模块一 焊接冶金过程控制

熔焊冶金过程及缺欠控制知识要求

1.知道常用的焊接热源特点,了解焊接工艺参数与热循环的联系；

2.会对焊接热循环进行调整。

3.知道焊接参数对焊缝成形的影响；

4.知道焊接参数与焊缝熔合比的关；

5.掌握焊缝合金化的方；6.利用冷却速度来控制焊接接头的组织状态。技能要求

1.生产中常见热源的选用；

2.薄板单道焊焊接参数控制；

3.厚板多道焊热循环控制；

4.焊接接头冷却速度控制；

5.薄板焊条电弧焊焊接电流选择；

6.厚板手工焊焊接参数控制；

7.焊后缓冷控制措施操。教学目标焊接热源选用

对焊热源的要求:

保证焊接区的金属能够迅速达到熔化状态，并防止加热区过宽，要求焊接热源具备温度高且热量集中的特点，即热源的温度应明显高于被焊金属的熔点且加热范围小。

生产中常用的焊接热源有以下几种：

（1）电弧热利用熔化或不熔化的电极与焊件之间的电弧所产生的热量进行焊接.。

（2）化学热

利用可燃气体的火焰放出的热量，或热剂之间在一定温度下进行反应所产生的热量进行焊接。利用化学热切割（3）电阻热

利用电流通过接头的接触面及邻近区域所产生的电阻热，或电流通过熔渣所产生的电阻热进行焊接。缝焊机电极电阻焊焊接过程点焊机缝焊机（4）摩擦热利用机械摩擦所产生的热量进行焊接。（5）等离子弧

借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得高电离度和高能量密度的等离子弧所产生的热量进行焊接。等离子切割（6）电子束利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件表面，使动能转变为热能而进行焊接。电子束焊接产品（7）激光束

以经过聚焦的激光书轰击焊件时所产生的热量进行焊接。常用的焊接热源运用高频感应加热常用的焊接热源运用（8）高频感应热

对于有磁性的金属，利用高频感应产生的二次电流作为热源，在局部集中加热进行焊接。

二、焊接热源的主要特征（1）最小加热面积

即在保证热源稳定的条件下加热的最小面积。（2）最大功率密度

热源在单位面积上的最大功率。在功率相同时，热源加热面积越小，则功率密度越高，表明热源的集中性越好。（3）在正常焊接参数下能达到的温度

温度越高，则加热速度越高，因而可用来焊接高熔点金属，具有更宽的应用范围。三、焊接过程的热效率热效率就是焊接热源热量的利用率。我们把母材和填充金属吸收的热量（包括熔化及向内部传导的热量）叫热源的有效热功率。

电弧输出功率：

Po=UI电弧的有效热功率P是Po的一部分，二者的比值为л’，即P＝η′Po热源性能比较多层焊热循环调整

在焊接过程中热源沿焊件移动时

，焊件上某点的温度是随时间由低而高达到最大值后，又由高而低的变化，称焊接热循环。焊接热循环是描述焊接时热源对被焊金属的热作用过程，在焊缝附近距离焊缝不同的各点，所经历的热循环不同。距焊缝越近的点，加热的最高温度越高；越远的点，加热的最高温度越低。

热循环曲线

热循环参数1、加热速度2、峰值温度（最高加热温度）3、高温停留时间4、在T500时的冷却速度和时间。

多层焊热循环的调整1、短段多层焊一般每层焊道长度在50mm-400mm时，称为短段多层焊。前层焊道的温度可保持在Ms点以上。短段多层焊适用于焊接过热倾向大而又容易淬硬的金属。2、长段多层焊的焊接热循环习惯上将每道焊缝的长度在1m以上的多层焊称为长段多层焊。前层焊道对后层焊道起预热作用，而后层焊道对前层焊道起后热作用。为了防止最后一层焊道冷却过快而淬硬，可以多加一层焊道——“退火焊道”。案例：在厚板多层、多道的焊接中①②

③

④

⑤

⑥

⑦①②③

④

⑤

⑥

⑦⑧

焊接总方向多层焊热循环调整

焊缝形成过程中的保护焊缝金属的构成焊缝的组成熔化的填充金属+母材一、焊条的加热与熔化

加热和熔化焊条（焊丝）的热量

电弧热+电阻热+化学热1、电弧热

集中在焊条头部1CM内。2、电阻热

Q=I²Rt

电阻热过高造成的影响：

飞溅增加

药皮开裂

过早化学反应造成气孔。

举例：不锈钢焊条为什么比碳钢焊条短，许用电流小？

焊条金属的熔化速度是焊接生产率高低的主要表征

焊条金属的平均熔化速度可用单位时间内焊芯熔化的长度或质量来表示

ap——焊条的熔化系数（g/（h*A））m——熔化的焊芯质量（g）t——电弧燃烧的时间（h）aP——焊条的熔化系数（g/（h·A））

Ap的物理意义是：熔焊过程中，单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝）的熔化量。

焊条的熔化速度

在焊接时，熔化的焊芯（或焊丝）金属并不是全部进入熔池形成焊缝，而是有一部分损失。我们把单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝）熔敷在焊件上的金属量称为熔敷系数（aH）

mH——熔敷到焊缝中的金属质量（g）由于金属蒸发、氧化和飞溅，焊芯（或焊丝）在熔敷过程中的损失量与熔化的焊芯（或焊丝）原有质量的百分比叫做飞溅率（Ψ）Ψ＝1－aH/aPaH=（1-Ψ）ap焊条金属的过度特征（1）熔滴过渡的主要参数

过渡的熔滴质量；熔滴过渡的频率；熔滴过渡的周期；熔滴的比表面积（熔滴的表面积与其体积之比）等。（2）熔滴过度的形式1）粗滴短路过度

在断弧焊时，由于熔滴长大受到佃户间隙的限制。其电弧稳定性较差，飞溅大。

2）附壁过度

熔滴沿着焊条药皮套筒壁向熔池过度

特点是熔滴尺寸比较小，焊芯端部可同时存在2-3个熔滴。3）喷射过度

熔滴以细小的颗粒，高的速度，高的过渡频率从焊条套筒内喷出。过渡过程稳定，飞溅小，熔深大，焊缝成型美观

4）爆炸过渡

熔滴在形成或过渡过程中，由于激烈的冶金反应，其内部产生气体、气体急剧膨胀导致大颗粒熔滴爆炸粉碎

熔滴的过渡与焊缝成形

1、短路过渡（适用薄板的焊接）

2、颗粒过渡（适用中厚板）3、附壁过渡

母材的熔化与焊缝形成

熔焊时，在热源的作用下，与焊条金属熔化的同时，被焊金属----母材也发生局部熔化。在母材上由熔化的焊条金属和熔化的哪部分母材组成具有一定几何形状的液体金属叫熔池。

如果焊接时不填加金属，则熔池仅由熔化的母材组成。

熔池的形状（焊缝成形）

熔池形状如何控制呢？

电流增加，熔深增加。

电弧电压增加，熔宽增加。熔宽熔深熔池的主要特性：

1、熔池存在的时间（一般在几秒或几十秒）

与熔池质量、母材具有的温度、外界的冷却的条件等有关。

熔池存在时间长久的利与弊有那些？

好处：有利于气泡、熔渣的浮出，合金化均匀等。

坏处：焊接接头过热，组织晶粒容易粗大，韧性值下降。

2、熔池的温度

特点：中心温度高、周边温度低，头部温度高、尾部温度低。

在这里要强调的是，不同的焊接热源，熔池的最高温度是不同的。

气焊3400ºC

焊条电弧焊6000K

氩弧焊8000K

等离子弧18000~24000ºC

3、熔池的流动

1）液体金属的密度差。2）表面张力差。3）热源的各种机械力。

构成熔池强烈运动的原因是什么呢？

*知识点：

熔合比

案例：某工人在修补铸铁裂纹的时候，手弧焊电流为70A，焊条为A302,Φ3.2（不锈钢焊条）。为什么呢？讨论

淬透性、淬硬性的提高将使材料脆性增加，铸铁的含碳量高，大的熔深将使焊缝含碳量增加。

小电流还能使Cr、Ni的溶入母材的量降低。

熔合比的概念

熔焊时，局部熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比。A-熔化的母材B-填充金属

熔合比取决于母材的熔透情况与焊条熔化的情况，而二者又都与焊接方法、焊接参数、接头尺寸形状、坡口形状、焊道数目以及母材热物理性质都有关系。。

焊条药皮类型对熔合比的影响如图所示。从焊缝的截面可以看出，钛型焊条的熔深要小得多，因而熔合比也小，其原因可能是因为不同类型药皮产生的电弧吹力不同所致。a)含TiOb）含CaF药皮

b）含CaF比较两焊缝的外观案例分析为什么会出现这么多表面气孔呢？平时焊接实训没见过呀焊接时焊缝金属的保护1、保护焊缝金属的必要性光焊丝焊接时有那些现象？电弧燃烧不稳定焊条粘钢板操作困难工艺性能不好

性能

金属

母材

焊缝抗拉强度σb/MPa390－440324－390

伸长率δ（%）25－305－10冷弯角α（º）18020－40冲击韧度αk(J•CM)

›1474.9－24.5

光焊丝焊接力学性能从表中看出，韧性是大幅度下降。2、保护方式及效果保护方式

焊接方法熔渣保护埋弧焊、电渣焊气体保护二氧化碳气保焊、氩弧焊气—渣联合保护

焊条电弧焊、药芯焊丝气保焊真空

真空电子束焊自保护

含脱氧剂、脱氮剂的“自保护”焊丝焊接氢的危害气孔裂纹氢脆白点暂态现象永久现象总含氢量扩散氢残余氢氢脆气孔弧坑裂纹焊缝中裂纹如何控制？

氢主要来源于焊条药皮、焊剂中的水分、药皮中的有机物，焊件和焊丝表面上的污物(铁锈、油污)和空气中的水分等。各种焊接方法均使焊缝增氢，只是增氢的程度不同：手弧焊时用纤维素药皮焊条焊得的焊缝含氢量比母材高出70倍；只有采用低氢型焊条施焊时，焊缝的含氢量才比较低；而用CO2气体保护焊时，含氢量最低。

1、限制焊接材料中含氢量控制方法焊接前，要对焊条、焊剂进行烘干酸性焊条：150～200ºC1~2h碱性焊条：350～450ºC1~2h烘干后的焊条要注意防潮2、清除焊件和焊丝表面的杂质氧化皮油污水渍铁锈杂质有那些清理方法3、进行冶金处理

1）通过药皮和焊剂的冶金作用，改变电弧气氛的性质，抑制源自氢的产生，降低氢的分压，最终达到降低氢在液态金属中溶解度的目的。2）在焊条药皮中加适量的活化性氧化剂。4、控制焊接参数增加焊接电流、含氢量增加交流比直流电源含氢量高直流正接比直流反接含氢量高5、焊后脱氢处理焊件加热300～350ºC，保温1h。作业氢对焊接接头带来哪些危害？在焊接实施过程中如何控制？熔渣对焊缝金属的作用

1、熔渣的作用（1）机械保护作用；（2）冶金处理作用；（3）改善工艺性能；

2、熔渣的分类（1）盐型主要由金属的氟酸盐、氯酸盐和不含氧化合物组成；用于焊接有色金属及高合钢；

（2）盐-氧化物型：主要由