焊接冶金学基本原理要点归纳总计

焊接冶金基本原理引言1)焊接：焊接是焊接的材料(同种或异种)，通过加热或加压使用，在不填充或填充材料的情况下创建永久连接的过程，使工件的材料达到原子之间的结合。2)焊接、钎焊和粘滞焊接的本质区别：熔接：主要材料和熔接材料均会熔化，并在两者之间形成公用压铸模。铜焊：仅熔化铜焊，母材不熔化，在连接处通常不容易形成共同的晶粒，只有在母焊和焊料之间存在相互原子渗透的机械结合才形成。粘合焊接：没有原子的相互渗透，形成共同的晶粒，没有原子间的扩散。只是依赖胶水和母材的粘合。3)熔化焊接热源：电弧热、等离子弧热、电子束、激光束、化学热。压力焊接和钎焊热源：电阻热、摩擦热、高频感应热。4)焊接加热区：可分为活动斑点区和加热斑点区5)焊接温度场：焊接时焊接零件的瞬时温度分布称为焊接温度场。表达：等温或等温曲面。特征：焊接时，焊接件上各点的温度每时每刻都有规律地变化。影响因素：(1)热源的特性；(2)焊接线路能量；(3)焊接金属的热物性；热导率、比热容比热容、热扩散率、焓、表面冷却系数；(4)焊接件的板厚和形状。6)温度场稳定：焊接零件温度场的点温度不随时间变化时7)准稳定温度场：一定功率的热源在焊接部件进行匀速直线运动的过程中，经过一定时间后焊接。当零件的传热达到饱和状态时，温度场达到暂时稳定状态，并且可以与热源以相同的速度移动。8)焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊接零件特定点的温度随时间变化的过程。9)焊接传热的三种形式：传导、对流和辐射。热源传递给钎焊的热量基于辐射和对流，而母材料和电线获得热量后，热量的传播基于传导。10)熔接线能量：热源功率q与熔接速度v的比率。输入列：在单位时间内输入的单位长度的热能。第一章焊接化学冶金1)平均熔胶速度：熔胶熔接芯的质量或长度(单位时间)。平均熔胶速度：在单位时间内，熔胶中金属的质量称为平均熔胶速度。(焊接质量的真正反应指标)损耗系数：由于在焊接过程中飞溅、氧化、蒸发损失的一部分而引起的电极金属(或导线)质量与熔化的焊芯质量的比率称为焊条损耗系数。熔合比：熔接金属中部分熔合的母材料的百分比。注意：假设焊接是合金元素，则焊接金属的浓度称为原始浓度焊接金属中合金元素的实际浓度：滴的比表面积：滴的表面积和质量的比率。2)液滴超载：液滴大小增大到一定大小时，由于各种力的作用，离开了杆，以液滴形式向液滴内部过度移动的过程。液滴过渡形式：短路过渡、粒状过渡和壁面附着过渡。3)池：焊接热源作用于焊接件，形成几何形状的液态金属部分是熔池。注：熔池：t=1770100；滴料：t=2300200；矿渣：t=1550100 c熔池的温度中，中间温度最高，尾部最小。熔池形成过程中熔池的流体移动状态具有以下特征：液体金属密度的差异引起自由对流运动。表面张力差强迫对流运动；熔池各种机械搅拌能力；影响焊接质量，消除气孔夹渣等缺陷，有利于成分分布均匀。液滴：由于电弧热的作用，杆端融化而形成的液滴状液体金属。(4)焊接中金属保护的必要性：(1)防止熔化金属和空气之间的剧烈相互作用，降低焊接金属的氧氮含量。(2)防止有用合金元素的燃烧和蒸发，使焊缝获得适当的化学成分。(3)防止电弧的不稳定性，防止焊接中产生气孔。轻丝焊接缺点：电弧不稳定性；焊接气孔的产生；飞溅很严重。焊缝氮氧增加；C，Mn燃烧严重，焊缝的成型和韧性急剧下降。5)手动弧焊反应区：约皮肤反应区、液滴反应区(冶金反应最严重的区域)、熔池反应区。焊接冶金的特点：弧区温度高。熔池小，存在短，成分不均匀。熔池金属不断更新。反应接触面大，搅拌；反应时间短。(6)约皮肤反应区为1水分蒸发：2有机物燃烧和分解：3铁合金氧化。物理化学反应产生的气体和炉渣对一方熔化金属有机械保护作用，另一方对焊接金属和药皮的铁合金有很大作用。7)液滴反应区的特性：1、液滴温度高，液滴金属过热；2、液滴和气渣接触区；3，各相之间的反应时间较短。4、水滴和炉渣强烈混合。在液滴反应领域，主要的反应是气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化和还原、焊接金属的合金化。熔池反应区的特性：熔池反应区的物理条件，熔池反应区的化学条件。池的平均温度低。比表面积小。反应时间长。熔池前端发生金属的熔化和气体吸收，有助于开发吸热工艺。熔池的后部发生了金属的凝固和气体的流出，有助于热反应。搅拌无液滴反应区；池反应区比液滴反应顺序区反应速度小，贡献小，氧化程度小。焊接工艺条件与化学冶金的关系：更改焊接工艺条件(如焊接方法、焊接工艺参数等)必然会更改冶金反应条件(反应物的种类、数量、浓度、温度、反应时间等)，从而影响冶金反应过程。8)焊接区气体源：1、焊接材料：焊接区域的气体主要来源于焊接材料。电极药皮、通量和线芯包含气体发生器。2、热源周围保护气体介质：热源周围的空气是不可避免的气体来源，而焊接材料的气体制造所产生的气体不能完全排除焊接区域内的空气。3、线材及母材料表面的杂质：铁锈、油污染、氧化铁、吸附水等母材料表面的杂质，在焊接过程中加热气体，使其进入气相。4、焊接过程中沉淀的气体。气体发生：1、有机物分解和燃烧2、碳酸盐和高价氧化物分解3、材料的蒸发注：气体对金属的作用分析：关于气体的来源、溶解方法、存在、影响和预防的五个简单回答。9)氮对金属的作用：焊接时电弧气氛中氮的主要来源是周围的空气。焊接时空气中的氮总是渗入焊接区域，熔化金属起作用。氮的溶解度随温度的增加而增加，在2200 达到最大值。、氮对焊接质量的影响：1、焊缝产生气孔：液态金属在高温下能溶解大量氮，凝固结晶时氮的溶解度突然下降，超饱和氮以气泡的形式从熔池中逸出，焊缝金属的结晶速度大于氮的逃逸速度时形成气孔。2、氮是提高低碳、低合金钢焊接强度、降低塑性和韧性的因素。如果熔池含有较多的氮，则氮的一部分会以过饱和的形式存在于固溶体中。另一种氮以针状氮化物Fe4N的形式析出到晶界或晶界，提高焊接金属的强度、硬度，塑料、韧性，尤其是低温韧性急剧下降。3、氮是焊缝金属老化脆性的诱发因素。焊接金属的过饱和氮处于不稳定状态，随着时间的推移，过饱和氮逐渐析出，形成稳定的碳氮化物Fe4N，从而减少焊接金属的强度增加、塑性和韧性。4、氮可作为合金元素添加到钢中。向焊接金属中添加稳定货运元素(例如RE、A1、Ti、Zr等)可以抑制或消除老化现象，从而细化模具。、焊接氮含量测定控制1、加强焊接区域保护(1)焊条药皮的保护效果取决于药皮的成分和数量。(2)药芯焊丝的保护效果取决于保护成分含量和形状系数。2、焊接工艺参数影响(1)uu氮在液滴作用时间可以，sn应尽量使用短弧焊。(2)I，液滴过渡频率f，液滴阶段作用时间sn 在直流阳极焊接中，焊接的氮量高于反极性(电极为阳极，工件接收阴极)。(3)焊接速度对焊缝中氮含量影响不大。(4)增加钢丝直径，水滴变粗，焊缝的氮量减少。(5)多层焊接时焊接氮含量高于单层焊接时，这与氮星积累有关。3、使用合金元素控制焊接氮含量：(1)增加熔接线材或皮的碳含量，会因以下原因减少熔接接合的氮含量：a)碳可以降低铁的氮溶解度。b)碳氧化生成CO，CO2，加强保护作用，减少氮分压。c)由于碳的氧化，熔体沸腾，有利于氮流失。(2)Ti、A1、Zr和稀土元素对氮的亲和力较大，能形成稳定的氮化物。然后这些氮化物不溶于铁水，进入渣中。这些元素对氧的亲力也很大，可以减少气体中NO的含量，从而在一定程度上降低焊缝中氮的含量。10)焊接金属中的氢(扩散氢残余氢=焊接中的总氢量)氢扩散：氢原子和离子的半径较小，可以在焊接金属晶格内自由扩散，因此称为氢扩散。剩余氢：氢扩散到金属的晶格缺陷、微裂纹或非金属夹杂边缘的小间隙时，用氢分子结合，据说分子的半径大，不能自由扩散的剩余氢。、氢的主要来源：焊接材料的水分、含氢材料和电弧周围空气的水蒸气。，氢在焊接中的存在形式：H，H，H-。形成焊接金属和间隙固溶体。、氢在焊接中溶解：熔渣；阳极溶解；气相溶解；搅拌直接进入扩散。、氢气对焊接质量的影响：1、气孔熔体凝固结晶时，氢的溶解度突然下降，氢处于过饱和状态，发生以下反应。2HH2，反应产生的分子氢在液态金属中形成气泡。当气泡以低于熔池凝固速度的速度向外逸出时，焊接形成气孔。2、冷裂纹萌生焊接连接冷却到较低温度(钢的Ms温度以下)时发生的焊接裂纹称为冷裂纹。3、制造氢波索氢，钢的塑性在室温附近严重下降的现象称为氢波索。氢脆原来是氢扩散聚集在钢显微镜间隙，结合成分子氢，在空心内产生高压力，阻碍金属的塑性变形，金属容易破碎。(可通过老化或热处理去除)白点白点是焊接金属拉伸或弯曲试样横截面上出现的白色花园状斑点，中央有微小的气孔或夹杂物，周围有银白色的脆化部分，形状类似鱼眼的白点。它主要是由外力在微小的气孔或夹杂物中聚集氢，引起脆性。、氢的控制措施1、限制焊接材料中氢的含量2、工作及线材表面的油污染去除、杂质工件槽附近及线材表面的铁锈、油污染、水分等是增加焊接氢的原因之一。3、冶金处理1)焊条药皮和焊剂中添加氟化物2)控制焊接材料氧化还原电位。3)在电极药皮或焊接芯中添加微量稀土或稀元素。4、控制焊接工艺参数。5、焊接后脱氢处理(焊接后将钎焊加热到一定温度，引起氢扩散和1小时保温350的外部异变的工艺)。(11)焊缝的氧： (金属氧对任何种类都有害。)、焊接氧来源：电弧气体周围空气；药皮残酸盐和高价氧化物；药皮中的水分物质和工件表面的铁锈、空气中和保护气体中的水蒸气；、焊接过程的氧存在特性：没有溶解氧，焊接时会发生金属和剧烈氧化，形成氧化物。有限的溶解氧，部分溶解其他部分，与金属氧化。金属氧化后产生的金属氧化物溶于该金属。以气孔形式存在于焊接中。、金属的氧溶解：溶于原子氧；以FeO的形式溶解。、氧对焊接质量的影响；1、焊缝机械性能下降：焊缝强度、塑性、韧性明显下降；2、气孔形成：溶解的氧在熔池阶段产生碳和冶金反应，反应产物是不能溶于金属的CO。当熔体凝固时，如果CO气泡没有及时逸出，则会形成CO气孔。3、燃烧有用的合金元素降低焊接金属性能；4、形成水滴中飞溅的氧气和碳的冶金反应，产生空腔热膨胀，水滴爆炸，飞溅形成，破坏焊接工艺的稳定性；5、增加焊缝的冷脆性和热敏感性。6、通过更改焊缝的物理和化学特性，降低焊缝的导电、导电和耐蚀性。，氧气调节措施是预防和脱产。(一比二)(1)使用纯度高的焊接材料，尽量使用含氧量少或含氧量少的焊接材料。例如，使用缺氧或厌氧电极、通量。使用高纯惰性气体作为保护气体；在真空下焊接可以降低焊接金属的氧含量。(2)通过控制焊接工艺参数，增加电弧电压，空气容易侵入电弧，氧气和水滴接触的时间增加，焊缝氧浓度增加。要减少焊接氧气量，必须使用尽可能短的弧焊。(3)将焊铁及其合金元素添加到电线或电极涂层中，使金属及其合金元素在钎焊过程中氧化，进行脱氧。12)炉渣在焊接工艺中的作用(1)机械保护(2)冶金处理(3)提高焊接工艺性能碱度：离子理论将液态渣中游离氧离子的浓度(或氧离子的活性)定义为碱度。碱度的倒数是酸度。粘度：在单位浓度梯度中作用于单位接触区域的内摩擦力称为粘度。影响：粘度太大，冶金效果减少，保护效果减少。粘度太大，成型不好，保护效果降低。表面张力：气相和渣之间的界面张力。熔点：固态熔渣开始熔化的温度称为熔渣的熔点。渣温度：电极皮的熔点是药皮开始融化的温度。注：炉渣的分子理论：液态渣由自由氧化物及其复合物的分子组成。自由氧化物及其复合氧化物是化合和分解的平衡状态。只有自由氧化物才