- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
熔渣
埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接
气体
熔渣和气体 真空 自保护
气焊、在惰性气体和其他保护气体(如CO2、混合气体)中焊接
具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 真空电子束焊接 用含有脱氧、脱氮剂的所谓自保护焊丝焊接
表2-2 熔焊方法的保护方式
2.1.1 焊接过程中对金属的保护
各种保护方式的保护效果是不同的。例如,埋弧焊是利用焊剂及其熔化 以后形成的熔渣隔离空气保护金属的,焊剂的保护效果取决于焊剂的粒度 和结构。多孔性的浮石状焊剂比玻璃状的焊剂具有更大的表面积,吸附的 空气更多,因此保护效果较差。试验表明,焊剂的粒度越大,其松装密度(单位 体积内焊剂的质量)越小,透气性越大,焊缝金属中含氮量越高,说明保护效果 越差(见表2-3)。但是不应当认为焊剂的松装密度越大越好。因为当熔池 中有大量气体析出时,如果松装密度过大,则透气性过小,将阻碍气体外逸,促 使焊缝中形成气孔,使焊缝表面出现压坑等缺欠,所以焊剂应当有适当的透 气性。埋弧焊时焊缝的含氮量一般为0.002%~0.007%(质量分数),比焊条 电弧焊的保护效果好。
180
20~40
伸长率(%)
25~30
5~10 冲击吸收能量/J 117.6 3.92~19.6
表2-1 低碳钢无保护焊时焊缝的性能 2.保护的方式和效果
事实上,大多数熔焊方法都是基于加强保护的思路发展和完善起来的。迄 今为止,已找到许多保护材料(如焊条药皮、焊剂、药芯焊丝中的药芯、保护 气体等)和保护手段(见表2-2)。
550 800 1000 1200
3800 3000 2500 2000
0.0094 0.0043 0.0022 0.0022
表2-3 中锰高硅低氟焊剂(HJ331)的松装密度与焊缝含氮量的关系
2.1.1 焊接过程中对金属的保护
气体保护焊的保护效果取决于保护气的性质与纯度、焊炬的结构、气 流的特性等因素。一般来说,惰性气体(氩、氦等)的保护效果是比较好的,因 此适用于焊接合金钢和化学活性金属及其合金。
用低碳钢光焊丝在空气中进行无保护焊接时,焊缝金属的化学成分和性 能与母材和焊丝相比,发生了很大的变化。由于熔化金属与其周围的空气 发生激烈的相互作用,使焊缝金属中氧和氮的含量显著增加。根据资料介 绍,含氮量可达0.105%~0.218%(质量分数),比焊丝中含氮量高20~45倍; 含氧量为0.14%~0.72%(质量分数),比焊丝中含氧量高7~35倍。同时锰、 碳等有益合金元素因烧损和蒸发而减少。这时焊缝金属的塑性和韧性急剧 下降,但是由于氮的强化作用,强度变化比较小(见表2-1)。此外,用光焊丝焊 接时,电弧不稳定,使焊缝中产生气孔。因此这种光焊丝无保护焊接是没有 实用价值的。
本章以焊条电弧焊方法焊接低碳钢和低合金钢时的冶金问题为重点,从 热力学的角度来阐明焊接化学冶金的一般规律。它可以作为分析其他熔焊 方法及材料冶金问题的基础。由于目前有关焊接化学冶金动力学方面的研 究还很不成熟,故本章不做介绍。
2.1 焊接化学冶金过程的特点
焊接化学冶金过程与炼钢过程相比,无论是在原材料方面还是在冶炼条 件方面都有很大的不同。因此,必须研究焊接化学冶金的特点,找出其本身 固有的规律,以指导人们使冶金反应向有利的方向发展,从而得到优质的焊 缝金属。
目录
• 2.1 焊接化学冶金过程的特点 • 2.1.1 焊接过程中对金属的保护 • 2.1.2 焊接化学冶金反应区及其反应条件 • 2.1.3 焊接工艺条件与化学冶金反应的关系 • 2.1.4 焊接化学冶金系统及其不平衡性 • 2.2 气相对金属的作用 • 2.2.1 焊接区内的气体 • 2.2.2 氮对金属的作用 • 2.2.3 氢对金属的作用 • 2.2.4 氧对金属的作用
焊接化学冶金过程对焊缝金属的化学成分、性能,某些焊接缺欠(如气 孔、结晶裂纹等)以及焊接工艺性能都有很大的影响,因此引起了人们广泛 深入的研究,现已发展成为焊接理论的一个重要分支——焊接化学冶金学。 它主要研究在各种焊接工艺条件下,冶金反应与焊缝金属化学成分、性能 之间的关系及其变化规律。其研究的目的在于运用这些规律合理地选择焊 接材料,控制焊缝金属的化学成分和性能使之符合使用要求,设计创造新的 焊接材料。
焊条药皮和焊丝药芯一般是由造气剂、造渣剂和铁合金等组成的(见第 3章)。这些物质在焊接过程中能形成渣-气联合保护。造渣剂熔化以后形 成熔渣,覆盖在熔滴和熔池的表面上将空气隔离开。熔渣凝固以后,在焊缝 上面形成渣壳,可以防止处于高温的焊缝金属与空气接触。同时造气剂(主 要是有机物和碳酸盐等)受热以后分解,析出大量气体。据计算,熔化100g 焊芯,焊条可以析出2500~5080cm3的气体。这些气体在药皮套筒中被电 弧加热膨胀,从而形成定向气流吹出熔池,将焊接区与空气隔离开。用焊条 和药芯焊丝焊接时的保护效果,取决于其中保护材料的含量、熔渣的性质 和焊接参数等(见本章第2.2节),并用熔敷金属中的含氮量多少衡量保护的 好坏。由图2-1可以看出,随着药芯焊丝中保护材料含量的增加,熔敷金属中 的含氮量减少。过分增加其含量,则药芯的熔化将落后于金属外皮,从而使 保护效果变坏。图2-2表示出焊条熔化时析出的气体数量越多,熔敷金属中 的含氮量越少。用工业生产的焊条和药芯焊丝焊接时,焊缝含氮量(质量分 数)为0.010%~0.014%(低碳钢为0.004%),证明保护基本上是可靠的。
本节关于焊接化学冶金过程的特点将从焊接区内的金属(包括焊件、焊 条等焊接材料)进行必须的保护、焊接冶金反应的区域性及连续性、焊接 工艺条件对于化学冶金反应的影响,以及焊接冶金系统的不平衡性等几个 方面进行论述。
2.1.1 焊接过程中对金属的保护
在焊接过程中必须对焊接区内的金属进行保护,这是焊接化学冶金的特 点之一。这里主要介绍保护的必要性、保护的方式和效果及其对焊缝金属 性能的影响。 1.保护的必要性
目录
• 2.3 熔渣及其对金属的作用
•
2.3.1 焊接熔渣
•
2.3.2 .3.3 焊缝金属的脱氧
•
2.3.4 焊缝金属中硫和磷的控制
• 2.4 合金过渡
•
2.4.1 合金过渡的目的及方式
•
2.4.2 合金过渡过程的理论分析
•
2.4.3 合金过渡系数及其影响因素
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,称为焊 接化学冶金过程。这是一个极为复杂的物理化学变化过程。
为了提高焊缝金属的质量,把熔焊方法用于制造重要结构,就必须尽量 减少焊缝金属中有害杂质的含量和有益合金元素的损失,使焊缝金属得到 合适的化学成分。因此,焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属 加强保护,以免受空气的有害作用。
2.1.1 焊接过程中对金属的保护
抗拉强度/MPa 390~440 334~390 弯曲角/(°)
