《焊工技能培训》课件-项目5：焊接冶金与质量控制

焊剂主讲人：3.焊剂焊接时，能够熔化形成熔渣的和气体，对熔化金属起保护作用并进行复杂的冶金反应的颗粒状物质叫焊剂。3焊剂焊剂的作用及分类：3焊剂按制造方法分类熔炼焊剂非熔炼焊剂按焊剂化学成分分类按氧化物性质分按SiO2含量分按MnO含量分按CaF2含量分3焊剂按SiO2含量分3低硅焊剂焊剂含SiO2＜10%2中硅焊剂焊剂含SiO210～30％1高硅焊剂焊剂含SiO2＞30%3焊剂按MnO含量分2中锰焊剂含MnO15～30%3低锰焊剂含MnO2～5%1高锰焊剂含氧化锰MnO＞30%4无锰焊剂不加MnO，焊剂中 MnO是混入的杂质MnO＜2%3焊剂按CaF2含量分3低氟焊剂含CaF2＜10%2中氟焊剂含CaF210～30%1高氟焊剂含CaF2＞30%以硅酸盐为主SiO2>30%，SiO2高有通过焊剂向焊缝里过渡硅作用。高硅焊剂又可分为高硅高锰焊剂，高硅中锰焊剂、高硅低焊剂、高硅无锰焊剂3焊剂(一)熔炼焊剂１.高硅焊剂高硅高锰焊剂高硅中锰焊剂高硅低焊剂高硅无锰焊剂含SiO2数量较低，CaO·(FeO)·MgO量较多，碱度较高属于弱氧化性焊剂。中硅焊剂配合适当焊丝焊接合金结构钢，弱氧化性中硅焊剂，焊缝金属含Ｈ量高，抗冷裂纹能力弱。在中硅焊剂中加相当数量FeO，氧化性Ｈ这种焊剂为中硅氧化性焊剂，焊缝金属中又具有相当高的韧性，用于焊接高强钢。3焊剂２.中硅焊剂焊剂对基本金属无氧化作用，配合相应焊丝，焊接高合金钢如：不锈钢等3焊剂焊剂由MgO·CaF2·Al2O3·CaO组成MgO·CaF2·Al2O3·CaO３.低硅焊剂“SJ”系列烧结焊剂是采用硅酸盐、碳酸盐、金属氧化物、氟化物及铁合金、纯金属等粉剂按照焊接冶金要求配成不同酸碱度焊剂。通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制成烧结型焊剂。烧结型焊剂不但具有优良的焊接工艺，最大的有点是通过焊剂向焊缝金属中渗合金，从而降低了对焊丝化学成分的成本，是当前世界上广泛采用的一种新型焊接材料。

3焊剂(二)烧结焊剂3焊剂烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干对焊接参数变动敏感，会引起焊缝化学成分不均匀抗气孔能力比熔炼焊剂强加合金剂，合金化强烧结焊剂中加脱氧剂，脱氧充分。熔炼焊剂中则不能加脱氧剂生产成本低、节能、生产效率高焊剂型号编制方法1.国标GB/T5293-1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》HJX1X2X3—Hxxx焊丝牌号拉伸试样和冲击试样的状态埋弧焊用碳钢焊剂焊缝金属的拉伸力学性能焊缝金属冲击功AK≥27J时的最低实验温度3焊剂3焊剂3焊剂HJ１××无锰HJ２××低锰HJ３××中锰HJ４××高锰HJ５××陶质型HJ６××烧结型HJ７××待发展1.牌号前加“HJ”两字表示埋弧焊及电渣焊用熔炼型、烧结型、陶质焊剂。2.牌号第一数字表示焊剂中MnO含量3.牌号第２位数字表示焊剂中氧化硅氟化钙含量3焊剂HJ×１×低硅低氟HJ×３×高硅低氟HJ×５×中硅中氟HJ×７×低硅高氟HJ×２×中硅低氟HJ×４×低硅中氟HJ×６×高硅中氟HJ×９×待发展HJ×８×中硅高氟3焊剂4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号按０、１、２、３、４、５、６、７、８、９顺序排列5.对同一牌号焊剂生产两种粒度时，在细粒产品后加一个细字例如、HJ４３１表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型焊条主讲人：焊条是焊条电弧焊用的焊接材料。焊条电弧焊时，焊条即做电极，又作填充金属熔化后与母材熔合形成的焊缝。1焊条焊条1.1

焊条的组成及应用焊条=焊芯+药皮常用的焊条直径（即焊条芯的直径）为2.5～6mm，长度在350～450mm。夹持部分约一般占总长度的1/16。10大类（或11大类）焊条，构造相同。

1焊条焊芯药皮焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊芯的作用1.传导焊接电流；2.焊芯本身熔化作为填充金属。压涂在焊芯表面的涂料层称为药皮。焊条药皮是由各种矿物类、铁合金、金属类、有机物类及化工产品等原料组成。药皮的作用1.机械保护作用2.冶金处理渗合金作用3.改善焊接工艺性能

焊条种类

所用焊芯

低碳钢焊条

低合金高强钢焊条

低合金耐热钢焊条

不锈钢焊条

堆焊用焊条

铸铁焊条

有色金属焊条

低碳钢焊芯(H08A等)

低碳钢或低合金钢焊芯

低碳钢或低合金钢焊芯

不锈钢或低碳钢焊芯

低碳钢或合金钢焊芯

低碳钢、铸铁、非铁合金焊芯

有色金属焊芯GB/1495.7-1999《焊接用钢丝》和GB／17854—1999《焊接用不锈钢丝》的规定，用于焊芯的专用的金属丝(称焊丝)分为碳素结构钢、低合金结构钢和不锈钢3类。铸铁与有色金属焊丝尚无国家标准。

不同种类焊条所用焊芯1焊条1焊条原料名称作用稳弧剂成型剂粘结剂合金剂脱氧剂造气剂造渣剂K，C0，Na，C0，长石，大理石，钛白粉，钠水玻璃，钾水玻璃改善引弧性能，提高电弧稳定性菱苦土、白云石、纤维素、大理石造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接熔滴和熔池大理石、萤石、菱苦土、长石、锰矿、钛铁矿、钛白粉、金红石造成具有一定物理-化学性能的熔渣保护焊缝，并与液态金属发生冶金反应。锰铁、硅铁、铬铁、钼使焊缝金属获得必要的合金成分锰铁、硅铁、钛铁、铝粉、石墨降低电弧气氛和熔渣的氧化性，去除金属中的氧白泥、云母、钛白粉、纤维素使药皮具有一定塑性，弹性和流动性，便于挤压在焊条芯上钾水玻璃、钠水玻璃将药皮牢固的粘在焊条芯上。1.2.焊条的分类分类方法

类别名称

电源种类

按药皮成分分类

不定型不规定

氧化钛型交、直流

钛钙型交、直流

钛铁矿型交、直流

氧化铁型交、直流

纤维素型交、直流

低氢钾型交、直流

低氢钠型直流

石墨型交、直流

盐基型直流1焊条分类方法

类别名称

特征字母及表示法

按焊条用途分类

结构钢焊条J×××钼和铬钼耐热钢焊条R×××

不锈钢焊条G×××A×××

堆焊焊条D×××

低温钢焊条W×××

铸铁焊条Z×××

镍和镍合金焊条Ni×××

铜和铜合金焊条T×××

铝和铝合金焊条L×××

特殊用途焊条TS×××分类方法

类别名称电源种类

按熔渣酸碱性分类

酸性焊条

碱性焊条

按焊条性能分类

超低氢焊条

低尘低毒焊条

立向下焊条

底层焊条

铁粉高效焊条

抗潮焊条

水下焊条

重力焊条

躺焊焊条

1焊条1、酸性焊条药皮中含有大量酸性造渣物（TiO2、SiO2

等）。酸性焊条能交直流两用，焊接工艺性能较好，但焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较差，适用于一般低碳钢和强度较低的低合金结构钢的焊接，是应用最广的焊条。2、碱性焊条药皮中含有大量碱性造渣物（CaO、Na2O等）。碱性焊条脱硫、脱磷能力强，焊接接头含氢量很低，故又称为低氢型焊条。碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，一般用直流电源施焊，主要用于重要结构（如锅炉、压力容器和合金结构钢等）的焊接。酸性焊条和碱性焊条1焊条酸性焊条

碱性焊条1、对水、铁锈的敏感性不大，使用前经100～150℃烘焙1h

2、电弧稳定，可用交流或直流施焊

3、焊接电流较大4、可长弧操作

5、合金元素过渡效果差

6、熔深较浅，焊缝成形较好

7、熔渣呈玻璃状，脱渣较方便8、焊缝的常、低温冲击韧度一般

9、焊缝的抗裂性较差

l0、焊缝的含氢量较高，影响塑性

11、焊接时烟尘较少1、对水、铁锈的敏感性较大，使用前经300～350℃烘焙l～2h

2、须用直流反接施焊；药皮加稳弧剂后，可交、直流两用施焊

3、同规格酸性焊条约小10％左右

4、须短弧操作，否则易引起气孔

5、合金元素过渡效果好

6、熔深稍深，焊缝成形一般

7、熔渣呈结晶状，脱渣不及酸性焊条

8、焊缝的常、低温冲击韧度较高

9、焊缝的抗裂性好

10、焊缝的含氢量低

11、焊接时烟尘稍多1.3

焊条的型号1焊条焊条的型号是按国家有关标准与国际标准确定的。以结构钢为例:型号编制法为字母“E”表示焊条，第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。1焊条我国现行有关焊条的国家标准，主要有以下各项:GB/T5117—2012非合金钢及细晶粒钢焊条GB/T5118—2012热强钢焊条GB/T32533—2016高强钢焊条GB/T983—2012不锈钢焊条GB/T3965—2012熔敷金属中扩散氢测定方法GB/T13814—2008镍及镍合金焊条GB/T10044—2006铸铁焊条及焊丝GB/T984—2001堆焊焊条GB/T3669—2001铝及铝合金焊GB/T5117—2012规定了非合金钢及细晶粒钢焊条的型号、技术要求、试验方法及检验规则等内容GB/T5117—2012适用于抗拉强度低于570MPa的非合金钢及细晶粒钢焊条。GB/T5117—2012明确规定了焊条型号按熔敷金属力学性能、药皮类型、焊接位置、电流类型、熔敷金属化学成分和焊后状态等进行划分。E 43 0 3表示焊条药皮为钛型，并可采用交流或直流正、反接表示焊条适用于全位置焊接表示熔敷金属抗拉强度的最小值表示焊条完整的焊条型号举例如下：1焊条焊条药皮类型代号1焊条续表：1焊条以结构钢为例：牌号，编制法。JXXX,J为结构钢焊条，第3个数字，代表药皮类型，焊接电流要求；第1、2数：代表焊缝金属抗拉强度。1焊条1.4

焊条的牌号焊条牌号是由焊条生产厂家制定的。属于同一药皮类型，符合相同焊条型号、性能的产品统一命名为同一个牌号。焊条牌号第三位数字的含义焊条牌号药皮类型焊接电源种类口××0不定型不规定口××1氧化钛型交流或直流口××2钛钙型交流或直流口××3钛铁矿型交流或直流口××4氧化铁型交流或直流口××5纤维素型交流或直流口××6低氢钾型交流或直流口××7低氢钠型直流口××8石墨型交流或直流口××9盐基型直流1焊条1.5

常用焊条型号与牌号的对照序号型号牌号序号型号牌号1E4303J42210E5003-1M3R1022E4311J42511E5015-1M3R1073E4316J42612E5503-CMR2024E4315J42713E5515-CMR2075E5003J50214E5515-1CMR3076E5016J50615E5514-2CMWVBR3477E5015J50716E6215-2C1MR4078E5015-GJ507MoNb、J507NiCu17E5515-N5R707Ni9E5515-GJ557、J557Mo、J557MoV18E5516-N7W906Ni1焊条1.6

焊条的管理1焊条计划采购一级库待验区复验一级库定额发料二级库烘干发放保温筒领用焊条头剩余焊条退货降级使用其他焊接材料主讲人：目录焊接用气体钨极气焊溶剂4其他焊接材料焊接用气体4其他焊接材料保护性气体气体保护焊（二氧化碳气体保护焊、惰性气体保护焊）中所用的气体。焊接时保护气体既是焊接区域的保护介质，也是产生电弧的气体介质。气焊、切割时用的气体气焊和切割主要是依靠气体燃烧时产生的热量集中的高温火焰完成。包括二氧化碳（CO2）、氩气（Ar）、氦气（He）、氧气（O2）、可燃气体（C2H2）、混合气体等。二氧化碳（CO2氩气（Ar）氦气（He）氧气（O2）可燃气体（C2H2）混合气体（C2H2）4.1焊接用气体分类4其他焊接材料二氧化碳气体（CO2）CO2气体是氧化性保护气体，CO2有固态、液态、气态三种状态。纯净的CO2气体无色、无味。CO2气体在0℃和1atm（101325Pa）下，密度是1.9768g/L，是空气的1.5倍。CO2易溶于水，当溶于水后略有酸味氩气（Ar）。氩气是空气中除氮、氧之外，含量最多的一种稀有气体，其体积分数约0.935%。氩气无色无味，在0℃和1atm（101325Pa）下，密度是1.78g/L,约为空气的1.25倍。氩气的沸点为-186℃，介于氧气（-183℃）和氮气（-196℃）的沸点之间。分馏液态空气制取氧气时，可同时制取氩气。4其他焊接材料气焊、切割用气体根据气体的性质，气焊、切割用气体又可以分为两类，即助燃气体（O2）和可燃气体焊接用气体的选用4其他焊接材料不同材料焊接时保护气体的适用范围熔化极惰性气体保护焊时不同被焊材料适用的保护气体4其他焊接材料不同材料焊接用混合气体及适用范围4其他焊接材料4其他焊接材料气熔焊剂其它焊接材料钨极主要焊接检验标准

主讲人：验收标准1.1、焊接外观检验验收标准1）焊缝外观检验质量验收标准（DL/T869-2012）焊缝边缘应圆滑过渡到母材，焊缝外形尺寸应符合设计要求，其允许尺寸见表三所示；焊缝表露缺陷应符合表四要求；焊接角变形应符合表五的规定；管子、管道的外壁错口值不得超过以下规定：锅炉受热面管子：外壁错口值≤10%壁厚，且不大于1mm；其他管道：外壁错口值≤10%壁厚，且不大于4mm。表三焊缝外形允许尺寸验收标准表四焊接角变形允许范围验收标准表五焊缝表露缺陷允许范围验收标准1.2、焊接接头无损检测验收标准（DL/T869-2012）表六各类焊接接头的质量级别规定验收标准1.3、焊接接头硬度验收标准（DL/T869-2012）验收标准同种钢焊接接头热处理后焊缝的硬度，一般不超过母材布氏硬度值加100HBW，且不超过下列规定：合金总含量小于3%时布氏硬度值小于等于270HBW；合金总含量在3%∽10%时布氏硬度值小于等于300HBW；异种钢焊接接头焊缝硬度检验应符合DL/T752的规定；焊缝硬度不低于母材硬度的90%。特别提醒:附录F9%^'12%Cr马氏体耐热钢焊接技术特殊要求:硬度合格指标180HBW~270HBW

1.4、焊接接头金相组织验收标准（DL/T869-2012）验收标准焊缝金相组织应满足DL/T438的要求，并符合以下规定：a)没有裂纹；b)没有过热组织；c)没有淬硬的马氏体组织。9%~12%Cr马氏体耐热钢焊接技术特殊要求:焊缝金相微观组织应为回火马氏体/回火索氏体。

1、焊接外观检验工艺标准工艺标准DL/T869-2012《火力发电厂焊接技术规程》2、无损检测工艺标准工艺标准钢制承压管子或管道无损检测检测标准：DL/T821-2002《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》DL/T821-2017《金属熔化焊对接接头射线检测技术和质量分级》DL/T820-2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》DL/T820-2018《管道焊接接头超声波检测技术规程》钢结构无损检测标准：GB/T3323-2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》GB/T11345-2013《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》压力容器无损检测标准：NB/T47013-2015《承压设备无损检测》；采用磁粉检测和渗透检测方法时，执行NB/T47013-2015。3、理化检验工艺标准工艺标准焊缝金属光谱分析DL/T991-2006《电力设备金属光谱分析技术导则》焊接接头硬度检验GB/T2654-2008《焊接接头硬度试验方法》焊接接头金相检验DL/T884-2004《火电厂金相检验与评定技术导则》工艺标准焊接接头拉伸试验GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》焊接接头冲击试验GB/T2650-2008《焊接接头冲击试验方法》焊接接头弯曲试验GB/T2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》焊接接头铁素体含量测定GB/T1954-2008《铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测定方法》常用无损检测工艺标准-RT4、金属熔化焊对接接头射线检测技术和质量分级

（DL/T821-2017）本标准规定了金属熔化焊对接接头X射线和γ射线检测技术要求和质量分级方法。本标准适用于电力行业金属材料熔化焊对接接头的射线检测。本标准不适用于摩擦焊、闪光焊等对接接头的射线检测。常用无损检测工艺标准-UT5、管道焊接接头超声波检验技术规程DL/T820-2018还没正式发布管道焊接接头超声波检测技术规程第1部分：通用技术要求1范围本部分规定了电力行业制造、安装和检修时钢制承压管道焊接接头A型脉冲反射法检测（UT）、衍射时差法检测（TOFD）、相控阵超声波检测（PA）的一般要求和使用原则。本部分还规定了电力行业钢制承压管道焊接接头在役检测时超声波检测的要求和使用原则。本部分适用于电力行业钢制承压管道焊接接头的超声波检测。常用无损检测工艺标准-UT2.衍射时差法（TOFD）检测(timeofflightdiffraction)衍射时差检测是基于超声波衍射现象，通过接收缺陷端点的衍射波或反射波信号发现缺陷和定量缺陷的一种超声波检测方法，通常使用一对宽波束纵波斜探头，采用一发一收模式。3.相控阵超声波检测（PA）（Phasedarrayultrasonictesting）相控阵超声波检测是将按一定规律排列的相控阵探头中多个声电元件(晶片)，按预先规定的设置(延时、增益、振幅等)激发，被激发的晶片发射(或接收)的超声波叠加，形成一个整体波阵面，检测工件中缺陷的情况。在一定范围内，相控阵技术能有效控制发射(或接收)声束在材料中的平移、偏转和聚焦，为确定缺陷的形状、大小和方向提供了比单个晶片系统更强的能力。常用无损检测工艺标准-UT4.人员检测人员应按DL/T675规定，取得相应检测方法的技术类别证书，方可从事与该方法和该技术类别相应的超声检测工作，并承担相应的技术责任。焊接化学冶金的特殊性主讲人：焊接化学冶金过程：熔化焊时，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。各种物质：气体、液态金属、熔渣。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焊接化学冶金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。1焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金与普通冶金过程相比，具有两方面特殊性：1焊接化学冶金的特殊性02焊接化学冶金过程是分区连续进行的。01焊接化学冶金需对焊接区的金属进行保护。1.焊接化学冶金的特殊性1焊接化学冶金的特殊性共同点金属冶炼加工不同点普通化学冶金过程是对金属熔炼加工过程，放在特定的炉中进行。焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当高炉。原材料不同目的不同普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。焊冶材料：焊条、焊丝、焊剂等。普冶：提炼金属焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能普通化学冶金过程

和焊接化学冶金过程对比保护的必要性用低碳钢光焊丝在空气中进行无保护焊接时,焊缝金属的化学成分和性能与母材和焊丝相比,发生了很大的变化。由于熔化金属与其周围的空气发生激烈的相互作用,使焊缝金属中氧和氮的含量显著增加。根据资料介绍,含氮量可达0.105%~0.218%(质量分数),比焊丝中含氮量高20~45倍;含氧量为0.14%~0.72%(质量分数),比焊丝中含氧量高7~35倍。同时锰、碳等有益合金元素因烧损和蒸发而减少。这时焊缝金属的塑性和韧性急剧下降,但是由于氮的强化作用,强度变化比较小(见表3-1)。此外,用光焊丝焊接时,电弧不稳定,使焊缝中产生气孔。因此这种光焊丝无保护焊接是没有实用价值的。1焊接化学冶金的特殊性1.1焊接区金属的保护为了提高焊缝金属的质量,把熔焊方法用于制造重要结构,就必须尽量减少焊缝金属中有害杂质的含量和有益合金元素的损失,使焊缝金属得到合适的化学成分。因此,焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护,以免受空气的有害作用。力学性能抗拉强度/MPa断后生长率（％）冲击韧度/（J/cm²）冷弯角（°）母材390~44025~30>147.0180焊缝330~3905~104.9~24.520~40表3-1低碳钢光焊丝无保护焊时焊缝的力学性能1焊接化学冶金的特殊性熔焊方法焊条电弧焊埋弧焊电渣焊氩弧焊Co2气体保护焊等离子弧焊激光焊电子束焊自保护保护方式渣-气联合保护熔渣保护熔渣保护气体保护气体保护气体保护气体保护真空保护自保护1焊接化学冶金的特殊性熔渣保护气体保护渣-气联合保护真空保护自保护焊接区金属保护方式与效果1焊接化学冶金的特殊性熔渣保护是利用焊剂、药芯或药皮熔化形成的熔渣起到保护作用的。对子埋弧焊来讲，焊剂及其熔渣的保护效果是很好的，焊缝中氮的质量分数介于0.002%~0.007%。一般来讲，焊剂及其焙渣的保护效果与焊剂的结构和松装密度有关。与玻璃状的焊剂相比，多孔性的浮石状焊剂具有较大的表面积，吸附的空气较多，保护的效果较差。1焊接化学冶金的特殊性常用的情性气体主要是氩，其次是氦。惰性气体的保护效果很好，熔化极氩弧焊焊缝中氮的质量分数只有0.0068%左右。常用的活性气体主要是具有氧化性的二氧化碳，保护效果也比较好，焊缝中氮的质量分数介于0.008%~0.015%。气体保护是利用外加气体对焊接区进行保护的方法。保护的效果取决于气体的性质和纯度，并找气体性质分为惰性气体保护和活性气体保护。1焊接化学冶金的特殊性造渣剂熔化以后形成熔渣，覆盖在熔滴和熔池的表面上将空气隔开，这种隔离作用通常称为机械保护。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。同时造气剂（主要是有机物、碳酸盐等）受热以后分解，析出大量气体。这些气体在药皮套筒内被电弧加热膨胀，从而形成定向气流吹向熔池，将焊接区与空气隔开。渣-气联合保护是通过药皮或药芯中的造渣剂和造气剂在焊接过程中形成熔渣和气体而共同起到保护作用的。渣-气联合保护的保护效果，取决于其中保护材料的含量、熔渣的性质和焊接参数等，在这种联合保护作用下，均可保证焊缝含氮量小于0.014%，达到了一般保护效果要求。1焊接化学冶金的特殊性真空保护是指利用真空环境使焊接区的空气含量显著降低的保护方法。在真空度高于0.01Pa的真空室内进行电子束焊接保护效果是最理想的。这时虽然不能100%排除掉空气，但随着真空度的提高，可以把氧和氮的有害作用降至最低。1焊接化学冶金的特殊性自保护自保护焊不是利用机械隔离空气的办法来保护焊缝金属的，而是在焊丝中加人脱氧和脱氮剂，使空气进人焊缝的氧和氮反应生成氧化物和氮化物，并使其成渣，从而达到降低焊缝中的氧和氮的方法。由于没有外加的保护介质，故称自保护。自保护的保护效果较差，所以目前生产上很少使用。焊接化学冶金过程与普通化学冶金过程不同，它是分区域（或阶段）连续进行的，且各区的反应条件也有较大差异，因而也就影响到反应进行的可能性、方向、速度和限制。焊条电弧焊主要有以下三种不同的反应区域：1焊接化学冶金的特殊性药皮反应区熔滴反应区熔池反应区1.2

焊接化学冶金的反应区1焊接化学冶金的特殊性1焊接化学冶金的特殊性药皮反应区是指焊条端部药皮开始反应的温度至药皮熔点之间的区域(钢焊条为100~1200°)。水分的蒸发某些物质的分解铁合金的氧化熔滴反应区是指焊条端部药皮开始反应的温度至药皮熔点之间的区域(钢焊条为100~1200°)。熔滴温度高熔滴的比表面积大熔滴的作用时间短熔滴金属与熔渣发生强烈的混合熔池反应区是指焊条端部药皮开始反应的温度至药皮熔点之间的区域(钢焊条为100~1200°)。温度低、比表面积小、反应时间长温度分布及不均熔池中反应速度比熔滴中要小熔池反应物不断更新与熔滴反应区有以下差别它有以下特点发生的物理化学反应焊接接头缺陷的种类及产生的原因主讲人：无损检测的主要用途是检测缺陷，了解材料和对接接头中的缺陷种类和产生原因，这样有助于正确选择无损检测方法，正确地分析和判断检测结果，作为质检人员应该掌握。外观缺陷咬边焊瘤凹陷未焊满其它烧穿气孔夹渣裂纹未熔合未焊透焊接接头缺陷的种类及产生的原因缺陷产生原因及预防指不借助于仪器，用肉眼可以发现的工件表面缺陷。常见的有咬边、焊瘤、凹陷、未焊满、烧穿及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹。1、外观缺陷指沿着焊趾在母材部分形成的凹陷或沟槽。它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺陷。产生主要原因：是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小，焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等也会造成咬边，直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因，另外立、横、仰焊会加剧咬边。危害性：减少了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。防止措施：矫正操作姿势，选用合理的规范，采用正确的运条方式都有利于消除咬边。在角焊中用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。1)、咬边缺陷产生原因及预防指焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成未与母材熔合的金属瘤。产生主要原因：焊接规范过强，焊条熔化过快，焊条质量欠佳（如偏芯），焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰焊位置更易形成焊瘤。危害性：改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中，管子内部的焊瘤会减小了内径，可能造成堵塞，另外焊瘤常伴有未熔合、夹渣等缺陷。防止措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。

2)、焊瘤缺陷产生原因及预防指焊缝表面或者背面局部低于母材的部分。产生主要原因：多是由于收弧时焊条（焊丝）未作短时间停留造成的（即弧坑），仰、横焊时常在焊缝背面根部产生。危害性：减少了焊缝的有效截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。防止措施：施焊时尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。3)、凹陷缺陷产生原因及预防指焊缝表面或者背面局部低于母材的部分。产生主要原因：填充金属不足是产生未焊满的根本原因，规范太弱，焊条过细，运条不当等均会导致未焊满。危害性：减少了焊缝的有效截面积，消弱了焊缝，同样也会产生应力集中，同时，由于规范太弱使冷却速度增大，容易产生气孔、裂纹等缺陷。防止措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。

4)、未焊满缺陷产生原因及预防指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷。产生主要原因：焊接电流过大，速度过慢，电弧在焊缝处停留过久都会产生烧穿缺陷；另外工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。危害性：它破坏了焊缝，使接头丧失连接及承载能力，所以烧穿是锅炉压力容器、压力管道产品上不允许存在的缺陷。防止措施：选用较小电流和合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。5)、烧穿缺陷产生原因及预防成形不良：指焊缝的外观几何尺寸不符合要求，有焊缝超高，表面粗糙，以及焊缝过宽，焊缝向母材过渡不圆滑等。错边：指两个工件在厚度方向上错开一定位置，它既可作为焊缝表面缺陷，又可以作为装配成形缺陷。塌陷：指单面焊时由于输入热量过大，熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌陷形成后焊缝背面凸起，正面下榻。各种焊接变形：如角变形，扭曲，波浪变形等都属于焊接缺陷，角变形也属于装配成形缺陷。5)、其它表面缺陷缺陷产生原因及预防指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接过程中反应生成的。2、气孔从其形状上分有球状气孔、条状气孔；从数量傻瓜分有单个气孔和群状气孔。群状气孔又可分为均匀分布气孔、密集状气孔和链状分布气孔。按气孔内气体成分又可分为氢气孔、氮气孔、二氧化碳气孔、一氧化碳气孔、氧气孔等。1)、气孔的分类：缺陷产生原因及预防常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一，熔池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出来，当金属凝固速度大于气体逸出速度时就会形成气孔。2)、气孔的形成机理：母材或填充金属表面有锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加气孔量。锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解产生气体，会增加高温金属中气体的含量。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体的逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。

3)、产生的主要原因：缺陷产生原因及预防减小了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低焊接接头的强度和塑性，还会引起泄露。气孔也是引起应力集中的因素，氢气孔还可能促成冷裂纹。4)、危害性：清除焊丝，工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物；采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干；采用直流反接并用短电弧施焊；焊前预热，减缓冷却速度；用偏强的焊接规范施焊。5)、防止措施：缺陷产生原因及预防指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。3、夹渣金属夹渣：指钨、铜等金属颗粒残留在焊缝中，习惯上称为夹钨、夹铜。非金属夹渣：指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物等残留于焊缝之中。夹渣的分布与形状：点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣。1)、夹渣的分类：缺陷产生原因及预防坡口尺寸不合理、坡口有污物、多层焊时，层间清渣不彻底、焊接线能量小、焊缝散热太快液态金属凝固过快、药皮焊剂化学成分不合理、焊条摆动不正确不利于熔渣上浮。可根据产生的原因采取相应的措施来防止夹渣的产生。2)、产生的主要原因：3)、危害性：点状夹渣与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源。缺陷产生原因及预防金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。4、裂纹根据裂纹尺寸分：宏观裂纹、微观裂纹、超显微裂纹；根据裂纹延伸方向分：纵向裂纹、横向裂纹、辐射状裂纹；根据发生部位分：焊缝裂纹、热影响区裂纹、熔合区裂纹、焊趾裂纹、焊道下裂纹、弧坑裂纹；根据发生条件和时机分：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂。1)、裂纹的分类：缺陷产生原因及预防热裂纹：是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，形成所谓“液态薄膜”，在特定的敏感温度区间，其强度极小，由于焊缝凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂纹。再热裂纹：近焊缝区金属在高温热循环作用下，强化相碳化物（如碳化钛、碳化铬等）沉积在晶内的位错区上，使晶内强化过程大大高于晶界强化，这样由于应力松弛带来的塑性变形就主要由晶界金属来承担，于是晶界区金属会产生滑移且在三晶粒交界处产生应力集中，就会产生裂纹。冷裂纹：淬硬组织减少了金属的塑性储备；焊接残余应力使焊缝受拉；焊接金属内含有较多的原子态的氢。2)、各种裂纹的产生机理：缺陷产生原因及预防裂纹是面积型缺陷，是焊接缺陷中危害性最大的一种，尤其是冷裂纹；显著减少承载面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏。3)、危害性：4)、防止措施：热裂纹：降低钢材和焊材的含碳量，减少S、P的含量、加入一定的合金元素减少偏析和柱状晶（如钼、钒、钛等）、采用熔深较浅焊缝、合理选用焊接规范并预热和后热、较小冷却速度、采用合理的装配次序减小焊接应力。

缺陷产生原因及预防再热裂纹：合理预热或采用后热控制冷却速度、降低残余应力避免应力集中、回火处理尽量避开再热裂纹敏感温度区、注意冶金元素的强化作用。冷裂纹：采用低氢型碱性焊条、严格烘干、提高预热温度采用后热措施并保证层间温度不低于预热温度、避免焊缝中出现淬硬组织、合理的焊接顺序减少焊接变形和焊接应力、焊后及时进行消氢热处理。缺陷产生原因及预防使用较大电流来焊接、焊角焊缝时用交流代替直流以防止磁偏吹、合理设计坡口并加强清理、采用短弧焊等措施。

5、未焊透1)、产生原因：2)、危害性：3)、防止措施：指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。焊接电流小熔池浅、坡口和间隙尺寸不合理钝边太大、磁偏吹影响、焊条偏芯度太大、层间及焊根清理不良。减少了焊缝的有效截面积使接头强度下降、引起应力集中严重降低焊缝的疲劳强度、可能成为裂纹源造成焊缝破坏。缺陷产生原因及预防使用较大电流来焊接、正确地进行施焊操作、合理设计坡口并加强清理。

6、未熔合1)、产生原因：2)、危害性：3)、防止措施：指焊缝金属与母材金属或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。焊接电流过、焊接速度过快、焊条角度不对、产生了弧偏吹现象、母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。减少了焊缝的有效截面积使接头强度下降、使应力集中变得比较、可能成为裂纹源造成焊缝破坏、其危害仅次于裂纹。缺陷产生原因及预防焊接区内的气体和焊接熔渣主讲人：2焊接区内的气体和焊接熔渣气体的来源焊接材料焊条药皮、焊剂和药芯焊丝甲的造气剂、高价氧化物和水分都是气体的重要来源。造气剂（如碳酸盐、淀粉、纤维素等）和高价氧化物在加热时发生分解放出大量的气体（如二氧化碳、氢气、氧气等）。若使用潮湿的焊条或焊剂焊接时会析出大量的水蒸气。在气焊和气体保护焊时，焊接区内的气体主要来自所采用燃气和保护气体。一般情况下，焊丝和母材中因治炼而残留的气体是很少的，对气相的成分影响不大。研究表明，焊接区内的气体主要来源于焊接材料。焊接区周围的空气热源周围的空气是一种难以避免的气源，因为不管何种焊接方法。都不能完全排除电孤周围的空气，此外焊接过程中某些因素的变化也会使空气侵入，使保护效果变差。据估算，焊条电弧焊时，侵入电弧中的空气约占电孤区气体的3%。焊丝和母材表面的杂质焊丝和母材表面的杂质焊丝表面和母材坡口附近的铁锈、油污、油漆和吸附水等，在焊接时也会析出气体，并进入焊接区内。金属和熔渣蒸发产生的气体金属和熔渣蒸发产生的气体在焊接过程中，除焊接材料中的水分发生蒸发外，金属元素和熔渣在电弧的高温作用下也会发生蒸发，形成的蒸气进入气相中。12342

焊接区内的气体和焊接熔渣气体的产生2焊接区内的气体和焊接熔渣有机物种类作用分解分解产物淀粉、纤维素和藻酸盐酸性焊条造气剂和增塑剂220℃～320℃分解50%；800℃完全分解CO2、CO、H22.1焊接区内的气体1、有机物的分解和燃烧2焊接区内的气体和焊接熔渣2、碳酸盐和高价氧化物的分解CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3)2作用：焊条造气剂分解：CaCO3=CaO+CO2

MgCO3=MgO+CO2

分解产物：CO2,CO碳酸盐Fe2O3和MnO2Fe2O3=Fe3O4+O2Fe3O4=FeO+O2分解产物：O2和低价氧化物FeO和MnO高价氧化物2焊接区内的气体和焊接熔渣3、物质的蒸发及冶金反应4、直接输入或侵入(空气、保护气体)100℃：吸附水蒸发400℃～600℃：药皮结晶水分解蒸发电弧高温：金属元素和熔渣中的各种成分发生蒸发，如FeMn及氟化物等2焊接区内的气体和焊接熔渣熔渣是指焊接过程中焊条药皮或焊剂熔化后在熔池中参与化学反应而覆盖于熔池表面的熔融状非金属物质。熔渣在焊接区形成独立的相，它是焊接冶金反应的主要参与物之一熔渣的作用熔渣的成分和分类熔渣的性质1.机械保护作用2.冶金处理作用3.改善焊接工艺1.盐型熔渣2.盐-氧化物型熔渣3.氧化物型熔渣1.熔渣的碱度2.熔渣的粘度3.熔渣的表面张力4.熔渣的熔点5.密度和线膨胀系数2.2

焊接熔渣焊接区气体、熔渣与焊缝金属的作用主讲人：3焊接区气体、熔渣与焊缝金属的作用氮在金属中的溶解方式：以原子的方式渗入以离子的形式溶入以NO形式溶入3.1氮对焊接金属的作用氢、氮在铁中的溶解度与温度的关系3焊接区气体、熔渣与焊缝金属的作用氮对焊接质量的影响：形成气孔1降低焊接金属的力学性能2时效脆化33焊接区气体、熔渣与焊缝金属的作用控制焊缝中含氮量的措施氮不同于氧，一旦进人液态金属，脱氮就比较困难，又由于氮主要来源于空气，所以控制氮的主要措施是加强保护，防止空气与液态金属发生作用。加电弧电压即增加电弧长度，会导致保护变坏，氮与熔滴的作用时间增长，故使焊缝金属的含氮量增加。为减少焊缝中的氮含量，应尽量采用短弧焊。增加焊丝或药皮中含碳量，可降低焊缝中的含氮量。这是因为碳能够降低氮在铁中的溶解度，碳氧化生成CO、CO2，加强了焊接区保护，碳氧化引起的熔池沸腾有利于氮的逸出在焊丝中加人一定量的合金元素（如钛、铝、锆等)，可以减少焊缝中的含氮量。因为这些元素对氮的亲和力较大，能形成稳定的氮化物，且它们不溶于液态金属而进人熔渣。同时，这些元素对氧的亲和力也较大，可减少气相中NO的含量，也减少了焊缝含氮量。自保护焊时，就是根据这个原理在焊丝中加人这一类元素进行脱氮的加强焊接区的保护选择正确的焊接参数控制焊接材料中的合金元素氢在焊接接头中，既能在焊缝中扩散，也能向近缝区扩散，并能扩散到近缝区相当大的深度。在焊缝中，氢沿焊缝长度方向的分布基本均匀，只是在弧坑处含氢量高，所以在弧坑处容易产生氢缺陷。在近缝区，熔合线处的含氢量高低影响到此接头是否容易在此处产生冷裂纹。含氢量越高越容易产生冷裂，因为氢的存在是接头产生冷裂纹的三大因素之一。3焊接区气体、熔渣与焊缝金属的作用3.2

氢对焊缝金属的作用氢在金属中的溶解：焊接区的氢可以处于分子、原子和离子状态。以

溶入3氢以原子形式溶入1以溶入2焊缝金属中的氢及其扩散：①扩散氢：固溶在钢焊缝中的氢原子和氢离子，由于半径很小，可以在焊缝金属的晶格中自由扩散。②残余氢：部分氢扩散集聚到晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂等空隙中，结合成为氢分子，因为半径大，不能自由扩散。3焊接区气体、熔渣与焊缝金属的作用氢对焊接质量的影响1.氢脆2.白点3.气孔4.产生冷裂纹控制氢的措施1.限制焊接材料中的氢含量（焊条、焊剂使用前进行严格烘干；存放焊接材料时，加强防潮；控制保护气体水分）2.清楚焊丝和焊件表面上的杂志3.冶金处理（在药皮和焊剂中加入氟化物;增加焊接材料的氧化性）4.控制焊接参数5.焊后脱氢处理氢对钢的强度没有明显影响，但其塑性，特别是断后伸长率、断面收缩率随含氢量增加而显著下降。对焊缝金属进行去氢处理后，其塑性可以基本恢复。脆现象是由溶解在金属晶格中的氢引起的。在试件拉伸过程中，金属中的位错