第 3 次课 2 学时
第三节焊接熔渣对金属的作用
一、焊接熔渣及其性质
1、作用
1）机械保护作用； 2）冶金处理作用； 3）改善焊接工艺性能的作用；
2、熔渣的种类和成分
1）盐型熔渣：
组成＝金属卤化物＋不含氧的化合物；
特点：氧化性小；
用途：焊接铝、钛和其他化学活性金属及其合金；
2）盐――氧化物型熔渣：
组成＝氟化物+强金属氧化物；
特点：氧化性较小；
用途：焊接合金钢及低碳钢重要件；
3）氧化物型熔渣：
组成＝金属氧化物；
特点：氧化性较强；
用途：焊接低碳钢和低合金钢；
3、熔渣的微观结构
1）熔渣结构的分子理论
液态熔渣是由化合物分子组成的理想溶液，氧化物与复合物在一定温度下处于
平衡状态；只有自由氧化物才能参与冶金反应。如：
（FeO）+ [ C ] = [ Fe ] + CO 而 (FeO)2·SiO2中的 FeO 不能参与上面的反应。
2）熔渣的离子理论
液态熔渣是由阳离子和阴离子组成的电中性溶液。
离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩（离子电荷/离子半径）。
液体熔渣与金属之间相互作用，是原子与离子交换电荷的过程。如：
Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ]
3）分子－离子共存理论
4、熔渣的性质
1）酸碱度――评价熔渣碱性强弱的指标；酸度是碱度的倒数；
酸性氧化物：强－SiO2－TiO2－P2O5－弱；
碱性氧化物：强－K2O－Na2O－CaO－MgO－BaO－MnO－FeO－弱；
中性氧化物：Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等；
补充：
科学上把含有6.02×1023个微粒的集体作为一个单位，称为摩尔，1摩任何物
质的质量都是以克为单位，数值上等于该种原子的相对原子质量。
通常把1mol 物质的质量，叫做该物质的摩尔质量（符号是M ），摩尔质量的
单位是克／摩（符号是“g／mol”），例如，水的摩尔质量为18g ／mol ，写成M （H 2O ）=18g ／mol 。混和物或溶液中的一种物质的摩尔数与各组分的总摩尔数之比,即为该组分的摩尔分数。
a ）碱度的分子理论
熔渣的碱度就是熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物含量的比值。
碱性氧化物：K 2O 、Na 2O 、CaO 、MgO 、MnO 、FeO ，
酸性氧化物：SiO 2、TiO 2、P 2O 5等。
B1＞1为碱性渣， B1＜1为酸性渣， B1=1为中性渣。
b ）碱度的离子理论
把液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）定义为碱度。渣中自由氧
离子的浓度越大，其碱度越大。计算式为：
M k 是渣中第 k 种氧化物的摩尔分数，a k 是其碱度系数
当B2＞0时为碱性渣，B2＜0为酸性渣，B2= 0为中性渣。
2）粘度――指熔渣内部各层之间相对运动时的内摩擦力；
其碱度系数
酸性氧化物的质量分数其碱度系数碱性氧化物的质量分数?∑?∑=1B ∑==n k k k M a 1
2B
一般，粘度越大，保护效果差，冶金作用小；
粘度过小，保护作用也差，对成形不利。
影响因素：
a）熔渣成分
焊钢用熔渣的粘度：1500℃左右，0.1～0.2Pa·S；
酸性渣――加入SiO2――阴离子的尺寸↑――粘度↑；
――加入碱性氧化物或TiO2――阴离子的尺寸↓――粘度↓；
碱性渣――加入碱性氧化物――未熔固体颗粒增多――粘度↑；
――加入SiO2――未熔固体颗粒减少――粘度↓；
碱性或酸性渣――加入CaF2――粘度↓。
b）温度↑，粘度↓；
酸性渣：长渣，凝固时间长，不适于仰焊；
碱性渣：短渣，凝固时间短，适于全位置焊接；
图2-18，粘度与温度的关系。
3）熔渣的表面张力：
指气相与熔渣之间的界面张力或相互接触的比表面能。
补：
多相体系中相之间存在着界面。习惯上人们仅将气-液，气-固界面称为表面。表面张力即界面张力，通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。如：在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直
指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。
影响因素：
a）化学键能――质点间的作用力。
酸性氧化物――化学键能小――表面张力小；
碱性氧化物――化学键能大――表面张力大；
CaF2――表面张力减小；
b）温度：升高，张力下降；
4）熔渣的熔点：
固态熔渣开始熔化的温度――一定的温度区间进行；
一般比焊缝金属的熔点低200～450℃.
影响因素：成分――药皮中的难熔物质↑，熔点↑；
颗粒度――↑，熔点↑；
焊钢的熔渣熔点1150～1350℃。
对比：造渣温度――药皮开始熔化的温度；
造渣温度－一般比熔点高100～200℃.比焊芯的熔点低100～250℃.
二、熔渣对焊缝金属的氧化
熔渣的氧化（或还原）能力是指熔渣向液态金属中传入氧（或从液态金属中导出氧）的能力。氧化性较强的熔渣又称为活性熔渣。
1、置换氧化
――主要发生在熔滴阶段和熔池前部的高温区。
指被焊金属与其他金属或非金属的氧化物发生置换反应而导致的氧化。
渣中易分解的氧化物＋铁＝FeO（大部分→熔渣，小部分→焊缝）＋元素。
例如，用低碳钢焊丝配合高硅高锰焊剂(如HJ431)埋弧焊时，易发生如下置换氧化反应:
（FeO）
↑
（SiO2）+ 2 [ Fe ] =[ Si ] + 2 FeO
↓
或 : （MnO） [ Mn ] [FeO]
影响因素：
1）熔渣的活性系数――
A F ＝[w(SiO
2
)+0.5w(TiO
2
)+0.4w(ZrO
2
)+0.4w(Al
2
O
3
)+0.42B
1
2w(MnO)]／B1
A
↑，氧化性↑，熔敷金属中氧含量↑，图2-20。
F
2）温度：温度↑，置换反应越强烈。
2、扩散氧化
――主要发生在熔滴阶段和熔池高温区。
指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属使焊缝增氧的过程。
在一定温度下，FeO在渣和液态钢中的浓度达到平衡：
L＝w（FeO）／w［FeO］
1）焊缝中的含氧量随熔渣含氧量的增加而增加；
2）温度升高，L减少，即高温时FeO向液态钢中分配，在焊接温度下，L>1（在渣中的分配量大一些）；
3）同样温度下，FeO在碱性渣中比在酸性渣中更容易向金属中分配，即在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多。
思考：碱性焊条药皮中不加含FeO的物质，要求焊接时清除焊件表面的氧化皮和铁锈？或碱性焊条对铁锈和氧化皮敏感性大的原因。
酸性焊条的焊缝含氧量>碱性焊条的焊缝含氧量（原因：碱焊条药皮的氧化势
低）。
三、焊接金属的脱氧
焊缝金属脱氧――通过脱氧剂，减弱被焊金属及其合金的氧化程度或从其氧化物中
还原出来――降低焊缝金属中的含氧量。
1、脱氧剂的选择原则
1）目的
尽量减少焊缝中的含氧量
（防止母材氧化，减少液态金属中的氧；排除脱氧产物。）
2）措施
在焊丝、焊剂或药皮中加入合适的元素或铁合金，夺取氧。
3）脱氧剂的选择原则：
焊接温度下脱氧剂对氧的亲和力>被焊金属对氧的亲和力；
脱氧产物不溶于液态金属，其密度<母材，在焊接温度内尽量为液态；
综合考虑对焊缝成分、性能及焊接工艺性的影响；
2、先期脱氧
含有脱氧元素的造渣剂和造气剂加热时，高价氧化物或碳酸盐分解出O2和CO2和脱氧元素发生反应。
Ti ＋ 2CO2＝ TiO2＋ 2CO ； 2Al ＋ 3CO2＝ Al2O3＋ 3CO；
Si ＋ 2CO2＝ SiO2＋ 2CO ； Mn ＋ CO2＝ MnO ＋ CO；
结果：使气相的氧化性减弱；
特点
在固态药皮中进行，温度低，不完全；
脱氧产物、过程与熔滴不发生直接关系；
3、沉淀脱氧
－－置换氧化的逆过程
→被焊金属还原；
本身转变为氧化物→进熔渣；
1）特点：脱氧速度快，脱氧彻底，在熔滴和熔池内进行；
是减少焊缝金属含氧量最主要的方法；
但脱氧产物不能清除时，金属液中杂质的含量↑。
2）低碳钢和低合金钢的常用脱氧剂：
a) 锰的脱氧
[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO)
弱脱氧剂。
脱氧效果：温度降低，有利于反应向右进行；发生在熔池尾部的低温区内；
钢液中锰的含量↑，渣中MnO的含量↓－－－脱氧效果↑；
熔渣性质－－酸性渣的效果好，碱性渣差；
b) 硅的脱氧
[Si]+2[FeO]＝ (SiO2) +2[Fe]
脱氧能力比锰大，一般不单独脱氧。
SiO2的性质――熔点高，一般以小的固态质点存在，不易浮出；
――与液态金属的表面张力小，不易分离――夹杂；
c) 硅锰联合脱氧
按Mn／Si比例3～7加入，脱氧效果好。
思考题1：为什么酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素？
酸性渣中含有较多的 SiO
2和 TiO
2
，它们容易与锰的脱氧产物 MnO 生成复
合物MnO·SiO
2和MnO·TiO
2
，使 MnO 的活度系数减小，因此脱氧效果较好。
相反，在碱性渣中 MnO 的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果
越差。
思考题2：为什么碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素？
硅的脱氧能力比锰大，但生成的SiO
2
熔点高，通常认为处于固态，不易聚合
为大的质点；同时SiO
2
与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。因此，碱性焊条一般不单独用硅脱氧。
思考题3：碱性焊条采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧？
把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行复合脱氧时, 其脱氧产物为不饱和液态硅酸盐，它的密度小，熔点低，易于浮出，并易被熔渣吸收，从而减少钢中的夹杂物和含氧量，脱氧效果十分显著。
4、扩散脱氧
――扩散氧化的逆过程。
被焊金属的氧化物－－从液态金属进入熔渣 → 焊缝金属含氧量↓。
1）影响因素：
温度――温度越低，L 越大，即低温时易向熔渣中分配。
熔渣性质――温度相同时，酸性渣有利于扩散脱氧。
酸性渣中－－SiO 2+(FeO) ＝ FeO ·SiO 2；
TiO 2 +(FeO) ＝ FeO ·TiO 2；
（FeO ）的活度↓，扩散脱氧↑;
碱性渣中（FeO ）活度大，其扩散脱氧的能力比酸性渣差；
2）特点：
在液态金属与熔渣界面上进行，不会造成夹杂。
在熔池的后部的低温区进行，不充分。
本节小结
FeO L w[FeO]
(FeO)w
第２６卷第１０期 焊接学报ｖｏＪ．２６Ｎ。．１０２Ｏ０５年ｌＯ月ＴＲＡＮＳＡＣＴｌ０ＮＳ０ＦＴＨＥＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵｎ０ＮＯｃｔｏｂｅｒ２００５ 活性Ｓｉ０２在焊接熔渣一金属界面化学反应 的热动力学分析 李晓泉，杨旭光，方臣富 （江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室，江苏镇江２１２００３） 摘要：针对焊接熔渣一金属冶金反应远离平衡的特性，从非平衡态热力学及液一液 两相交互作用耦合的角度建立了液态熔渣组成中ｓｉ０，与熔敷金属间的化学反应热动 力学模型。对建立的模型通过试验测试，并借助于Ｍ“ａｂ工具软件进行了非线性数值 求解。定量计算结果表明，焊接过程各区域的冶金反应方向及限度存在明显的不同，熔 滴反应区正向氧化反应偏离平衡态的距离远大于熔池反应区逆向脱氧反应偏离平衡的 距离。同时反应所处的温度及熔渣中ｓｉ０：含量都在一定程度上影响反应的方向及限 度，从面对焊缝金属的增氧产生重要影响。 关键词：冶金反应；熔滴反应区；熔池反应区；反应方向 中图分类号：Ｔｃ“５文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—３印ｘ（２００５）１０一４３—０４竽吭承 ０序言 ｓｉｏ，是各种渣系调节焊接工艺性能的一基本组分，但ｓｉ一０键高温亲合力相对较弱的本征属性，使得ｓｉ０，又具有相当的热化学活性，高温下易与熔化金属进行化学反应，是熔渣造成液态金属增氧的主要成分。ｃｈａｉ及Ｅａｇａｒ¨。１等学者曾从高温平衡态热力学角度对埋弧焊接过程ｓｉＯ，分解反应的方向及限度问题开展过理论计算，以试图对焊缝金属的增氧问题作定量化研究。但这些计算完全基于热力学平衡考虑，而实际焊接过程渣、金、气相间的化学冶金反应是在远离平衡状态下进行的，其结果必然导致焊缝金属的最终成分远离平衡成分，这给定量化学冶金研究带来相当的难度。考虑到实际焊接过程化学冶金反应是在体系与环境间存在着连续的物质和能量交换状态下进行的，即反应物质不断从焊剂、焊丝中熔化进入反应体系，而生成物质又在不断地随同熔渣和焊缝金属凝固被排除反应体系。当焊接过程进入准稳定状态后，伴随着电弧能量的耗散，焊接各区域渣一金冶金反应则是在离开平衡一定距离稳定进行的（在非平衡态热力学上称为非平衡定态），因而能保持焊缝金属成分沿焊缝长度方向的均匀性。作者即是基于这种思想，从非平衡态 收稿日期：２∞，一０７—２９ 基金项目：江苏省高校自然科学基金资助项目（００ＫＪＤ４３０００４）角度对ｓｉ０：在高温条件下与液态金属间冶金化学反应的热力学及动力学进行耦合计算分析。 １基于非平衡热动力学耦合的熔渣一金属作用模型 熔渣中ｓｉＯ：组分与液态金属在界面上的反应式可表示为 “ （ｓｉ０２）＋２［Ｆｅ］辛２（（Ｆｅｏ）“Ｆｅｏ］）“ｓｉ］，（１） 屹 式中：（）、［］分别代表物质存在于熔渣及液态金属中；”。、”：分别代表正向和逆向反应速度。反应生成的Ｆｅｏ在渣—金界面按分配系数￡＝［ＦｅＯ］／（Ｆｅ０）进行分配，其中［Ｆｅ０］进一步向液态金属内部扩散即造成液态金属增氧。 渣一金界面上化学反应的驱动力Ａ可用下式来表示”“１ Ａ＝ｐＦｅ。ｂＦｅｏ＋肛‰６§一灿Ⅸｍ６蜘。一ｐＦ。６Ｆｅ＝ Ｒ丌ｎ｛Ｋ（ｓｉｏ：）。［Ｆｂ］；／（（Ｆｅｏ）；＋［Ｆｂｏ］。）２［ｓｉ］．｝，式中：胁、６，分别为体系中Ｊ组元的化学位及在反应方程式（１）中的化学计量系数下标ｆ代表渣一金界面浓度。而反应的平衡常数Ｋ为 Ｋ＝｛（Ｆｅｏ）。＋［Ｆｅｏ］ｏ｝２［ｓｉ］。／（ｓｉｏ：）。［Ｆｅ］：， 下标。代表体系处于平衡态；，为反应温度；矗为气 体常数。 万方数据
金属材料焊接成型中的主要缺陷及控制措施 发表时间：2020-01-15T14:41:19.193Z 来源：《科学与技术》2019年17期作者：顾克帅[导读] 在金属焊接成型过程当中的焊接工艺占据的重要地位，但是焊接技术在我国发展时间相对较短，因此技术上不能说是尽善尽美。 摘要；在金属焊接成型过程当中的焊接工艺占据的重要地位，但是焊接技术在我国发展时间相对较短，因此技术上不能说是尽善尽美。因为在金属材料焊接成型的过程当中可能会出现某些缺陷，因此就必须针对于焊接过程中可能出现的问题进行解决，只有这样才能够使得我国金属材料焊接环节这一领域取得快速突破。 关键词：金属材料；焊接；缺陷控制；措施 在金属材料的焊接过程当中，需要使用到不同的工艺，但是针对于各种不同的焊接材料，所选择的工艺的技术要点之间有着一定的不同之处，而为了能够有效的提高金属材料最终的焊接质量，以及使得焊接之后的材料能够具有更强的实用性，就会出现一个对于焊接过程中的种种缺陷进行补充，从而能够使得在金属材料焊接过程中不再出现类似的缺陷，进一步的提高我国焊接工艺及焊接水平。 一、焊接过程中出现的主要缺陷 1 产生了热裂纹 在金属材料焊接过程当中，因为金属被融化为液态，在金属凝固的过程之后，会使得最终产生的工件具备有一定的裂纹，而这种裂纹也称为热裂纹。一般情况金属之所以出现热裂纹，是因为主要存在于焊缝的中心位置，而一般这种裂纹会在焊接完成之后立刻的发现，追究其产生的主要原因，可能是因为在进行金属材料焊接过程当中，因为金属的熔点较高，然而杂质的熔点过低，因此杂质的凝固点也低于金属的熔点，从而导致金属当中掺杂有大量的杂质，在出现拉应力的过程之后，产生了一定的裂纹，这样会导致热裂纹现象的产生。 2 产生了冷裂纹 在金属材料焊接过程当中出现的另一种缺陷是产生了冷却的这一种阶段，主要是在金属材料焊接之后，焊接头冷却过程中而产生的裂纹。这种情况其出现并没有固定的时间，一般而言在金属材料和冷却之后才出现的，也可能会在焊接完成之后立刻就会出现，或者是停止一段时间之后再出现。追究其产生的主要原因，可能是因为在焊接过程当中产生了大量的氢气是产生了侵袭，迅速的扩散并且不断的聚集，从而导致了冷裂纹的产生，另外的焊接过程中使用到的材料塑性较低也会很大可能产生了裂纹。 3 产生未焊透、未熔合等现象 在进行金属材料焊接过程当中产生的主要缺陷，也可能会是金属材料出现未焊透、未熔合的现象，而出现这种现象，也会进一步的导致金属材料出现裂纹，而追究金属材料出现未焊透以及未熔合的现象的成因，主要是因为在金属材料焊接的过程当中，施工人员观察的角度不对，没有全部的掌握好金属材料所有未焊接部位，从而导致出现了该缺陷。除此之外，也可能会因为选择了不合理的焊接工艺，从而导致选择的工艺不符合材料的特性，也可能会导致出现这一类焊接缺陷。同时如果在焊接过程当中焊接的速度过快或者是钝边过大等现象都会影响到最终的焊接质量。除此之外，如果在焊接过程当中焊接的金属工件，其表面存在着一定的杂质，出现这一类现象的主要原因，也可能是因为焊接过程中工作人员自身的技术水平不能够达到有关的要求。 4 出现夹渣现象的原因 在金属焊接过程当中出现夹渣现象的原因，可能是因为在焊接的过程当中，因为接触工件的焊接坡口较小或者是焊接时焊接速度较快、电流过小等因素直接的引发这一类缺陷的产生。而出现的夹渣现象主要有金属夹渣以及非金属夹渣两种类型。除此之外，也可能是因为在焊接过程当中电流的密度而造成夹渣现象，同时其余的原因可能是因为焊接过程当中电弧过长或者是极性出现了偏差，而影响到最终的焊接质量。 二、针对于上述缺陷选择的控制措施 1 针对于裂纹的防范措施 为防止在金属焊接过程当中产生了裂纹，就必须在焊接过程当中严格的根据有关的规范以及要实现的最合理的技术，进一步的防止出现这一现象。同时在焊接过程当中使用的焊条应当选择具备有较低含氢量的焊条，这样才能够进一步的控制焊接过程中含氢的含量。除此之外，在焊接过程当中还必须严格的挑选优质的材料，从而防止因为材料的质量而影响到整体的质量，而在焊接过程中还需要进一步的控制焊接场所周围的温度和湿度等环境影响，因为在焊接的过程中空气中的水份会分解成氢气和氧气进入在焊缝中，最终影响到焊接质量，此时，只有做好焊接材料过程当中环境的控制，才能够防止在焊接过程中，因为空气中的温度以及湿热影响到焊接中的材料发生变化。同时在焊接材料的储藏以及保存过程当中，还必须保证金属材料始终保持干净、干燥，并且以更为有效的措施防止材料与空气相接触，从而防止有冷裂纹倾向材料在焊后应立即进行后热处理，保证焊缝中氢气逸出。 3 针对于未焊透、未熔合等现象的控制措施 针对于金属材料的焊接过程当中，出现未焊透、未熔合等现象，就必须采取一定的措施针对性的预防以及控制这种现象的出现。这就需要在焊接过程中将工件的焊接位置调至合适的位置，同时严格的控制焊接过程中外部的环境，做好焊前预热工作，使得坡口两侧20mm范围内无水汽。除此之外，在焊接过程当中，要保证工作人员具备有较高的技术以及工作水平，能够很好的做好金属工件的焊接，同时，在焊接过程当中必须严格的根据有关的焊接规范以及焊接要求从根本上防止出现这一类缺陷。 4 针对于夹渣现象的控制措施 为了防止在焊接过程当中出现夹渣现象，就必须在焊接的过程当中，以更为科学合理的措施，从本质上防止出现这一类现象。而这就需要在金属焊接的过程当中严格的注意一下几点： 首先就必须在焊接材料的选择过程中选择坡口均匀，同时坡口直径恰当的材料，从而能够在材料焊接之后，继续熔渣上浮；其次，要保证在焊接过程中始终有恰当稳定的电流，从而防止因为液态金属粘度大，同时焊接速度较快，而导致了焊缝在凝固时熔渣来不及浮出出现夹渣现象。第三，需要在多层多道焊时及时清理掉出来的焊渣，防止因为熔渣清理不干净而出现夹渣现象。第四，必须做好焊接之前焊接材料的保存工作，同时还要做好金属母材的隔绝工作，保证焊条不与空气当中的水分以及其余杂质相接触，进一步保证其化学性质。最后，还必须根据焊条的本身性质选择最为合适的电源，比如说如果焊条为酸性焊条，那么就必须使用交流电源，反之如果使用的焊条为碱性焊条，那选择的焊接是就必须以直流电源提供电力，从根本上防止出现夹渣现象。
金属材料焊接成型中主要缺陷及控制策略分析王玲玲 发表时间：2019-09-19T10:58:28.560Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：王玲玲史立倩 [导读] 摘要：焊接成型是金属材料加工的一个重要环节，直接关系着材料成型质量。 山东科技大学山东省青岛市 266000 摘要：焊接成型是金属材料加工的一个重要环节，直接关系着材料成型质量。根据不同金属产品的加工要求，要尽可能减少焊接缺陷，严格遵守相关操作技术规范。面对日益提高的金属材料焊接质量要求，要明确各种焊接缺陷的成因，从而采取有效的控制策略，减少缺陷问题。 关键词：金属材料；焊接成型；主要缺陷；控制策略； 1金属材料焊接成型过程中主要缺陷分析 1.1裂纹 在金属材料的焊接成型过程中，对操作技术质量有严格的要求，任何环节出现错误，都会导致产品出现明显缺陷。其中，裂纹是较为容易出现的焊接缺陷之一，对金属材料产品的使用有较大影响。焊接裂纹缺陷总体可分为热裂纹、冷裂纹两大类。其中热裂纹是出现在金属材料的焊接过程中的，在金属材料由液态晶体转变为固态晶体的过程中，可能因操作失误或外界环境影响，导致热裂纹的出现。在焊接成型后，裂纹会出现在金属材料表面，影响其完整性和美观性。如果金属材料自身质量较差，杂质含量较高，或焊接环境中的湿度条件不符合要求，都会对焊接过程产生干扰，增加出现热裂纹的概率。冷裂纹则是在焊接完成后，由于处置不当，引起的裂纹缺陷。一般出现在焊接成型几天后，具有一定的不可控性，易出现在焊缝区域，主要是因淬硬组织产生约束应力而形成的。 1.2焊缝折断 焊缝是金属材料焊接加工最容易出现缺陷问题的部位，如果出现焊缝折断问题，会影响整体焊接质量，导致金属材料产品在外力作用下，容易折断或变形，进而影响其实际应用价值。金属材料的焊缝折断问题主要是由于焊接技术不规范导致的，比如出现未焊透、未融合等问题，都会导致焊缝部分的整体质量较差。一般在金属材料的焊接操作过程中，对焊接角度选择有严格要求，如果焊接角度大小不合适，则会影响焊接质量，出现未焊透的情况。此外，焊条的选择也是焊缝质量的一个重要影响因素，需要合理选择焊条。在此基础上，做好焊缝部位清洁，防止对焊接过程造成影响。 1.3夹渣和焊瘤 在实际焊接过程中，不确定因素有很多。金属材料的焊接成型容易受操作过程及操作环境的影响，出现夹渣、焊瘤等现象。其中，夹渣缺陷主要是由于焊缝部分混入熔渣导致的，在焊接过程中较为常见。如果出现夹渣缺陷，会对焊缝强度、材料整体成型质量产生较大影响。一般在操作过程中，如果焊缝切割不规范，会遗留较多残渣。在操作过程中，焊接电流较小，也容易出现夹渣。焊瘤缺陷是指在金属材料成型后，出现较明显的金属瘤，破坏焊缝强度，而且不美观。这种缺陷问题主要是由于液态金属下坠过程中出现干扰导致的，通常与电流控制不稳定有关，比如焊接电流过大、焊弧过长，都容易导致焊瘤问题的出现。 1.4气孔 气孔缺陷是金属材料焊接部分容易出现的另一个主要缺陷问题。在金属材料焊接加工时，气孔危害性较为突出。除了出现在焊接部分外，在接头和表面位置也容易出现明显气孔。无论出现在哪个部位，气孔都会破坏金属材料焊接的完整性，导致金属材料整体强度下降。出现气孔缺陷主要是由于焊接加工前没有对焊接部位进行清洁导致的，比如在焊接区域存在水分或油污，会大幅度增加出现气孔缺陷的概率。在焊接时，水分和油污会形成气体，直流在焊缝周围，进而导致材料成型后出现气孔。 1.5咬边 咬边缺陷是指金属材料焊接区域出现的明显凹陷边缘，是金属材料焊接缺陷中的一个基本类型。出现咬边缺陷也会导致焊缝强度下降，破坏材料焊接成型的美观性。这种缺陷问题主要是由于焊接操作不合理导致的，比如焊接速度过快，容易导致焊缝处理质量下降，进而出现边缘凹陷现象。此外，在焊接过程中使用的电流过大，也容易导致咬边缺陷。因此，在金属材料的焊接加工过程中，必须对材料焊接技术、成型条件进行严格控制，防止出现上述质量缺陷问题。 2金属材料焊接成型缺陷问题控制策略研究 2.1正确选择金属材料焊接方式 针对金属材料在焊接加工过程中容易出现的缺陷问题，首先要正确选择材料焊接方式，保证技术操作的规范性，从而降低缺陷出现的概率。随着金属材料在各个领域的广泛应用，金属材料焊接工艺也得到了快速发展，可供选择的焊接方式越来越多。在进行材料焊接加工前，首先要对材料性质和加工条件进行分析，根据材料焊接成型的质量要求，选择合适的焊接加工方式。应详细分析金属材料的焊接需求，在操作前明确操作技术标准，从常用的焊接方式中进行选择，确保焊接人员对焊接技术流程足够熟悉。对于选定的焊接方式，需要先进行焊接工艺评定，判断在焊接加工过程中，是否存在前后操作冲突的情况。对于可能出现的缺陷问题，如裂纹缺陷、夹渣缺陷等，要采取相应的控制策略。比如在金属材料焊接中，如果氢含量较高，由于其聚集作用，容易导致冷裂纹的出现，应选择含氢量低的焊条，同时加强对环境空气湿度的控制，避免引发材料变质，从而降低冷裂纹出现概率。 2.2对材料焊接参数进行严格控制 焊接参数控制是焊接质量的一个重要影响因素，通过合理设计焊接参数，并在焊接操作过程中严格控制，能够有效地减少金属材料的缺陷问题。比如在上述几种焊接质量缺陷中，有许多缺陷问题是焊接电流选择不当导致的，需要根据材料特点和焊接工艺，对焊接电流进行合理选择，保证电流大小的稳定性，从而提升金属材料焊接质量。此外，焊接角度和焊接弧度也是焊接质量的重要影响因素，必须严格按照金属材料的焊接成型技术规范进行选择，实现对焊接参数的有效控制。比如焊件的钝边如果较大，需要控制好焊接速度，焊接速度过快则容易出现未焊透和未融合的现象。在焊接时，还要合理选择焊件坡口角度，避免因技术参数不合理，影响金属材料焊接成型质量。 2.3检查金属材料焊接环境 金属材料的焊接环境通常较为恶劣，也是金属材料焊接质量控制中不可控因素较多的一个方面。因此，在金属材料焊接加工时，必须做好环境检查工作，尽可能减少外界环境的不利影响。对外界环境进行监测和控制，也要围绕焊接操作要求进行，重点监测环境湿度、风力大小等影响因素，确保环境条件能够满足工艺需求，从而降低缺陷产生概率。除了对自然环境条件进行监测外，还要控制好焊缝状态。
《金属塑性成形原理》习题集 运新兵编 模具培训中心 二OO九年四月
第一章 金属的塑性和塑性变形 1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？ 2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属的塑性？ 3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加应力？ 4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？ 6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应力？ 8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？ 10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？ 12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何 起润滑作用？ 第二章 应力应变分析 1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？ 2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有哪些方法？ 3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？ 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力？ 5．什么是等效应力？有何物理意义？ 6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态？ 7．什么是点的应变状态？如何表示点的应变状态？ 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量？ 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变？ 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义？ 11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系？其原因何在？ 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点？ 13． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=30758075050805050ij σ，试求方向余弦为21==m l ，2 1=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。 14． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=10010010010010ij σ，求其主应力、主剪应力、八面体应力、应力球张量及应力偏张量。 15． 设某物体内的应力场为
第 3 次课 2 学时
第三节焊接熔渣对金属的作用 一、焊接熔渣及其性质 1、作用 1）机械保护作用； 2）冶金处理作用； 3）改善焊接工艺性能的作用； 2、熔渣的种类和成分 1）盐型熔渣： 组成＝金属卤化物＋不含氧的化合物； 特点：氧化性小； 用途：焊接铝、钛和其他化学活性金属及其合金； 2）盐――氧化物型熔渣： 组成＝氟化物+强金属氧化物； 特点：氧化性较小； 用途：焊接合金钢及低碳钢重要件； 3）氧化物型熔渣： 组成＝金属氧化物； 特点：氧化性较强； 用途：焊接低碳钢和低合金钢； 3、熔渣的微观结构 1）熔渣结构的分子理论 液态熔渣是由化合物分子组成的理想溶液，氧化物与复合物在一定温度下处于 平衡状态；只有自由氧化物才能参与冶金反应。如： （FeO）+ [ C ] = [ Fe ] + CO 而 (FeO)2·SiO2中的 FeO 不能参与上面的反应。 2）熔渣的离子理论 液态熔渣是由阳离子和阴离子组成的电中性溶液。 离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩（离子电荷/离子半径）。 液体熔渣与金属之间相互作用，是原子与离子交换电荷的过程。如： Si4＋ + 2 [ Fe ] = 2 Fe2＋ + [ Si ] 3）分子－离子共存理论 4、熔渣的性质 1）酸碱度――评价熔渣碱性强弱的指标；酸度是碱度的倒数； 酸性氧化物：强－SiO2－TiO2－P2O5－弱； 碱性氧化物：强－K2O－Na2O－CaO－MgO－BaO－MnO－FeO－弱； 中性氧化物：Al2O3、Fe2O3、Cr2O3等；
补充： 科学上把含有6.02×1023个微粒的集体作为一个单位，称为摩尔，1摩任何物 质的质量都是以克为单位，数值上等于该种原子的相对原子质量。 通常把1mol 物质的质量，叫做该物质的摩尔质量（符号是M ），摩尔质量的 单位是克／摩（符号是“g／mol”），例如，水的摩尔质量为18g ／mol ，写成M （H 2O ）=18g ／mol 。混和物或溶液中的一种物质的摩尔数与各组分的总摩尔数之比,即为该组分的摩尔分数。 a ）碱度的分子理论 熔渣的碱度就是熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物含量的比值。 碱性氧化物：K 2O 、Na 2O 、CaO 、MgO 、MnO 、FeO ， 酸性氧化物：SiO 2、TiO 2、P 2O 5等。 B1＞1为碱性渣， B1＜1为酸性渣， B1=1为中性渣。 b ）碱度的离子理论 把液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）定义为碱度。渣中自由氧 离子的浓度越大，其碱度越大。计算式为： M k 是渣中第 k 种氧化物的摩尔分数，a k 是其碱度系数 当B2＞0时为碱性渣，B2＜0为酸性渣，B2= 0为中性渣。 2）粘度――指熔渣内部各层之间相对运动时的内摩擦力； 其碱度系数 酸性氧化物的质量分数其碱度系数碱性氧化物的质量分数?∑?∑=1B ∑==n k k k M a 1 2B
《金属塑性成形原理》 习题答案 一、填空题 1.衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 2.所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 3.金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 4.请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 ＝＋ 5.对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。 ＝； ＝。 6.1864年法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为 。
7.金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。 8.变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力 不同，而各点处的最大切应力为材料常数。 9.在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。 10.设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 11、金属塑性成形有如下特 点：、、、。 12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和 三类。 13、金属的超塑性分为和两大类。 14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为和。其中变形是主要的，而变形是次要的，一般仅起调节作用。
焊接熔渣 班级：姓名：学号： 教学目的：1．掌握熔渣的定义、作用、3种分类方法的区别，各种的性能（熔点、密度、粘度）的实际应用。 重点：熔渣3种类型对焊条的作用、粘度的现实作用及意义。 难点：熔渣性能对焊接类型，如：立焊、全方位焊接的电流要求、温度关系等。 复习巩固： 1．熔焊时，电弧周围的三种主要气体是：N2、、H2。 2．焊接化学冶金反应区是分阶段（连续）进行，即：、熔池反应等。3．简答题：焊接化学反应过程进行的条件与特点？ 讲授新课： 一、熔渣的作用（3点）： 1．定义：焊接过程中，焊条、焊剂和非金属夹杂，互相熔解，经化学变化形成覆盖于焊缝表面的液态非金属物质叫熔渣。 判断：焊后覆盖在焊缝表面的固态熔渣即是焊渣。（） 2．具体作用： A、机械保护作用：对氧、等有害气体的隔离。 B、改善焊接工艺性能：熔渣的组成物可以起到稳定电弧，（减少、增加）飞溅，改善焊缝成成形和焊渣脱渣性的作用，从而可以改善焊接工艺性能，保证了焊接过程的稳定性。 例如：平焊中的月牙摆动的运条过程。 C、冶金处理：可以去除熔池中的有害元素，例如：氧、硫、磷、氢等。 注：硫在焊接中引起热裂纹，锰可以硫。磷在焊接中引起裂纹。 二、熔渣的分类：根据熔渣的组成，可将熔渣分为盐型（组成，如：CaF2）、盐----氧化物型（组成，如：CaO、SiO2）与氧化物型（组成，如：MnO、TiO2等）三类。例如：E4303的熔渣为型；E5015的熔渣为盐----氧化物型。 三、焊接熔渣的碱度（酸性和碱性两种）： 1．定义：碱度就是熔渣中酸碱性氧化物数量与作用之对比，用字母表示。 第29页2．公式：B1=∑碱性氧化物质量分数/∑酸性氧化物质量分数。 3．划分标准：B1＞1.3为碱性熔渣；B1＜1.3为酸性熔渣。例如：E4303型焊条的熔渣B1=0.74为；E5015型焊条的熔渣B1=0.74为。 四、熔渣的物理性能（3点）： 1．熔点熔渣的熔点应（低、高）于被焊金属的熔点。 注：熔渣在焊接过程中的作用是先熔化而后凝结。 2．密度熔渣的密度应比被焊接金属的密度（大、小）。 3．粒度表示流体抵抗剪切或内摩擦力大小的性质，流体的粘度越大流动性越差。 注：要求熔渣的粘度适中。A、熔渣粘度过大，流动性差，阻碍熔渣与液体金属之间的反应充分进行和气体从熔池中排出，容易形成，并使焊缝成形不良。B、熔渣粘度过小，则会因流动性大而难以完整覆盖于焊缝金属表面，破坏保护效果，焊缝的力学性能与成形均变（差、好），而且全位置焊接 ▲判断：熔渣的粘度与温度关系很密切，温度升高，粘度变小。（） 4．长渣与短渣：随温度降低粘度增加缓慢的熔渣，因为凝固所需时间长，叫做长渣；而随温度降低粘度迅速增加的，叫做。 ▲思考题：长、短渣对焊接方法（立、平、横等）的应用？E4303熔渣为何类？ 五、表面张力：熔渣的表面张力越小，则熔滴越（细、粗）。熔渣覆盖的情况越好，增加了熔渣与液体金属的接触面积，有利于提高反应速度。但表面张力过小时，难于实现全位置焊接，并容易造成焊缝（夹渣、气孔）。 课后练习：1.熔渣在焊接过程中的三个作用？ 2.熔渣的判断标准？
一、填空 1.金属的加工硬化是指塑性变形后其机械性能中强度和硬度（升高），而塑性和韧性（降低）的现象。 2.金属经塑性变形后，强度升高塑性下降的现象称为（加工硬化），它可以通过（加热）方法消除。 3.金属产生加工硬化后的回复温度T回=(0.2----0.3)T熔(金属熔化的绝对温度);再结晶温度T 再=( 0.4)T熔。 4.锻造时对金属加热的目的是（提高塑性）和（减小变形抗力）。 7.衡量金属可锻性的两个指标是（塑性）和（变形抗力）。 9.金属在塑性变形过程中三个方向承受的（压应力）数目越多，则金属的塑性越好，（拉应力）的数目越多，则金属的塑性越差。 11．模锻件的分模面即上下模在锻件上的（）,为了便于模锻件从模膛中取出，锻件沿锤击方向的表面要有一定的（斜度）。 12．板料冲压的基本工序可分为（分离）和（成形）两大类。 13．板料落料时，凹模的尺寸（大于）落料件的尺寸，而凸模的尺寸小于落料件的尺寸；板料冲孔时，凸模的尺寸（小于）孔的尺寸，而凹模的尺寸大于孔的尺寸。 15．为使弯曲后角度准确，设计板料弯曲模时考虑到（回弹）现象，应使模具的角度比需要的角度（小）。 17．板料冲压基本工序冲孔和落料是属于（分离）工序；而拉深和弯曲则属于（成形）工序。 18.按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向之间的关系，挤压可分为（正挤压）、（反挤压）、（复合挤压）和（径向挤压）。 二、判断 1.滑移是金属塑性变形的主要方式。 F 2.变形金属经再结晶后不仅可以改变晶粒形状，而且可以改变晶体结构。F 3.钨的熔点为3380℃，当钨在1200℃变形时，属于冷变形。 F 4.金属存在纤维组织时，沿纤维方向较垂直纎维方向具有较高的强度，较低的塑性。F 5.锻造纤维组织的稳定性很高，故只能用热处理的方法加以消除。F 6.金属材料凡在加热条件下的加工变形称为热变形，而在室温下的加工变形称为冷变形。F 7.钢料经冷变形后产生加工硬化而提高强度，钢锭经锻造热变形后因无加工硬化，故机械性能没有改善。F 8.自由锻不但适用于单件,小批生产中锻造形状简单的锻件,而且是锻造中型锻件唯一的方法。 F 9.模型锻造比自由锻造有许多优点,所以模锻生产适合于小型锻件的大批大量生产。T 10.胎膜锻造比自由锻造提高了质量和生产率，故适用于大件，大批量的生产。F 11．带孔的锻件在空气锤上自由锻造时，孔中都要预留有冲孔连皮，而于锻后冲去。T 12．自由锻造可以锻造内腔形状复杂的锻件。F 13．锤上模锻可以直接锻出有通孔的锻件。F 14．自由锻件上不应设计出锥体或斜面的结构，也不应设计出加强筋，凸台，工字型截面或空间曲线型截面，这些结构难以用自由锻方法获得。T 15．锤上模锻时，终锻模膛必须要有飞边槽。T 16．锻造时对坯料加热的目的是提高塑性和降低变形抗力,所以，加热温度越高越好。F 17．制定锻件图时，添加敷料是为了便于切削加工。T 19．在空气锤上自由锻造有孔的锻件时，都不能锻出通孔，而必须留有冲孔连皮，待锻后
绪论 1）材料连接：材料通过机械、物理、化学和冶金方式，由简单型材或零件连接成复杂零件和机械部件的工艺过程。 2）冶金连接成型是：通过加热或加压（两者并用）使两个分离表面的原子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。主要用于：金属材料及金属结构的连接，通常称为焊接。 为了克服阻碍材料表面紧密接触的各种因素，在连接工艺上主要采取以下两种措施： A对被连接的材质施加压力B对被连接的材质加热（局部或整体） 3）焊接方法分类：熔化焊、压力焊、钎焊；冶金角度分为：液相连接、固相连接、液-固相连接 熔化焊属液相连接、压力焊属固相连接、钎焊属液-固相连接 第一章熔化焊的本质是小熔池熔炼和铸造。 1）焊接过程所采用的能源主要是热能和机械能。对于熔化焊来说，主要采用热能 2）焊接热源：①电弧热（手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊②电阻热（电阻焊、电渣焊③高频热源（钎焊）④摩擦热（摩擦焊）⑤等离子弧（等离子弧焊接⑥电子束（电子束焊⑦激光束（激光焊⑧化学热（气焊、热剂焊）3）理想的焊接热源：应具有加热面积小、功率密度高和加热温度高等特点 4）真正的热效率：用于熔化金属形成焊缝的热量所占的比例。（热效率：加热焊件所吸收的热量所占的比例） 5）温度场：某瞬时焊件上各点温度的分布称为温度场。 6）焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环 决定焊接热循环特征的基本参数：加热速度wH、最高加热温度Tm、在相变温度以上停留的时间tH、冷却速度wc 焊接热循环的影响因素：材质的影响、接头形状尺寸的影响、焊道长度的影响、预热温度的影响、线能量的影响 7)多层焊：前一层焊道对后一层焊道起预热作用；后一层焊道对前一层焊道起后热作用。 8）焊条熔化：①焊条金属的平均熔化速度gM：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度，与焊接电流成正比； ②损失系数ψ：在焊接过程中由于飞溅，氧化和蒸发而损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比 ③焊条金属平均熔敷系数gH：单位时间内真正进入焊接熔池的那部分金属质量 gH=（1-ψ）gM 9）熔池：母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材共同组成的具有一定几何形状的液体金属区域称为熔池熔滴：焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴。熔滴过渡三种形式：短路过渡、颗粒过渡、附壁过渡 熔渣：药皮熔化反应之后的产物，两种过渡方式：一是以薄膜形式包在熔滴外面或夹在熔滴内同熔滴一起落入熔池： 二是直接从焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池 10）熔化焊过程中所采用的保护方式：渣保护、气保护、渣气联合保护 11）焊接的接头组成：焊缝、（熔合区）、热影响区。 焊接的接头的形成过程：焊接热过程、焊接化学冶金过程、熔池凝固和相变过程 熔化焊焊接接头形式：对接接头、角接头、丁字接头、搭接接头 13）熔合比：在焊缝金属中局部熔化母材所占的比例，称为熔合比。 14）焊接性：是指金属材料（同种或异种）在一定焊接工艺条件下，能够焊成满足结构和使用要求的焊件能力。其具体包括：结合性能，即焊接时形成缺陷的敏感性，也称工艺焊接性；使用性能，即焊成的焊接接头满足使用要求 的程度，称为焊接性 15）熔化焊焊接材料：焊条（焊条由焊芯和药皮两部分组成）、焊剂、焊丝、保护气 16）焊芯的作用：a作为电极，起导电作用，产生电弧，提供焊接热源b 焊芯受热熔化成为焊缝的填充金属c 药皮的作用：a保护作用b冶金作用c改善焊接工艺性 17）焊条选用原则：是要求焊缝和母材具有相同水平的使用性能（等强度、等成分） 18）焊接熔渣：焊接时焊条药皮或焊剂熔化后，经过一系列化学变化形成的覆盖在焊缝表面上的非金属物质称为焊接熔渣焊接熔渣在焊接过程中有机械保护作用，改善焊接工艺性能和冶金处理作用 长渣：把粘度随温度变化而缓慢变化的熔渣称为长渣 短渣：一般把黏度随温度变化而急剧变化的熔渣称为短渣 19）焊接化学冶金反应包括：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区 20）电弧气氛中的H主要来源于焊接材料中的水分及有机物，吸附水和结晶水，表面杂质及空气中的水分等焊接气氛中的H的存在形式有扩散氢和残余氢 21）焊接区的N来源于焊接区周围的空气，O主要来源于焊接材料 22）脱氧剂的选择原则：a在焊接温度下脱氧剂对氧的亲合力必须比被焊金属大 b脱氧产物应熔点低，不溶于液态金属，且其密度也应小于液态金属的密度 23）脱氧反应按其进行的方式和特点分为先期脱氧、沉淀脱氧和扩散脱氧： 先期脱氧：在焊条药皮加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应；
第一章绪论 1. 什么是金属的塑性什么是塑性成形塑性成形有何特点塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性成形：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2. 试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ. 按成型特点可分为块料成形（也称体积成形）和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次加工和二次加工。 一次加工： ① ---------- 轧制是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ② ---------- 挤压是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于（低塑性的）型材、管材和零件。 ③ ---------- 拉拔是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻 --- 是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需 的形状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻 -- 是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变 形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。
焊接课后答案及名词解 释 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
1.试述熔化焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别 熔化焊接：使两个被焊材料之间(母材与焊缝)形成共同的晶粒 针焊：只是钎料熔化，而母材不熔化，故在连理处一般不易形成共同的晶粒，只是在钎料与母材之间形成有相互原于渗透的机械结合。 粘接：是靠粘结剂与母材之间的粘合作用，一般来讲没有原子的相互渗透或扩散。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 3.焊条的工艺性能包括哪些方面（详见：焊接冶金学（基本原理）p84） 焊条的工艺性能主要包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、药皮发红的程度及焊条发尘量等 4.低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感（详见：焊接冶金学（基本原理）p94） 由于这类焊条的熔渣不具有氧化性，一旦有氢侵入熔池将很难脱出。所以，低氢型焊条对于铁锈、油污、水分很敏感。 5.焊剂的作用有哪些 隔离空气、保护焊接区金属使其不受空气的侵害，以及进行冶金处理作用。 6.能实现焊接的能源大致哪几种它们各自的特点是什么 见课本p3 ：热源种类 7.焊接电弧加热区的特点及其热分布（详见：焊接冶金学（基本原理）p4） 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，如果再进一步分析时，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。 8.什么是焊接，其物理本质是什么 焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性） 2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 9，焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同P8 （1）原材料不同：普通冶金材料的原材料主要是矿石、废钢铁和焦炭等；而焊接化学冶金的原材料主要是焊条、焊丝和焊剂等。（2）反应条件不同：普通化学冶金是对金属熔炼加工过程，是在放牧特定的炉中进行的；而焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于高炉。 10.为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度（详见：焊接冶金学（基本原理） p34） 电弧焊时熔化金属的含氮量高于溶解度的主要原因在于：1）电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多；2）电弧中的氮离子可在阴极溶解；3）在氧化性电弧气氛中形成NO，遇到温度较低的液态金属它分解为N和O，N迅速溶于金属。
焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响规律 一、焊接参数对焊缝成形的影响 1、焊接电流对焊缝成形的影响 在其他条件一定的情况下，随着电弧焊接电流增加，焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。其原因如下： 1）随着电弧焊焊接电流增加，作用在焊件上的电弧力增加，电弧对焊件的热输入增加，热源位置下移，有利于热量向熔池深度方向传导，使熔深增大。熔深与焊接电流近似成正比关系，即焊缝熔深H约等于K m×I。式中Km为熔深系数（焊接电流增加100A导致焊缝熔深增加的毫米数），它与电弧焊的方法、焊丝直径、电流种类等有关见表1-1。 2）电弧焊的焊芯或焊丝的熔化速度与焊接电流成正比。由于电弧焊的焊接电流增加导致焊丝熔化速度增加，焊丝熔化量近似成正比的增多，而熔宽增加较少，所以焊缝余高增大。 3）焊接电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽的增加量较小。 气体保护熔化极氩弧焊时，焊接电流增加，焊缝熔深增加。若焊接电流过大、电流密度过高时，容易出现指状熔深，尤其焊铝时较明显。 2.电弧电压对焊缝成形的影响 在其他条件一定的情况下，提高电弧电压，电弧功率相应增加，焊件输入的热量有所增加。但是电弧电压增加是通过增加电弧长来实现的，电弧长度增加使得电弧热源半径增大，电弧散热增加，输入焊件的能量密度减小，因此熔深略有减小而熔深增大。同时，由于焊接电流不变，焊丝的熔化量基本不变，使得焊缝余高减小。 各种电弧焊方法，俄日了得到合适的焊缝成形，即保持合适的焊缝成形系数φ，在增大焊接电流的同时要适当提高电弧电压，要求电弧电压与焊接电流具有适当的匹配关系。这点在熔化极电弧焊中最为常见。 3.焊接速度对焊缝成形的影响 在其他条件一定的情况下，提高焊接速度会导致焊接热输入减小，从而焊缝熔宽和熔深都减小。由于单位长度焊缝上的焊丝金属熔敷量与焊接速度成反比，所以也导致焊缝余高减小。
抗渣性和耐火材料的关联 作者：Andy 关键词：炉衬抗渣性炉渣熔渣耐火材料侵蚀危害 在冶金过程中，抗渣性通常是指耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力。 炉渣的成分主要为CaO，SiO2，FeO，MnO,ZnO,BaO等，当炉渣碱度偏低时，对以CaO，MgO为主要成分的炉衬耐火材料侵蚀严重，炉衬寿命降低；相反，当炉渣碱度较高时，对炉衬的侵蚀则较轻微，炉衬寿命也相对有所提高。 这导致炼钢工艺中造渣技术的变革，采用轻烧白云石造渣，结果炉衬寿命有较大幅度的提高。炉渣中含有氟离子、金属锰离子等时，或者熔池温度升高到l700℃以上，溶液的粘度会急骤下降，炉衬的损毁速度加快，寿命大幅度降低。所以转炉钢水温度偏高，会使炉衬寿命相应降低。 溶液渗入耐火材料内部的成分包括：渣中的CaO、SiO2、FeO；钢液中的Fe、Si、Al、Mn、C，甚至还包括金属蒸气、CO气体等。这些渗入成分沉集在耐火材料的毛细孔道中，造成耐火材料工作面的物理化学性能与原耐火材料基体的不连续性，在转炉操作的温度急变下，出现裂纹、剥落和结构疏松，严格地说这个损毁过程要比溶解损毁过程严重得多。 因此，要降低溶液对耐火材料的渗透，措施有：a.应降低炉衬耐火材料的气孔率和气孔的孔径；b.在耐火材料中加入与溶液不易润湿的材料，如石墨、碳素等；c.严格控制溶液的粘度，即控制冶炼强度、控制出钢温度等。 熔渣侵蚀破坏耐火材料的机理十分复杂，一般包括有浸透、溶解和熔体冲刷等物理化学作用。抗渣性的表示方法可用熔渣侵蚀量mm或％表示。熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中最常见的一种损坏形式。耐火材料抗渣性的优劣主要与其自身的化学成分、矿物组成和组织结构等有关，还与熔渣的性质及其相互作用的条件(如温度、时间、流速等)有关。 抗渣性是评价耐火材料的重要指标之一。 炉渣侵蚀耐火材料的过程可以分为： 1. 单纯溶解，耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解过程