第五讲 52焊缝及焊接冶金

3.2.2 氮的作用



根据氮与金属的作用特点，可分为两种情 况进行讨论： ①与氮不发生作用的金属，如铜和镍等， 它们既不溶解氮，又不形成氮化物。所以 焊接这些金属时可以用氮气作为保护气体。 ②与氮发生作用的金属，如铁、锰、钛、 硅、铬等，它们既溶解氮，又形成氮化物。 所以焊接这些金属及其合金时就要防止焊 缝金属的氮化。
3.3.3 氧对焊接质量的影响



焊缝中的氧不论以何种形式存在，对焊缝的性 能都有很大的影响： 降低焊缝的力学性能 [O]↑→焊缝的强度、塑性、韧性↓↓ ，尤其 低温冲击韧性急剧下降 （2）增加焊缝的冷脆与热脆敏感性 （3）降低焊缝导电性、导磁性、耐蚀性等物 化性能 （4）使焊缝中有益的合金元素烧损，并造成 飞溅和气孔。


③沉淀脱氧（置换脱氧） 这是置换氧化的逆反应。它的原理是利用溶于液态 金属中的脱氧剂和[FeO]反应，把铁还原，而且要求 脱氧产物浮入渣中。沉淀脱氧比先期脱氧进行的彻 底，是最重要的脱氧方法。下面介绍几种常见的脱 氧反应： 碳脱氧 [C]+[FeO]=CO↑+[Fe] 锰脱氧 [Mn]+[FeO]=(MnO)+[Fe] 硅脱氧 [Si]+2[FeO] =(SiO2)+2[Fe] 硅锰联合脱氧
3.1.3控制氢的措施


（4） 焊后脱氢处理 焊后加热焊件，促使氢扩散外逸，从而减 少接头中含氢量的工艺叫做脱氢处理。 焊后将焊件加热到350℃保温一小时，或加 热到250℃保温6-8小时，可促使大部分氢 扩散逸出。
3.2 氮对金属的作用

3.2.1 氮的来源 焊接周围的空气是电弧气相中氮的主要来 源。尽管焊接时采取了保护措施（药皮保 护、气保护等），但总有或多或少的氮侵 入焊接区，与熔化金属发生作用。

§5-5 控制和改善焊接接头性能的方法
一、材料的匹配
材料的匹配主要是指焊接材料的选用。 对于低碳钢、低合金高强度结构钢、低温钢，一 般不要求焊缝金属与母材成分一样，而是要求力学性 能与母材相同。 对于耐热钢和不锈钢，为保证焊缝具有与母材相 近的高温性能和耐腐蚀性能，其焊接材料的化学成分 应与母材大致相同。
（2）氧对焊接质量的影响 1）焊缝金属中的氧，不仅会使焊缝中有益元素大 量烧损，而且会使焊缝的强度、塑性、硬度和冲击韧 性降低。 2）降低焊缝金属的物理性能和化学性能。 3）在焊缝内形成气孔。 4）产生飞溅，影响焊接过程稳定。
（3）控制氧的措施 1）加强保护，如采用短弧焊、选用合适的气体流量 等，防止空气侵入， 还可以在惰性气体保护或真空保 护下焊接。 2）清理焊件及焊丝表面的水分、油污、锈迹，按规 定温度烘干焊剂、焊条等焊接材料。 3）对焊缝脱氧也是行之有效的措施。
2. 电弧加热
真正使焊条、焊丝熔化的是电弧热。
三、焊条、焊丝金属向母材的过渡
1. 熔滴过渡的形式
熔滴过渡的形式 ａ) 滴状过渡 ｂ) 短路过渡 ｃ) 喷射过渡
2. 熔滴过渡的作用力
（1）重力 （2）表面张力
熔滴的重力和熔滴的表面张力示意图 F1 —熔滴的重力 F2—熔滴的表面张力
（3）电磁压缩力
5. CO2气体保护焊
CO2气体保护焊采用氧化性气体CO2进行保护， 对合 金元素烧损较多，故需采用含硅、锰较多的焊丝。
（4）焊缝金属的脱氧 1）脱氧剂选择的原则 ①脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属的 亲和力大。 ②脱氧后的产物应不溶于金属而容易被排入熔渣，且 熔点应较低，密度应比金属小，易从熔池中上浮入渣。
2）焊缝金属的脱氧途径 ①先期脱氧 ②沉淀脱氧 ③扩散脱氧

焊接冶金原理知识点总结一、焊接的概念和分类1. 焊接的概念焊接是利用热或压力，或两者的联合作用，在接头表面形成一层永久性连接的材料，使毗邻金属连接，在一定程度上具有熔融结合或压力结合作用，从而使接头处的材料成为一个整体的金属连接工艺。

2. 焊接的分类（1）按焊接方式分类：手工焊、气体保护焊、电弧焊、搅拌摩擦焊、激光焊等；（2）按焊接材料分类：金属焊接、非金属焊接、金属与非金属焊接等；（3）按焊接方法分类：熔化焊接和压力焊接；（4）按焊接环境分类：气氛焊、真空焊等。

二、熔化焊接的冶金原理1. 熔化焊接的工艺熔化焊接是利用焊条、焊丝或焊粉，在熔化的金属表面形成永久连接的工艺。

通常分为气焊、电弧焊、氩弧焊和激光焊等。

2. 熔化焊接的冶金原理（1）熔化焊接中金属熔池的形成：熔化焊接时，焊接热能使金属焊件熔化，产生熔池；（2）熔化焊接中金属熔池的流动：在熔池形成后，金属熔池受到表面张力的影响，会形成流动；（3）熔化焊接中金属熔池的凝固：熔化焊接过程中，金属熔池冷却，从而形成焊缝。

三、压力焊接的冶金原理1. 压力焊接的工艺压力焊接是在金属材料表面施加压力，使得其表面产生剪切位移，从而实现永久连接的工艺。

2. 压力焊接的冶金原理（1）压力焊接中金属材料的塑性变形：在压力作用下，金属材料表面发生塑性变形；（2）压力焊接中金属材料的分子力作用：在压力作用下，金属材料表面分子间产生相互吸引，并使得金属材料形成永久连接；（3）压力焊接中金属材料的冷却：压力焊接过程中，金属材料冷却，并形成焊缝。

四、焊接质量控制1. 焊接质量的检测方法（1）焊缝外观检查：检查焊缝表面是否有裂纹、气孔、夹渣等缺陷；（2）X射线检测：用X射线透射技术检查焊接接头内部是否有气孔、夹渣、非金属夹杂等；（3）超声波探伤：利用超声波穿透焊缝进行波阵面扫描，检测焊缝内部是否有夹杂、裂纹等；（4）磁粉探伤：在焊缝表面施加可磁化的粉末，然后利用磁粉检测设备检测焊缝是否有裂纹等。

原子间的作用力与距离的关系
2、焊接接头及其形成过程
• 焊接接头
指被焊材料经焊接之后发生组织和性能 发生变化的区域。由焊缝、融合区和热影 响区构成。
焊缝:一般由熔化的被焊材料和添加材料经凝固 后形成的，组织和性能均不同于母材。
融合区：是焊缝与热影响区的分界线。 热影响区：母材组织和性能发生变化，但未熔化。
（3）熔化极气体保护焊
利用连续送进的焊丝与焊件之间燃烧的电 孤作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来 进行焊接。
常用的保护气体有氩气、氦气、二氧化碳气 或这些气体的混合气。
以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气 体保护电弧焊，在国际上简称为，MIG焊；
以惰性气体与氧化性气体(O2、CO2)混合气 为保护气时、或以CO2气体或CO2＋O2混合气 为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧 焊，在国际上简称为MAG焊。
MIG： Metal Inert-Gas arc welding MAG：Metal Active-Gas arc welding
（4） 钨极氩弧焊 ( TIG )
Tungsten Inert—Gas arc welding
基本原理——也称非熔化极氩弧焊，利 用惰性气体作保护气体，电极用难熔金 属（钨或钨合金）棒，焊件作为另一个 电极。通过钨极与焊件之间产生的电弧 加热和熔化焊件及填充金属，形成焊接 接头。
• 氧化焰：如图所示氧和乙炔的体积混合比 大于1.2时燃烧所形成的火焰称为氧化焰。 氧化焰比中性焰短，分为焰心和外焰两部 分。由于火焰中有过量的氧，故对熔池金 属有强烈的氧化作用，一般气焊时不宜采 用。只有在气焊黄铜、镀锌铁板时才采用 轻微氧化焰，以利用其氧化性，在熔池表 面形成一层氧化物薄膜，减少低沸点的锌 的蒸发。