焊接成型原理精品課課件

1、焊接成型原理長春工業(yè)大學材料科學與工程學院課件制作：徐世偉指導教師：劉耀東 第二章 熔化焊接化學冶金焊接氣氛及其與金屬的相互作用焊接材料與焊接熔渣焊接化學冶金反應2.22.32.12.1 焊接化學冶金 焊接化學冶金過程:在熔焊過程中，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用的過程。研究內(nèi)容:在各種焊接工藝條件下，冶金反應與焊縫金屬成分、性能之間的關系及其變化規(guī)律。研究目的:在于運用這些規(guī)律合理地選擇焊接材料，控制焊接金屬的成分和性能使之符合使用要求，設計創(chuàng)造新的焊接材料。2.1.1. 焊接化學冶金過程2.1.2 焊接化學冶金反應區(qū)的特點一、焊條熔化及熔池的形成 （1）焊條的加熱及熔化 1.焊條的加

2、熱 電弧焊時用于加熱和熔化焊條焊條的熱能有：電阻熱、電弧熱和化學反應熱。 焊接電弧用于加熱和熔化焊條的功率qe僅是其全部功率的一小部分，即 qe=eUI (2-1) 式中，U：電弧電壓；I：焊接電流；e：焊條加熱有效系數(shù)。在藥皮焊條焊接時，e約0.20.27,焊條端部藥皮表面溫度可達600C左右，因此在該處就開始發(fā)生冶金反應。2. 焊條金屬的平均熔化速度：在單位時間內(nèi)熔化的焊芯質(zhì)量或長度。可表示為 （2-2） 式中 ：焊條金屬的平均熔化速度（g/h ）；G：熔化的焊芯質(zhì)量（ g）；t：電弧燃燒的時間（h）； ：焊接電流（A）； ：焊條的熔化系數(shù)g/（ Ah）。 平均熔敷速度：單位時間內(nèi)真正進入

3、焊縫金屬的那一部分質(zhì)量?？杀硎緸?(2-3) 式中， ：焊條金屬的平均熔敷速度(g/h); ：熔敷到焊縫金屬中的金屬質(zhì)量(g); ：焊條的熔敷系數(shù)(g/(Ah)。 損失系數(shù)：在焊接過程中由于飛濺、氧化和蒸發(fā)損失的那一部分金屬質(zhì)量與熔化的焊芯質(zhì)量之比?？杀硎緸?（2-4） 或 （2-5） 由此可知，熔敷系數(shù)是真正反映焊接生產(chǎn)的指標。3.焊條金屬熔滴及其過渡特性 熔滴：在電弧熱的作用下，焊條端部熔化形成的滴狀液態(tài)金屬。 熔滴過渡的主要形式：短路過渡：在短弧焊時焊條端部的熔滴長大到一定的尺寸就與熔池發(fā)生接觸，形成短路過渡到熔池中。顆粒狀過渡：在長弧焊時，焊條端部的熔滴以顆粒狀落入熔池，此時，不與熔池

4、接觸。渣壁過渡：熔滴沿著焊條端部的藥皮套筒壁向熔池過渡。 一般地，堿性焊條以短路過渡和大顆粒過渡；酸性焊條以細顆粒過渡和渣壁過渡。熔滴的比表面積和相互作用時間熔滴的比表面積： （2-6） ：熔滴金屬的密度；R為熔滴半徑。熔滴與周圍介質(zhì)的平均相互作用時間： （2-7） ：熔滴存在時間； m 0：熔滴脫落后殘留在焊條端部的液體金屬質(zhì)量；mtr：過渡的熔滴質(zhì)量。熔滴的溫度 實際測量表明，對手工電弧焊焊接低碳鋼而言，熔滴的平均溫度為21002700K。熔滴的平均溫度隨焊接電流的增加而升高，隨焊絲直徑的增加而降低，如下圖所示。（2）熔池的形成（見1.3.2） 二、焊接過程中對金屬的保護保護的必要性: 在

5、空氣中無任何保護的情況下，采用光焊絲對低碳鋼進行電弧焊接，其結(jié)果在焊縫金屬中氮含量可達0.105%0.218%,比焊絲高2045倍；氧含量為0.14%0.72%,比焊絲高735倍。同時，錳、碳等有益合金元素因燒損和蒸發(fā)而減少。焊縫金屬的強度變化不大，但其塑性和韌性卻急劇下降，。 為了避免焊接過程中焊縫金屬被空氣污染及有益合金元素的燒損，焊接冶金的首要任務就是對焊接區(qū)內(nèi)的金屬加強保護，以防止空氣的有害作用。保護的方式和效果 每一種熔焊方法都是為了加強對焊接區(qū)保護而發(fā)展和完善起來的。保護方式焊接方法氣體保護氣焊、TIG、MAG、MIG、等離子弧焊熔渣保護埋弧焊、電渣焊氣-渣聯(lián)合保護具有造氣劑的焊條

6、或藥芯焊絲的電弧焊真空保護真空電子速焊自保護焊絲中含有脫氧、脫氮劑的自保護電弧焊表2.1.2 熔焊過程中的保護方式保護效果取決于隔離有害氣體的程度，它和焊接方法的工藝特點及焊接條件有關。如埋弧焊劑的保護效果取決于焊劑的粒度和結(jié)構(gòu)，焊劑的粒度越大，其松裝密度（單位體積內(nèi)焊劑的質(zhì)量）越小，透氣性越大，焊縫金屬中含氮量越多，即保護效果越差。氣體保護焊的保護效果取決于保護氣的性質(zhì)與純度、焊劑的結(jié)構(gòu)、氣流的特性等因素。惰性氣體（氬、氦等）的保護效果較好，常用于合金鋼及活性金屬的焊接。真空電子束焊的保護效果最理想，常用于重要焊件或活性金屬的焊接。三、焊接化學冶金反應區(qū)及其反應條件 焊接冶金過程是分區(qū)域（或

7、分階段）、連續(xù)進行的，且各區(qū)的反應條件（反應物的性質(zhì)、濃度、溫度、反應時間、兩相接觸面積、對流及攪拌運動等）也有較大的差異。因此，就影響到各區(qū)域進行的可能性、方向、速度及限度。 不同的焊接方法有不同的反應區(qū)。手工電弧焊有三個反應區(qū)：藥皮反應區(qū)、熔滴反應區(qū)和熔池反應區(qū)，如圖2-1。熔化極氣體保護焊只有熔滴和熔池兩個反應區(qū)。圖2-1 焊接冶金反應區(qū)（以藥皮焊條為例）1焊芯；2藥皮；3有熔渣覆蓋的熔滴；4熔池；5已凝固的焊縫；6熔渣；7渣殼；T1藥皮反應開始溫度；T2焊條端熔滴表面溫度；T3弧柱間熔滴表面溫度；T4熔池表面溫度；T5熔池凝固溫度；I藥皮反應區(qū)；II熔滴反應區(qū)；III熔池反應區(qū)1藥皮反

8、應區(qū) 藥皮反應區(qū)的加熱溫度低于藥皮的熔化溫度，在該區(qū)進 行水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解和鐵合金的氧化。 (1)除水反應 當藥皮被加熱的溫度超過100時，藥皮的吸附水開始蒸發(fā)；當溫度超過200400，藥皮組成物中的結(jié)晶水將被排除，而化合水則需要在更高溫度下才能析出。（2）有機物的分解 溫度超過200250時，藥皮中的木碳、纖維素和淀粉等有機物開始分解，形成CO、CO2和H2等氣體。（3）礦物分解反應 繼續(xù)升高溫度，藥皮中的碳酸鹽和高價氧化物發(fā)生分解，形成CO2和O2等氣體。 上述反應形成的氣體一方面對熔化金屬起機械保護作用；另一方面對母材和藥皮中的錳鐵和鈦鐵等鐵合金起強烈的氧化作用。（5）鐵合金氧

9、化 藥皮加熱中形成的O2、CO2和H2O氣均有一定的氧化性。當溫度達到600以上時藥皮中的鐵合金發(fā)生明顯氧化，其結(jié)果使氣相中的氧化性大大下降。鐵合金受到氧化，降低了藥皮成渣后對金屬的氧化性能，對此稱為“先期脫氧”。 總之，藥皮反應區(qū)的反應產(chǎn)物為熔滴階段及熔池階段提供了反應產(chǎn)物，將對整個焊接化學冶金過程和焊接質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。2熔滴反應區(qū) 從熔滴形成、長大到過渡到熔池中這一階段都屬熔滴反應區(qū)。該區(qū)具有以下特點： 熔滴溫度高，電弧焊接鋼材時熔滴最高溫度約2800，平均溫度可達到1 8002 400內(nèi)。熔滴的過熱度很大，可達300900； 熔滴與氣體和熔渣接觸面積大，熔滴尺寸小，其表面積可達1031

10、04cm2/kg，比煉鋼時約大1000倍； 各相之間的反應時間短，約為0.011.0s,熔滴在焊條末端的停留時間僅有0.010.1s，向熔池過渡的速度高達2.510m/s，經(jīng)弧柱區(qū)的時間只有0.000l0.0015s，因此熔滴階段的反應主要在焊條末端進行； 熔滴金屬與熔渣發(fā)生強烈混合，熔滴在形成、長大和過渡過程中受到電磁力、氣體吹力等外界因素作用，便與熔渣發(fā)生強烈的混合，既增加彼此接觸面積，也加速冶金反應進行。所以熔滴反應區(qū)是冶金反應最激烈的部位，許多反應可達到接近終了的程度，因而對焊縫的成分及性能影響最大。在此區(qū)進行的物化反應主要有：金屬的蒸發(fā)、氣體的分解和溶解、金屬及其合金的氧化與還原，以

11、及焊縫金屬的合金化。 該區(qū)主要的反應如下：（1）氣體的高度分解 首先是空氣?？諝庖坏┻M人電弧空間就會被加熱而分解形成N2、O2和NO。其次是水分的分解。在高溫下，水蒸氣主要分解成H2和O2以及原子狀態(tài)的H和O。 H2O氣 = H + OH （2-8） 第三是CO2的分解，形成CO和O2。 2 CO2 = 2CO +O2 (2-9) 第四是分子狀態(tài)的各種氣體均可分解為原子狀態(tài)。最后是CO的分解，其結(jié)果會使金屬增碳。 2CO=CO2 + C (2-10)(2)H2和N2的激烈溶解 高溫時，分子狀態(tài)的H2和O2須分解成原子或離子才能向金屬中溶解。對于N2來說，其溶解度與金屬成分及氣氛的性質(zhì)有關。凡存

12、在能形成氮化物的元素時，均能增大其在鋼中的溶解度。在氧化性氣氛中，N2被氧化形成NO和NO2 ，在金屬表面進行電化學溶解過程，從而增大金屬中的氮含量。 H2的溶解過程與N2相似，可溶質(zhì)點主要是H和H+，在電流極性的作用下，H進入金屬后，除了溶解，還會形成氫化物而被金屬吸收。(3)激烈增氧反應 在正常焊接條件下，熔滴金屬增氧的途徑有三方面：氣氛中CO2、H2O及O2的直接氧化； 藥皮成渣后殘存的CO、H2O和O2，以及氣體保護焊的保護氣體CO2,及O2，均可直接與熔滴金屬發(fā)生反應。溫度越高，這些氣體的氧化作用越強烈，其中H2O的氧化作用較弱。另外在CO2氣體保護焊時，鐵水與CO2在1823K以上

13、反應，即 Fe(l) + CO2=CO(g)+FeO(l) (2-11) 為防止CO2的氧化作用，焊絲中必須加脫氧元素Mn及Si等，則在熔滴階段將發(fā)生反應 Mn+CO2=CO+MnO (2-12) Si+2CO2=2CO+SiO2 (2-13) 由于Mn、Si對氧的親合力大，反應(2-12)與(2-13)進行得很劇烈，但并不能完全防止反應(2-11)的發(fā)生。因此，反應中生成的MnO、SiO2與FeO立即相互作用形成熔渣。 熔渣中(FeO)向熔滴金屬中分配氧化； 對于鋼能在熔渣與熔滴金屬間進行擴散分配的只有FeO。在焊接過程中，F(xiàn)eO既能溶于鐵液中又能溶于熔渣中，服從分配定律。即在一定溫度下，一

14、種物質(zhì)在互不相溶的相中的平衡分配應為一常數(shù)。對 FeO的分配常數(shù)L為 (2-14) (2-15) 在1873K到2773K之間的L值為0.010.13，說明FeO主要溶解在熔渣中；隨著溫度上升，L值增大，金屬增氧量提高。熔渣的性質(zhì)和堿度對FeO的分配有很大影響。在堿性渣中，F(xiàn)eO更易向金屬中分配。 熔渣中(MnO)、(SiO2)的置換氧化; 焊接熔渣與熔融金屬發(fā)生冶金反應 (2-16) (2-17) 反應的結(jié)果將使金屬增氧。在焊接溫度下反應向右側(cè)進行，而其反應的劇烈程度與熔渣的冶金活性、焊絲或熔滴的組成和熔渣組成及堿度有關。堿度增大有利于滲Mn，而不利于滲Si。其實，在熔渣中(SiO2)和(M

15、nO)的濃度一定時，改變堿度，熔敷金屬的Si，Mn及O的含量也發(fā)生變化。由于滲硅和滲錳為置換反應，其結(jié)果是形成FeO，因而使熔敷金屬增氧。隨著渣活性系數(shù)的增加，熔敷金屬越易增氧。（4）強烈滲合金及吸收雜質(zhì)； 除了氧化物分解而使熔滴獲得一定合金元素，藥皮或焊劑中的合金成分均能使熔滴 強烈合金化。氧化物分解使熔滴合金化，不但滲入的合金元素數(shù)量有限，而且伴有燒損其它合金或增氧的副作用。（5）低沸點元素的嚴重蒸發(fā)并污染環(huán)境； 由于熔滴金屬溫度已接近鐵的沸點，一些低沸點元素會發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，常見的為Zn、Mn等金屬蒸氣，還有含F(xiàn)蒸氣。（6）除氫反應。 為了降低熔融金屬中的擴散氫溶解度H，必須降低Pm。若氣

16、氛中存在一定數(shù)量的氧化性氣體時，如CO2或O2，有利于降低。對于已出現(xiàn)的H，通常采用兩種冶金方法使H2轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、不溶于熔融金屬的OH或HF，即適當增強氣氛的氧化性或添加氟化物(如CaF2)。若熔滴表面存在熔渣，氫必須透過熔渣才能溶于金屬，此時熔渣成為傳遞氫的介質(zhì)。酸性渣有一定的控氫能力而限制氫向金屬溶入。在堿性渣中加人適當?shù)腃aF2后，因CaF2可顯著降低氫在渣中的溶解度，從而限制氫透過熔渣向金屬溶人。3.熔池反應區(qū) 熔滴與熔渣落入熔池后就開始熔池區(qū)的冶金反應，直至金屬凝固形成焊縫為止。該區(qū)的反應條件有如下特點:熔池的溫度分布極不均勻。它的前部溫度高，處于升溫階段，進行著金屬熔化、氣體吸收

17、，有利于吸熱反應；它的后部溫度低，處于降溫階段，發(fā)生氣體逸出、金屬凝固，有利于放熱反應。因此同一個反應在熔池的前部和后部都可以向相反的方向進行；熔池的平均溫度約為16001900C，比熔滴溫度低，反應時間稍長，焊條電弧焊時熔池存在時間為38s，埋弧焊為625s；由于受電弧力、氣流和等離子流等因素作用，熔池發(fā)生攪動。溫度分布不均勻，也造成熔池的對流運動。這有助于熔池成分的均勻化和加大冶金反應速度，有利于氣體和非金屬夾雜物從熔池中逸出。熔池反應階段中，反應物的含量與平衡含量之差比熔滴反應階段。所以，在相同條件下，熔池中的反應速度比熔滴階段中的要??；當藥皮中的質(zhì)量系數(shù)Kb(單位長度焊條的藥皮與焊芯質(zhì)

18、量之比）較大時，由于部分熔渣不與熔滴作用而直接進入熔池中，因而與熔池金屬作用的熔渣數(shù)量大于與熔滴金屬作用的熔渣數(shù)量。所以增加焊條藥皮厚度能夠加強熔池階段的冶金反應；熔池反應區(qū)的反應物質(zhì)是不斷更新的。新熔化的母材、焊芯和藥皮不斷進入熔池的頭部，而凝固的焊縫金屬和熔渣不斷從尾部退出，從而獲得成分均勻的焊縫金屬。 總之，焊接化學冶金過程是分區(qū)域進行的。在熔滴階段進行的反應多數(shù)在熔池階段繼續(xù)進行，但也有的反應停止甚至改變反應方向。各階段冶金反應的綜合結(jié)果，就決定了焊縫金屬的最終化學成分。四、焊接工藝條件與化學冶金反應的關系 焊接工藝條件（焊接方法、焊接工藝參數(shù)等）的改變必然引起冶金反應條件（反應物的種

19、類、數(shù)量、濃度等）的變化，因而影響到冶金反應的過程。這種影響歸結(jié)以下兩方面：熔合比的影響。 熔合比取決于焊接方法、規(guī)范、接頭形式和板厚、坡口角度和形式、母材性質(zhì)、焊接材料種類以及焊條（焊絲）的傾角等因素，見表2.1.3。 焊縫金屬中合金元素的實際濃度CW為： CW=Cb+(1-)Cd (2-18) 式中，Cb為該元素在母材中的質(zhì)量百分濃度，Cd為熔敷金屬中元素的實際質(zhì)量百分濃度；從上式可看出，通過改變?nèi)酆媳瓤梢愿淖兒缚p金屬的化學成分。要保證焊縫金屬成分和性能的穩(wěn)定性，必須嚴格控制焊接工藝條件，使熔合比穩(wěn)定、合理。熔滴過渡特性的影響。 焊接工藝參數(shù)對熔滴過渡特性有很大影響，因而影響到冶金反應。實

20、驗表明，熔滴階段的反應時間（或熔滴存在時間）隨焊接電流的增加而變短，隨電弧電壓的增加而變長。所以，冶金反應進行的程度隨電流的增加而減小，隨電壓的增加而增大。 如CO2保護焊時，增大焊接電流，熔滴過渡頻率增加，氧化反應的時間變短，硅的氧化損失率減小；增加電弧電壓，氧化反應的時間增長，硅的損失率增大。此外，短路過渡比大顆粒過渡時硅的損失小，原因是短路過渡時熔滴與CO2的反應時間短。五、焊接化學冶金系統(tǒng)及其不平衡性 焊接化學冶金系統(tǒng)是一個復雜的高溫多相反應系 統(tǒng)。根據(jù)焊接方法不同，組成系統(tǒng)的相也不同。如：手工電弧焊和埋弧焊時，有液態(tài)金屬、熔渣和電弧氣氛三相；氣體保護焊時，主要是氣體與金屬相之間的相互

21、作用；電渣焊時，主要是熔渣與金屬之間的作用。 由于焊接區(qū)的不等溫條件使整個系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)之中，但系統(tǒng)的個別部分出現(xiàn)個別反應的短暫平衡狀態(tài)，如上述的同一反應在熔池前部和后部反應的方向不同，就是有力的證明。因為改變反應方向必須通過平衡狀態(tài)。 上述說明，不能直接應用熱力學平衡的計算公式定量地分析焊接化學冶金問題，但能作定性分析。2.1.3 焊縫金屬化學成分的控制1焊縫雜質(zhì)的控制 焊縫有害雜質(zhì)的控制措施有： (1)工藝措施，限制來源和加強排除。首先加強保護，防止空氣入侵；其次須清除焊件和焊接材料上附著的油、銹、氧化膜及水分。對于氫，烘干焊接材料和焊接材料的防潮尤為重要。既然氫能擴散，對焊件進行脫氫

22、處理。若接頭為奧氏體組織，脫氫處理的效果不大。 (2)冶金措施，轉(zhuǎn)化為不溶狀態(tài)或轉(zhuǎn)移到熔渣中。對于氧，首先控制先期脫氧，即在藥皮、藥芯或焊劑中添加脫氧合金，以限制氣氛的氧化性，減少CO2或O2。要盡可能在熔池中沉淀脫氧，實現(xiàn)Mn-Si聯(lián)合脫氧。宜采用堿性熔渣。對于氮，冶金方法不是理想方法，合金元素Al、Ti、Zr、Ta、V、Nb等可以使氮固定，但并不能完全降低氮量。對于氫，除了設法使之轉(zhuǎn)化為不溶的穩(wěn)定氫化物OH或HF，還可利用熔渣性質(zhì)減輕氫的溶人。對于P，冶金方法的效果不明顯。對于硫，增大堿度能有效地使硫向熔渣中分配，如熔渣中存在CaF2會增強S向渣中分配。2合金元素的燒損 焊接材料是決定焊縫

23、成分的主要因素，但焊接材料中的合金成分由于冶金反應引起的燒損，不能穩(wěn)定地直接過渡到焊縫中。為了控制焊縫的成分，必須掌握焊接材料中合金成分的燒損情況。常引入合金的“過渡系數(shù)”來考察合金成分的收得率?！斑^渡系數(shù)”的概念表示為 (2-19) 式中為合金元素x的過渡系數(shù)；xd為某元素工在熔敷金屬中的質(zhì)量分數(shù)；xE為某元素x在焊接材料中的質(zhì)量分數(shù)。Contents2.2 焊接氣氛及其與金屬的作用焊接區(qū)內(nèi)氣相成分主要有CO、CO2、H2O、N2、H2、O2、金屬和熔渣的蒸氣及其分解和電離的產(chǎn)物等。其中對焊接質(zhì)量影響最大的是N2、H2O、CO2和H2O氣等。 （1）氣體來源焊接材料，如焊條藥皮、焊劑和藥芯中

24、的造氣劑、高價氧化物和水分等；電弧區(qū)周圍的空氣；焊絲和焊件表面存在的鐵皮、鐵銹、油污和吸附水等；母材和填充金屬自身殘留的氣體。 2.2.1. 焊接區(qū)內(nèi)的氣體（2）氣體的產(chǎn)生 除直接輸送和侵入焊接區(qū)內(nèi)的氣體以外，其它的氣體主要是通過以下物化反應產(chǎn)生的。有機物的分解和燃燒 焊條藥皮中常含有淀粉、纖維素、糊精和藻酸鹽等有機物(作為造氣劑和焊條涂料的增塑劑)和焊接材料上的油污等，這些有機物受熱以后，發(fā)生復雜的分解和燃燒反應，放出氣體，這種反應稱為熱氧化分解反應。纖維素的熱氧化分解反應為 (2-20) 色譜分析證明，反應產(chǎn)物主要為CO2，并且還有少量的CO、H2、烴和水氣。碳酸鹽和高價氧化物的分解 焊接

25、材料常用的碳酸鹽有CaCO3、MgCO3、白云石和BaCO3等。圖1-12為碳酸鹽生成反應的標準自由能變化G0與溫度的關系。利用圖中曲線可以比較各種碳酸鹽的穩(wěn)定性及其隨溫度的變化。當加熱超過一定溫度時，碳酸鹽開始分解。CaCO3和MgCO3的分解反應及分解產(chǎn)物的氣相分壓如下所示 CaCO3 = CaO + CO2 （2-21） （2-22） MgCO3 = MgO + CO2 （2-23） （2-24） 假設電弧氣氛的總壓力為p = 101kpa,并且認為 PCO2= p = 101kpa,則可計算出CaCO3劇烈分解的溫度為910；MgCO3的為650?？梢娫诤附訔l件下它們是能夠完全分解的。

26、另外，從圖2-2可以看出 BaCO3比CaCO3穩(wěn)定，因此它的分解溫度比CaCO3的高。對于含碳酸鈣的焊條，選擇的烘干溫度不應超過450，對于含碳酸鎂的焊條則不應超過300。圖2.2.1 碳酸鹽生成反應的G0與溫度的關系 焊接材料中常用的高價氧化物有Fe2O3和MnO2，在焊接過程中它們發(fā)生強烈的分解反應 6Fe2O3 = 4Fe3O4+O2 (2-26) 2Fe3O4 = 6FeO + O2 (2-27) 4MnO2 = 2Mn2O3+O2 (2-28) 6Mn2O3 = 4Mn3O4+O2 (2-29) 2Mn3O4 = 6MnO+O2 (2-30) 反應結(jié)果是產(chǎn)生大量的氧氣和低價氧化物。

27、材料的蒸發(fā) 焊接過程中，焊接材料中的水分、金屬元素和熔渣的各種成分在電弧的高溫作用下發(fā)生蒸發(fā)，形成大量的蒸氣。在一定溫度下，物質(zhì)的沸點越低越容易蒸發(fā)。從表2.2.1可知，金屬元素中Zn、Mg、Pb和Mn的沸點較低，因此，它們在熔滴反應區(qū)最容易蒸發(fā)。在焊接黃銅、A1-Mg合金及鉛時，一定要有安全防護，以保障焊工的身體健康。在氟化物中AlF3、KF、LiF和NaF的沸點低，易于蒸發(fā)。如果物質(zhì)處于溶液中，物質(zhì)的濃度越高，其飽和蒸氣壓越大，越容易蒸發(fā)。因此，在焊接鐵合金時，由于鐵的濃度較高，以至在氣相中鐵的蒸氣也是相當多的。 總之，焊接過程中的蒸發(fā)現(xiàn)象使氣相中的成分和冶金反應復雜化，并且造成合金元素的

28、損失，甚至產(chǎn)生缺陷。由于蒸發(fā)也增加了焊接煙塵和環(huán)境污染，影響焊接操作人員的身體健康，因此在實際工作中應注意解決蒸發(fā)問題。 表2.2.1 純金屬和氟化物的沸點（3）氣體的分解簡單氣體的分解 焊接中，氣相中的雙原子氣體(N2、H2、O2)受熱后，增加了其原子的振動和旋轉(zhuǎn)能。當原子獲得的能量足夠高時，原子鍵斷開，分解為單個原子或離子和電子。常見氣體分解反應在標準狀態(tài)下的熱效應見表2.2.2。表2.2.2 氣體分解反應 若氣體的分解反應的平衡常數(shù)為Kp，分解后混合氣體的總壓力為p0，則氣體的分解度為 （2- 31） 由式（2- 31）可計算出雙原子氣體的分解度。與溫度的變化關系曲線,如圖2.2.2所示

29、。在焊接溫度 (5 000 K )下，氫和氧的分解度很大，大部分以原子狀態(tài)存在。而氮的分解度很小，基本上以分子狀態(tài)存在。 圖2.2.2 雙原子氣體的分解度與溫度T的關系復雜氣體的分解 焊接時氣相中常見的復雜氣體有CO2和H2O。在電弧區(qū)的熱作用下，CO2可按表2.2.2中的6號反應式進行分解。分解反應的產(chǎn)物是CO和O2。在焊接溫度下CO2幾乎完全分解，而水蒸氣的分解是比較復雜的。熱力學計算表明，當溫度低于4 500K時，按反應式7分解的可能性最大；而當溫度高于4 500K時，按反應式10分解的可能性最大。由表2.2.2可知，H2O氣的分解產(chǎn)物有H2、O2、OH、H及O等。這不僅增加了氣相的氧化

30、性，而且增加了氣相中氫的分壓，其最終結(jié)果使焊縫金屬增氧和增氫。（4）氣相成分及分布 焊接區(qū)內(nèi)氣相的成分和數(shù)量與焊接方法、工藝參數(shù)、焊接材料種類有關。焊條電弧焊時，氣相的氧化性較大。用堿性焊條焊接，由于氣相中H2和H2O的含量較少，所以稱為低氫型焊條；埋弧焊和中性氣焰焊時，氣相中CO2和H2O含量較少，因而氣相氧化性也很??；相反，手弧焊時氣相的氧化性相對較大。各種氣體的分子、原子和離子在焊接區(qū)內(nèi)的分布與溫度有關。由于沿焊接電弧的軸向何徑向溫度分布的不均勻的，所以各種氣體的分子、原子和離子在電弧中的分布也是不均勻的。 表2.2.3 焊接碳鋼時氣相冷至室溫的成分 2.2.2. 氮對金屬的作用 焊接區(qū)

31、的氮主要來源于焊接區(qū)周圍的空氣。根據(jù)氮與金屬作用的特點，大致可分兩種情況：一種不與氮發(fā)生作用的金屬，如Cu和Ni等，它們既不溶解氮，又不形成氮化物，因此可用氮作為焊接這類金屬的保護氣體；另一種是與氮發(fā)生作用的金屬，如Fe、Ti、Mn、Cr等，它們既能溶解氮，又能與氮形成穩(wěn)定的氮化物。焊接這類金屬時，必須防止焊縫金屬的氮化。1. 氮在金屬中的溶解氣體的溶解反應可分為四個階段：氣體分子向氣體與金屬界面上運動；氣體分子被金屬表面吸附：在金屬表面分解為原子；氣體原子穿國金屬表面層，向金屬深處擴散。在焊接溫度下，N2在金屬中的溶解反應為 N2=2N 711.4kJ/mol （2-32） 平衡時，它在純鐵

32、中的溶解度符合平方根關系 （2-33） 式中N為氮在金屬中的溶解度； KN2 為氮溶解反映的平衡常數(shù)，取決于溫度和金屬的種類； PN2 為氣相中分子氮的分壓。試驗表明，式（2-33）只在PN2 很小的范圍內(nèi)有效。當 PN2 大于某個值后，N為一常數(shù)。 氮在鐵中的溶解度與溫度的關系如圖2.2.3所示。隨著溫 度的升高，氮在液態(tài)鐵中的溶解度增加。但溫度達到2200左右后，溫度升高將使氣相中鐵的分壓增加，而氮的分壓下降，這將引起氮在鐵中的溶解度下降。由于氮在固態(tài)鐵中的溶解度遠小于液態(tài)鐵，當液態(tài)鐵凝固時，氮的溶解度突降，易引起焊縫中氮的過飽和。圖2.2.3 氮和氫在鐵中溶解度與溫度的關系 電弧焊時的氣

33、體溶解過程比普通的氣體溶解過程要復雜的多，此時熔化金屬吸收的氮量高于平衡含量。因為在氧化性氣氛中形成的NO，在金屬表面分解出N和O原子，并迅速溶入金屬中。另外，焊接條件下部分氮原子也可電離為氮離子N+，在電場的作用下向陰極運動，并在陰極表面與電子中和還原成氮原子而溶入金屬中。這時的溶解過程屬電化學過程而不符合平方根定律。氮以這種形式對金屬的溶入量受陰極壓降和電源極性的影響。陰極壓降越大，陰極吸收的氮也越多。直流正接比直流反接熔滴含氮多。 總之，氮能以原子、NO和離子三種形式溶入金屬中，但不同的焊接方法，溶入形式不同，需要根據(jù)具體情況具體分析。2氮對焊接質(zhì)量的影響 氮是沉淀強化元素，在合金鋼中加

34、入適量氮，與其它合金元素(如Ti、Nb、Zr等)配合，可以起到沉淀強化和細化晶粒的作用。 但更多的是對焊接質(zhì)量的損害，主要表現(xiàn)為以下幾點： 形成氣孔，高溫時大量的氮溶解在液態(tài)金屬中，由于氮的溶解度隨著溫度的下降而降低，在液態(tài)金屬凝固時氮的溶解度突然下降，引起過飽和的氮以氣泡的形式從熔池中逸出，當接頭金屬的結(jié)晶速度大于氮的逸出速度時就形成氣孔； 使焊縫金屬時效脆化，氮是促進時效脆化的元素，如果熔池中溶人較多的氮，在焊縫凝固后，由于Fe中氮的溶解度很小，此時氮在固溶體中呈過飽和狀態(tài)，隨著時間的延長，過飽和的氮將以針狀氮化物(Fe4N)的形式析出，分布在晶界或晶內(nèi)，使焊縫金屬的強度增高，塑性和韌性降

35、低，特別是低溫韌性急劇下降，見圖2.2.4和2.2.5； 氮可以降低焊縫的塑性、韌性而使強度提高，但如果把氮的溶解度限制在0.001以下時，則對接頭的力學性能無明顯影響。圖2.2.4 氮對焊縫金屬常溫力學性能的影響 2.2.5 氮對低碳鋼焊縫金屬低溫沖擊韌度的影響3.控制含氮量的措施 (1)加強焊接區(qū)的保護：由于焊接區(qū)中的氮主要來自空氣，因此焊接區(qū)與空氣的隔離效果越好，焊縫的含氮量就越低。目前對焊接區(qū)通常的保護措施有：氣體保護、熔渣保護、氣渣聯(lián)合保護及真空保護等。 (2)控制焊接工藝參數(shù)：在其它條件不變時，增加焊接電流時，熔滴的溫度增加。對于低碳鋼，由于氮的溶解屬吸熱反應，使N隨著溫度升高而增

36、加。若氮的溶解是放熱反應(如18-8型不銹鋼)，則N隨著溫度的升高而降低。如果熔滴溫度過高，使 PFe 顯著增加，引起N的降低。 其它條件不變時，增加電弧電壓時，由于弧長增加使保護 效果下降，同時熔滴存在時間增長，導致焊縫N提高。因此應盡量壓低電弧來防止氮的侵入。若增加焊絲直徑，則熔滴尺寸增大，使其比表面積減少，引起N下降。在多道焊時，由于氮的多層積累，使焊縫的最終含氮量高于單道焊。 (3)合金處理，控制焊縫的含氮量：碳的氧化引起熔池沸騰，有利于氮的逸出，同時碳氧化生成CO、CO2，加強焊接區(qū)的保護，降低了氮的分壓，因此碳可以降低氮在金屬中的溶解度。 選用含有能夠生成穩(wěn)定氮化物元素（Ti、Zr

37、、Al和稀土元素）的焊絲進行焊接。這些元素 與氮有很大的親和力，易形成穩(wěn)定的氮化 物，并可通過熔渣排出這些氮化物，因此能有效地控制焊縫中的含氮量。 綜上所述，加強預防和保護作用是控制焊縫含氮量的最有效措施。 2.2.3. 氫與金屬的作用 電弧氣氛中的氫主要來源于焊接材料中的水分及有機物、吸附水及結(jié)晶水、表面雜質(zhì)及空氣中的水分等。焊接區(qū)中的氫可因被焊金屬的種類不同而程度不同地與被焊金屬作用，一部分金屬可與氫形成穩(wěn)定的化合物，這些金屬有Zr、Ti、V、Nb等，它們可以在300700的固態(tài)下大量吸收氫，但若再升高溫度，氫化物分解，由金屬中析出，含氫量反而下降。因此，焊接這些金屬時要注意防止接頭在固態(tài)

38、下對氫的吸收，否則將嚴重影響焊接接頭的性能。另一部分金屬，如Fe、Cu、Ni等，它們不與氫發(fā)生化合反應，但氫可以溶解在這些金屬中而使焊接質(zhì)量受到影響。 1氫在金屬中的溶解焊接方法不同，氫向金屬中溶解的途徑也不同。電渣焊時，氫通過渣層熔入金屬；而氣體保護焊時，氫通過氣相和液態(tài)金屬的界面以原子或質(zhì)子的形式溶入金屬。 在電熔渣保護的條件下，氫首先溶入熔渣中，以OH的形式存在，然后在熔渣與金屬的相界面上通過交換電子生成氫原子，以原子氫的形式溶入金屬中。氫從熔渣向金屬中過渡的反應是 （Fe2+）+ 2(OH) = Fe + 2O + 2H (2-34) Fe+2(OH) = (Fe2+) + 2(O)

39、+ 2H (2-35) 2(OH) = (O2) + O + 2H (2-36) 式中，( )表示渣中成分； 表示金屬中成分。因此，氫通過熔渣溶入金屬時。其溶解度取決于氣相中水蒸氣的分壓、熔渣的堿度和金屬中的含氧量等的因素。 當氫通過氣相向金屬中溶解時，起溶解度取決于氫的狀態(tài)。若氫以分子狀態(tài)存在，那么它在金屬中的溶解度符合平方根規(guī)律 (2-37) 式中 , H氫在金屬中的溶解度； KH2 氫溶解的平衡常數(shù)； PH2 氣相中分子氫的分壓。如果氣相中氫以分子及原子狀態(tài)存在時，氫的溶解 度為 (2-38) 式中, K氫溶解的平衡常數(shù)； 在給定溫度下氫的分解度； PH2，H 分子和原子氫的分壓。 氫在

40、鐵水中的溶解度與溫度有關，即隨著溫度的升高，氫的溶解度增加。但溫度接近沸點時，由于金屬的蒸發(fā)，氫的溶解度急劇下降。當溫度降到金屬的變態(tài)點時，氫的溶解度下降，在接頭中易產(chǎn)生氣孔和裂紋等缺陷。 由于氫在面心立方晶格中的溶解度大于在體心立方晶格中的溶解度，當鐵發(fā)生固態(tài)相變時，氫的溶解度將發(fā)生突變。由于氧能減少金屬對氫的吸附，若焊接氣氛中存在氧，可以有效地降低液態(tài)鐵中氫的溶解度。另外，合金元素對氫在鐵中的溶解度有較大的影響。C、Si、 Al可降低氫在液態(tài)鐵中的溶解度；Ti、Zr、Nb及一些稀土元素可提高氫的溶解度；而Mn、Ni、Cr和Mo的影響不大。 2.焊縫金屬中的氫 溶于金屬中的氫由于原子半徑較小

41、，因而在鋼中與Fe或Fe形成間隙固溶體并且具有很強的擴散能力。在焊縫中，一部分氫以原子或離子狀態(tài)存在并可在晶格中自由擴散遷移，這部分氫被稱為擴散氫。如果氫擴散到金屬的晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬類雜質(zhì)等非連續(xù)缺陷中時，可以結(jié)合成氫分子，由于氫分子的半徑大而不能擴散，因此這部分氫稱為殘余氫。對于鐵等不形成穩(wěn)定氫化物的金屬，擴散氫約占總氫量的80 90。在鈦、鈮等金屬及其合金的焊縫中，氫主要是以氫化物的形式存在。 在剛焊接的接頭中，氫主要是擴散氫。由于氫的擴散運動，隨著時間的延長，焊縫中的部分擴散氫從接頭中逸出而使氫的溶解量降低；另一部分擴散氫轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄽?，使殘余氫隨著時間延長而增加。3氫對焊接質(zhì)量

42、的影響 （1）氫脆：氫在室溫附近使鋼的塑性嚴重下降的現(xiàn)象稱為氫脆。鋼中含氫易造成材料的塑性明顯下降，但對材料的強度幾乎沒有影響。氫脆產(chǎn)生的機理，通常解釋為氫原子擴散聚集于鋼的顯微缺陷中，結(jié)合成分子氫，造成局部高壓區(qū)，阻礙金屬塑性變形而導致金屬變脆。接頭金屬的氫脆性與其含氫量、試驗溫度、變形速度及焊縫的組織結(jié)構(gòu)有關。金屬中晶格缺陷越多，氫脆的傾向越大。接頭經(jīng)消氫處理，其塑性可以恢復。 (2)白點：碳鋼和低合金鋼焊縫金屬含有較多的氫時，在焊后不久進行力學性能試驗時，試件的斷口上出現(xiàn)呈圓形或橢圓形并在中心有一凹點的銀白色斑點，這個斑點稱為白點（其直徑約0.53mm）。由于白點中心含有微細氣孔或夾雜物

43、，按照其形狀，又稱魚眼。白點產(chǎn)生于金屬塑性變形過程，其成因是氫的存在及其擴散運動。 它主要在外力作用下，氫在微小氣孔或雜質(zhì)物處的集結(jié)造成脆化。白色斑點區(qū)常顯示有從中心向四處的放射線結(jié)構(gòu)，微觀上顯示為小的解理斷口。白點對金屬強度影響不大，但對塑性、韌性有較大的影響。 焊縫金屬對白點的敏感性與含氫量、金屬的組織及變形速度等因素有關，當接頭中含氫量較多時，出現(xiàn)白點的可能性就比較大。鐵素體和奧氏體鋼的接頭不出現(xiàn)白點。因為氫在鐵素體中的擴散快，易于逸出；而在奧氏體中溶解度大，且擴散慢，所以不易出現(xiàn)白點。碳鋼及用Cr、Nb、Mo合金化的焊縫，較容易出現(xiàn)白點。如果試件經(jīng)過去氫處理，可以消除白點。 (3)冷裂

44、紋：焊接接頭冷卻到較低溫度時產(chǎn)生的焊接裂紋稱為冷裂紋。焊接冷裂紋的危害性很大，它的產(chǎn)生與焊接接頭中的含氫量、熱處理時的馬氏體相變和結(jié)構(gòu)的剛度有關。 (4)氣孔：當熔池中溶人大量的氫時，在熔池冷卻到熔點時，由于氫的溶解度急劇下降使氫呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)，因此氫大量析出并以氣泡的形式向外逸出，如果氣泡的逸出速度小于熔池的結(jié)晶速度便形成氣孔。 (5)組織變化：氫是奧氏體穩(wěn)定化元素，在奧氏體中的溶解度較大。當焊縫中含氫量較大時，含氫奧氏體的穩(wěn)定性增加，不易形成鐵素體和珠光體，而容易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而造成氫的局部富集產(chǎn)生氫脆，并在內(nèi)應力的作用下產(chǎn)生顯微裂紋。4控制氫含量的措施(1)限制氫的來源：首先要限制焊接

45、材料中的含氫量。在制造焊條和焊劑時要盡量選用不含氫或含氫量少的原材料，如少用有機物和含有結(jié)晶水的白泥、云母等。在生產(chǎn)中，焊前要對焊條和焊劑進行嚴格的烘干。烘干溫度與焊條和焊劑的種類有關。對于低氫焊條在350400、12h；對于鈦鈣型焊條在150200、12h。焊條和焊劑在烘干后立即使用。在儲存中要注意防止吸潮。 另外，氣體保護焊所用的氣體、焊絲和工件表面的油污、鐵銹和水分等都是氫的重要來源。在焊接前一定要注意檢查和采取相應措施來減低焊接材料的含氫量。(2)進行冶金處理：通過適當?shù)幕瘜W冶金反應，可以在高溫下形成穩(wěn)定且不溶于金屬的氫化物(OH，HF)，降低氣相中的氫分壓，從而降低氫在液態(tài)金屬中的溶

46、解度。其措施具體如下：在藥皮和焊劑中加入氟化物 ：在焊條藥皮中加入CaF2、MgF2和BaF2等氟化物，可以不同程度地降低焊接接頭的含氫量。最常用的是CaF2，在藥皮中加入78的CaF2，可急劇降低接頭中的含氫量。試驗表明，在高硅高錳焊劑中加入適當比例的CaF2和SiO2，可以顯著降低焊接接頭的含氫量。 其去氫機理為：當熔渣中CaF2和SiO2共存時，可進行下面的反應 2 CaF2+ 3SiO2=2CaSiO3 + SiF4 （2-39） 生成的SiF4沸點為90，它以氣態(tài)存在，并與氣相中的原子氫和水蒸氣發(fā)生以下反應 SiF4 + 3H=SiF氣 + 3HF （2-40） SiF4 + 2H2

47、O氣=SiO2氣十4HF （2-41） 由于反應生成了高溫下穩(wěn)定的HF，故能夠降低焊縫的含氫量。應當指出，反應式(2-39)的去氫效果與SiO2的活度或熔渣的堿度有關。在酸性渣中，由于SiO2的含量高，活度大，式(2-40)反應順利進行，其去氫效果較好。對于堿性焊條，CaF2和水蒸氣及氫反應 CaF2氣 + H2O氣=CaO氣 + 2HF （2-41） CaF2氣 + 2H=Ca氣 + 2HF （2-42） 因而可以降低接頭中的含氫量。關于氟化物去氫的機理比較復雜，目前有許多假說，有待進一步研究?？刂坪附硬牧系难趸€原勢 ： 熔池中氫的平衡濃度可表示為 （2-43） 從上式可以看出，增加熔池中

48、的含氧量或氣相的氧化性可以降低熔池中氫的平衡濃度，因為氧原子可奪取氫生成很穩(wěn)定的OH。 堿性焊條中含有較多的碳酸鹽，它們受熱分解，析出大量的CO2，通過下式可達到去氫的目的 CO2 + H =CO + OH (2-44) CO2氣體保護焊即使氣體中含有一定的水分，焊縫含氫量仍不很高。氬弧焊時在氬氣中加入少量的氧氣或CO2，可控制接頭的氫氣孔，都是以此理論為基礎的。 藥皮中高價的氧化物的分解不但增加了氣氛的氧化性，也增加了熔池的氧化性。這時通過O+H=OH，可以降低熔池中的含氫量，但必須控制氧化性氣氛的量，否則焊縫增氧同樣會影響焊縫質(zhì)量。 在焊條藥皮或焊芯中加入微量的稀土元素或稀 散元素: 加入

49、微量的釔、碲等元素可以大幅度降低擴散氫含量，提高焊縫的韌性。 控制焊接工藝參數(shù) :手工電弧焊時增大焊接電流會使熔滴吸收的氫量增加，同時電流的種類和極性對焊縫的含氫量也有影響。但是調(diào)整焊接工藝參數(shù)來控制焊縫含量有很大的局限性。 焊后脫氫處理 :焊后把焊件加熱到一定溫度，促使氫擴散外逸的工藝叫脫氫處理。一般地，把焊件加熱到350C，保溫1h，可將大部分擴散氫去除。由于奧氏體鋼中的氫擴散速度較慢，其脫氫處理效果不明顯。但脫氫處理常易使工件產(chǎn)生冷裂紋。 總之，對氫的控制，首先應限制氫及水分的來源；其次應防止氫溶入金屬；最后應對溶入氫的金屬進行脫氫處理。 2.2.4.氧與金屬的作用 不同金屬與氧相互作用

50、的特點也不同。一類金屬(如Al、Mg等)在焊接時可與氧發(fā)生激烈氧化而破壞焊接的工藝性能，但它無論在固態(tài)和液態(tài)都不溶解氧；另一類金屬(Fe、Cu、Ni、Ti等)在焊接時也發(fā)生氧化，但它既能有限溶解氧，又能夠溶解相應的金屬氧化物，如FeO可溶于鐵及其合金中。這里主要介紹氧與鐵的作用。1.氧在金屬中的溶解 氧是以原子氧和氧化亞鐵兩種形式溶于液態(tài)鐵中。若與液態(tài)鐵平衡的是原子氧，則原子氧溶入金屬中的溶解度符合平方根定律 (2-45) 式中O為氧在金屬中的溶解度；K0為平衡常數(shù)；PO2為氣相中分子氧的分壓。 O與溫度有關。由于溶解過程吸熱，因此溫度升高，氧在液態(tài)鐵中的溶解度增大，在1700左右時，O可達0

51、.4左右。但在室溫下，氧幾乎不溶于Fe中。 如果與液態(tài)鐵平衡的是純FeO熔渣，則溶于液態(tài)鐵中的氧達到最大值時，用Omax表示。它與溫度的關系為 (2-46) 由式(1-52)可知，隨著溫度的升高，氧在液態(tài)鐵中的溶解度增加。當液態(tài)鐵中含有合金元素時，隨著合金元素含量的增加，氧的溶解度下降。 在鐵的冷卻過程中氧的溶解度急劇下降。焊縫金屬和鋼中含有的氧絕大部分是以氧化物(FeO、SiO2、MnO、Al2O3等)和硅酸鹽夾雜物的形式存在。因此焊縫含氧量既包括溶解在金屬中的氧量，又包括非金屬夾雜物中的氧量。2.氧對金屬的氧化 (1)自由氧對金屬的氧化：按照化學冶金原理，鐵被自由氧氧化的可能性取決于電弧氣

52、氛中氧的實際分壓 PO2 與FeO的分解壓PO2 之間的差值。如果PO2 PO2 ,則鐵被氧化； 若 PO2 30%。 根據(jù)焊劑含MnO數(shù)量的不同，高硅焊劑又分為高硅高錳、高硅中錳、高硅低錳和高硅無錳焊劑。含MnO量較高的焊劑具有向焊縫金屬中過渡錳的作用。焊絲含錳量越低，通過焊劑過渡錳的效果越好。 高硅焊劑按一下配合方式焊接低碳鋼或某些合金鋼：高硅無錳或低錳焊劑應配合高錳焊絲（Mn=1.5%1.9%）高硅中錳焊劑應配合含錳焊絲（Mn=0.8%1.1%)高硅高錳焊劑應配合低碳鋼焊絲或含錳焊絲。中硅焊劑：含SiO2數(shù)量少，堿性氧化物CaO、MgO的含量較多，故堿度高。 大多數(shù)中硅焊劑屬于弱氧化性焊

53、劑，焊縫含氧量較低，韌性高些；但含氫量較高，抗裂紋能力弱。 在中硅焊劑中加入相當數(shù)量的FeO，可提高其氧化性，減少焊縫金屬含氫量。此類焊劑是焊接高強度鋼的一種新型焊劑。低硅焊劑：焊劑由CaO、MgO、Al2O3、CaF2組成，對金屬基本沒有氧化作用。（2）燒結(jié)焊劑 以下是國產(chǎn)的主要燒結(jié)焊劑：SJ101：氟堿型燒結(jié)焊劑，灰色圓形顆粒狀，屬于堿性焊劑。焊劑成分為： (SiO2+TiO2)=25%,(CaO+MgO)=30%, (Al2O3+MnO)=25%,CaF2=20%。 配合H08MnA、H08MnMoA、H08Mn2MoA、 H10Mn2等焊絲可焊接多種低合金鋼。 焊接產(chǎn)品為鍋爐、壓力容器

54、以及管道等重要結(jié)構(gòu)，亦可用于多絲埋弧焊，使用于大直徑容器的雙面單道焊。SJ301：硅鈣型燒結(jié)焊劑，黑色圓形顆粒狀，屬于中性焊劑。焊劑成分為： (SiO2+TiO2)=40%,(CaO+MgO)=25%, (Al2O3+MnO)=25%,CaF2=10%。配合H08MnA、H08MnMoA、H10Mn2等焊絲可焊接普通結(jié)構(gòu)鋼、鍋爐鋼及管線鋼等?？捎糜诙嘟z快速焊接，適于雙面單道焊；可以焊接小直徑的管線。SJ401：硅錳型燒結(jié)焊劑，灰褐色到黑色圓形顆粒狀，屬于酸性焊劑。焊劑成分為： (SiO2+TiO2)=25%,(CaO+MgO)=10%, (Al2O3+MnO)=40%。配合H08A焊絲可焊接低

55、碳鋼及某些合金鋼，多用于礦山機械及機車車輛等金屬結(jié)構(gòu)的焊接。SJ501：鋁鈦型燒結(jié)焊劑，深褐色圓形顆粒，屬于酸性焊劑。焊劑成分為： (SiO2+TiO2)=30%,(Al2O3+MnO)=55%, CaF2=5%。配合H08A、H08MnA等焊絲可焊接低碳鋼及16Mn、15MnV等低合金鋼，多用于船舶、鍋爐、壓力容器的焊接施工中。SJ502：鋁鈦型燒結(jié)焊劑，灰褐色圓形顆粒，屬于酸性焊劑。焊劑成分為： (SiO2+TiO2)=45%,(CaO+MgO)=10%, (Al2O3+MnO)=30%,CaF2=5%。配合H08A等焊絲可焊接重要的低碳鋼及某些低合金鋼的重要構(gòu)件，如鍋爐、壓力容器等。（三

56、）焊絲 焊絲是焊接時作為填充金屬或同時作為導電的金屬絲，是埋弧焊、氣體保護焊、自保護焊、電渣焊等各種焊接工藝方法的焊接材料。 1.實心焊絲 （1）牌號“H”表示焊接用實心焊絲；“H”后的一位或或兩位數(shù)字表示含碳量；化學元素符號及其后面的數(shù)字表示該元素大致的百分含量數(shù)值，合金含量小于1%，該元素后面的1可省略；“A”為優(yōu)質(zhì)品，“E”為高級優(yōu)質(zhì)品。 例如： H08 Mn2SiA H：焊接用實心焊絲； 08：C約0.08%； Mn2：Mn約2%； Si：1%； A：優(yōu)質(zhì)（2）分類 實芯焊絲系將熱軋焊條鋼線材經(jīng)拉拔加工而成，常稱為焊絲。其中H08A，H08MnA，H10Mn2，H08MnMoA主要用于

57、埋弧焊；而H08Mn2SiA和H08Mn2SiMoA則用于CO2氣體保護焊。埋弧焊用實心焊絲：低錳、中錳、高錳焊絲；CO2焊實心焊絲；其他用途的實心焊絲：電渣焊焊絲、氬弧焊焊絲。2.藥芯焊絲（1）牌號 “Y”表示藥芯焊絲第二個字母及隨后的三位數(shù)字與焊條牌號的編制方法相同； 牌號中短橫線上的數(shù)字，表示焊接時的保護方法：“1”為氣保護；“2”為自保護；“3”為氣保護和自保護兩用；“4”為其他保護方式；焊芯焊絲有特殊性能和用途時，則在牌號后面加注起主要作用的元素和主要用途的字母，一般不超過兩個字。 例如： Y J 42 2 1 Y：藥芯焊絲； J：結(jié)構(gòu)鋼； 42 ：焊縫金屬抗拉強度不低420MPa

58、2 ：鈦鈣型、交直流兩相； 1 ：氣保護（2）分類藥芯焊絲是在薄鋼帶卷成圓形鋼管或異型鋼管的同時,填滿一定成分的藥粉，經(jīng)拉制而成的一種焊絲。按渣堿度分：鈦型(酸性渣)、鈣鈦型(中性或堿性渣)、及鈣型(堿型渣)藥芯焊絲；按內(nèi)部填充材料分：造渣型藥芯焊絲、無造渣劑金屬型藥芯焊絲；按外層結(jié)構(gòu)分：有縫和無縫型焊絲。（3）藥芯焊絲的特性焊接飛濺?。缓缚p成形美觀；熔敷速度高于實心焊絲；可進行全位置焊接，并可采用較大的焊接電流。二、焊接材料的作用 （1）機械保護作用 焊接材料首先要防止空氣中的N2與熔融金屬發(fā)生作用，避免金屬發(fā)生脆化。不同的焊接材料對隔離空氣的作用效果不同。 對于藥皮焊條，藥皮熔化后可以均勻

59、覆蓋于熔融金屬的表面，隔離空氣的入侵。這種熔融的物質(zhì)常稱為熔渣。由于藥皮數(shù)量有限，所形成的熔渣覆蓋層不夠厚，因此單靠熔渣保護的效果很不理想。若在藥皮中添加造氣劑，析出氣體，可以顯著改善保護效果。在正常藥皮中如有15左右的碳酸鹽或5左右的淀粉，可使焊縫N的數(shù)量降低到002甲以下。所以焊條屬于氣渣聯(lián)合保護性質(zhì)。 在埋弧焊時，由于焊劑覆蓋層較厚，熔化后形成的熔渣層也比較厚，即使不含氣體的熔煉焊劑，也具有很好的保護效果，因此，不必在焊劑中添加造氣劑。 對于藥芯焊絲，由于可形成的熔渣數(shù)量更少，若沒有造氣劑，將不能起保護作用。因此需要采取附加保護，即需要焊劑或保護氣。若藥芯焊絲已滿足保護要求，則可不加保護

60、措施，這種藥芯焊絲稱為自保護焊絲。（2）冶金處理 為了改善焊縫金屬的性能，需通過焊接材料添加某些合金元素，此時焊接材料應能保證這些有益的合金元素穩(wěn)定地進入熔敷金屬。 焊接材料應通過冶金反應確保有害雜質(zhì)侵入“少”，有益成分燒損量“低”，并且能實現(xiàn)焊接性能“好”的要求。所謂焊接性能主要指熔敷金屬的接合性能與使用性能。對焊接材料來說，能否具有優(yōu)異的操作工藝性能，實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接過程(穩(wěn)弧性與再引弧性等)，獲得良好的焊縫外觀形貌，以及優(yōu)良的焊后熔渣脫落性能(脫渣性)等問題，也是極其重要的。 因此，理想的焊接冶金過程必須以正常的焊接工藝過程為前提。若焊接時電弧不穩(wěn)定或熔渣不能均勻覆蓋熔融金屬，焊接過程不順