼中所含的氧幾乎全部是以氧化物和硅酸鹽夾雜物的形式存在。②與氮發(fā)生作用的金屬，如鐵、錳、鈦、硅、鉻等，它們既溶解氮，又形成氮化物。反應(yīng)生成的分子氫不溶于金屬，于是在液態(tài)金屬中形成氣泡。在焊縫中，氫沿焊縫長(zhǎng)度方向的分布基本均勻，只是在弧坑處含氫量高，所以在弧坑處容易產(chǎn)生氫缺陷。 線膨脹系數(shù)它主要是影響脫渣性。當(dāng)B1大于1時(shí)為堿性渣，小于1時(shí)為酸性渣，等于1時(shí)為中性渣。 熔滴反應(yīng)區(qū)是指從熔滴形成、長(zhǎng)大、過(guò)渡到高速飛入熔池前這一階段。（2）填充金屬：焊芯或焊絲。焊條是指藥皮里面的焊芯，其它熔化焊方法中指焊絲。該區(qū)有以下特點(diǎn)：（1）熔滴的溫度高——1800～2400℃；（2）各相之間的反應(yīng)時(shí)間（接觸時(shí)間）極短——；（3）熔滴金屬與氣體和熔渣的接觸面積大——熔滴的比表面積（熔滴表面積與質(zhì)量之比）要比煉鋼時(shí)大1000倍，可達(dá)1000～10000 cm2/kg；（4）熔滴金屬與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈的混合，所以冶金反應(yīng)最強(qiáng)烈，對(duì)焊縫成分影響最大。這個(gè)公式計(jì)算起來(lái)比較麻煩，所以清華大學(xué)的陳伯蠡教授建議采用下列修正式： （24），1～。渣的線膨脹系數(shù)與焊縫金屬的相差越大，越容易脫渣。在近縫區(qū)，熔合線處的含氫量高低影響到此接頭是否容易在此處產(chǎn)生冷裂紋。當(dāng)氣泡外逸速度小于結(jié)晶速度時(shí)，就在焊縫中形成氣孔。所以焊接這些金屬及其合金時(shí)就要防止焊縫金屬的氮化。焊縫含氧量一般是指總含氧量而言，它既包括溶解的氧，也包括非金屬夾雜物中的氧。Fe2O3 + Mn = MnO+2FeOFeO + Mn = MnO + FeOMnO2 + Mn = 2MnO2CaCO3 + Ti＝TiO2 +2CaO + 2CO2CaCO3 + Si = SiO2 + 2CaO + 2CO先期脫氧的效果取決于脫氧劑對(duì)氧的親和力、它的粒度、氧化劑與脫氧劑的比例、焊接電流密度、伸出長(zhǎng)度等因素。脫磷反應(yīng)分為兩步：①將磷氧化生成P2O5②使之與渣中的堿性氧化物生成穩(wěn)定的磷酸鹽2[Fe3P]+5(FeO)+3(CaO)= (CaO)3在一般焊速下，柱晶是呈朝焊縫中心生長(zhǎng)并向焊接方向前傾的彎曲形態(tài)，稱(chēng)為偏向晶，焊速越慢，柱晶前傾的越厲害。鐵素體沿原奧氏體晶界析出，具有一次組織的柱狀輪廓，稱(chēng)先共析鐵素體，晶粒十分粗大，有時(shí)呈粗大的魏氏組織，使得焊縫的沖擊韌性大大降低。圖26 焊接熱影響區(qū)的溫度分布與狀態(tài)圖的關(guān)系a)熱影響區(qū)的組織分布 b)鐵碳狀態(tài)圖 c)熱循環(huán)（圖中Tm為峰值溫度，TG為晶粒長(zhǎng)大溫度）⑸再結(jié)晶區(qū)當(dāng)母材焊前經(jīng)過(guò)冷塑性變形（如冷軋鋼板、冷彎、冷沖壓等），則加熱到500℃～Ac1的區(qū)域?qū)⑿纬稍俳Y(jié)晶區(qū)。有個(gè)別殘存在內(nèi)部，以小圓球狀存在。③氣泡上浮速度為：由公式可知：(a) r↑，v↑→易浮出(b) 液體金屬密度越大，v↑→不易形成氣孔。 焊接材料 焊接生產(chǎn)中使用的焊接材料，一般指熔焊時(shí)用于進(jìn)行焊接連接的易耗材料，包括焊條、焊劑、焊絲和保護(hù)氣體。③母材C、S、P等雜質(zhì)含量高時(shí)，應(yīng)選用抗裂性、抗氣孔性好的焊條來(lái)施焊。因?yàn)樗嵝院笚l工藝性好，焊接發(fā)塵量少，對(duì)焊工身心健康有好處?；钚詺怏w指CO2，惰性氣體Ar，混合氣體指Ar與不同氧化性氣體等按不同比例混合的氣體。②當(dāng)幾種焊條都能滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)選用價(jià)格低的焊條以降低產(chǎn)品成本。⑤強(qiáng)度不相同的異種材料進(jìn)行焊接，應(yīng)該根據(jù)強(qiáng)度級(jí)別低的母材來(lái)選配焊條。