焊工工藝學(xué)（第四版）第五章

1、5-1焊條、焊絲及母材的熔化焊條、焊絲及母材的熔化5-2焊接化學(xué)冶金過程焊接化學(xué)冶金過程5-3焊縫結(jié)晶過程焊縫結(jié)晶過程5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)5-5控制和改善焊接接頭性能的方法控制和改善焊接接頭性能的方法5-1焊條、焊絲及母材的熔化焊條、焊絲及母材的熔化一、焊接熱源一、焊接熱源常用的熔焊熱源有電弧熱（電弧焊）、氣體火焰（氣焊）、電阻熱（電渣焊）、等離子弧（等離子弧焊）等。焊接熱源所產(chǎn)生的熱量并不是全部用來加熱和熔化焊條、焊絲及母材的，有一部分熱量損失于周圍介質(zhì)和飛濺中。二、焊條、焊絲的加熱及熔化二、焊條、焊絲的加熱及熔化1. 電阻加熱電阻加熱（1）限制焊條或焊絲的伸出長度

2、（2）限制焊接電流2. 電弧加熱電弧加熱真正使焊條、焊絲熔化的是電弧熱。三、焊條、焊絲金屬向母材的過渡三、焊條、焊絲金屬向母材的過渡1. 熔滴過渡的形式熔滴過渡的形式熔滴過渡的形式) 滴狀過渡) 短路過渡) 噴射過渡2. 熔滴過渡的作用力熔滴過渡的作用力（1）重力（2）表面張力熔滴的重力和熔滴的表面張力示意圖F1 熔滴的重力F2熔滴的表面張力（3）電磁壓縮力通有相同方向電流的兩根導(dǎo)線的相互作用力電磁力在熔滴上的壓縮作用P電磁壓縮力（4）斑點壓力 （5）氣體的吹力斑點壓力阻礙熔滴過渡焊條藥皮形成套筒四、母材的熔化四、母材的熔化母材上由熔化的焊條、焊絲金屬與母材金屬所組成的具有一定幾何形狀的液體金

3、屬稱為焊接熔池。焊接熔池形狀示意圖5-2焊接化學(xué)冶金過程焊接化學(xué)冶金過程一、對焊接區(qū)金屬的保護一、對焊接區(qū)金屬的保護焊接過程中，對焊接區(qū)進行保護的目的是防止空氣的有害作用，保證焊縫質(zhì)量。二、焊接化學(xué)冶金過程的特點二、焊接化學(xué)冶金過程的特點1. 溫度高，溫度梯度大2. 熔池體積小，熔池存在時間短3. 熔池金屬不斷更新4. 反應(yīng)接觸面大、攪拌激烈三、有害元素對焊縫金屬的作用三、有害元素對焊縫金屬的作用1. 氧對焊縫金屬的作用氧對焊縫金屬的作用（1）氧的來源焊接區(qū)的氧氣主要來自電弧中的氧化性氣體（如CO2、O2、H2O 等），空氣中氧的侵入，焊劑、藥皮中的高價氧化物和焊件表面的鐵銹、水分等的分解產(chǎn)物

4、。（2）氧對焊接質(zhì)量的影響1）焊縫金屬中的氧，不僅會使焊縫中有益元素大量燒損，而且會使焊縫的強度、塑性、硬度和沖擊韌性降低。2）降低焊縫金屬的物理性能和化學(xué)性能。3）在焊縫內(nèi)形成氣孔。4）產(chǎn)生飛濺，影響焊接過程穩(wěn)定。（3）控制氧的措施1）加強保護，如采用短弧焊、選用合適的氣體流量等，防止空氣侵入， 還可以在惰性氣體保護或真空保護下焊接。2）清理焊件及焊絲表面的水分、油污、銹跡，按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條等焊接材料。3）對焊縫脫氧也是行之有效的措施。（4）焊縫金屬的脫氧1）脫氧劑選擇的原則脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應(yīng)比被焊金屬的親和力大。脫氧后的產(chǎn)物應(yīng)不溶于金屬而容易被排入熔渣，且熔點應(yīng)較低，

5、密度應(yīng)比金屬小，易從熔池中上浮入渣。2）焊縫金屬的脫氧途徑先期脫氧沉淀脫氧擴散脫氧2. 氫對焊縫金屬的作用氫對焊縫金屬的作用（1）氫的來源壓力為0.1MPa 時氫和氮在鐵中的溶解度（2）氫對焊接質(zhì)量的影響1）形成氣孔2）產(chǎn)生白點和氫脆3）產(chǎn)生冷裂紋（3）控制氫的措施1）焊前清理干凈焊件及焊絲表面的鐵銹、油污、水分等污物。2）焊前按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條，對氣體保護焊的保護氣體進行去水、干燥處理。3）盡量選用低氫型焊條，焊接時采用直流反接， 短弧操作。4）焊后消氫處理。3. 氮對焊縫金屬的作用氮對焊縫金屬的作用（1）氮的來源焊接區(qū)中的氮主要來自周圍空氣。（2）氮對焊接質(zhì)量的影響2）形成氣孔2）影

6、響焊縫的力學(xué)性能（3）控制氮的措施1）加強對焊接區(qū)液態(tài)金屬的保護，防止空氣中氮的侵入，是控制焊縫中氮含量的主要措施。2）采取正確的焊接工藝措施，如盡量采用短弧焊接，因為電弧越長，氮侵入熔池、越多，焊縫中氮的含量越高。4. 焊縫金屬中硫、磷的危害及控制焊縫金屬中硫、磷的危害及控制（1）硫、磷的來源焊縫中的硫、磷主要來自母材、焊絲、藥皮、焊劑等材料。（2）硫、磷的危害（3）脫硫和脫磷的措施1）脫硫的措施元素脫硫FeS + Mn = Fe + MnS熔渣脫硫FeS + MnO = MnS + FeOFeS + CaO = FeO + CaS2）脫磷的措施，焊接過程中脫磷的措施分為兩步：將P氧化成P2

7、O5，其反應(yīng)式如下：2Fe3P + 5FeO = P2O5 + 11Fe2Fe2P + 5FeO = P2O5 + 9Fe利用堿性氧化物與P2O5 形成穩(wěn)定的磷酸鹽進入熔渣。3CaO P2O5 Ca3P2O84CaO P2O5 Ca4P2O9（4）酸性焊條和堿性焊條的脫硫和脫磷1）酸性焊條酸性焊條脫硫、脫磷效果較差。2）堿性焊條堿性焊條的脫硫、脫磷能力比酸性焊條強，這是堿性焊條的力學(xué)性能、抗裂性能比酸性焊條強的重要原因。四、焊縫金屬合金化四、焊縫金屬合金化1. 焊縫金屬合金化的目的焊縫金屬合金化的目的（1）補償焊接過程中由于合金元素氧化和蒸發(fā)等造成的損失，以保證焊縫金屬的成分、組織和性能符合預(yù)

8、定的要求。（2）通過向焊縫金屬中滲入母材中不含或少含的合金元素，以滿足焊件對焊縫金屬的特殊要求。（3）消除焊接工藝缺欠，改善焊縫金屬的組織和性能。2. 焊縫金屬合金化的方式焊縫金屬合金化的方式焊條電弧焊時，焊縫金屬合金化的方式有兩種：一種是通過焊芯（即利用合金鋼焊芯）過渡； 另一種是通過焊條藥皮（即將合金成分加在藥皮里） 過渡。 這兩種方式還可以同時兼有。5-3焊縫結(jié)晶過程焊縫結(jié)晶過程一、焊縫金屬的一次結(jié)晶一、焊縫金屬的一次結(jié)晶熔合線上的晶核焊接熔池結(jié)晶過程) 開始結(jié)晶) 晶體長大) 柱狀結(jié)晶) 結(jié)晶結(jié)束二、焊縫結(jié)晶過程中的偏析二、焊縫結(jié)晶過程中的偏析1. 顯微偏析顯微偏析柱狀晶粒生長過程2.

9、 區(qū)域偏析區(qū)域偏析不同成形系數(shù)焊縫斷面對偏析分布的影響) 成形系數(shù)小) 成形系數(shù)大3. 層狀偏析層狀偏析層狀偏析氣孔的分布) 焊縫橫斷面) 焊縫縱斷面三、焊縫金屬的二次結(jié)晶三、焊縫金屬的二次結(jié)晶四、焊縫中的夾雜物四、焊縫中的夾雜物由焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫金屬中的微觀非金屬雜質(zhì)，稱為夾雜物，焊縫中的夾雜物主要有硫化物和氧化物兩種。5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)一、熔合區(qū)的組織和性能一、熔合區(qū)的組織和性能熔合區(qū)是指在焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。該區(qū)金屬處于部分熔化狀態(tài)（半熔化區(qū)）， 晶粒非常粗大， 冷卻后組織為粗大的過熱組織， 塑性、韌性很差。由于熔合區(qū)具有明

10、顯的化學(xué)不均勻性及組織不均勻性， 所以往往是焊接接頭產(chǎn)生裂紋或局部脆性破壞的發(fā)源地，是焊接接頭中性能最差的區(qū)域。二、焊接熱循環(huán)二、焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)曲線Tm加熱的最高溫度TA相變溫度tA相變溫度以上停留的時間距焊縫不同距離焊件上各點的熱循環(huán)A至焊縫軸線10 mmB至焊縫軸線11 mmC至焊縫軸線14 mmD至焊縫軸線18mmE至焊縫軸線25 mm三、焊接熱影響區(qū)的組織和性能三、焊接熱影響區(qū)的組織和性能不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)1熔合區(qū)2過熱區(qū)3正火區(qū)4不完全重結(jié)晶區(qū)5再結(jié)晶區(qū)6母材5-5 控制和改善焊接接頭性能的方法控制和改善焊接接頭性能的方法一、材料的匹配一、材料的匹配材料的匹配主要是指焊接材

11、料的選用。對于低碳鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、低溫鋼，一般不要求焊縫金屬與母材成分一樣，而是要求力學(xué)性能與母材相同。對于耐熱鋼和不銹鋼，為保證焊縫具有與母材相近的高溫性能和耐腐蝕性能，其焊接材料的化學(xué)成分應(yīng)與母材大致相同。二、控制熔合比二、控制熔合比熔焊時，被熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比，稱為熔合比。熔合比的計算公式為：r Fm / （Fm Ft）式中r 熔合比； Fm 熔化的母材金屬的橫截面積； Ft 焊縫中填充金屬的橫截面積。三、焊接工藝方法的選用三、焊接工藝方法的選用1. 氣焊氣焊氣焊的機械保護效果較差，合金元素燒損較大，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量也較高。2. 焊條電弧焊焊條電弧焊焊條電弧焊機械保護效果較好，合金元素燒損較少，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量較低。3. 埋弧焊埋弧焊埋弧焊的機械保護效果也較好，合金元素燒損較少，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量也較低。4. 手工鎢極氬弧焊手工鎢極氬弧焊手工鎢極氬弧焊由于采用氬氣保護，保護效果好， 合金元素基本沒有燒損， 焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量極少，焊縫金屬純凈。5. CO2氣體保護焊氣體保護焊CO2氣體保護焊采用氧化性氣體CO2進行保護， 對合金元素燒損較多，故需采