焊接理论基础-1-焊接化学冶金

焊接化学冶金知识概述1. 焊接的定义焊接是一种通过加热和熔化填充材料来连接金属或非金属的工艺。

焊接常用于工业制造、建筑结构、航空航天和汽车等领域。

2. 焊接的基本原理焊接的基本原理是利用热能将工件加热到熔点或熔化状态，然后通过填充材料或者使工件之间发生扩散、合金化等方式实现连接。

3. 焊接的分类3.1 按焊接方式分类•熔化焊：包括气体焊、电弧焊、激光焊等。

•压力焊：如冷压焊和高频电磁铁焊等。

•固态焊接：如超声波焊接、摩擦焊接等。

3.2 按焊接材料分类•金属焊接：主要包括钢铁焊接、铝及其合金焊接等。

•非金属焊接：如塑料焊接、陶瓷焊接等。

4. 焊接过程中的化学反应焊接过程中常涉及几种重要的化学反应，包括氧化反应、还原反应和合金化反应。

4.1 氧化反应在焊接过程中，工件与氧气接触会导致氧化反应的发生。

氧化反应会产生氧化物，降低焊接接头的质量和强度。

因此，焊接过程中需要采取控制氧气的措施，如铜嘴焊接时采用保护气体。

4.2 还原反应焊接过程中，一些还原剂可以用来减少氧化反应，并将金属离子还原为金属形态。

常用的还原剂包括草酸、亚硫酸盐等。

这些还原剂可以在焊接过程中加入填充材料或采用保护气体形式。

4.3 合金化反应合金化反应是指在焊接过程中，工件之间发生化学反应，形成新的金属合金。

这种合金化反应可以增强焊接接头的强度和耐腐蚀性能。

5. 焊接中的冶金知识焊接冶金是焊接中重要的一部分，它涉及到金属的物理性质、热力学和组织变化等方面。

5.1 金属物理性质焊接过程中，金属的物理性质如导热性、熔点、膨胀系数等都会对焊接产生影响。

了解金属的物理性质有助于选择适合的焊接方法和工艺参数。

5.2 金属热力学热力学是研究能量转化和系统平衡的科学。

在焊接过程中，热力学的知识可以用来预测金属的相变行为、溶解度等。

这对于选择合适的焊接材料和研究焊接接头的稳定性非常重要。

5.3 组织变化焊接过程中，金属的组织会发生变化，这对焊接接头的性能有巨大影响。

焊接冶金学绪论1、什么是焊接，其物理本质是什么？答：（1）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间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。

（2）物理本质a、宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的不可拆卸性（永久性）。

b、微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。

2、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？答：（1）从理论来讲，就是当两个被焊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氧化膜、油污和水分等吸附层。

这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。

（2）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：a、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。

b、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，加热也会增加原子的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。

3、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？答：熔焊：使两个被焊材料之间（母材与焊缝）形成共同的晶粒。

钎焊：只是钎料熔化，而母材不熔化，故在连接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子渗透的机械结合。

4、温度场定义，分类及其影响因素。

答：（1）定义：焊接时焊件上的某瞬时的温度分布称为温度场。

（2）分类：稳定温度场、非稳定温度场、准稳定温度场。

（3）影响因素：热源的性质、焊接线能量、被焊金属的热物理性质（热导率λ、比热容c、容积比热容cρ、热扩散率a、热焓H、表面散热系数α）、焊件的板厚及形状。

第一章焊接化学冶金1、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？答：（1）药皮反应区:温度范围100～1200℃a、水分的蒸发b、某些物质的分解（有机物、碳酸盐、高价氧化物）c、铁合金的氧化（2）熔滴反应区：温度范围1800～2400℃a、熔滴的温度高b、熔滴与气体和熔渣的接触面积大c、各相之间的反应时间（接触时间）短d、熔滴与熔渣发生强烈的混合（3）熔池反应区：温度范围1600～1900℃a、反应速度低b、熔池温度分布极不均匀c、具有一定的搅拌作用2、为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？答：（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。

第一章焊接化学冶金名词解释1.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间的结合而形成永久性连接工艺过程(p1)2.扩散氢：由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩散，故称之为扩散氢（p40)3.残余氢：还有一部分氢聚集到陷阱（金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙）中，结合为氢分子，因其半径大，不能自由扩散，故称之为残余氢4.合金过渡：就是把所需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中去的过程（p68）5.合金过渡系数：合金元素的过渡系数等于它在熔敷金属中的试剂含量与它的原始之比填空1熔滴过度的形式：短路过渡，颗粒状过渡和附壁过渡(p17)2手工电弧焊时有三个反应区：药皮反应区，熔滴反应区和熔池反应区(p24)3氢分为2种：扩散氢，残余氢（p40)4氧对金属的作用？（p46-50)5焊渣的分类：a盐型熔渣；b盐—氧化物型熔渣；c氧化物型熔渣；6活性熔渣对焊缝金属的氧化可分为两种基本形式：扩散氧化和置换氧化看图：1-8熔合比：在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例(p27)焊接区内的气体：H2 O2 N2 H2 （氧，氮，水气)简答：1.（课后）氢对焊接质量的影响及控制措施？影响：1.氢脆，2.白点3.形成气孔4.产生冷裂纹(p41)控制措施：a 限制焊接材料中的含氢量；b 清除焊丝和焊件表面上的杂质；c 冶金处理；d 控制焊接工艺参数；e 焊后脱氢处理；2熔渣的作用？A 机械保护作用：焊接时形成的熔渣覆盖在熔滴和熔池的表面上，把液态金属与空气隔开，防止液态金属的氧化和氮化。

熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可防治处于高温的焊缝金属受空气的有害作用。

B改善焊接工艺性能的作用：良好的焊接工艺性能是保证焊接化学冶金过程顺利进行的前提。

在熔渣中加入适当的物质可使电弧容易引燃，稳定燃烧，减少飞溅，保证具体良好的操作性，脱渣性和焊缝成形等。

焊接化学冶金过程焊接是一种非常重要的化学冶金过程，它通过热加工将两个或多个同种或不同种材料连接在一起。

焊接的化学冶金过程涉及到材料的物理和化学性质的改变，以及高温下材料的相互作用。

以下是焊接化学冶金过程的详细介绍。

首先，焊接的化学冶金过程涉及到焊接材料的选择。

焊接材料通常包括焊丝、焊条和填充金属。

这些材料需要具备与被焊接材料相似的化学成分和物理性质，以确保焊接接头的质量和性能。

此外，焊接材料还要具备适当的熔点和流动性，以便在焊接过程中形成完整的焊缝。

其次，焊接过程中发生的化学变化是焊接化学冶金过程的关键。

当焊接材料受到热源的加热时，它会达到熔化温度并迅速融化。

同时，被焊接材料也会被加热到高温，使其表面的氧化物和其他杂质被除去。

当焊接材料与被焊接材料相遇时，它们会迅速混合并形成液态熔池。

在液态熔池中，焊接材料会与被焊接材料发生扩散反应，使它们互相溶解和合金化。

这种扩散反应导致焊缝中形成固溶体和共晶物质，从而使焊接接头在化学组成上均匀一致。

此外，焊接过程中还可能发生气体反应和氧化反应。

在焊接过程中，电弧和熔化金属会产生大量的热量和高温。

这些高温条件下，焊接接头中可能存在的氧和其他气体会被还原为金属氧化物和气体，从而形成氧化渣和气孔。

为了防止这些不良反应的发生，焊接过程中通常会通过气体保护和熔化金属的熔滴覆盖来控制气体的进入，以及通过使用氩气等惰性气体来保护焊接接头的氧化。

最后，焊接过程中的冷却过程也是焊接化学冶金过程的一部分。

当焊接完成后，焊缝会迅速冷却并固化，形成坚固的连接。

在冷却过程中，焊接接头中的金属会经历固相变化，从液态逐渐转变为固态。

这种相变过程会导致晶粒的生长和定向排列，从而影响焊接接头的机械性能。

因此，在焊接冷却过程中需要进行正确的冷却控制，以确保焊接接头具备良好的力学性能和组织结构。

总之，焊接是一种重要的化学冶金过程，它通过热加工将两个或多个材料连接在一起。

焊接过程涉及到焊接材料的选择、熔化和混合、气体和氧化反应的控制，以及焊接接头的冷却和固化过程。

焊接冶金学（基本原理）习题绪论1.焊接、钎焊和粘接之间的本质区别是什么？2.如何实现焊接，应具备哪些外部条件？3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？5.焊接接头的形成和工艺，以及它们如何影响焊接质量？6.试着描述提高焊缝金属强度和韧性的方法？7.什么是焊接及其物理本质是什么？8.焊接冶金研究的内容是什么第一章焊接化学冶金1.焊接化学冶金和炼钢在原材料和反应条件上的主要区别是什么？2.控制焊缝化学成分的两种方法是什么？它们如何影响焊缝的化学成分？3.焊接区域的主要气体来源是什么？它们是如何形成的？4为什么在电弧焊接过程中，熔融金属中的氮含量高于其正常溶解度？5.氮气对焊接质量有什么影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？6.手工电弧焊时，氢通过哪些途径溶解到铁水中？写下溶解反应和规律？7.氢气对焊接质量有什么影响？8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金金属中的氢含量小于酸性电极中的氢含量？9.综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。

10.为了制造超低氢电极（[H]<1cm3/100g），在设计涂层配方时应采取哪些措施？11.氧气对焊接质量有什么影响？应采取什么措施来降低焊缝中的氧含量？12.低合金钢的保护焊应使用哪种焊丝？为什么？13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？14.测定的炉渣化学成分为：CaO4194%、28.34%、23.76%、feo5。

78%、7.23%、3.57%、mno3。

74%，4.25%，计算炉渣的碱度和碱度，判断炉渣的酸碱度。

15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的feo，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的feo量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的feo量不同？为什么焊缝中实际含feo量远小于平衡时的含量？16.由于炉渣的碱度越高，自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝的氧含量低于酸性焊条焊缝的氧含量？17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？18.全面分析焊接化学冶金过程中熔渣中CaF2的作用。

第一章焊接化学冶金1、什么是焊接化学冶金？它的主要研究内容和学习的目的是什么?答：焊接化学冶金指在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下的相互作用反应。

它主要研究各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及变化规律。

研究目的在于运用这些规律合理地选择焊接材料，控制焊缝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。

2、调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？答：调控焊缝化学成分的两种手段：1）、对熔化金属进行冶金处理；2）、改变熔合比。

怎样影响焊缝化学成分：1）、对熔化金属进行冶金处理，也就是说，通过调整焊接材料的成分和性能，控制冶金反应的发展，来获得预期要求的焊接成分；2）、在焊缝金属中局部熔化的母材所占比例称为熔合比，改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分。

3、焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？答：焊接区内气体的主要来源是焊接材料，同时还有热源周围的空气，焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水等，在焊接时也会析出气体。

产生：①、直接输送和侵入焊接区内的气体。

②、有机物的分解和燃烧。

③、碳酸盐和高价氧化物的分解。

④、材料的蒸发。

⑤、气体（包括简单气体和复杂气体）的分解。

4、氮对焊缝质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？答：氮对焊接质量的影响：a在碳钢焊缝中氮是有害的杂质，是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。

b氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素。

c氮是促进焊缝金属时效脆化的元素。

控制焊缝含氮量的主要措施：a、控制氮的主要措施是加强保护，防止空气与金属作用；b、在药皮中加入造气剂（如碳酸盐、有机物等），形成气渣联合保护，可使焊缝含氮量下降到0.02%以下；c、采用短弧焊（即减小电弧电压）、增大焊接电流、采用直流反接均可降低焊缝含氮量；d、增加焊丝或药皮中的含碳量，可降低焊缝中的含氮量。

5、综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响？答：（1）焊接工艺参数对焊缝含氢量有一定的影响：手工电弧焊时，增大焊接电流使熔滴吸收的氢量增加；增大电弧电压使焊缝含氢量有某些减少。

一、焊接化学冶金A绪论1、焊接化学冶金：即液态金属、熔渣和气相之间在高温下发生的复杂冶金反应。

2、焊接化学冶金直接影响焊缝的成分、组织和性能。

3、热力学角度阐明：主要涉及气相的溶解、金属的氧化和焊缝的脱氧、脱硫、脱磷、除氢以及焊缝金属的合金化4、焊缝区金属保护：气体保护、熔渣保护、渣-气联合保护、真空保护以及自保护。

5、焊接化学冶金反应区：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区5.1药皮反应区：水分的蒸发、某些物质的分解（纤维素、木粉、淀粉、CaCO3、MgCO3、Fe2O3、MnO2）、铁合金的氧化（降低气相的氧化性，实现先期脱氧）5.2熔滴反应区：反应温度高（平均达1800℃~2400℃）、相的接触面积大、反应时间短、相的混合强烈（熔滴形成长大及过渡收到多种力）。

5.3熔池反应区：反应速度低（温度1600℃~1900℃、比表面积小、熔池存在时间长）、反应不同步（熔池前部金属熔化、气体的吸收和氧化反应，熔池后部金属凝固、气体逸出和脱氧反应）、具有一定的搅动作用。

B焊接区内气体与金属作用6、气体的种类：N2、H2、O2、H2O、CO2金属蒸气、熔渣蒸气以及他们分解和电离的产物。

对焊接质量有重要影响的是N2、H2、O2、H2O和CO2。

7、气体的物质来源：焊接材料（焊条药皮、焊剂、药芯中的造气剂、高价氧化物和水分）、母材（油污、铁锈、氧化皮及吸附水）、环境气氛(周围空气及所含水蒸气、被焊金属及其合金的蒸发产物)。

8、气体的供给途径：有机物的分解和燃烧、碳酸盐和高价氧化物的分解、物质的蒸发及冶金反应、直接输入或侵入。

9、气相的组分:与焊接方法、焊接材料和焊接规范有关。

低氢型：气相中含H2和H20很少，焊缝含氢量低。

埋弧焊：气相中含CO2和H2O很少，气相氧化性很小。

焊条电弧焊：含CO2和H2O总量较多，使气相氧化性相对增大。

10、气体与金属的作用表现两种类型：气体在金属中的溶解和气体与金属的化学反应。

10.1气体在金属中的溶解：10.11溶解反应热力学：双原子气体在金属中的溶解机理可分为两步：首先是气体分子被金属表面所吸附并分解为原子，然后是原子穿过金属表面层向金属深处溶解10.12氮在金属中的溶解:氮的主要来源是焊接区周围的空气。