焊接物理冶金_第一章课件[研究材料]

●与熔滴相比，熔池的平均温度较低，约为1600~1900℃；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。
●熔池中的强烈运动，有助于加快反应速度，并为气体和非金属夹 杂物的外逸创造了有利条件。
三 焊接化学冶金反应区及其反应条件
不同焊接方法有不同的反应区： ◆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。 ◆熔化极气体保护焊：只有熔滴和熔池反应区。 ◆不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊接只有一个熔池
反应区。
图1-8 焊接化学冶金反应区 Ⅰ-药皮反应区 Ⅱ-熔滴反应区 Ⅲ-熔滴反应区，
焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中都含有造气剂。 热源周围的气体介质：热源周围的空气是难以避免的气体来源，而
焊接材料中的造气剂所产生的气体，不能完全排除焊接区内的空 气。 焊丝和母材表面上的杂质：焊丝表面和母材表面的杂质，如铁锈、 油污、氧化铁皮以及吸附水等，在焊接过程中受热而析出气体进 入气相中。
(二)气体的产生
6Fe2O3＝4Fe3O4＋O2； 2Fe2O3＝6FeO＋O2 4Mn2O3＝2Mn3O4＋O2；6Mn2O3＝4Mn3O4＋O2
第一章 焊接化学冶金
主要内容
焊接化学冶金过程的特点 气相对金属的作用 熔渣对金属的作用 合金的过渡
第一节 焊接化学冶金过程的特点
焊条熔化→形成熔滴→过渡→形成熔池 焊接保护 化学冶金反应区 熔合比
本节概念性的内容较多，通过对本节的理解， 加以记忆
一 焊条熔化及熔池形成
(一)焊条的加热及熔化 1 焊条的加热 电弧焊时用于加热和熔化焊条(或焊丝)的热能有： 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生电阻热，使其本身和药皮的温

二、新材料时代特征
不象以前的各个材料时代，它是一个由多种材料 决定社会和经济发展的时代；新材料以人造为特征； 新材料科学根据我们对材料的物理和化学性能的了解， 为了特定的需要设计和加工而成的。
三、材料的分类

按材料本身的性质分，主要有金属材料、陶瓷材料、 高分子材料、复合材料、液晶材料等。

按材料的作用分，有结构材料和功能材料。
第二节、典型金属的晶体结构n晶体结构
指晶体中质点（原子、分子等）排列的具体方式 , 属于同一种空间点阵的几种晶体结构形式。
☆金属的三种典型晶体结构 ☆晶体中原子的堆垛方式 ☆晶胞中的原子数 ☆点阵常数与原子半径R的关系 ☆晶带 ☆六方晶系的晶面指数与晶向
指数
☆晶面间距
一、金属的三种典型晶体结构
☆ ☆ ☆
面心立方 A1或fcc
体心立方 A2或bcc
密排六方 A3或hcp 属于简单六方点阵
图 1-11 面心立方晶胞 图 1-10 体心立方晶胞
二、晶体中原子的堆垛方式
☆ ☆ ☆
密排六方：密排面为（0001） ABABAB……
n面心立方：密排面为{111} ABCABCABC…… 体心六方：密排面为（100） ABABAB
☆晶胞参数：晶胞三条
棱边的边长a、b、c及晶 轴之间的夹角α、β、γ 称为晶胞参数。
☆基矢：a 、 b 、c
任一阵点的位臵： ruvw=Ua+Vb+Wc U、V、W：阵点坐标
四、七大晶系和十四种空间点阵
☆ 晶 系：根据晶胞的外形，即棱边长度之间的关系
和晶轴夹角的情况,将晶体分为七大晶系。
晶系、晶轴长度和夹角，例： 三斜 a≠b≠c α≠β≠γ≠90o K2CrO7 单斜 a≠b≠c α=γ=90o≠β β-S 正交 a≠b≠c α=β=γ=90o α-S 六方 a1=a2=a3≠c α=β=90o γ=120o Zn 菱方 a=b=c α=β=γ≠90o As， 四方 a=b≠c α=β=γ=90o β-Sn， 立方 a=b=c α=β=γ=90o Fe

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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

绪论焊接：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的工艺过程称为焊接。

焊接实质：当两个被焊的固体金属表面接近到相距r时，就可以在接触表面上A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。

为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，两种措施：1.对被焊接的材质施加压力2.对被焊材料加热（局部或整体）焊接热源：1.电弧热2.化学热3.电阻热4.高频感应热5.摩擦热6.等离子焰7.电子束8.激光束焊接接头的形成：一般要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头提高焊缝韧性:加入微量合金元素（Ti、Mo、Nb、V、Zr、B和稀土等）排除焊缝杂质（S、P、O、N、H等）焊缝缺陷:偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹、脆化等第一章焊接化学冶金1.1熔池：母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液体金属叫做熔池熔池中流体的运动：1.原因1）温度分布不均匀由液态金属的密度差造成自由对流运动2）表面张力差所引起的强对流运动3）热源的各种机械力所产生的搅拌作用 2.作用：1）使熔池中焊丝金属和母材金属混合均匀，使冶金反应顺利进行2）获得成分均匀的焊缝金属，有利于气体和非金属夹杂逸出1.2焊接过程中对金属的保护熔渣:埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接。

利用焊剂以及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属的，焊接的保护效果取决于焊剂的粒度和结构、混合气体）中焊接。

保护效气体：气焊、在惰性气体和其他保护气体（如CO2果取决于保护气的性质与纯度、焊炬的结构、气体的特性等因素熔渣和气体：具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接。

一般由造气剂、造渣剂和钛合金等组成的。

造渣剂融化以后形成熔渣，覆盖在熔滴和熔池表面上将空气隔开。

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。