金属焊接焊接冶金教学课件PPT.ppt

焊接冶金 机电工程学院材料系 熔化焊时 伴随着金属熔化 凝固 固态相变以及形成接头等过程 焊接区内的熔化金属 熔渣与气体三者间所进行的一系列化学反应过程以及金属的结晶相变过程 5 1焊接化学冶金的任务与特点 一 定义 焊接化学冶金 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 主要研究在各种焊接工艺条件下 冶金反应和焊缝金属成分 性能之间的关系及其变化规律 化学冶金 二 任务 防止或减少有害杂质侵入 减少合金元素烧损 对熔化金属进行冶金处理 三 特点 分区连续进行 药皮反应区 熔滴反应区 熔池反应区 三 特点 分区连续进行 水分的蒸发 物质的分解 合金的氧化 有机物分解 矿物的分解 气体高度分解 氮氢激烈溶解 去氢反应 增氧与渗合金 金属的蒸发 平均温度低 比表面积小 温度分布极不均匀 反应时间稍长 搅拌不太激烈 温度高 反应时间极短 反应物接触面积大 搅拌强烈 冶金反应剧烈 5 2焊接熔渣 一 作用 机械保护作用 冶金处理作用 改善工艺性能 二 组成 三 碱度 b大于1时为碱性渣 小于1时为酸性渣 等于1时为中性渣 三 碱度 b1 1 3时为碱性渣 1 0时为酸性渣 1 1 3时为中性渣 四 其他性质 熔渣的粘度 表面张力 密度 线膨胀系数 熔点 小熔渣不均匀失去应有保护作用冶金反应充分 大焊缝成形差气孔 冶金反应不充分飞溅 熔渣的粘度 液体内部发生相对运动时所产生的内摩擦力 正常 熔渣的粘度将熔渣分为长渣和短渣 图3 3熔渣粘度与温度的关系1 碱性渣 2 含sio2多的酸性渣 短渣 1 t 快 立焊 仰焊长渣 2 t 慢 平焊 熔渣的表面张力 熔渣的表面张力 气体与熔渣之间的界面张力主要取决于熔渣的结构和温度t 表面张力 熔渣的密度 影响熔渣在熔池金属中的浮出速度 密度越小 渣轻越容易浮出 不易产生夹渣 熔渣的线膨胀系数 影响脱渣性 熔渣的线膨胀系数与焊缝金属的相差越大 越容易脱渣 熔渣的熔化性 熔点 固态熔渣开始熔化的温度 熔渣熔点过高 压铁水 焊缝成型恶化 气孔 过低 覆盖不均匀 焊缝成型不良 机械保护作用 熔渣的熔点范围应在1150 1350 5 3焊缝金属中的气体杂质 气体 焊接材料 氢气 气体来源 气体成分 气体介质 油污 铁锈等 金属和熔渣蒸汽 氮气 氧气 金属和熔渣蒸汽 co2 co h2o 气体 氢气 气体成分 氮气 氧气 金属和熔渣蒸汽 co2 co h2o 气体来源 在金属中的溶解 存在形式 对焊接的影响 控制措施 一 氢气 气体来源 在金属中的溶解 存在形式 对焊接的影响 控制措施 主要内容 焊材中的水分 药皮中的有机物 油污 铁锈等 电弧周围空气中的水分 氢的来源 氢的溶解 高温下溶解大量h 低温下 h 突降 h h 过饱和 2h h2 不溶于金属 形成气泡 当v气泡逸出 v结晶 焊接氢气孔 溶解度突变引起的气孔 存在形式 扩散氢 残余氢 总氢量 氢脆 氢白点 氢气孔 冷裂纹 氢的影响 暂态 永久 现象 机理 钢在室温下塑性严重下降 拉伸 位错运动 堆积 空腔 h扩散 聚集空腔 h h h2 压力 变脆 焊缝拉伸或弯曲试件断面上出现的光亮圆形斑点 氢的诱捕理论 氢气孔 致密性 危害 减小有效截面积 应力集中 塑韧性下降 疲劳强度下降 多出现在焊缝表面 形貌 断面如螺钉 表面呈喇叭口形 内壁光滑 内部 小圆球状 限 防 脱 控制措施 限制来源 工艺措施 冶金措施 脱氢处理 电压 电流 电源种类及极性 焊速 提高气相氧化性 加微量稀土元素 氟化物除氢 二 氮气 气体来源 在金属中的溶解 存在形式 对焊接的影响 控制措施 主要内容 氮的来源 焊接周围的空气 氮在金属中的存在形式 氮原子 no 氮离子 氮的溶解 氮的影响 机械性能 氮气孔 时效脆化 多出现在焊缝表面 多数成堆出现 和蜂窝相似 限 防 控制措施 限制来源 工艺措施 冶金措施 采用短弧焊 增大焊接电流 采用直流反接 加与氮亲和力大的合金元素 三 氧气 气体来源 在金属中的溶解 存在形式 对焊接的影响 控制措施 主要内容 co2 o2 h2o 氧的来源 药皮中的碳酸盐 弧气周围的空气 药皮中的高价氧化物 药皮中含水物质及铁锈 保护气或空气中的水分 弧气中的氧化性气体 氧的溶解及存在形式 原子氧 feo 总氧量 氧化途径 氧化性气体 活性熔渣 焊件表面氧化物 co2 o2 h2o 置换氧化 扩散氧化 l feo feo 扩散定律 降低焊缝的力学性能 增加焊缝的冷脆与热脆敏感性 降低焊缝导电性 导磁性 耐蚀性等 使合金元素烧损 造成飞溅和气孔 氧的影响 形貌 co气孔 出现在焊缝内部 沿结晶方向分布 形状像虫子 控制措施 限制氧的来源 工艺措施 短弧 冶金措施 脱氧剂 脱氧 亲和力 先期脱氧 脱氧措施 脱氧剂 脱氧方式 脱氧产物不溶于液态金属 s p杂质少 扩散脱氧 沉淀脱氧 成本低 脱氧方式 沉淀脱氧 扩散脱氧 先期脱氧 药皮反应区 固态药皮中的脱氧剂与药皮组成物分解的o2和co2之间的反应 脱氧过程和脱氧产物与熔滴不发生直接关系 部位 过程 特点 扩散脱氧 液态金属与熔渣界面 以分配定律为理论基础 不会因脱氧而造成夹杂 不是脱氧主要途径 置换脱氧 熔滴和熔池内 溶于液态金属中的脱氧剂和 feo 反应 把铁还原 且要求脱氧产物浮入渣中 碳脱氧 锰脱氧 硅脱氧 硅锰联合脱氧 最主要的脱氧方式 5 4硫 磷的作用与控制 一 硫的作用与控制 硫的影响 存