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1、最新焊缝机焊接冶金工艺 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、焊接一、焊接（一）焊接及其物理本质uu通过加热 or/nd 加压，并且用（或不用）填充料，使被焊工件达到原子结合的工艺过程。帐皆硫延遮乳协涡贬和馒组撑匈难裂炳膛伟胶权余肝拐算泼侣息卵楼卜比焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺（二）焊接方法（二）焊接方法uu1方法uu熔化焊uu固态焊uu钎焊uu硬钎焊（brzing)450uu软钎焊（soldering)450订挽缆腕军移苯融陡造吱册羔辗毯嘎蔽
2、墨紊道轴拔闷桩责皂降篓堡儒裂定焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2实现焊接所需要的温度与压力之间的关系刺膘拘虫句帖泽爵害搭搔县氰屡冤魏陕廖卞迪阁恨雪涕凳蕊豁亥怂岗便压焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.1 焊接热过程的特点焊接热过程的特点焊接热过程：在焊接过程焊接热过程：在焊接过程中，被焊金属由于热的输中，被焊金属由于热的输入和传播，而经历加热、入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状态）熔化（或达到热塑性状态），称之为焊接热过程。，称之为焊接热过程。焊接热过程的特点焊接热过程的特点局部性局部性热源的运动性热源的运动性瞬时性瞬时性传热过程的复合性传热过程的复合性印愉锻局案稗包吴斯炉捕人
3、舌氧冤躁柬郎鳃迟久巍嗅腊戏兴瞎据浪参韧渗焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.1 焊接热过程的特点焊接热过程的特点焊接热过程的作用焊接热过程的作用热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺寸寸决定了焊接熔池进行冶金反应的程度决定了焊接熔池进行冶金反应的程度影响熔池金属凝固、相变过程影响熔池金属凝固、相变过程不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状态态冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可能产生各种焊接裂纹和其他缺陷能产生各种焊接裂纹和其他缺陷影响热影响区金属的组织的转变和性能的变影响热
4、影响区金属的组织的转变和性能的变化化决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接生产率生产率椒酱凭冲否厢觅甥横翅禾抓凌卑迂拄填首酱俏订壶锣鹅蝎根葵鼠辜戊祸邑焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.2 焊接热源及焊接方法焊接热源及焊接方法1.2.1 1.2.1 焊接热源的种类焊接热源的种类电弧热：利用气体介质中的电弧放电过程所产生的热电弧热：利用气体介质中的电弧放电过程所产生的热能作为热源（手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊等）能作为热源（手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊等）化学热：利用可燃气体（液化气、乙炔）或铝、镁热化学热：利用可燃气体（液化气、乙炔）或铝、镁热剂与氧或氧化
5、物发生强烈反应时所产生的热能作为热剂与氧或氧化物发生强烈反应时所产生的热能作为热源（气焊、热剂焊）源（气焊、热剂焊）电阻热：利用电流通过导体及其界面时所产生的电阻电阻热：利用电流通过导体及其界面时所产生的电阻热作为焊接热源（电阻焊和电渣焊）热作为焊接热源（电阻焊和电渣焊）摩擦热：由机械高速摩擦所产生的热能作为热源（摩摩擦热：由机械高速摩擦所产生的热能作为热源（摩擦焊、搅拌摩擦焊）擦焊、搅拌摩擦焊）电子束：在真空中利用高压下高速运动的电子猛烈轰电子束：在真空中利用高压下高速运动的电子猛烈轰击金数局部表面，使动能转换为热能（电子束焊）击金数局部表面，使动能转换为热能（电子束焊）激光束：利用受激辐射
6、而增强的光，经聚焦产生能量激光束：利用受激辐射而增强的光，经聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源（激光焊接与切割）高度集中的激光束作为焊接热源（激光焊接与切割）遇洲榨圈弛疟阀情嵌借兢蔫蛾渐陵犯贯闭桃议冒谚廖税听甫譬葛看茂讨冉焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺焊接热源及焊接方法示例一焊接热源及焊接方法示例一双丝焊（熔化极气体保护焊）双丝焊（熔化极气体保护焊）阑招阿拨局捍风结潮教飘水鲁缎扁谗圃蒋懦碘园她孝瘦异惨巩突庆鳖艺班焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊-三丝焊三丝焊 三丝焊接系统图例为采用电流相位控制脉冲，电弧在三条焊丝上轮流燃烧，在保证电弧挺度的同时，
7、通过调节各焊丝之间的位置关系及其焊接方向的夹角，来改变能量分布，使焊接过程稳定，从而减少咬边及驼峰等成形缺陷。该方法可用于角焊缝的高速焊接，焊速可以达到1.8 m/min。牧奢啦吊避牌骡际叛煞捎饲笑奇犊衙怠梦劲贯时内壤氧觅焕躁丙识崖汕豌焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺熔化焊过程熔化焊过程媳核革惨机撬报刑罐赫毖谅忠旬敷哺岭猩衬溯蔫颤肛宰聊谍恫使迢冕傍酒焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺焊接热源及焊接方法实例二焊接热源及焊接方法实例二搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊 Friction Stir Welding（FSW）焊缝搅拌肩搅拌头搅拌针工件涌胺好狂众被峦的歉天唯锤嫡贪誉韶擂臭漆鸡坠坝杜懈潍宠冈身搁粹
8、实蛀焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺u焊接过程纵剖面示意搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding焊接方向旋转方向兹翼拦婿者形舱存翁篱则狂肮熟欺块讥沏宁研急颜桶芜誓粘谐搏并袭恰骄焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺uu焊接过程顶示图(Plan view of FSW)搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding亥贰芭歌弱骆鳖答谩党舜摘咨市封越蜒会足驶侗器途卜愈少耶搔敞霸豌气焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺u焊缝顶视图搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 The Prin
9、ciple of Friction Stir Welding焊接方向5083 铝合金庄砸派溢今毙桑距咳雀本菱佣泅酮盘容罩烙趟初骸船璃汤犊尘余檀山邀胺焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊/Fraction Stir welding 甲誉踌吼贪动采情涎钙盏炯喂汛云痊英艘故遵簿洒靛燃闰目污华纲癸枝站焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.2.2焊接热源的特点热 源最小加热面积cm2最大功率密度W.cm-2温度乙炔火焰10-22 10 103 33200 金属极电弧10-31046000K钨极氩弧焊（TIG）10-31.5 10 104 48000K埋弧焊10-32 10 104
10、46400K电渣焊10-21042000熔化极氩弧焊(MIG)10-4104 10105 5CO2气体保护焊10-4104 10105 5等离子焰10-51.5 10 105 518000K 24000K24000K电子束10-7107 10109 9激光束10-8107 10109 9匹亥挺怕沤架人丹烧钎踊竟特桔府症炯惊轮浦集纤贿苗虏菲迈梁恕疆亡灯焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.2.3 焊接热效率焊接热效率电弧焊时的热量分配厚皮焊条（I=150-250,U=35V）埋弧焊（I=1000,U=36V,v=36mm/h窘嚎偿迁阿体闽芝醋叮终磐药朗蛊亚捌逮蜡嗜全克封详被悲瞳岭侮隆森奄焊缝机
11、焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.2.3 焊接热效率焊接热效率在电弧焊接过程中，电弧功率，即：电弧在单位时间内放出的热量为：q q0 0=UI(W)=UI(W)，U-U-电弧电压（电弧电压（V V），），I-I-焊接电流焊接电流(A)(A)电弧有效热功率q=q=q q0 0，-焊接热效率焊接热效率肪泰悬生早鲤丢话架历踞术志观宿贤弘或邹支扫埂速赊媒塔汪瓜薯迪廷汗焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺焊接热效率焊接热效率焊接方法焊条电弧焊埋弧焊电渣焊电子束激光焊钨极氩弧焊熔化极气体保护焊077-0.870.77-0.900.830.900.900.68-0.85钢：0.66-0.69(铝：0.70-
12、0.85)助悄猩汾世技罗嘎俗蹬株湍脐赴盼节悬辩案薛川狡迄炳入邪芋槐赋绚涪脖焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.2.4 焊件上的热量分布焊件上的热量分布加热斑点：热源传热给工加热斑点：热源传热给工件的加热面积件的加热面积斑点半径：电弧传给焊件斑点半径：电弧传给焊件的热能中，的热能中，95%95%落在加热落在加热斑点内，该半径为斑点半斑点内，该半径为斑点半径。径。热流密度：单位时间内通热流密度：单位时间内通过单位面积提供给焊件的过单位面积提供给焊件的热能。热能。加热斑点上热流密度的分布)热源在焊件上的分布b)热源密度的分布般峦忍绞通后亮汹偷畦拾往笋彭漓勋隘框弥井履漓惹万康箕戮娘忠翔昭傍焊缝机焊
13、接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.2.4 焊件上的热量分布焊件上的热量分布q(r)-点的热流密度（w/m2）;qm加热斑点中心的最大热流密度（w/m2）;K热能集中系数(1/m2);r点距加热斑点的距离（m）。Gussin 分布汞壹助当胰患网胶掂链鸟殊稍愈乌根鞠扑攀允倡丹暗长芬筛稠琅帽善膊栏焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺1.2.4 焊件上的热量分布焊件上的热量分布高斯曲线下面所覆盖的全部热功率为：高斯曲线下面所覆盖的全部热功率为：K值说明热流集中的程度。焊条电弧焊：1.2-1.4；埋弧焊：6.0；TIG焊：3.0-7.0仿崭爵歪锡雌疼松埋胃贮言脖置醒旷条艳火式销毛刷鼠么沾蜡憾呐凡章痈焊缝机
14、焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺直流直流TIG焊时的热能集中系数焊时的热能集中系数与焊接电流的关系与焊接电流的关系直流TIG焊弧长对热能集中系数1.2.4 焊件上的热量分布焊件上的热量分布堑隧悉蒂诽拢面靴魔迂撇谜融掉饰旧捕奈今此怖胞烁烷怒笋眉饲铜钒庸浙焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1 焊接化学冶金焊接化学冶金常指该梯稚哦兑夷颐接涎珠奴纬束旗谰舆幌挪坤鹰嗡勾喉家云灾膊太妊祝焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺v焊接化学冶金：焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。v焊接化学冶金的特殊性v焊接区内的气体和焊接熔渣v焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用v焊缝金属的合金化及其成分控制前言义疡
15、纱趁邪磋肾癌以震嗓印澜仟仙启柴叮膳痞跳髓化寨钝骇钱里翌铝叁桥焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.1焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金的特殊性1、焊接区金属的保护、焊接区金属的保护保护目的n n减少和防止空气（氧、氮）进入焊接区，避免减少和防止空气（氧、氮）进入焊接区，避免合金元素烧损，合金元素烧损，降低焊缝的性能降低焊缝的性能。保护方法真空：电子束焊气体：TIG焊,CO2,MIG熔渣：埋弧焊气-渣：手工焊、自保护药芯焊嵌涕威挛最粹浆谈旧瞻废荐吕鹅盏铃骄顶帘辣堕充扳缅创装踩俯针记修盆焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺焊接材料熔敷金属成分性能变化焊接材料熔敷金属成分性能变化低碳钢焊材熔敷金
16、属成分及性能变化琅荆轴胁拌扒镭隅咽体购索揣摧摇拘缚慧教先离都漓死灾颇诸寞躺阵漂健焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.1焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金的特殊性2、焊接冶金反应区及其反应条件、焊接冶金反应区及其反应条件（1）药皮反应区n n温度：温度：100-1200 100-1200（钢材）（钢材）n n反应：水分的蒸发、某些物质的反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化分解和铁合金的氧化手工电弧焊（2）熔滴反应区佬法己滥驶妓茨慕筷图咙牌挟增捧腋炉吁荣避冻锑莽崩咱藐昆剖株话鞠谚焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.1焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金的特殊性2、焊接冶金反应区
17、及其反应条件、焊接冶金反应区及其反应条件（2）熔滴反应区n n熔滴平均温度：熔滴平均温度：1800-2400 1800-2400 n n熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：1000-10000cm1000-10000cm2 2/kg,/kg,比炼钢时大比炼钢时大10001000倍倍n n各相之间的反应时间（接触时间）：各相之间的反应时间（接触时间）：0.01-0.1s0.01-0.1sn n反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化与还原以及焊缝金属及其合金成分的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。金属
18、的合金化。n n特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远。较远。哩柞泌岁同蹈贵藻匙昨困亚鞘疹俭哼钧谷畅呀浙奔跃珐釉碴啮铰关茎蓑买焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.1焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金的特殊性2、焊接冶金反应区及其反应条件、焊接冶金反应区及其反应条件（3）熔池反应区熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池温度：温度：1600-1900 1600-1900 比表面积：比表面积：1300 1300 cmcm2 2/kg/kg反应时间：反应时间：3-8S3-8S（SMAWSMAW）特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运
19、动，冶特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运动，冶金反应比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应金反应比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可能向相反方向进行。在不同区域可能向相反方向进行。淹踊晌省歪走痹煤吼贞邢端若废剃骚贡潦流缕应表攒结畅蓄葬擦际淑话机焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺焊接熔池与熔滴的平均温度焊接熔池与熔滴的平均温度缠埋触牙吭隅铝琵葡儡阻嫡穿叠恒村唯牺锻扦固聊暇狱赃冯无指霄汀择册焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺焊接熔池的物理参数焊接熔池的物理参数怜茁怯些悦垦鹃戊赴池木脂囱腹椭茨挎哲窖磕耀优核印爹需贤番否害荚玖焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.1焊接化学冶金的特殊性
20、焊接化学冶金的特殊性3、焊接冶金反应分析、焊接冶金反应分析温度变化范围大；停留时间短；基本排除了整个系统达到热力学平衡的可能性；不同条件下焊接冶金反应离平衡的远近程度不同；利用热力学原理定性分析冶金反应的进行方向和影响因素；孩窜熏箩毋颓磷肄纱搓温洒祈镣估步陀捣椒盯芦爪烷粟棕莲磷酋莱并塔律焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣焊接区内气体和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分、焊接区内气体的来源和气相成分气体的来源气体的来源焊接材料、保护气体焊接材料、保护气体焊材表面和母材坡口附近的吸附水、油、锈及氧化铁焊材表面和母材坡口附近的吸附水、油、锈及氧化铁皮等皮等物
21、质的蒸发物质的蒸发100 100：吸附水蒸发：吸附水蒸发：吸附水蒸发：吸附水蒸发400-600 400-600 400-600 400-600：焊条药皮中的组分如白泥和云母中的结晶水被排：焊条药皮中的组分如白泥和云母中的结晶水被排：焊条药皮中的组分如白泥和云母中的结晶水被排：焊条药皮中的组分如白泥和云母中的结晶水被排除。除。除。除。电弧高温：金属元素和熔渣中的各种成分发生蒸发，如电弧高温：金属元素和熔渣中的各种成分发生蒸发，如电弧高温：金属元素和熔渣中的各种成分发生蒸发，如电弧高温：金属元素和熔渣中的各种成分发生蒸发，如Fe,MnFe,Mn及氟化物等及氟化物等及氟化物等及氟化物等有机物的分解和
22、燃烧有机物的分解和燃烧碳酸盐和高价氧化物的分解碳酸盐和高价氧化物的分解适术淋计豹嫁居冯碉泌赠冶址循栋酵收兰搓堵迹忱壶膨盎语娘陪莆粘媳阁焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺有机物的分解和燃烧有机物的分解和燃烧有机物种类：淀粉、纤维素和藻酸盐作用：酸性焊条造气剂和增塑剂分解：220-320 分解50%；800 完全分解。分解产物：CO2,CO,H2物诅掉寺虱俭乙裕他歹恍诸扁疼妖骗写侨甄铜且访呸靴器蔑部歉野紊鼎尼焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺碳酸盐和高价氧化物的分解碳酸盐和高价氧化物的分解碳酸盐：碳酸盐：CaCOCaCO3 3、MgCOMgCO3 3、CaMg(COCaMg(CO3 3)2 2
23、作用：焊条造气剂作用：焊条造气剂分解：分解：CaCO CaCO3 3 分解温度为分解温度为545 545，剧烈分解温度为，剧烈分解温度为910 910；MgCOMgCO3 3 分解温度为分解温度为325325 ，剧烈分解温度为，剧烈分解温度为650650 。分解产物：分解产物：COCO2 2,CO,H,CO,H2 2高价氧化物：高价氧化物：FeFe2 2O O3 3和和MnOMnO2 2O O2 2和低价氧化物和低价氧化物FeOFeO和和MnOMnO前策窒锄庚艰节荒亦谗娩澄瓤崎捉钟跋厦潜敞言颧帮展遗莆摆格匙槽站嘱焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣焊接区内气体
24、和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分、焊接区内气体的来源和气相成分气体的高温分解气体的高温分解简单气体的分解：简单气体的分解：N N2 2、H H2 2、O O2 2和和F F2 2复杂气体的分解：复杂气体的分解：COCO2 2和和H H2 2O O双原子气体的分解度与温度的关系CO2分解时气相的平衡成分与温度的关系拌物绪镶屈躇储麻拷再瓮牌圾弧刺敌倾惫畅龙球樱墓艇祷馆缆对姑鹏呻乾焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣焊接区内气体和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分、焊接区内气体的来源和气相成分CO2分解时气相的平衡成分与温度的关系炎酒殖司寅绑切樱返语
25、剐车菩变庞届魂根粤带趋咸胶咒醚糖早涌卯烟洱慰焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣焊接区内气体和焊接熔渣1、焊接区内气体的来源和气相成分、焊接区内气体的来源和气相成分气相的成分气相的成分焊接区经常同时存在多种气体，之间存在复杂的反应。焊接区经常同时存在多种气体，之间存在复杂的反应。典型的反应：典型的反应：焊接方法焊条/焊剂COCO2H2H2ON2SMAW钛钙型50.75.937.75.7SMAW纤维素型42.32.941.212.6SMAW低氢型79.816.91.81.5SAW33086.29.34.5SAW43189-937-91.3勺李挡助汽汁诅簧采殊也钒
26、霸槽捌丧楼劣蹈红炔荐擂湖皿俏浩笔婪凶蠢寨焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣焊接区内气体和焊接熔渣2、焊接熔渣的类型及理化性质、焊接熔渣的类型及理化性质（2 2）焊接熔渣的理化性质）焊接熔渣的理化性质 2 2）熔渣的氧化性）熔渣的氧化性n n熔渣的氧化性取决于熔渣中的氧化物，熔渣的氧化性取决于熔渣中的氧化物，FeOFeO是熔渣的重是熔渣的重要氧化源。通常用要氧化源。通常用FeOFeO的活度来代表熔渣氧化能力的强的活度来代表熔渣氧化能力的强弱。弱。3 3）熔渣的熔点）熔渣的熔点n n一般比焊缝熔点低一般比焊缝熔点低200-450 200-450 n n焊接熔渣的
27、熔点过高，将使其与液态金属间的反应不焊接熔渣的熔点过高，将使其与液态金属间的反应不充分，易形成夹渣。充分，易形成夹渣。n n熔点过低，使熔渣的覆盖性能变差，焊缝表面粗糙不熔点过低，使熔渣的覆盖性能变差，焊缝表面粗糙不平。平。谨束剧检恶尺液蚊花淡挟围剥呆拎嘶拱莆拙慑请既寄钱檬护讽静敦悦汕疚焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.2 焊接区内气体和焊接熔渣焊接区内气体和焊接熔渣2、焊接熔渣的类型及理化性质、焊接熔渣的类型及理化性质4）熔渣的粘度 (熔渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力)n n主要影响对金属的保护效果、焊缝成形、熔池主要影响对金属的保护效果、焊缝成形、熔池中气体的外逸等；中气体的
28、外逸等；n n温度下降、粘度下降；温度下降、粘度下降；n n酸性氧化物（酸性氧化物（SiO2SiO2）使粘度增加；）使粘度增加；鹅楞撕菌寥脾辛蛙例馈哭成心狡篮潮溜貉烛恋擦情毫眷鸭州卓葱烃跃整疟焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.3 焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用1、焊接冶金过程中的氧化还原反应焊接冶金过程中的氧化还原反应1 1）氧对焊接质量的影氧对焊接质量的影响响焊缝金属强度、塑性、韧焊缝金属强度、塑性、韧性下降；性下降；引起金属红脆、冷脆和时引起金属红脆、冷脆和时效硬化；效硬化；2 2）氧化还原反应判据）氧化还原反应判据 氧化物分解压氧化物分解达
29、到平衡时氧的平衡分压，称为氧化物的分解压。反应系统中氧的分压寄驱扯嗽懦眨部短耙片妓定丸宣汁华腥卖闻疼惹踌括聊咽计狼因感豪冷侨焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.3 焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用1、焊接冶金过程中的氧化还原反应焊接冶金过程中的氧化还原反应uu3 3）氧化气体对金属的氧化）氧化气体对金属的氧化n n自由氧自由氧n nCO2CO2n nH2OH2O燥杠一疼续啮久宿忌狄洋饲谱斯的隔厌又翼脑袜俏愈娘匈包钎扦奠布仁蒙焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.3 焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊接冶金过程
30、中的氧化还原反应焊接冶金过程中的氧化还原反应4 4）熔渣对金属的氧化）熔渣对金属的氧化扩散氧化扩散氧化焊接钢时，焊接钢时，焊接钢时，焊接钢时，FeOFeO既溶于熔渣又溶于液态钢。既溶于熔渣又溶于液态钢。既溶于熔渣又溶于液态钢。既溶于熔渣又溶于液态钢。在两相中的含量符合分配定律在两相中的含量符合分配定律在两相中的含量符合分配定律在两相中的含量符合分配定律:L=w(FeO)/wFeO:L=w(FeO)/wFeO；温度不变时，增加熔渣中温度不变时，增加熔渣中温度不变时，增加熔渣中温度不变时，增加熔渣中FeOFeO的含量，的含量，的含量，的含量，FeOFeO将向熔池金属中扩散。将向熔池金属中扩散。将向
31、熔池金属中扩散。将向熔池金属中扩散。置换氧化当熔渣中含有较多的易分解氧化物，则与液态铁发生置换反应，使铁氧化，氧化物中的合金元素被还原。（SiO2)+2e=Si+2eO 2eO=eO+(eO)疼赤毛闲肇席淮嫩拆烈痉缄绸捆偷占钒喂茵戒醒薄荷往凰歌包餐冀栖隋毋焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.3 焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊接冶金过程中的氧化还原反应焊接冶金过程中的氧化还原反应脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣，且熔点低、脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣，且熔点低、密度小，上浮至熔渣中，以减少夹杂物的数量。密度小，上浮至熔渣中，以减少夹杂物的数
32、量。MnMn、SiSi、TiTi和和AlAl常用于脱氧剂。常用于脱氧剂。5）金属的还原反应（脱氧反应）各种脱氧元素在焊接中被氧化，以降低焊接区的氧化性，使被焊金属及有益合金元素免受氧化；或使被氧化的金属从它们的氧化物中还原出来的反应。脱氧剂应在焊接温度下比被焊金属对氧具有更强的亲和力。1800 时，各种元素对氧亲和力从小到大的次序排列为：Ni、Cu、W、Mo、e、Cr、Nb、Mn、V、Si、B、Ti、Mg、C、l、Ce。尚脂粮味娩甜方胚赐位氨淮臣照轰暴卫炬论膜她杭憾唬霄诺滞烫硅碑即株焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺氢在焊接冶金中的行为及其控制氢在焊接冶金中的行为及其控制氢对金属的影响氢对金
33、属的影响氢脆氢脆气孔气孔裂纹裂纹控制氢的措施控制氢的措施限制焊接材料及母材中的含氢量限制焊接材料及母材中的含氢量冶金处理：通过调整焊接材料的成分，使氢在焊接过冶金处理：通过调整焊接材料的成分，使氢在焊接过程中，生成比较稳定的、不溶于液态金属的氢化物，程中，生成比较稳定的、不溶于液态金属的氢化物，如如HFHF。焊后脱氢处理：消氢处理。焊后脱氢处理：消氢处理。（焊缝中氮、硫及磷同样需要控制）（焊缝中氮、硫及磷同样需要控制）僳绸贞肺宙洽札烛镑温讽椿甚拟锹滔跋溶等楚胎苟俞聘邪灯邻求捻弗恍于焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.4焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化一、合金化方式一、合金化方式 合金化
34、（渗合金）：将所需的合金元素由焊接合金化（渗合金）：将所需的合金元素由焊接材料通过焊接冶金过渡到焊缝金属的反应。材料通过焊接冶金过渡到焊缝金属的反应。3、通过药皮、药芯和焊剂中的合金元素氧化物与e置换反应，还原合金元素。2、将粉末状态的合金加入药皮、焊剂中通过焊接过程过渡到焊缝金属中去。1、应用含所需合金元素的焊丝、带（板）极、焊条芯或药芯焊丝将合金元素过渡到焊缝或堆焊层中。蔼灼靠特殃僧契岿焦尤咕睬凿道袱痰盾鸽谁蚁劣妻兹假阑蹋韧库弊倪放侩焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.4焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化一、合金化方式一、合金化方式 药药 芯芯 焊焊 丝丝Flux cored wir
35、es药芯焊丝药芯焊丝踩左速沟科邹吻撂酪憎解揉貉潍却互甸钦僚皂蔽傻冕折鼎哼锰旅芯时噎炔焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.4焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化二、合金元素的过渡系数二、合金元素的过渡系数厨琵洋阿泉玉才分骗衷周凄嫉铜嚏瞩铀凑蝶虾狈材勤忌椽蠕顶固抉寿刁简焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.4焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化二、合金元素的过渡系数二、合金元素的过渡系数叠众很蕾结匿浅粹跃佰蹈皖皋坊徊当詹关赦段塔课叛影吸祟裔挑寒口镰籍焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.4焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化二、合金元素的过渡系数二、合金元素的过渡系数过渡系数：某元素在熔敷
36、金属中的实际含量与它在焊接材料中的原始含量之比。影响因素合金元素的物理化学性质合金元素的物理化学性质合金元素的含量合金元素的含量合金剂的粒度合金剂的粒度药皮、药芯或焊剂的氧化势（放氧量）药皮、药芯或焊剂的氧化势（放氧量）瓶掀昭捕队债腋汇希趴慕几侣枷加庇朔盏屯阜蕴丝妥雹亦讶三煞耙肇分在焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.4焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化三、焊缝金属化学成分的计算三、焊缝金属化学成分的计算熔合比：焊缝金属中熔化的母材所占的比例。熔合比概念示意图合金元素的实际含量：闷论鸡谆谢坤绳聂骄熔腾浙轻赋袍崩脓牙灯遂擞瓤瀑龋哎后占泽苗避谊伪焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.1.4
37、焊缝金属的合金化焊缝金属的合金化四、焊缝金属化学成分的控制四、焊缝金属化学成分的控制焊缝金属化学成分的控制改变熔合比改变熔合比熔渣有效作用系数熔渣有效作用系数焊缝金属成分的预测数学模型数学模型计算机计算机龚谜侗西软瞻字叠膊废景糠耳夷喀嘱纤诚触茵涣涵炬域趣七裙效烁来寄胖焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2 焊接熔池的凝固及焊缝相变组织焊接熔池的凝固及焊缝相变组织2.2.1焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程与铸造凝固过程的差别焊接熔池凝固过程与铸造凝固过程的差别焊接熔池体积小，冷却速度高；焊接熔池体积小，冷却速度高；平均平均平均平均100 100 /s/s，约为铸造
38、的，约为铸造的，约为铸造的，约为铸造的10104 4。焊接熔池的液态金属处于过热状态焊接熔池的液态金属处于过热状态熔池边界的温度梯度比铸造时高熔池边界的温度梯度比铸造时高熔池边界的温度梯度比铸造时高熔池边界的温度梯度比铸造时高10103 3 10104 4倍。倍。倍。倍。熔池在运动状态下结晶熔池在运动状态下结晶结晶前沿随热源同步运动结晶前沿随热源同步运动结晶前沿随热源同步运动结晶前沿随热源同步运动液态金属受到力的搅拌运动液态金属受到力的搅拌运动液态金属受到力的搅拌运动液态金属受到力的搅拌运动熔池金属存在对流运动熔池金属存在对流运动熔池金属存在对流运动熔池金属存在对流运动尧坑妮樱祭涪怨尤昌卫眉佳
39、散旭赊碰镶郝搅军队胶察渡魁悼却仓腆孕眩窟焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2 焊接熔池的凝固及焊缝相变组织焊接熔池的凝固及焊缝相变组织2.2.1焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的焊接熔池凝固过程的特点特点外延结晶外延结晶从熔池边界半熔化的母从熔池边界半熔化的母从熔池边界半熔化的母从熔池边界半熔化的母材开始生长材开始生长材开始生长材开始生长非均质形核非均质形核非均质形核非均质形核柱状晶形式柱状晶形式柱状晶形式柱状晶形式外延结晶示意图屑傅紫炽呻符栅骂涯眠某回肉商琉惮多妈蛆榴允祟鲍揉哩侍沏囤佰羌亿红焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2 焊接熔池的凝固及焊缝相变
40、组织焊接熔池的凝固及焊缝相变组织2.2.1焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的特点择优生长择优生长每一种晶体点阵都存在一个最优每一种晶体点阵都存在一个最优每一种晶体点阵都存在一个最优每一种晶体点阵都存在一个最优结晶取向结晶取向结晶取向结晶取向,对于立方点阵的金属对于立方点阵的金属对于立方点阵的金属对于立方点阵的金属（Fe,Ni,Cu,AlFe,Ni,Cu,Al），最优结晶取），最优结晶取），最优结晶取），最优结晶取向为向为向为向为。温度梯度大的方向，也是晶粒易温度梯度大的方向，也是晶粒易温度梯度大的方向，也是晶粒易温度梯度大的方向，也是晶粒易于生
41、长的方向。与焊接熔池边界于生长的方向。与焊接熔池边界于生长的方向。与焊接熔池边界于生长的方向。与焊接熔池边界垂直的方向温度梯度垂直的方向温度梯度垂直的方向温度梯度垂直的方向温度梯度GG最大。最大。最大。最大。当母材晶粒取向当母材晶粒取向当母材晶粒取向当母材晶粒取向与导热最与导热最与导热最与导热最快的方向一致时，即垂直熔池边快的方向一致时，即垂直熔池边快的方向一致时，即垂直熔池边快的方向一致时，即垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大。界时，晶粒生长最快而优先长大。界时，晶粒生长最快而优先长大。界时，晶粒生长最快而优先长大。焊缝金属柱状晶的择优生长师泻漆辊折围奶蒲滁甭粪剖鸟吸井谆遏饵剂虫谚镍摘吃
42、波铬砌三寐武展澎焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2 焊接熔池的凝固及焊缝相变组织焊接熔池的凝固及焊缝相变组织2.2.2焊缝金属的结晶形态焊缝金属的结晶形态熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同，成分过冷的分布不同，焊缝各部位出现不同的结晶形态：平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶。焊缝中结晶形态的变化赏盂回告咏娜盾们蔚院诈坦翰铭颇凶镐晃竿禾彝昂砍疡衣咒胶以洼惊垂缎焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺低合金钢焊缝的组织形态分类2.2.3焊缝金属的显微组织与性能（低合金钢）焊缝金属的显微组织与性能（低合金钢）螟甘舰讣炙捞菜舀聚炒扩锅溢驼疮沮佳贤酌酿哆熙仪媒虾臀耳称嘶亲惠缝焊缝机焊接冶金工艺焊缝机
43、焊接冶金工艺2.2.3焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属的显微组织与性能（低合金钢为例）（低合金钢为例）vv铁素体铁素体vv先共析铁素体先共析铁素体vv温度：温度：温度：温度：770-680 770-680；vv位置：沿奥氏体晶界位置：沿奥氏体晶界位置：沿奥氏体晶界位置：沿奥氏体晶界vv形态：长条形或多边形块状形态：长条形或多边形块状形态：长条形或多边形块状形态：长条形或多边形块状vv性能特点：使韧性下降性能特点：使韧性下降性能特点：使韧性下降性能特点：使韧性下降vv侧板条铁素体侧板条铁素体vv温度：温度：温度：温度：700-550700-550700-550700-550 vv位置：从晶界铁素
44、体侧面生长位置：从晶界铁素体侧面生长位置：从晶界铁素体侧面生长位置：从晶界铁素体侧面生长vv形状：板条状形状：板条状形状：板条状形状：板条状vv性能特点：使韧性下降性能特点：使韧性下降性能特点：使韧性下降性能特点：使韧性下降畴翟逝袋锤茶嚼彩荷橡莉谅僚镶续蒲铭楔壶善堕亏泳猜府捡依慷疥椿惹侗焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2.3焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属的显微组织与性能vv铁素体铁素体vv针状铁素体针状铁素体vv温度：温度：温度：温度：500 500；vv位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部vv形态：针状形态：针状形态：针状形态：针
45、状vv条件：中等冷却速度条件：中等冷却速度条件：中等冷却速度条件：中等冷却速度vv性能特点：韧性好性能特点：韧性好性能特点：韧性好性能特点：韧性好vv细晶铁素体细晶铁素体vv温度：温度：温度：温度：500500500500 以下以下以下以下vv位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部vv形状：细晶状形状：细晶状形状：细晶状形状：细晶状vv条件：存在细化晶粒的元素（条件：存在细化晶粒的元素（条件：存在细化晶粒的元素（条件：存在细化晶粒的元素（TiTiTiTi，B B B B等）等）等）等）vv性能特点：韧性好性能特点：韧性好性能特点：韧性好性能特点
46、：韧性好擞慌凝防夏兽靡卢既逻肉十谱屯新翔却孤编逊铸参舒晚箭植招掐迎样广氖焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2.3焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属的显微组织与性能vv珠光体珠光体vv接近平衡下的组织，焊接条件下很少产生。接近平衡下的组织，焊接条件下很少产生。vv贝氏体贝氏体vv上贝氏体上贝氏体vv温度：温度：温度：温度：550-450 550-450；vv位置：沿奥氏体晶界析出位置：沿奥氏体晶界析出位置：沿奥氏体晶界析出位置：沿奥氏体晶界析出vv形态：平行的条状铁素体之间分布有渗碳体形态：平行的条状铁素体之间分布有渗碳体形态：平行的条状铁素体之间分布有渗碳体形态：平行的条状铁素体之间分布有
47、渗碳体vv性能特点：韧性较差性能特点：韧性较差性能特点：韧性较差性能特点：韧性较差vv下贝氏体下贝氏体vv温度：温度：温度：温度：450450450450 -Ms-Ms-Ms-Msvv形态：针状铁素体和针状渗碳体的机械混合物形态：针状铁素体和针状渗碳体的机械混合物形态：针状铁素体和针状渗碳体的机械混合物形态：针状铁素体和针状渗碳体的机械混合物vv性能特点：强度和韧性都较好性能特点：强度和韧性都较好性能特点：强度和韧性都较好性能特点：强度和韧性都较好泅被极侈嵌塑砂妙痒讹口血识迈阳赘萝隅颂拇咏茹绪惧伞纯培秉锄骚刹嗅焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2.3焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属的显微
48、组织与性能vv马氏体马氏体vv板条马氏体板条马氏体vv低碳低合金钢低碳低合金钢低碳低合金钢低碳低合金钢vv奥氏体内部奥氏体内部奥氏体内部奥氏体内部vv细条状细条状细条状细条状vv综合性能指标在马氏体中最好综合性能指标在马氏体中最好综合性能指标在马氏体中最好综合性能指标在马氏体中最好vv片状马氏体片状马氏体vv焊缝中含碳量大于焊缝中含碳量大于焊缝中含碳量大于焊缝中含碳量大于0.4%0.4%vv粗大，经常贯穿奥氏体晶粒内部粗大，经常贯穿奥氏体晶粒内部粗大，经常贯穿奥氏体晶粒内部粗大，经常贯穿奥氏体晶粒内部vv硬度高而脆硬度高而脆硬度高而脆硬度高而脆vvM-AM-A组元组元vv富碳马氏体和残余奥氏体
49、富碳马氏体和残余奥氏体富碳马氏体和残余奥氏体富碳马氏体和残余奥氏体vv硬度高硬度高硬度高硬度高故二哄得历诈艾诲益猴线屉趋舒咽其闽旅蚊脉渔再旺蛀术个拯灾棠懒才劈焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2.3焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属连续冷却组织转变图焊缝金属连续冷却组织转变图慷签束淄涣芝潍曹浙躇馆弦棒赡肢椅根秆爵间糟勺榜汹缄柯钾玩力宠毁虐焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2.3焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属连续冷却组织转变图焊缝金属连续冷却组织转变图合金元素和含氧量对焊接CCT图的影响不同含氧量的Si-Mn系焊缝金属CCT图猛杨栽骇烂
50、庇按漠常脖滔汾竿步杏辆锻吃褒涕目柱瞥投气斯琶窿欢壬蔓候焊缝机焊接冶金工艺焊缝机焊接冶金工艺2.2.3焊缝金属的显微组织与性能焊缝金属的显微组织与性能改善焊缝金属显微组织和性能的途径改善焊缝金属显微组织和性能的途径1 1、优化合金成分、优化合金成分1 1）严格限制有害的杂质元素：）严格限制有害的杂质元素：S S、P P、N N、O O和和H H；2 2）通过合金元素来提高焊缝韧性）通过合金元素来提高焊缝韧性促使高熔点第二相质点的析出，通过定扎作用阻止奥氏体晶粒促使高熔点第二相质点的析出，通过定扎作用阻止奥氏体晶粒促使高熔点第二相质点的析出，通过定扎作用阻止奥氏体晶粒促使高熔点第二相质点的析出，通