焊接冶金学第一章 焊接化学冶金讲学课件
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第1章 焊接化学冶金过程讲解
13
2、熔池的质量和存在时间 ❖ 手弧焊时熔池的重量通常在0.6~16g范围之内，多
数情况下小于5g。 ❖ 埋弧焊焊接低碳钢时，即使焊接电流很大，熔池的
质量也不超过100g。 ❖ 由于熔池的体积和质量很小，所以熔池存在的时间
很短，一般只有几秒至几十秒，因此，熔池中各种 物化反应的时间是很短暂的。但它比熔滴阶段存在 的时间要长。
❖ 若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的 母材所组成。
11
1、熔池的形状和尺寸 ❖ 熔池的形成需要一定的时间，这段时间叫做过渡 时期。经过过渡时期以后，就进入准稳定时期，这时 熔池的形状、尺寸和质量不再变化，只取决于母材的 种类和焊接工艺条件，并随热源作同步运动。在电弧 焊的条件下，准稳定时期熔池的形状如图2-14所示 ，类似于不标准的半椭球，其轮廓为温度等于母材熔 点的等温面。
32
四、 焊接化学冶金系统的不平衡性
焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统。由物理 化学可知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质 的迁移过程。
焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性，在系 统中的局部可能出现某个反应的短暂平衡状态。
焊缝金属的最终成分与熔池凝固温度下的平衡成分相差 较远，各种反应距离平衡的远近程度不同。
熔 焊 原 理
1
第一章 焊接化学冶金过程
课题一 控制焊缝熔合比 课题二 焊接熔渣对焊接化学冶金的作用 课题三 控制气相对熔池金属的危害 课题四 焊缝金属的合金化 课题五 焊缝金属的脱硫、脱磷方法
2
❖ 焊接化学冶金过程的概念 在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温 下相互作用的过程
❖ 研究目的 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、熔池的质量和存在时间 ❖ 手弧焊时熔池的重量通常在0.6~16g范围之内，多
数情况下小于5g。 ❖ 埋弧焊焊接低碳钢时，即使焊接电流很大，熔池的
质量也不超过100g。 ❖ 由于熔池的体积和质量很小，所以熔池存在的时间
很短，一般只有几秒至几十秒，因此，熔池中各种 物化反应的时间是很短暂的。但它比熔滴阶段存在 的时间要长。
❖ 若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的 母材所组成。
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1、熔池的形状和尺寸 ❖ 熔池的形成需要一定的时间，这段时间叫做过渡 时期。经过过渡时期以后，就进入准稳定时期，这时 熔池的形状、尺寸和质量不再变化，只取决于母材的 种类和焊接工艺条件，并随热源作同步运动。在电弧 焊的条件下，准稳定时期熔池的形状如图2-14所示 ，类似于不标准的半椭球，其轮廓为温度等于母材熔 点的等温面。
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四、 焊接化学冶金系统的不平衡性
焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统。由物理 化学可知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质 的迁移过程。
焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性，在系 统中的局部可能出现某个反应的短暂平衡状态。
焊缝金属的最终成分与熔池凝固温度下的平衡成分相差 较远，各种反应距离平衡的远近程度不同。
熔 焊 原 理
1
第一章 焊接化学冶金过程
课题一 控制焊缝熔合比 课题二 焊接熔渣对焊接化学冶金的作用 课题三 控制气相对熔池金属的危害 课题四 焊缝金属的合金化 课题五 焊缝金属的脱硫、脱磷方法
2
❖ 焊接化学冶金过程的概念 在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温 下相互作用的过程
❖ 研究目的 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
一、焊接化学冶金(2010)
熔滴反应区（2） 熔滴反应区的主要反应有：气体的分解和溶解、金属的蒸 发、金属及其合金的氧化和还原、高价氧化物分解成低价氧 化物
6Fe2O3（赤铁矿）= 4Fe3O4 + O2
4MnO2（锰矿）= 2Mn2O3 + O2
3 反应特点：
熔池反应区Ⅲ（1）
（1）熔池温度比熔滴低（1600~1900℃）； （2）反应时间稍长10秒左右； （3）温度分布不均匀，前高后低，所以熔池前后的反应不同。 前面金属熔化、吸收气体；后面金属凝固、气体逸出。 （4）熔池强烈搅拌，有利反应和气体、夹杂逸出。
熔池反应区（2） 熔池阶段的反应速度要比熔滴阶段小得多（表1－8）。
表 1-8 合金元素在不同阶段的损失 药 皮 元素 元素损失占原始含量的百分数 (％) 总的 熔滴中 熔池中 大理石 80％， C 40 30 10.0 萤石 20％ Mn 47.2 29.2 18.0 Kb=0.27 Si 75 47.5 27.5
由于焊接过程是在复杂高温、多相、瞬间完成，所以 焊接化学冶金是在非平衡条件下完成的。
目前非平衡理论尚不完善，所以焊接化学冶金的研究 仍停留在定性或靠实验数据来进行分析。
第二节 气相对金属的作用 一、焊接区内的气体 1 气体的来源
手工焊的气体主要起隔离 空气的作用。
焊接气体来源于焊接材料， 如焊条药皮中的造气剂、高价 氧化物、水、金属蒸汽和少量 侵入焊接区的空气。
3
熔滴表面积 (㎜ ) 98.2 35.2 22.3 14.2 8.7 7.6
2
熔滴比表面积 (㎝ /㎏) 1400 2520 3200 4050 4980 5430
2
焊条金属的熔滴及过渡特性（6） 4）熔滴温度 熔滴温度是不均匀的，一般平均温度为2100~2700℃。并随 焊接电流增加而增加，随焊丝直径增加而降低。
第一章焊接化学冶金.pptx
▪ 熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的。 ▪ 若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成。
1 熔池形状和尺寸 ：宽度、深度和长度 ◆焊接电流的增加，熔池的最大深度Hmax增大；
熔池的最大宽度Bmax相对减小； ◆随电弧电压升高，Hmax减小，Bmax增加。 ◆熔池的长度近似估算：L=P2q=P2UI
（3）熔滴温度：熔滴温度是研究熔滴阶段各种物理化学反应时的 重要数据。
目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参 考。
●随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低。
●低碳钢熔滴的平均温度在2100~2700 K的范围内。
（二）熔池的形成
▪ 熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态 金属部分就是熔池。
(2)熔滴的比表面积和相互作用时间 熔滴的比表面积:表面积与质量之比：
S Ag / Vg
设熔滴是半径为r的球体，比表面积：
S 4R 2 /( 4 R 3 ) 3 / R
3
熔滴越细，比表面积越大。
熔滴平均相互作用时间表示式：τcp，熔滴平均相互作用时间
cp mcp / gcp
cp
(m0
▪ 熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池 中热量和质量传输过程得以进行。
1 运动方向：
熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯 曲表面向熔池的后部运动；
熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向 中心运动。
2 运动作用： a) 使母材和焊条金属充分混合，形成成分
均匀的焊缝金属。
b) 有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速 冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提 高焊接质量。
图1-5 TIG焊 钛合金时熔池 中金属的流向
二 焊接过程中对金属的保护
1 熔池形状和尺寸 ：宽度、深度和长度 ◆焊接电流的增加，熔池的最大深度Hmax增大；
熔池的最大宽度Bmax相对减小； ◆随电弧电压升高，Hmax减小，Bmax增加。 ◆熔池的长度近似估算：L=P2q=P2UI
（3）熔滴温度：熔滴温度是研究熔滴阶段各种物理化学反应时的 重要数据。
目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参 考。
●随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低。
●低碳钢熔滴的平均温度在2100~2700 K的范围内。
（二）熔池的形成
▪ 熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态 金属部分就是熔池。
(2)熔滴的比表面积和相互作用时间 熔滴的比表面积:表面积与质量之比：
S Ag / Vg
设熔滴是半径为r的球体，比表面积：
S 4R 2 /( 4 R 3 ) 3 / R
3
熔滴越细，比表面积越大。
熔滴平均相互作用时间表示式：τcp，熔滴平均相互作用时间
cp mcp / gcp
cp
(m0
▪ 熔池中液体金属发生强烈运动，使熔池 中热量和质量传输过程得以进行。
1 运动方向：
熔化的母材由熔池前部，沿结晶前沿的弯 曲表面向熔池的后部运动；
熔池的表面上，液态金属由熔池的后部向 中心运动。
2 运动作用： a) 使母材和焊条金属充分混合，形成成分
均匀的焊缝金属。
b) 有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速 冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提 高焊接质量。
图1-5 TIG焊 钛合金时熔池 中金属的流向
二 焊接过程中对金属的保护
《焊接化学冶金》课件
结语
随着焊接技术的不断发展，焊接化学冶金在工业制造中越来越重要。我们有 信心，随着更多的人加入研究队伍，这个领域的发展会更加迅速。
《焊接化学冶金》PPT课 件
本课件介绍了焊接化学冶金的基础知识、焊接过程中的化学现象、焊接材料 的化学性质、焊接质量的化学分析和焊接化学冶金在工程中的应用等知识。
焊接化学冶金的定义
焊接化学冶金的含义
焊接化学冶金是焊接技术中的一个重要分支，它包括焊接过程中的热力学基础、气体反应、 金属反应、焊接材料的化学成分、热力学性质和电化学性质以及焊接质量的化学分析等内容。
焊接化学冶金在航空航天 中的应用
介绍了焊接化学冶金在航空航天 领域中的广泛应用，包括飞机外 壳、引擎组装等方面。
焊接化学冶金在建筑工业 中的应用
介绍了焊接化学冶金在建筑领域 中的应用，包括建筑外壳、钢结 构等方面。
焊接化学冶金在机械制造 中的应用
介绍了焊接化学冶金在机械制造 领域中的应用，包括汽车制造、 船舶制造等方面。
推荐使用的化学分析方法包括X射线荧光分析、 光谱法、质谱法、中子活化分析、电极分析法、 扫描电镜等。
常用的金相分析方法包括金属显微镜检测、光电 子探针、电子背散射衍射、手持式毛细管等。
常用的断裂分析方法包括断口形貌分析法、金相 显微镜观察法、扫描电镜、能谱分析、红外线光 谱及质量证券等。
焊接化学冶金在工程中的应用
介绍了焊接过程中热力学基础的知识，包括温度、能量和焓等方面的常见术语及 其含义。
2
焊接过程中的气体反应
介绍了焊接过程中的气体反应，包括氧化、氢气和氮化等方面的化学现象。
3
焊接过程中的金属反应
介绍了焊接过程中金属反应，包括合金元素的加入、氧化还原反应以及析出物等 方面的知识。
焊接化学冶金1
wB wB' 1
w'' B
通过改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分
10
三、焊接参数与焊接化学冶金反应关系
➢ 2.影响冶金反应的条件 焊接参数与熔滴的过渡特性有很大关系。熔滴阶段 的反应时间(熔滴存在的时间)随焊接电流的增加而 变短，随电弧电压的增加而变长。因此，可以断定 反应进行的完全程度将随电流的增加而减小，随电 弧电压的增加而增大。
化金属中的氧和氮进入熔渣中，故称自保护。
3
二、焊接化学冶金反应区
➢ 手工电弧焊时冶金反应分区分阶段进行，有三个 反应区
药皮反应阶段 熔滴反应阶段
熔池反应阶段
4
1. 药皮反应阶段
600
温 度 400 oC
200
100
冶金反应 碳酸盐分解 结晶水分解 水蒸发
药皮反应阶段
5
1. 药皮反应阶段
药皮反应区温度范围从l00℃至药皮熔点，主要物化反应有： 1） 水分蒸发：药皮被加热，吸附水就开始蒸发，T>100℃，吸
6
2. 熔滴反应阶段（冶金反应最激烈）
熔滴形成、长大、过渡至熔池都属熔滴反应区。
特点：
1 熔滴温度高，熔滴金属过热度大：熔滴活性斑点处温度接
近焊芯沸点，约2800℃；熔滴平均温度在1800~2400℃范
围。主熔要滴反金应属有过：热度气很体大分，解达和30熔0~解900、℃金。属蒸发、
2 3
熔各0.0滴金金相1~与之属 属0.气1间及 的s体。的其 合和熔反化 金熔滴应合化渣向时的物。熔间接池间触短过的面：渡氧积熔速化大滴度与：高在熔还达焊滴原2条.的5以~末比1及0端表m焊停面/s缝积留，大时经间过为弧
比表面积较小，约为3~130cm2/kg；反应时间稍长些，如 手工电弧焊时通常为3~8s，埋弧焊时为6~25s。 ●熔池温度分布极不均匀，因此在熔池的前部和后部反应可 以同时向相反的方向进行。（熔池的突出特点）
焊接冶金学-焊接材料-PPT精选
某些元素的电离势 元素 K Na Ba Ca Ti Mn Fe Si C H O F CO2
电离势 4.32 5.12 5.16 6.08 6.81 7.40 7.83 7.94 11.22 13.53 13.56 18.6 14.3
19
碱性焊条:结507,低氢型,电弧稳定性不好 原因:药皮中含萤石较多,CaF2氟电离势高 18.6伏,与电子亲和力大,夺取电弧中的电子, 形成负离子,恶化电弧的稳定性。 结506加入了低电离势物质,K、Na则可用交, 直流.但K、Na与F的亲和力大,KF、NaF有毒 .
2）熔渣的物理性能适应
熔滴的凝固温度
焊条类型 凝固温度℃ 凝固温度范围℃
纤维素型 1200-1290
90
钛 型 1320-1420
100
钛铁矿型 130-126
130
氧化铁型 1180-1350
170
24
凝固温度范围窄,粘度表面张力随温度变化,使熔 渣能在较短时间内迅速凝固,才能立、仰横焊,凝 固温度范围↑,不易横、仰、立焊.
22
2. 焊接位置的适应性
焊缝位置： 平焊缝、立焊缝、仰焊缝、横焊缝
一般焊条均可进行平焊,但不是所有焊条均 可立、仰、横焊。 立、仰、横焊难点在于: ①重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡; ②熔池金属和熔渣下流.
23
解决方法:
1）适当增加电弧吹力,调整药皮熔点和厚度,使焊条端部 产生适当长度的套筒,药皮中加入一定数量造气剂.
(三)按焊条药皮的类型 氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧
化铁型、纤维素型、低氢型等
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三、焊条的型号与牌号
1、焊条的型号
焊条的型号是按国家有关标准与国 际标准确定的。以结构钢为例，型 号编制法为字母“E”表示焊条，第 一、二位表示熔敷金属最小抗拉强 度，第三位数字表示焊条的焊接位 置，第三、四位数字表示焊接电流 种类及药皮类型。
电离势 4.32 5.12 5.16 6.08 6.81 7.40 7.83 7.94 11.22 13.53 13.56 18.6 14.3
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碱性焊条:结507,低氢型,电弧稳定性不好 原因:药皮中含萤石较多,CaF2氟电离势高 18.6伏,与电子亲和力大,夺取电弧中的电子, 形成负离子,恶化电弧的稳定性。 结506加入了低电离势物质,K、Na则可用交, 直流.但K、Na与F的亲和力大,KF、NaF有毒 .
2）熔渣的物理性能适应
熔滴的凝固温度
焊条类型 凝固温度℃ 凝固温度范围℃
纤维素型 1200-1290
90
钛 型 1320-1420
100
钛铁矿型 130-126
130
氧化铁型 1180-1350
170
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凝固温度范围窄,粘度表面张力随温度变化,使熔 渣能在较短时间内迅速凝固,才能立、仰横焊,凝 固温度范围↑,不易横、仰、立焊.
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2. 焊接位置的适应性
焊缝位置： 平焊缝、立焊缝、仰焊缝、横焊缝
一般焊条均可进行平焊,但不是所有焊条均 可立、仰、横焊。 立、仰、横焊难点在于: ①重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡; ②熔池金属和熔渣下流.
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解决方法:
1）适当增加电弧吹力,调整药皮熔点和厚度,使焊条端部 产生适当长度的套筒,药皮中加入一定数量造气剂.
(三)按焊条药皮的类型 氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧
化铁型、纤维素型、低氢型等
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三、焊条的型号与牌号
1、焊条的型号
焊条的型号是按国家有关标准与国 际标准确定的。以结构钢为例，型 号编制法为字母“E”表示焊条，第 一、二位表示熔敷金属最小抗拉强 度，第三位数字表示焊条的焊接位 置，第三、四位数字表示焊接电流 种类及药皮类型。
焊接冶金与金属焊接性
熔渣参与熔滴的反应
（1）增加了熔滴相的接触面积 （2）有利于反应物和产物进入和退出反应表面
——加快反应速度。
第一章 焊接化学冶金
总之：
熔滴反应时间短，温度高，相接触面积大， 有强烈的混合作用——反应最激烈，许多冶金反 应可以达到接近终了的程度——对焊缝成分影响 最大。
熔滴主要反应：气体的溶解和分解，金属的蒸 发，金属及其合金成分的氧化和还原，焊缝金属 的合金化等。
第一章 焊接化学冶金
三、焊接化学冶金反应区及其反应条件
分区域（阶段）连续进行： 焊条——熔滴——熔池
第一章 焊接化学冶金
第一章 焊接化学冶金
（一）药皮反应区
温度100oC → 焊条熔化温度（钢焊条1500oC
） 主要反应：脱水、造气
吸附水蒸发，结晶水排除，白泥、白云母中的结晶水 ，温度与成分有关。
焊接时，电流通过焊芯时产生电阻热，从而使焊 条的温度升高，同时，电弧产生的热量使焊条熔化。
第一章 焊接化学冶金
2、焊接金属熔滴及其过渡特性 焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴
焊接过程 稳定性
重点研究
熔滴特性 至关重要
焊接冶金
焊缝成形
熔滴过渡的分类
MAG焊的熔滴过渡形式
Rotary arc
Pulsed arc Short arc
过渡速度高达2.5～10m/s。 经过弧柱区的时间极短，只有0.0001～0.001s。 各相接触时间平均为0.01～0.1s。
反应主要在焊条末端进行。反应进行很剧烈。
第一章 焊接化学冶金
4、与熔渣发生强烈混合 熔滴的形成、长大过程中，表面形状不断变化，
表面不断破坏，表面渣层破坏，渣与熔滴交流。熔 滴中有渣，渣被熔滴金属包围。
（1）增加了熔滴相的接触面积 （2）有利于反应物和产物进入和退出反应表面
——加快反应速度。
第一章 焊接化学冶金
总之：
熔滴反应时间短，温度高，相接触面积大， 有强烈的混合作用——反应最激烈，许多冶金反 应可以达到接近终了的程度——对焊缝成分影响 最大。
熔滴主要反应：气体的溶解和分解，金属的蒸 发，金属及其合金成分的氧化和还原，焊缝金属 的合金化等。
第一章 焊接化学冶金
三、焊接化学冶金反应区及其反应条件
分区域（阶段）连续进行： 焊条——熔滴——熔池
第一章 焊接化学冶金
第一章 焊接化学冶金
（一）药皮反应区
温度100oC → 焊条熔化温度（钢焊条1500oC
） 主要反应：脱水、造气
吸附水蒸发，结晶水排除，白泥、白云母中的结晶水 ，温度与成分有关。
焊接时，电流通过焊芯时产生电阻热，从而使焊 条的温度升高，同时，电弧产生的热量使焊条熔化。
第一章 焊接化学冶金
2、焊接金属熔滴及其过渡特性 焊条端部熔化形成的滴状液态金属称为熔滴
焊接过程 稳定性
重点研究
熔滴特性 至关重要
焊接冶金
焊缝成形
熔滴过渡的分类
MAG焊的熔滴过渡形式
Rotary arc
Pulsed arc Short arc
过渡速度高达2.5～10m/s。 经过弧柱区的时间极短，只有0.0001～0.001s。 各相接触时间平均为0.01～0.1s。
反应主要在焊条末端进行。反应进行很剧烈。
第一章 焊接化学冶金
4、与熔渣发生强烈混合 熔滴的形成、长大过程中，表面形状不断变化，
表面不断破坏，表面渣层破坏，渣与熔滴交流。熔 滴中有渣，渣被熔滴金属包围。
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进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
①焊接电流I的变化 I t滴 冶金反应不充分
②焊接电压V的变化
U 充分
弧长t 滴
冶金反应
第一章 焊接化学冶金
本节结束24
§ 1-2 气相与金属的作用
一、焊接区内的气体
（一）气体的来源和产生
来源：1.焊接材料 2.气体介质 3.焊丝和母材表面上的油锈等杂质。 4.金属和熔渣的蒸发产生的气体
成分：C 、 C O 2 、 O H 2 、 H 2 O 、 O 2 、 N 2
1) 水分蒸发
2) 某些物质分解
3) 铁合金氧化
第一章 焊接化学冶金
19
第一章 焊接化学冶金
20
2）、熔滴反应区
指熔滴形成.长大.脱离焊条.过渡到熔池之前
特点:
１).温度高 ２).与气体.熔渣的接触面积大 ３).时间短速度快 ４).熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.
第一章 焊接化学冶金
21
3、熔池反应区
1）、熔池T 1600～1900℃低于熔滴T 比表 面积
2 )、接触面积小3～130 3）、时间长 手工焊3～8秒埋弧焊6—25s 4）、搅拌没有熔滴阶段激烈 5）、熔池温度不均匀的 突出特点
熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池 后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应
第一章 焊接化学冶金
第一章 焊接化学冶金
17
二、焊接过程中对熔融金属 的保护
保护方式
1、气渣联合保护
2、渣保护
3、气保护
4、真空保护
5、自保护
第一章 焊接化学冶金
18
三、焊接化学冶金反应区及反 应条件
焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。 以手工电弧焊为例，加以讨论
1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条 药皮熔点前发生的一些反应。
（一）焊条的加热及熔化
1、焊条的加热 1) 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻
热。 2) 电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。 3) 化学反应热：药皮部分化学物质化学反应
时产生的热量。
第一章 焊接化学冶金
7
2、焊条金属的熔化速度
焊条金属的平均熔化速度
gM=G/t =αpI αp为焊条熔化系数 gM焊条金属的平均熔敷速度
gD=GD/t=αHI gD为焊条的平均熔敷速度
损失系数
Ψ=(G-GD)/G=(gM-gD)/gD=1-αH/αP αH=(1-Ψ) αP
第一章 焊接化学冶金
8
3、焊条金属熔滴及过渡特性
1) 熔滴过渡形式
短路过渡、颗粒过渡、附壁过渡、射 流过渡、旋转射流过渡。 碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡； 酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。
金属及熔渣蒸气
第一章 焊接化学冶金
长 的 时 间 隧 道，袅
焊接冶金学第一章 焊接化学冶金
第一章--焊接化学冶金
第一节 焊接化学冶金过程特点 第二节 气相与金属的作用 第三节 熔渣与金属的作用 第四节 合金过渡
第一章 焊接化学冶金
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第一章 焊接化学冶金
第一章 焊接化学冶金
第一章 焊接化学冶金
第一章 焊13
第一章 焊接化学冶金
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2、熔池质量和存在时间
tmax=L/v tcp=Gp/ρvAw
AW焊缝的横截面积
3、熔池温度
熔池中部温度最高，头部次之，其 次是尾部。
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4、熔池运动状态
1）液态金属密度差引起自由对流运动 2）表面张力差强迫对流运动 3） 熔池中各种机械力搅拌 4）对焊接质量的影响
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四、焊接工艺条件与化学冶金 反应的关系
焊接规范：焊接金属（焊条、焊丝）和局 部熔化的母材组成。
（一）、熔合比的影响
熔合比：焊缝金属中，局部熔化的母材
所占的比例。 ①= F1 ②：熔合比
F1 F 2 F1 ：熔化母材的面积
F2 ：填充金属的面积
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（二）、（化学反应条件的影响）熔 滴过渡特性的影响
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3) 熔滴的温度
实测手工电弧焊碳钢焊 条：2100-2700K，熔渣 平均温度：1600C0
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（二）熔池的形成
1、熔池的形状和尺寸
熔池为半椭球，几何尺寸为L=P2IU 其中，P2是比例系数，取决于焊接 方法和规范。I是焊接电流，U是焊 接电压，上式适用于点状热源 。
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2) 熔滴的比表面积和作用时间
熔滴的比表面积S：熔熵的表面积与其质 量之比。
S=Ag/ρVg=4ДR2/(4/3ДR3ρ)=3/Rρ
I↑,R↓,S↑，利于冶金反应进行。熔滴的平均作 用时间是指熔滴的平均质量与一个周期内焊芯 的平均熔化速度之比。
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①焊接电流I的变化 I t滴 冶金反应不充分
②焊接电压V的变化
U 充分
弧长t 滴
冶金反应
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本节结束24
§ 1-2 气相与金属的作用
一、焊接区内的气体
（一）气体的来源和产生
来源：1.焊接材料 2.气体介质 3.焊丝和母材表面上的油锈等杂质。 4.金属和熔渣的蒸发产生的气体
成分：C 、 C O 2 、 O H 2 、 H 2 O 、 O 2 、 N 2
1) 水分蒸发
2) 某些物质分解
3) 铁合金氧化
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2）、熔滴反应区
指熔滴形成.长大.脱离焊条.过渡到熔池之前
特点:
１).温度高 ２).与气体.熔渣的接触面积大 ３).时间短速度快 ４).熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.
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3、熔池反应区
1）、熔池T 1600～1900℃低于熔滴T 比表 面积
2 )、接触面积小3～130 3）、时间长 手工焊3～8秒埋弧焊6—25s 4）、搅拌没有熔滴阶段激烈 5）、熔池温度不均匀的 突出特点
熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池 后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应
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二、焊接过程中对熔融金属 的保护
保护方式
1、气渣联合保护
2、渣保护
3、气保护
4、真空保护
5、自保护
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三、焊接化学冶金反应区及反 应条件
焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。 以手工电弧焊为例，加以讨论
1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条 药皮熔点前发生的一些反应。
（一）焊条的加热及熔化
1、焊条的加热 1) 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻
热。 2) 电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。 3) 化学反应热：药皮部分化学物质化学反应
时产生的热量。
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2、焊条金属的熔化速度
焊条金属的平均熔化速度
gM=G/t =αpI αp为焊条熔化系数 gM焊条金属的平均熔敷速度
gD=GD/t=αHI gD为焊条的平均熔敷速度
损失系数
Ψ=(G-GD)/G=(gM-gD)/gD=1-αH/αP αH=(1-Ψ) αP
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3、焊条金属熔滴及过渡特性
1) 熔滴过渡形式
短路过渡、颗粒过渡、附壁过渡、射 流过渡、旋转射流过渡。 碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡； 酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。
金属及熔渣蒸气
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长 的 时 间 隧 道，袅
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第一节 焊接化学冶金过程特点 第二节 气相与金属的作用 第三节 熔渣与金属的作用 第四节 合金过渡
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2、熔池质量和存在时间
tmax=L/v tcp=Gp/ρvAw
AW焊缝的横截面积
3、熔池温度
熔池中部温度最高，头部次之，其 次是尾部。
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4、熔池运动状态
1）液态金属密度差引起自由对流运动 2）表面张力差强迫对流运动 3） 熔池中各种机械力搅拌 4）对焊接质量的影响
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四、焊接工艺条件与化学冶金 反应的关系
焊接规范：焊接金属（焊条、焊丝）和局 部熔化的母材组成。
（一）、熔合比的影响
熔合比：焊缝金属中，局部熔化的母材
所占的比例。 ①= F1 ②：熔合比
F1 F 2 F1 ：熔化母材的面积
F2 ：填充金属的面积
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（二）、（化学反应条件的影响）熔 滴过渡特性的影响
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3) 熔滴的温度
实测手工电弧焊碳钢焊 条：2100-2700K，熔渣 平均温度：1600C0
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（二）熔池的形成
1、熔池的形状和尺寸
熔池为半椭球，几何尺寸为L=P2IU 其中，P2是比例系数，取决于焊接 方法和规范。I是焊接电流，U是焊 接电压，上式适用于点状热源 。
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2) 熔滴的比表面积和作用时间
熔滴的比表面积S：熔熵的表面积与其质 量之比。
S=Ag/ρVg=4ДR2/(4/3ДR3ρ)=3/Rρ
I↑,R↓,S↑，利于冶金反应进行。熔滴的平均作 用时间是指熔滴的平均质量与一个周期内焊芯 的平均熔化速度之比。
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