焊接接頭形成

1、焊接接頭形成1、溫度場(chǎng)的基本概念溫度場(chǎng)一般地, 物體的溫度分布是坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。因此, 與重力場(chǎng)、速度場(chǎng)一樣, 物體中存在的溫度的場(chǎng), 叫做溫度場(chǎng), 即物體中各點(diǎn)溫度分布的的總稱。溫度場(chǎng)的分類若物體各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化, 這種溫度場(chǎng)稱為穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。若溫度隨時(shí)間而變化, 則稱為非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。等溫線、等溫面溫度場(chǎng)中同一瞬時(shí)溫度相同的各點(diǎn)連成的面稱為等溫面, 在任何一個(gè)二維的截面上等溫面表現(xiàn)溫等溫線。溫度梯度等溫線法線方向上的溫度變化率。焊接溫度場(chǎng)的影響因素(1) 熱源種類及規(guī)范(2) 被焊工件的熱物理性質(zhì) 1) 導(dǎo)熱系數(shù)； 2) 比熱容和容積比熱容； 3) 熱擴(kuò)散率； 4) 比熱焓； 5) 表

2、面散熱系數(shù)(3) 焊件的形態(tài)(4) 熱源作用時(shí)間和移動(dòng)速度焊接溫度場(chǎng)按熱源作用方式可分為以下幾類：2、焊接電弧簡(jiǎn)介§2.1 電弧的基本概念定義: 電弧是一種特殊的氣體放電現(xiàn)象，它是帶電粒子通過兩電極之間氣體空間的一種導(dǎo)電過程(電極與工件之間氣體介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間的放電現(xiàn)象)。作用: 實(shí)現(xiàn)了將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能和光能。電弧導(dǎo)電機(jī)制與金屬中自由電子定向移動(dòng)導(dǎo)電機(jī)制不同的是, 電弧中電子、正離子、負(fù)離子都參與導(dǎo)電, 是復(fù)雜的導(dǎo)電過程。分區(qū): 沿電弧方向電場(chǎng)強(qiáng)度分布不均勻, 分為三個(gè)區(qū)域: 陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)。(1) 陰極、陽(yáng)極區(qū)尺寸很小, 約為10-2-10-6cm(2) 電場(chǎng)分布的不均

3、勻性表明電弧電阻的非線性。§2.2 電弧的產(chǎn)熱1、弧柱產(chǎn)熱(約占總熱量的21%)帶電粒子(電子和正離子)在電場(chǎng)作用下, 將電能轉(zhuǎn)化成為熱能: 電子的運(yùn)動(dòng)速度比正離子運(yùn)動(dòng)速度大得多, 因而從電源吸取電能轉(zhuǎn)化為熱能的作用幾乎完全由電子來承擔(dān), 進(jìn)而將電能轉(zhuǎn)化為熱能:特征： (1) 單位弧長(zhǎng)弧柱的電能EI大小決定了弧柱產(chǎn)熱量的大小。(2) 電弧處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，弧柱的產(chǎn)熱與弧柱的熱損失(對(duì)流>80%,傳導(dǎo)和熱輻射: 20%)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。2、陰極區(qū)的產(chǎn)熱(約占總熱量的36%)陰極區(qū)靠近電極或者工件，其產(chǎn)熱直接影響焊接過程中電極或者工件所受到的熱的作用。陰極區(qū)有兩種粒子：電子和正離子

4、, 這兩種粒子不斷的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和消失, 同時(shí)伴隨著能量轉(zhuǎn)換與傳遞。但電子流占整個(gè)電流的99%以上, 所以電子流對(duì)于陰極產(chǎn)熱影響很大。Pk=IUk-IUw-IUTUk陰極壓降; Uw逸出電壓; UT弧柱溫度等效電壓 3、陽(yáng)極區(qū)的產(chǎn)熱(約占總熱量的43%) Pa=IUa+IUw+IUT 熱量主要用于對(duì)陽(yáng)極的加熱和陽(yáng)極的熱量損失。陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的熱量主要用于加熱填充材料或者焊件，是焊接過程可以直接 電弧溫度、電流密度和能量密度軸向分布示意圖利用的能量。§2.3 電弧的溫度分布電弧溫度、電流密度和能量密度軸向分布示意圖 TIG電弧溫度徑向分布示意圖(SUS304不銹鋼) §2.4

5、電弧的能量密度能量密度采用某熱源加熱工件時(shí), 單位面積上的有效熱功率, 單位為：W/cm2。*同一工藝在不同的位置上的能量密度也不同;*能量密度大的時(shí)候, 可有效利用熱源熔化金屬,并減小熱影響區(qū), 獲得窄而深的焊縫,有利于提高焊接生產(chǎn)率。3、焊絲(條)的加熱與熔化§3.1 焊絲的加熱、熔化*熔化極電弧焊：焊絲的熔化主要依靠陰極區(qū)(正接)或者陽(yáng)極區(qū)(反接)產(chǎn)生的熱量以及焊絲伸出長(zhǎng)度上的電阻熱?；≈鶇^(qū)產(chǎn)生的熱量對(duì)于焊絲的加熱熔化作用比較小。*非熔化極電弧焊：弧柱區(qū)產(chǎn)熱熔化焊絲。*熔化系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位電流時(shí)焊絲的熔化量g/(A.h)一、電弧熱陰極區(qū)：Pk=IUk-IUw-IUT I

6、(Uk-Uw) Uk陰極壓降; Uw逸出電壓; UT弧柱溫度等效電壓(電弧溫度6000K時(shí): 小于1V)。焊絲接負(fù)時(shí)：焊絲的加熱與熔化取決于(Uk-Uw)。很多因素影響陰極電子發(fā)射，即影響的Uk大小。陽(yáng)極區(qū)：Pa=IUa+IUw+IUTIUw Ua陽(yáng)極壓降(電流密度較大時(shí)：近似為0);Uw逸出電壓; UT弧柱溫度等效電壓(電弧溫度6000K時(shí)：小于1V )。焊絲接正時(shí)：主要取決于材料的電子逸出電壓和電流的大小。當(dāng)電流一定時(shí)，由于電子逸出電壓為常數(shù)，此時(shí)焊絲熔化系數(shù)為定值。熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)，焊絲材料為冷陰極材料，Uk>>Uw ，則Pk>Pw。所以同種材料，在相同電流的作用下，

7、焊絲作為陰極的產(chǎn)熱將比焊絲作為陽(yáng)極時(shí)產(chǎn)熱多。因?yàn)樯釛l件相近，所以焊絲接負(fù)(直流正接)時(shí)比焊絲接正(直流反接)時(shí)熔化快。二、電阻熱在自動(dòng)和半自動(dòng)焊時(shí)，從焊絲與導(dǎo)電嘴接觸點(diǎn)到焊絲端頭的一段焊絲（即焊絲伸出長(zhǎng)度，稱為干伸長(zhǎng)，用Ls表示）有焊接電流通過，所產(chǎn)生的電阻熱對(duì)焊絲有預(yù)熱作用，從而影響焊絲的熔化速度。特別是焊絲比較細(xì)和焊絲的電阻系數(shù)比較大時(shí)（如不銹鋼），這種影響更加明顯。 Rs=Ls /S PR=I2Rs電阻熱與干伸長(zhǎng)的電阻以及通過的電流有關(guān)。材料不同，則電阻率不同，相應(yīng)的電阻就會(huì)不同；因此在相同干伸長(zhǎng)，相同電流條件下，電阻熱也不同。*熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)，通常焊絲伸出長(zhǎng)度Ls1030mm，對(duì)

8、于導(dǎo)電良好的鋁和銅等金屬，PR與Pa或Pk相比很小，可以忽略不計(jì)；而對(duì)于鋼和鈦等材料，電阻率高， PR與Pa或Pk相比很大。*用于加熱和熔化焊絲的總熱量Pm是單位時(shí)間內(nèi)電弧熱和電阻熱提供的能量。§3.2 焊條的加熱、熔化SMAW: 加熱和熔化焊條的能量有: 電阻熱、電弧熱以及藥皮中的某些化學(xué)反應(yīng)熱, 但后者一般僅占13%, 可以忽略不計(jì)。焊條的加熱主要靠電弧熱, 電弧用于加熱和熔化焊條的功率Qe為: QeeUI 式中: e、U、I分別為焊條加熱有效系數(shù)、電壓和電流。焊條加熱有效系數(shù)取決于焊接規(guī)范、電流極性、藥皮成分和焊芯金屬的過渡形態(tài)。焊絲:e=0.310.35, 焊條:e=0.20

9、.27。Qe中有一部分能量用于熔化藥皮、焊芯端部液態(tài)金屬過熱以及傳導(dǎo)到焊芯里使其與藥皮溫度升高。 SMAW: 焊接電流通過焊芯時(shí)產(chǎn)生電阻熱, 將使藥皮溫度升高。焊芯和藥皮的加熱溫度取決于電流密度、焊芯電阻、焊芯的熔化速度、藥皮厚度及其成分等。*電流密度越大，焊芯達(dá)到溫升越高。調(diào)節(jié)焊接電流密度是控制焊芯加熱溫度的有效辦法。*焊芯的電阻越大，其溫升越高。*焊條熔化越快，加熱時(shí)間越短，其溫升越低。*藥皮的成分和厚度影響焊芯表面的散熱條件。藥皮厚度增加，藥皮表面的溫度直線下降，但增加了焊芯與藥皮之間的溫差，增加了藥皮開裂的傾向。研究表明，調(diào)整藥皮的成分，使焊條金屬由短路過渡變成細(xì)顆粒過渡，可提高焊條的

10、熔化速度，降低焊接終了時(shí)藥皮的溫度。焊條的藥皮一直是焊條研究的熱點(diǎn)，到目前為止焊條藥皮已有上萬個(gè)配方。 嚴(yán)格控制焊芯或藥皮的加熱溫度, 焊接結(jié)束時(shí), 焊芯的溫度不應(yīng)超過600650ºC。采用正常焊接規(guī)范, 藥皮表面溫升不大,但采用大電流密度施焊時(shí), 藥皮溫度升高, 將產(chǎn)生不良后果：*焊芯在電弧作用下熔化過分激烈, 飛濺增加;*藥皮開裂，或早脫落使電弧不穩(wěn)定燃燒;*藥皮組分之間過早發(fā)生發(fā)應(yīng)，喪失其冶金性能;*焊縫成形變壞，甚至產(chǎn)生缺陷。不銹鋼焊條比較短：不銹鋼電阻大。焊條的熔化速度是焊接生產(chǎn)效率重要的參數(shù), 試驗(yàn)表明, 焊條金屬的熔化速度是變化的: 由于電流對(duì)焊芯的預(yù)熱作用, 焊芯的熔

11、化速度將越來越快, 終了時(shí)要比開始時(shí)大30。因此, 焊條的熔化速度分為平均熔化速度和瞬時(shí)熔化速度。式中: gM、 p 、I分別為焊條金屬平均熔化速度、焊條的熔化系數(shù)和焊接電流。 p的意義為單位時(shí)間內(nèi)單位電流熔化的焊條金屬的質(zhì)量g/h·A。 熔化的焊條金屬并不是全部進(jìn)入焊縫，而是有一部分通過飛濺等方式損失掉，引入“平均熔敷速度”的概念，用“單位時(shí)間內(nèi)熔覆到焊縫金屬中去的那部分金屬的質(zhì)量”表示。式中: gD、 H 、I分別為焊條金屬平均熔化速度、焊條的熔敷系數(shù)和焊接電流。 電流密度較大時(shí)， P和H 都不是常數(shù)。 焊條的損失系數(shù)：如果藥皮中含有金屬添加劑，設(shè)其單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入焊縫的速度為 g

12、C, 則焊條的損失系數(shù)為： 藥皮中金屬添加劑可以減少焊芯金屬的損失。 焊條瞬時(shí)熔化速度取決于兩方面的因素:(1) 電弧在焊芯或焊絲端部析出的熱能, Ha (2) 通過熔滴傳遞到焊芯或焊絲內(nèi)的能量, Hc 提高焊條熔化速度的主要途徑:1. 增加電弧在焊條端部析出的熱功率;2. 獲得高頻細(xì)滴過渡傳到焊芯上的能量減少;3. 使電弧活性斑點(diǎn)位于固態(tài)焊絲與熔滴的界面處有效加熱;4. 在藥皮中加入鐵粉或其他金屬添加劑;5. 適當(dāng)增加電阻熱的作用預(yù)熱。4、熔滴過渡§4.1 熔滴定義、研究意義熔滴過渡的定義：電弧焊時(shí)，焊絲的末端在電弧的高溫作用下加熱熔化，形成的熔滴通過電弧空間向熔池轉(zhuǎn)移的過程，稱為

13、熔滴過渡。焊絲形成的熔滴作為填充金屬與熔化的母材共同形成焊縫。因此，熔滴的過渡過程將對(duì)焊接過程和焊縫質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。熔滴過渡的研究意義熔滴過渡直接影響焊接過程的穩(wěn)定性、飛濺程度、焊縫成形的優(yōu)劣和焊接缺陷產(chǎn)生的可能性;(工藝性能)熔滴的形態(tài)、長(zhǎng)大時(shí)間、比表面積和溫度對(duì)金屬與熔渣和氣體的相互作用過程具有強(qiáng)烈影響;(物理冶金性能)在一定條件下改變?nèi)鄣芜^渡的特性可以調(diào)節(jié)焊接熱輸入，從而可以控制焊縫金屬的結(jié)晶過程，改變HAZ的尺寸和性能;(冶金過程)調(diào)整熔滴過渡可以提高焊絲的熔化速度。(生產(chǎn)效率)§4.2 熔滴上的作用力1、表面張力在焊條端頭上主要保持熔滴的作用力。R熔滴半徑; 表面張力系

14、數(shù)與材料成分、溫度、氣體介質(zhì)等因素有關(guān)平焊時(shí)，表面張力阻礙熔滴過渡，因此只要能使F減小的措施，都有利于平焊時(shí)的熔滴過渡。*減小熔滴尺寸:使用小直徑焊絲可以達(dá)到減小表面張力的目的;*減小表面張力系數(shù):(1) 在液滴上加入有少量表面活性物質(zhì)。液態(tài)鋼中，最大的表面活化物質(zhì)是O和S，純鐵被氧飽和后，表面張力系數(shù)由1220×10-3 N/m變?yōu)?030×10-3N/m。(2) 增加熔滴溫度會(huì)降低金屬的表面張力系數(shù)，從而減小熔滴尺寸。2、重力當(dāng)焊絲直徑較大而電流較小時(shí), 在平焊位置的情況下, 使熔滴脫離焊絲的力主要是重力。重力大于表面張力時(shí), 熔滴就要脫離焊絲。: 熔滴密度; R: 焊

15、絲半徑立焊和仰焊時(shí), 重力阻礙熔滴過渡。電磁力電流通過熔滴時(shí), 導(dǎo)體(熔化焊條件下, 焊絲-熔滴-電極斑點(diǎn)-弧柱之間)的截面是變化的, 將產(chǎn)生電磁力的軸向分力, 其方向總是從小截面指向大截面, 此時(shí)電磁力可以分為徑向和軸向兩個(gè)分力。電磁力對(duì)熔滴過渡的影響取決于電弧形態(tài):(1) 若弧根面積籠罩整個(gè)熔滴，此處的電磁力促進(jìn)熔滴過渡；(2) 若弧根面積小于熔滴直徑，此處電磁力形成斑點(diǎn)壓力的一部分阻礙熔滴過渡。 1.焊絲, 2、4.電磁軸向分力, 3.電流線, 5.電弧等離子流力由于電弧推力引起高溫氣流的運(yùn)動(dòng)形成的力。電流較大時(shí)，高速等離子氣流將對(duì)熔滴產(chǎn)生很大的推力，使之沿焊絲軸線方向運(yùn)動(dòng)，亦即等離子流

16、力總有是有利于熔滴過渡。斑點(diǎn)壓力電極形成斑點(diǎn)時(shí)，受到電子(反接)或正離子(正接)的撞擊力、金屬蒸發(fā)反沖作用力以及電磁收縮力等力的作用而形成斑點(diǎn)壓力。斑點(diǎn)面積比較小的時(shí)候，斑點(diǎn)壓力常常阻礙熔滴過渡；斑點(diǎn)面積比較大的時(shí)候，籠罩整個(gè)熔滴，斑點(diǎn)壓力促進(jìn)熔滴過渡。熔滴爆破力當(dāng)熔滴內(nèi)部因冶金反應(yīng)而生成氣體或者含有易蒸發(fā)金屬時(shí), 在電弧高溫的作用下, 使氣體體積膨脹而產(chǎn)生的內(nèi)壓力, 致使熔滴爆炸而過渡, 這一內(nèi)壓力稱為熔滴爆破力。熔滴爆破力促進(jìn)熔滴過渡，但產(chǎn)生飛濺。電弧的氣體吹力在SMAW中，焊條藥皮中的造氣劑、碳元素氧化而形成的從電弧根部吹向工件的力。此力有利于熔滴過渡。電弧力只有在焊接電流較大的時(shí)候,

17、才對(duì)熔滴過渡起主要作用, 此時(shí), 高速等離子流力對(duì)熔滴產(chǎn)生很大的推力, 使之沿軸線方向運(yùn)動(dòng)。電流小時(shí), 重力和表面張力對(duì)熔滴過渡起主要作用。§4.3 熔滴過渡的主要形式按照熔滴過渡形式可分為3類: 自由過渡 接觸過渡 渣壁過渡自由過渡：熔滴經(jīng)電弧空間自由飛行，焊絲的端頭和熔池不發(fā)生直接接觸。主要發(fā)生在GMAW中。主要有以下幾種類型：接觸過渡：焊絲端部的熔滴與熔池的表面通過接觸而過渡。主要有短路過渡和搭橋過渡兩種類型。(1)短路過渡: 在GMAW中，焊絲短路并重復(fù)引燃電弧，這種接觸過渡成為短路過渡。(2)搭橋過渡: 在GTAW中，焊絲作為填充金屬，與工件之間不引燃電弧。渣壁過渡與渣保護(hù)

18、有關(guān)，發(fā)生在埋弧焊時(shí)，熔滴從熔渣的空腔壁上流下。兩種類型:沿熔渣殼過渡：發(fā)生在SAW。沿套筒過渡：發(fā)生在SMAW。熔滴過渡的特征參數(shù) mtr過渡熔滴的質(zhì)量; m0焊條端部殘留熔化金屬的質(zhì)量; f過渡頻率(次/s)；過渡周期(s, =1/f ); me過渡周期臨近終了時(shí)熔滴的質(zhì)量 (me=m0+mtr) 熔滴的比表面積熔滴的比表面積式中: Fg-熔滴的表面積; Vg-熔滴的體積; -熔滴密度。熔滴比表面積取決于其形狀和尺寸。熔滴越細(xì)小, 其比表面積越大, 一般S103104cm2/kg。凡使熔滴變細(xì)的因素, 如增大電流密度、藥皮中加入活性物質(zhì), 都可以增大熔滴比表面積。 對(duì)熔滴與氣相、熔渣間的冶

19、金反應(yīng)有很大影響，這是引入比表面積的主要目的。 熔滴的溫度與熱焓熔滴的溫度是研究熔滴階段各種物理化學(xué)反應(yīng)時(shí)不可缺少的重要參數(shù)。迄今為止，還不能從理論上精確計(jì)算熔滴溫度。實(shí)際測(cè)量表明, 對(duì)手工電弧焊焊接低碳鋼而言, 熔滴的平均溫度為2100一2700K。試驗(yàn)表明，熔滴的平均溫度隨焊接電流的增加而升高，隨焊絲直徑的增加而降低。目前主要測(cè)量方法有: 測(cè)熱法、熱電偶法、光學(xué)高溫計(jì)法。熔滴的溫度熔滴脫落的平均溫度與焊接電流、電壓電流極性、藥皮厚度和成分等因素有關(guān)。*電流增大，溫度升高；*焊絲直徑增大，溫度降低；*電壓增大，溫度升高；*正極性焊接熔滴的溫度比反極性低。5、熔池的形成§5.1 熔池

20、的形狀與尺寸熔池的定義在電弧作用下，母材上由熔化的填充金屬與局部熔化的母材組成的具有一定幾何形狀的液體金屬叫熔池。如不填充金屬，則熔池僅由局部熔化的母材組成。熔池的形成*熔池的形成需要一定時(shí)間à過渡時(shí)期。*經(jīng)過過渡時(shí)期以后，進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)定時(shí)期，此時(shí)熔池形狀、尺寸和質(zhì)量不再變化，只取決于母材的種類和焊接工藝條件，并隨熱源作同步運(yùn)動(dòng)。*熔池的形狀與尺寸在電弧焊的條件下，準(zhǔn)穩(wěn)定時(shí)期熔池的形狀類似于不標(biāo)準(zhǔn)的(雙)半橢球體。熔池的寬度和深度沿X軸連續(xù)變化。在一般情況下, 隨著電流的增加，而最大深度Hmax增大, 隨著電弧電壓的增加, Bmax增大。熔池的形狀與尺寸熔池的長(zhǎng)度L可由下式估算： LP2

21、UI式中: P2為比例系數(shù)。試驗(yàn)證明，P2取決于焊接方法和焊接電流。*熔池的形狀和大小主要由電弧的熱作用及其對(duì)熔池的作用力決定;*在電弧壓力作用下熔池表面出現(xiàn)凹坑;*熔滴過渡機(jī)械沖擊力對(duì)熔池的表面形狀也有影響;*空間位置不同，重力、表面張力對(duì)熔池的作用不同;*工藝方法、焊接參數(shù)也影響熔池的尺寸;§5.2 熔池的質(zhì)量與存在的時(shí)間熔池的質(zhì)量(1) 手弧焊時(shí)熔池的重量通常在0.6-16g范圍之內(nèi)，多數(shù)情況下小于5g 。(2) 埋弧焊低碳鋼時(shí)，即使焊接電流很大，熔池的質(zhì)量也不超過100g。熔池存在的時(shí)間熔池在液態(tài)時(shí)存在的最大時(shí)間取決于熔池的長(zhǎng)度L和焊速v: tmax=L/v。§5.

22、3 熔池的溫度*熔池的平均溫度主要取決于母材的性質(zhì)和散熱的條件。對(duì)低碳鋼來講,熔池的平均溫度約為1770士100。§5.4 熔池中的流態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)熔池中的液體金屬在各種力的作用下，將發(fā)生強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)。正是這種運(yùn)動(dòng)使得熔池中的熱量和質(zhì)量的傳輸過程得以進(jìn)行。*溶池中液態(tài)金屬的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，使熔化的母材和焊條金屬夠很好的混合，形成成分均勻的焊縫金屬。 *熔池中的運(yùn)動(dòng)有利于氣體和非金屬夾雜物的外逸，加速冶金反應(yīng)，消除焊接缺陷(如氣孔)，提高焊接質(zhì)量。 *在液態(tài)金屬與母材交界處，液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)受到限制，因此在該處常出現(xiàn)化學(xué)成分的不均勻性。 §5.5 焊接過程中熔池金屬的保護(hù)一、保護(hù)的必要性為

23、了提高熔化焊焊縫金屬的質(zhì)量，就必須盡量減少焊接過程中焊縫金屬中有害雜質(zhì)的含量和有益的合金元素的燒損，從而保證焊縫金屬得到合適的化學(xué)成分。因此焊接化學(xué)冶金的首要任務(wù)就是對(duì)焊接區(qū)域熔化的金屬加強(qiáng)保護(hù)，以免受到空氣的有害作用。 焊接化學(xué)冶金是在保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行的！二、保護(hù)的方式機(jī)械隔離保護(hù)方式: 把熔化金屬和空氣隔開。熔渣: 埋弧焊(SAM)、電渣焊(ESW)氣體: GTAW，GMAW，CO2、PAW熔渣氣體: 手工焊(SMAW)，自保護(hù)藥芯焊（FCAW）真空: 電子束焊（EBW）自保護(hù)方式（冶金化處理）在焊材中加入脫氧、脫氮?jiǎng)?，通過某些冶金反應(yīng)，使得焊縫中的有害雜質(zhì)進(jìn)入熔渣§5.6 焊接化

24、學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)一、焊接化學(xué)冶金過程的特點(diǎn)與普通的化學(xué)冶金過程不同的是，焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域（或階段）連續(xù)進(jìn)行的，且各區(qū)的反應(yīng)條件有較大的差異。不同的焊接工藝方法有不同的反應(yīng)區(qū)域：二、藥皮反應(yīng)區(qū)溫度: 100藥皮熔點(diǎn)（鋼焊條為1200）反應(yīng): 脫水及固態(tài)藥皮物質(zhì)的分解和分解產(chǎn)物間的反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為氣體和熔渣。(1) 脫水反應(yīng)*吸附水的蒸發(fā)(T100)*結(jié)晶水和化合水開始分解(T300400)(2) 有機(jī)物的分解反應(yīng)（T200 250）木粉、纖維素、淀粉等有機(jī)物分解和燃燒。(3) 礦物質(zhì)的分解反應(yīng)碳酸鹽: 大理石àCaCO3, 菱苦土àMgCO3;高價(jià)氧化物: 赤鐵礦

25、4;Fe2O3, 錳礦àMnO2。礦物質(zhì)分解反應(yīng)形成CO2和O2等氣體。 結(jié)果:(1) 對(duì)熔化金屬形成保護(hù)作用;(2) 先期脫氧鐵合金的氧化先期脫氧藥皮加熱分解產(chǎn)生的自由氧等，使藥皮中的鐵合金（錳鐵，硅鐵等）發(fā)生一定的氧化，從而降低了氣相對(duì)金屬的氧化。這一過程也稱為“先期脫氧”。三、 熔滴反應(yīng)區(qū)從熔滴的形成、長(zhǎng)大到過渡至熔池中都屬于熔滴反應(yīng)區(qū)。特點(diǎn)：*熔滴溫度高: 18002400 *熔滴的比表面積大: 100010000cm2/kg，比煉鋼時(shí)大1000倍*各相之間反應(yīng)時(shí)間短: 0.010.1s*熔滴與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈的混合熔滴反應(yīng)區(qū)為冶金反應(yīng)最激烈的部位。主要物化反應(yīng)有：*氣體的高度分

26、解*氫氣和氮?dú)獾募ち胰芙?激烈的增氧反應(yīng)氣氛中二氧化碳、水蒸氣和氧氣的直接氧化熔渣中(FeO)向熔滴中的分配(擴(kuò)散)氧化熔渣中(MnO)、(SiO2)的置換氧化合金化過程藥皮、焊劑、焊芯中的合金劑元素能使熔滴強(qiáng)烈地合金化。*低沸點(diǎn)元素的蒸發(fā) 四、熔池反應(yīng)區(qū)：熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池熔池反應(yīng)的物理?xiàng)l件(1) 溫度較熔滴低： 1600-1900 (2) 比表面積較?。?1300 cm2/kg(3) 反應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)： 3-8S（SMAW）(4)熔池反應(yīng)的物理?xiàng)l件特點(diǎn)：a）溫度分布極不均勻，熔池前部和后部反應(yīng)可同時(shí)向相反方向進(jìn)行如前部發(fā)生金屬熔化、氣體吸收，有利于吸熱反應(yīng)進(jìn)行；后部發(fā)生金屬凝固

27、、氣體逸出，有利放熱反應(yīng)進(jìn)行。b）熔池金屬有規(guī)律地對(duì)流和攪拌運(yùn)動(dòng)有助于加快反應(yīng)速度，為氣體和非金屬夾雜物的逸出提供有利條件。熔池反應(yīng)的化學(xué)條件a）熔池中反應(yīng)物的濃度與平衡濃度之差比熔滴階段小在其他條件相同的情況下熔池中的反應(yīng)速度比熔滴要小。b）當(dāng)藥皮重量系數(shù)Kb較大時(shí)，參與和熔池金屬作用的熔渣數(shù)量比參與和熔滴金屬作用的數(shù)量多。藥皮重量系數(shù)單位長(zhǎng)度上藥皮與焊芯的質(zhì)量比。臨界藥皮重量系數(shù)？c）熔池反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)物質(zhì)是不斷更新的新熔化的母材、焊芯和藥皮不斷進(jìn)入熔池前部，凝固的金屬和熔渣不斷從熔池后部退出反應(yīng)區(qū)。在焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定的條件下，物質(zhì)的更替可以達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，從而得到成分均勻的焊縫金屬。與熔滴反應(yīng)區(qū)相比, 熔池內(nèi)反應(yīng)速度比熔滴階段要慢, 且在整個(gè)反應(yīng)過程中的貢獻(xiàn)也較小。焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域連續(xù)進(jìn)行的，在熔滴階段進(jìn)行的反應(yīng)多數(shù)在熔池階段將繼續(xù)進(jìn)行，但也有的停止反應(yīng)甚至改變反應(yīng)方向