第二章焊接冶金与焊接汇报材料
第二章焊接冶金与焊接材料
几个概念
（1）焊接冶金：
熔化焊时，伴随着金属熔化、凝固、固态相变以及形成接头等过程，焊接区的熔化的金属、熔渣与气体三者间所进行的一系列化学反应过程以及金属的结晶相变过程总称为焊接冶金过程。
它研究焊接化学冶金与焊接物理冶金的基本规律，为制订各种金属材料的焊接工艺建立必要的理论基础。它对焊缝的化学成分和焊接质量（包括接头的力学性能、物理化学性能、金相组织及有无裂纹、气孔等工艺缺陷）有着决定性的影响。
（2）焊接冶金过程的特点：
①电弧区温度高——可达6000～8000℃；
②熔池体积小，存在时间短——成分布均匀；
③熔池金属不断更新；
④反应接触面大，搅拌激烈；
⑤反应时间短——0.01～0.1s。
（3）焊接化学冶金：
熔焊过程中，焊接区各种物质之间在高温下相互作用的过程，称为焊接化学冶金过程，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。
（4）焊接物理冶金过程：
研究焊接条件下材料的物理冶金问题，对材料受焊后的组织、性能、化学成分的变化和产生缺陷的原因进行分析，为进一步提高焊接质量、防止各种焊接缺陷（特别是裂纹）提供理论依据。
2.1 焊接化学冶金过程的任务与特点
2.1.1 几个基本概念
（1）母材金属：被焊金属材料的统称。
（2）填充金属：焊芯或焊丝。焊条是指药皮里面的焊芯，其它熔化焊方法中指焊丝。
（3）熔敷金属：完全由填充金属熔化后所形成的焊缝金属。由于熔滴在落入熔池过程中与周围的熔渣和气体发生了激烈的冶金反应，所以它的成分和填充金属的有很大的不同。
（4）焊缝：熔敷金属与熔化的母材金属激烈反应混合，构成熔池的液态金属，冷却凝固后即形成焊缝。
（5）熔合比（稀释率）：熔池中母材金属所占比例称熔合比。焊缝的成分取决于熔合比大小，熔合比数值与焊接方法、焊接规、接头型式、坡口形式及母材热物理性质有关。当焊接异种金属或合金堆焊时，熔合比又可称为“稀释率”。
2.1.2焊接化学冶金的任务
（1）首要任务就是对金属加强保护，防止有害气体的作用
（2）焊接化学冶金的第二个任务就是对熔化金属进行冶金处理
2.1.3 焊接化学冶金的特点
普学冶金过程是对金属熔炼加工过程，在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。
（1）二者共同点：金属冶炼加工。
（2）不同点：
①原材料不同
普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。
焊金材料：焊条、焊丝、焊剂等。
②目的不同
普冶：提炼金属；
焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能
焊接冶金和普学冶金相比也有它的特殊性，其中最重要的特点是：焊接冶金反应是分区连续进行的——分区表示反应区不仅熔池一处，连续表示各区反应依次连续进行；各区的反应条件（反应物的性质和浓度、温度、反应时间、相接触面积、对流和搅拌运动等）也有较大差异。
2.1.
3.1 药皮反应区
温度围从100℃到药皮的熔点（钢焊条约为1200℃）。也就是说，在焊条端部的固态药皮中就开始发生物化反应，主要是水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。
2.1.
3.2熔滴反应区
是指从熔滴形成、长大、过渡到高速飞入熔池前这一阶段。该区有以下特点：（1）熔滴的温度高——1800～2400℃；
（2）各相之间的反应时间（接触时间）极短——平均时间0.01-1S；
（3）熔滴金属与气体和熔渣的接触面积大——熔滴的比表面积（熔滴表面积与质量之比）要比炼钢时大1000倍，可达1000～10000 cm2/kg；
（4）熔滴金属与熔渣发生强烈的混合，所以冶金反应最强烈，对焊缝成分影响最大。
在熔滴反应区进行的主要物化反应有：气体的高度分解；氮和氢的激烈溶解；强烈的增氧与渗合金；金属的蒸发；去氢反应等。
2.1.
3.3 熔池反应区
指熔滴和熔渣落入熔池后，同熔化的母材混合，与此同时各相进一步发生物化反应，直至金属凝固，形成焊缝这一阶段。 与熔滴反应区相比，该区具有如下特点：
（1）平均温度低（1600～1900℃，低于熔滴温度）； （2）比表面积小（3～130cm 2/kg ）；
（3）反应时间稍长（手工焊3～8秒，埋弧焊6～25秒）；
（4）搅拌没有熔滴阶段激烈，不过比炼钢要强烈的多，而且它反应的结果决定了焊缝最终的成分和性能；
（5）熔池的突出特点之一是温度分布极不均匀：
2.2 焊接熔渣
焊接冶金过程是包括金属、熔渣、气体三者在的一个体系，熔渣是其中一个极为重要的因素，这一节主要介绍熔渣的作用和熔渣的物理化学性质两方面。 2.2.1 熔渣的作用
熔渣在焊接冶金过程中的作用主要有以下三个： ⑴ 机械保护作用
⑵ 改善焊接工艺性能的作用 ⑶ 冶金处理作用 2.2.2 熔渣的组成
钢焊条的熔渣是由各种氧化物及其盐类组成的，碱性焊条和焊剂形成的渣中还含有氟化物。
焊接熔渣中的氧化物按其性质可分为三类：
①酸性氧化物——按酸性由强变弱的顺序有SiO 2、TiO 2、P 2O 5等； ②碱性氧化物——按碱性由强变弱的顺序有K 2O 、Na 2O 、CaO 、 MgO 、BaO 、MnO 、FeO 等；
③中性氧化物——Al 2O 3、Fe 2O 3、Cr 2O 3等。这些氧化物是呈酸性还是呈碱性，决定于熔渣的性质。在强酸性渣中它呈弱碱性，在强碱性渣中它呈弱酸性。 2.2.3 熔渣的物化性质 2.2.3.1
熔渣的碱度
碱度是衡量熔渣酸碱性的指标，是熔渣的重要化学性质，其它物化性质都与碱度由密切关系，它可以反映熔渣的冶金反应能力和物理性质。
熔渣的碱度的定义可以表示为：
∑∑=
酸性氧化物的摩尔分数碱性氧化物的摩尔分数B （2-1）
为计算方便，氧化物含量也可以改为质量百分比：
∑∑≈
酸性氧化物％碱性氧化物％
B （2-2）
根据B 值就可以将熔渣分为酸性渣和碱性渣。当B>1.3时为碱性渣；当B<1.3时为酸性渣。酸性渣的焊条我们称为酸性焊条，碱性渣的焊条我们称为碱性焊条。它们的冶金性能、焊接工艺性能以及焊缝的成分和性能都有显著不同。
但利用上面的计算公式实际计算出来的B 值是不准确的，因为它既没有考虑到氧化物酸性和碱性的强弱程度，也没有考虑酸性氧化物与碱性氧化物形成复合物的情况。
比较精确的计算公式是：
)
(3.0017.0)
(007.0)(014.0006.0015.0018.0322222221O Al ZrO TiO SiO FeO MnO O K O Na CaF MgO CaO B +++++++++=
（2-3）
式中的氧化物以质量百分比计算。当B 1大于1时为碱性渣，小于1时为酸性渣，等于1时为中性渣。
这个公式计算起来比较麻烦，所以清华大学的伯蠡教授建议采用下列修正式：
)(3.0)
(4.0322222221O Al ZrO TiO SiO CaF FeO MnO O K O Na MgO CaO B +++++++++=
（2-4）
当B 1大于1.5时为碱性渣，小于1.0时为酸性渣，1～1.5时为中性渣。 2.2.3.2
熔渣的粘度
熔渣粘度是指液态渣部相对运动时各层之间产生的摩擦力（在单位速度梯度下，作用在单位面积上的摩擦力），它的单位是帕秒（Pa·S），用η表示。粘度的倒数φ=1/η叫流动性，粘度越小，流动性越大。
粘度是焊接熔渣重要的物理性质之一，对渣的保护效果、飞溅、焊接操作性、焊缝成型、熔池中气体的外逸、合金元素在渣中的残留损失、化学反应的活泼性等都有显著的影响。粘度过大，渣冶金反应能力降低，焊缝成形不良且易产生气孔等缺陷；粘度过小，渣覆盖性差，降低保护效果，焊缝成形差且不能全位置焊。
粘度变化的影响因素
熔渣的粘度决定于温度和渣的成分。 （1）温度的影响 温度与粘度的关系为RT
E
Ae ＝η，其中：A 为取决于熔渣本性的常数；E 为质
点移动所需要的活化能；R 为气体常数；T 为绝对温度。
（2）熔渣成分的影响
焊钢用熔渣的粘度在1500℃左右时为0.1～0.2 Pa·S 比较合适。
2.2.
3.3表面力
熔渣的表面力实际上是熔渣与气相接触时的比表面能，而熔渣和金属间的比表面能称为界面力。它们对熔滴过渡、焊缝成型、脱渣性及冶金反应等都有很大影响。比如，熔渣的表面力大的话会阻碍熔滴过渡，因为熔滴大。
2.2.
3.4密度ρ
熔渣的密度影响熔渣在熔池金属中的浮出速度。密度越小，渣轻越容易浮出，不易产生夹渣。
2.2.
3.5线膨胀系数
它主要是影响脱渣性。渣的线膨胀系数与焊缝金属的相差越大，越容易脱渣。
2.2.
3.6熔化性（熔点、凝固温度围）
一般：焊芯的熔点>药皮的熔点>熔渣的熔点
温度差值：△T=100-200℃。
2.3 焊缝金属中的气体夹杂
2.3.1氢对金属的作用及控制
一般熔焊时总是或多或少的氢与金属发生作用，而且氢是与所有金属都能够发生作用的活泼元素。对于大多数金属，氢是有害的，它是造成广泛采用的低合金高强钢焊接结构出现氢脆、冷裂纹、氢气孔等缺陷的最主要原因。
2.3.1.1氢的来源
（1）焊材中的水分
（2）药皮中的有机物
（3）焊丝和母材坡口表面上的铁锈、油污
（4）电弧周围空气中的水分
2.3.1.2 氢在金属中的溶解
对于氢氧氮这样的双原子气体来说，必须分解为原子或离子才能溶于金属。
一定温度下，气体在金属中的最大含量称为此气体的溶解度（氢的溶解度用表示）。氢在铁中的溶解度与温度的关系见图2-1。
S
H
图2-1 氮、氢在铁中的溶解度与温度的关系
（
kPa
P
P
kPa
P
P
e
e
F
H
F
N
101
101
2
2
=
+
=
+或
）
从图2-1中可以看出：
（1）液态铁中
当T<2400℃时，随温度升高，氢的溶解度增大（T↑→S
H
↑）。
（2）在液固转变点
氢的溶解度发生突变，急剧下降。这往往是造成氢气孔的主要原因。
（3）固态组织的相变
氢在不同晶体结构中的溶解度是不同的，一般在面心立方晶格的奥氏体钢中的溶解度要比体心立方晶格的铁素体+珠光体钢中的溶解度要大。
2.3.1.3 氢在固态金属中的扩散
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，所以称为“扩散氢”。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，所以称为“残余氢”。由于扩散，所以焊后随放置时间增加，扩散氢减少，残余氢增多，总氢量降低。
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的三大因素之一。
扩散氢的测定方法有甘油法、水银法、气相色谱法等，其中最常用的是甘油法。
2.3.1.4 氢的作用结果（对焊接质量的影响）
氢几乎对所有的金属焊接都有害，氢的有害作用可分为两种：暂态现象——脆化、白点，经时效、热处理可消除；永久现象——气孔、冷裂纹，不可消除。
⑴氢脆（氢致塑性损失）
氢脆是氢在室温附近使钢的塑性指标（如延伸率和断面收缩率）严重下降的现象。
氢脆是溶解在金属晶格中的氢引起的。在焊缝拉伸过程中，金属中的位错发生运动和堆积，结果形成显微空腔。与此同时，溶解在金属晶格中的原子氢不断沿着位错运动的方向扩散，最后聚集在显微空腔，结合为分子氢。这个过程的发展使空腔产生很高的压力，导致金属变脆。
⑵白点（fisheye，鱼眼）
是含氢量高的碳钢或低合金钢焊缝，在拉伸或弯曲试件断面上出现的银白色
圆形斑点。许多情况下，白点的中心有小夹杂物或气孔，好象鱼眼一样，所以又称为鱼眼。白点是在塑性变形过程中产生的，使焊缝塑性严重下降。
“诱捕理论”解释：焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙，好象“陷阱”一样捕捉氢原子，并在其中结合成氢分子，在拉伸试验中“陷阱”中的氢分子被吸附。由于塑性变形新产生的微裂纹表面上，分解成原子氢，原子氢扩散到微裂纹金属晶格，引起金属脆化。
⑶氢气孔
因为在焊接过程中如果熔池吸收了大量的氢，那么在它结晶时由于溶解度的
反应发生。反应生成的分子突然下降，使氢处于过饱和状态，这将促使2H=H
2
氢不溶于金属，于是在液态金属中形成气泡。当气泡外逸速度小于结晶速度时，就在焊缝中形成气孔。
⑷冷裂纹
冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度产生的一种裂纹，危害很大。
2.3.1.5控制氢的措施
（1）限制氢的来源
①合理选择药皮原材料
②严格烘干焊接材料
③气保护焊时，限制保护气中的含水量，必要时可采取去水、干燥等措施。
④清除焊丝和焊件表面上的油、锈、吸附水等杂质。可以采取机械或化学方法清除。为防止焊丝生锈，许多国家都采用表面镀铜处理。
（2）冶金措施
①提高气相的氧化性（OH夺H）
②氟化物除氢（HF夺H）
③药芯或药皮中加入微量稀土元素
（3）工艺措施
焊接规对[H]也很有影响。
①电流
一般，由于I↑→电弧温度高，氢分解度大；熔滴温度高，氢溶解度大，所以[H]↑
②电压
电压U↑→弧长↑→熔滴与H作用时间↑→[H]↑→应短弧操作
③电流的种类和极性
直流反接（试件接负极，焊把接正极）氢量最少，交流最多。
④焊速
焊速对焊缝中的总含氢量没有影响，但对扩散氢与总氢量的比值有很大影响。
（4）焊后脱氢处理
焊后加热焊件，促使氢扩散外逸，从而减少接头中含氢量的工艺叫做脱氢处理。
焊后将焊件加热到350℃保温一小时，或加热到250℃保温6-8小时，可促使大部分氢扩散逸出。
2.3.2 氮对金属的作用及控制
2.3.2.1 氮的来源
焊接周围的空气是电弧气相中氮的主要来源。尽管焊接时采取了保护措施（药皮保护、气保护等），但总有或多或少的氮侵入焊接区，与熔化金属发生作用。
2.3.2.2 氮的作用
根据氮与金属的作用特点，可分为两种情况进行讨论：
①与氮不发生作用的金属，如铜和镍等，它们既不溶解氮，又不形成氮化物。所以焊接这些金属时可以用氮气作为保护气体。
②与氮发生作用的金属，如铁、锰、钛、硅、铬等，它们既溶解氮，又形成氮化物。所以焊接这些金属及其合金时就要防止焊缝金属的氮化。
2.3.2.3 氮在金属中的溶解
氮在铁中的溶解度随温度的变化关系见图2-1。可以看出，和氢相似，在液态铁中2200℃下随温度升高氮溶解度增大，2200℃以上迅速减小到0；液固转变（也就是液体凝固）时溶解度突降，在固态铁中氮在不同晶格铁中的溶解度也不同。其中液固转变时溶解度突降这一点是造成氮气孔的主要原因。
2.3.2.4 氮对焊接质量的影响
（1）氮气孔
（2）机械性能
提高焊缝金属的强度、硬度，降低塑性和韧性（特别是低温韧性）。
（3）时效脆化（随时间延长，强度增高而塑韧性下降的现象）
焊缝金属中过饱和的氮处于不稳定状态，随时间延长过饱和的氮逐渐析出，
N，从而强度上升而塑韧性下降。
形成稳定针状氮化物Fe
4
2.3.2.5 控制措施
（1）加强保护，防止空气与液态金属接触
（2）工艺措施
①采用短弧焊。
②增大焊接电流。
③采用直流反接。
（3）冶金措施
①增加焊丝或要皮中的碳含量
②加入钛、铝、锆和稀土等与氮亲和力大的合金元素
2.3.3 氧对金属的作用及控制 2.3.3.1 氧的来源
（1）弧气中的氧化性气体O 2、CO 2和水蒸气。 （2）氧化性熔渣（含FeO 、MnO 、SiO 2）
（3）焊丝、工件表面的锈（含Fe 2O 3）、氧化铁（Fe 3O 4） 2.3.3.2 氧在金属中的溶解
氧是以原子氧和FeO 两种形式溶于液态金属中的，由于FeO 中也只有一个氧原子，所以金属中两种形式的含氧量都可用[O]表示。氧在液态铁中溶解度与温度的关系也是溶解度随温度的升高而升高。在液态铁中加入合金元素时，随合金元素的增加氧的溶解度下降。
在铁冷却过程中，氧的溶解度急剧下降。在凝固温度（1520℃）其溶解度为0.16%，而在室温下α铁中几乎不溶解氧（<0.001%）。所以，焊缝金属和钢中所含的氧几乎全部是以氧化物和硅酸盐夹杂物的形式存在。焊缝含氧量一般是指总含氧量而言，它既包括溶解的氧，也包括非金属夹杂物中的氧。 2.3.3.3 氧对焊接质量的影响
焊缝中的氧不论以何种形式存在，对焊缝的性能都有很大的影响： （1） 降低焊缝的力学性能
[O]↑→焊缝的强度、塑性、韧性↓↓ ，尤其低温冲击韧性急剧下降 （2）增加焊缝的冷脆与热脆敏感性
（3）降低焊缝导电性、导磁性、耐蚀性等物化性能 （4）使焊缝中有益的合金元素烧损，并造成飞溅和气孔。 2.3.3.4 氧的控制措施 （1）纯化焊接材料
（2）工艺措施（正确选择焊接规） （3）冶金脱氧
2.4 焊缝金属化学成分的控制
??
?
??合金）焊缝金属的合金化（渗用与控制硫、磷对焊缝金属的作化与还原焊接化学冶金过程的氧
2.4.1 焊接化学冶金过程的氧化与还原 2.4.1.1 金属的氧化
焊接时金属的氧化是在各个反应区通过氧化性气体（如O 2、CO 2、H 2O 等）、熔渣以及坡口表面上的氧化物与金属相互作用实现的。
（1）氧化性气体对金属的氧化
① 自由氧对金属的氧化
[Fe]+1/2O 2=FeO+26.97 kJ/mol [Fe]+O=FeO+515.76 kJ/mol
② CO 2对金属的氧化
CO 2=CO+1/2O 2 2[Cr]+3CO=(Cr 2O 3)+3[C]
③ H 2O 对金属的氧化
H 2O 气+[Fe]=[FeO]+ H 2
（2）活性熔渣对金属的氧化
活性熔渣对金属的氧化可分为两种基本形式：扩散氧化和置换氧化，置换氧化是金属氧化的主要途径。
①扩散氧化
焊接钢时，由于FeO 既能溶于渣又能溶于液态钢，所以它能在钢液和熔渣间进行扩散。在一定温度平衡时，它在两相中的浓度应符合：L=(FeO)/[FeO]
在温度不变的情况下，当增加熔渣中FeO 的浓度(FeO)时，(FeO)/[FeO]大于分配系数L ，扩散平衡被破坏，渣中的FeO 就会向钢液中扩散，这个过程就是扩散氧化。可以看出，由于(FeO)/[FeO]>L 是发生扩散氧化的条件，所以L 越小扩散氧化越容易发生。已经证明温度越高，L 越小，所以扩散氧化主要是在温度高的熔滴阶段和熔池高温区进行。
扩散氧化过程需要一定的时间，所以它不是金属氧化的主要途径。 ②置换氧化
置换氧化又叫渗锰渗硅增氧反应，是渣中的活性氧化物MnO 、SiO 2与钢液间发生置换氧化反应：
][)(][][)(FeO FeO FeO Mn Fe MnO +=+ ][)(2][][)(2FeO FeO FeO
Si Fe SiO +=+
置换氧化是吸热反应，所以主要发生在熔滴区和熔池高温区，是金属氧化的主要途径。
（3）焊件表面氧化物对金属的氧化
2Fe(OH)2＝Fe 2O 3+3H 2O Fe 2O 3+［Fe ］＝3FeO Fe 3O 4+[Fe]=4FeO
2.4.1.2
脱氧反应
（1）对脱氧剂的要求
用于脱氧的元素或铁合金叫脱氧剂。为达到脱氧目的，脱氧剂应满足下列要求：
①脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大。
②脱氧的产物应不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属的密度，同时应尽量使脱氧产物处于液态。
③必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能及工艺性能的影响。
④成本尽量低。
（2）脱氧反应
①先期脱氧
先期脱氧发生在药皮反应区。
Fe
2O
3
+ Mn = MnO+2FeO
FeO + Mn = MnO + FeO MnO
2
+ Mn = 2MnO
2CaCO
3 + Ti＝TiO
2
+2CaO + 2CO
2CaCO
3 + Si = SiO
2
+ 2CaO + 2CO
先期脱氧的效果取决于脱氧剂对氧的亲和力、它的粒度、氧化剂与脱氧剂的比例、焊接电流密度、伸出长度等因素。
②扩散脱氧
它是扩散氧化的逆反应，发生在液态金属与熔渣界面，以分配定律为理论基础。当(FeO)/[FeO]>分配系数L时，发生扩散氧化，温度升高L值减小有利于扩散氧化进行，所以扩散氧化发生在熔滴区以及熔池头部高温区，另外碱性渣也有利于扩散氧化进行。扩散脱氧和扩散氧化相反，当(FeO)/[FeO] <分配系数L时，发生扩散脱氧，温度降低L值增大有利于扩散脱氧进行，所以扩散脱氧发生在熔池尾部低温区，另外酸性渣有利于扩散脱氧进行。
由于扩散脱氧发生在温度较低的熔池尾部，熔渣与金属的粘度大，而且时间短，所以扩散脱氧不是脱氧的主要途径。扩散脱氧的优点是不会因脱氧而造成夹杂。
③沉淀脱氧（置换脱氧）
这是置换氧化的逆反应。它的原理是利用溶于液态金属中的脱氧剂和[FeO]反应，把铁还原，而且要求脱氧产物浮入渣中。沉淀脱氧比先期脱氧进行的彻底，是最重要的脱氧方法。下面介绍几种常见的脱氧反应：
碳脱氧
[C]+[FeO]=CO↑+[Fe]
锰脱氧
[Mn]+[FeO]=(MnO)+[Fe]
硅脱氧
[Si]+2[FeO] =(SiO
2
)+2[Fe]
硅锰联合脱氧
2.4.2 硫、磷对焊缝金属的作用和控制
2.4.2.1 硫的危害与控制
（1）硫的危害
硫是钢中的有害杂质之一，当它以FeS形式存在时危害最大。它容易发生偏析，以低熔点共晶Fe+FeS(熔点985℃)和FeS+FeO(熔点940℃)的形式呈片状或链状分布在晶界上，这样就增加了焊缝金属产生结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧性和抗腐蚀性。
（2）控制硫的措施
可以从限制来源、采取冶金措施两方面加以考虑，以“限”为主。
⑴限制来源
焊缝中的硫主要来源有三个：
⑵冶金脱硫
方式有三种：
①元素脱硫
[FeS]+[Mn]=(MnS)+[Fe]
②熔渣脱硫
[FeS]+(MnO)=(MnS)+(FeO)
[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)
[FeS]+(MgO)=(MgS)+(FeO)
③稀土
2.4.2.2 磷的危害与控制
（1）磷的危害
磷在多数焊缝中都是一种有害的杂质，存在形式以Fe
2P和Fe
3
P为主。和硫
一样，磷也是在液态铁中溶解度大，在固态铁中溶解度很小，金属发生液固转变时，磷在晶界偏析形成磷化铁。磷化铁可以和铁、镍形成晶界低熔点共晶相
（Fe
3P+Fe：1050℃，Ni
3
P+Ni：880℃），促使金属热裂；即使不形成低熔点共晶
相，由于磷化铁本身硬而脆，所以磷化铁的存在又会促使冷脆。
（2）控制磷的措施
由于磷一旦进入液态金属，脱磷就相当困难，比脱硫效果还差，所以控制[P]应以“限”为主。脱磷反应分为两步：
①将磷氧化生成P
2O 5
②使之与渣中的碱性氧化物生成稳定的磷酸盐
2[Fe
3P]+5(FeO)+3(CaO)= (CaO)3·P
2
O
3
+11[Fe]
2[Fe
3P]+5(FeO)+4(CaO)= (CaO)4·P
2
O
3
+11[Fe]
2.4.3 焊缝金属的合金化（渗合金）
所谓合金化，就是把需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中去的过程。
2.4.
3.1 合金化的目的
⑴补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因所造成的合金元素的损失。 ⑵消除焊接缺陷（气孔、裂纹等），改善焊缝金属的组织和性能。 ⑶获得具有特殊性能的堆焊金属。
所以，研究焊缝金属的合金化具有非常重要的意义。 2.4.3.2 合金化的方式
常用的合金化方式有以下几种： （1）应用合金焊丝（或带极、板极） （2）应用药芯焊丝或药芯焊条 （3）应用合金药皮或粘接焊剂 （4）应用合金粉末 （5）置换氧化 2.4.3.3 合金过渡系数η
（1）概念
合金过渡系数等于某种合金元素在熔敷金属中的实际含量与它的原始含量之比，也就是：η=[Me]实/[Me]始
某种合金元素在熔敷金属中的实际含量[Me]实可以用仪器直接测出来，而它的原始含量需要经过计算获得，
[Me]始=d[Me]母材+(1-d)（[Me]焊丝+K b [Me]药皮）
式中：d 为熔合比，即在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例；K b 为药皮质量系数（药皮质量/焊丝质量）或焊剂熔化率（焊剂熔化量/焊丝质量）。 合金过渡系数通常小于1，且
药
丝母材ηηη>>。
（2）影响过渡系数的因素
①合金元素的物化性质 ②合金元素的含量 ③合金剂的粒度 ④药皮（或焊剂）的成分 ⑤药皮重量系数 K b ↑，η↓ ⑥过渡的途径：
药
丝母材ηηη>>
⑦焊接方法：一般，
2
CO
SMAW SAW ηηη>>
2.5 焊接接头的组织和性能
焊接接头包括焊缝、熔合区及HAZ三部分（图2-2）。
图2-2 焊接接头示意图
1-焊缝；2-熔合区；3-HAZ；4-母材
熔池金属从液态凝固到室温，一般要经历两次组织变化：由液态转变为固体的凝固过程称为一次结晶；当温度降到相变温度后发生的组织转变称为二次结晶或固态相变，常温下的焊缝金相组织就是二次结晶组织。
2.5.1 焊缝金属的凝固组织
2.5.1.1 焊接熔池凝固的特殊性
（1）熔池体积小、冷却速度快。
（2）熔池中的金属处于过热状态
（3）熔池是在运动状态下结晶
2.5.1.2 熔池凝固的特点
（1）联生结晶
焊接条件下，一般是以熔合区附近加热到半熔化状态的母材晶粒表面为现成表面，开始形核，并且以柱状晶的形态向焊缝中心生长。这种依附母材半熔化晶粒为现成表面，并与柱状晶粒形成共同晶粒的凝固方式称为联生结晶或外延结晶。
（2）择优生长
柱状晶生长时它的长大趋势不同，当母材半熔化晶粒的晶格位向（晶体最易长大方向）与最大温度梯度方向（散热最快的方向）一致时，有利于柱状晶的生长。
（3）偏向晶与定向晶
柱状晶的生长方向和焊速还有关系。在一般焊速下，柱晶是呈朝焊缝中心生长并向焊接方向前倾的弯曲形态，称为偏向晶，焊速越慢，柱晶前倾的越厉害。如果相反，焊接速度很高，那么柱晶生长方向基本不变，它是垂直与焊缝金属边界对向生长，从而形成定向晶。
2.5.1.3 焊缝凝固组织的形态
焊缝中的晶体形态主要是柱状晶和少量等轴晶。柱状晶的微观形态又分为平面晶、胞状晶、胞状树枝晶和树枝晶。如果钢中合金元素含量增大、液态熔池温度梯度降低或熔池凝固速度增大时，焊缝凝固组织就趋向于向等轴晶发展。如高速焊时在焊缝中心易形成等轴晶；弧坑处液相少，合金浓度高且凝固速度快，也容易形成等轴晶。
2.5.1.4 焊缝的凝固偏析
焊缝金属在结晶过程中，由于冷却速度快，已经凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，这就出现了凝固偏析。偏析严重，可能会导致气孔、热裂纹和夹渣等缺陷。
一般焊缝中的偏析主要有三种：
（1）枝晶偏析（微观偏析）
（2）区域偏析（宏观偏析）
区域偏析是指整个焊缝围的成分不均匀性。在柱晶生长中，熔池边缘先凝固，低熔点共晶物以及杂质被赶向熔池中心最后凝固形成宏观偏析。因为整个焊缝中心富集了低熔点物质，所以焊缝冷却收缩时就容易沿焊缝中心裂开，产生宏观的纵向裂纹。微观偏析导致产生的是沿晶开裂。
图2-3 不同形状焊缝的区域偏析
（3）层间偏析
图2-4为层状偏析的情况，经过腐蚀的焊缝横断面上存在层状偏析轮廓线，它和熔合线轮廓平行，而且越靠近熔合线，层状线越密越清晰。层状偏析会导致焊缝力学性能不均匀，而且沿层状线容易产生气孔和结晶裂纹。
图2-4 层状偏析示意图
2.5.1.5 焊缝金属的一次结晶组织
（1）一次结晶形态对焊缝性能的影响
焊缝一次结晶组织的形态对焊缝的性能影响很大，因为一次结晶组织如果粗大的话，后面发生固态相变时转变成的组织晶粒也会粗大，一次结晶过程中产生的化学成分偏析等现象不会消失。
（2）一次结晶组织的改善
①冶金措施
②工艺措施
a、焊后热处理
b、多层焊
c、振动结晶
2.5.2 焊缝金属的固态相变
2.5.2.1 低碳钢焊缝的二次组织
低碳钢的含碳量低（≤0.125%），焊缝的二次组织就是由铁素体加少量珠光体构成的。铁素体沿原奥氏体晶界析出，具有一次组织的柱状轮廓，称先共析铁素体，晶粒十分粗大，有时呈粗大的氏组织，使得焊缝的冲击韧性大大降低。
改善组织条件：
1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶组织破坏。
2 )焊后热处理：加热A3+20~30℃，柱状晶消失。
3)冷却速度：冷却速度↑，珠光体的比例增多且珠光体组织细化，强度、硬度↑，但塑性↓
2.5.2.2 低合金钢焊缝的二次组织
根据低合金钢焊缝的成分和焊接时的冷却条件，低合金钢焊缝可能会出现铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体四种转变，其中铁素体转变占主要地位。
2.5.2.3 改善焊缝二次组织的途径
改善二次组织是提高焊缝性能的重要途径生产上采用的方法很多，常用的方法有：
（1）焊后热处理
（2）多层焊
（3）锤击焊缝表面
（4）跟踪回火
2.5.3焊接热循环
2.5.
3.1 焊接热循环的概念
在焊接热源作用下，焊件上某点温度随时间的变化过程称为焊接热循环。
图2-5 焊接HAZ不同部位的热循环特点
2.5.
3.2 特征参数
⑴加热速度ω
H
⑵峰值温度T P
⑶高温停留时间t H
⑷冷却速度ωc
2.5.
3.3 影响焊接热循环的因素
⑴线能量E
表示单位长度焊缝从移动热源处获得的能量，E=36UI/V（J/cm），其中V是焊接速度（m/h）。
⑵预热温度T
⑶接头形式和尺寸
⑷焊件尺寸
⑸焊道长度
⑹多层或多道焊
2.5.4 热影响区金属的组织和性能
焊接时HAZ上各点距焊缝的远近不同，它们所经历的焊接热循环也就不同，最终导致组织和性能不同。
2.5.4.1 焊接热影响区的固态相变特点
（1）加热温度高；
（2）加热速度快；
（3）高温停留时间短；
（4）自然条件下连续冷却；
（5）局部受热。
2.5.4.2 不易淬火钢的HAZ
对于一般常用的低碳钢和16Mn、15MnV、15MnTi等低合金钢，根据组织上的特征，HAZ可分为四个区（图2-6）：
⑴熔合区
熔合区是母材与焊缝交界的部位，微观显示是母材半熔化的区域（温度处在母材的固液相线之间）。
⑵过热区
这个区的温度围是固相线以下到1100℃左右。在这个温度围，奥氏体晶粒发生严重的长大，冷却之后就得到粗大的组织，在气焊和电渣焊条件下，还常出现氏组织。
⑶正火区（相变重结晶区）
焊接时母材金属被加热到A
以上的部位，铁素体和珠光体体全部转化为奥
C3
氏体，发生重结晶，随后在空气中冷却就会得到均匀细小的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织。这个区的塑韧性都比较好。
⑷不完全重结晶区（部分相变区）
焊接时处于A
C1～A
C3
之间围的热影响区就属于不完全重结晶区。因为只有珠
光体那一部分发生了相变重结晶，冷却下来成为晶粒细小的铁素体和珠光体，而另一部分始终没能溶入奥氏体的铁素体就成为粗大的铁素体。所以，这个区的特点是晶粒大小不一，组织不均匀，因而机械性能不均匀。
图2-6 焊接热影响区的温度分布与状态图的关系
a)热影响区的组织分布 b)铁碳状态图 c)热循环
（图中T m为峰值温度，T G为晶粒长大温度）
⑸再结晶区
当母材焊前经过冷塑性变形（如冷轧钢板、冷弯、冷冲压等），则加热到500℃～Ac
1
的区域将形成再结晶区。冷塑性变形后晶格歪扭或破碎的晶粒又回复为原来的等轴晶粒，加工硬化现象消除，强度与硬度降低而塑性与韧性增加，成为接头中的一个软化区。
2.5.4.3 易淬火钢的HAZ
这类钢包括低碳调质高强钢（18MnMoNb）、中碳钢（如45号钢）和中碳调质高强钢（30CrMnSi），焊接热影响区的组织分布与母材焊前的热处理状态有关。如果母材焊前是正火或退火状态，焊后热影响区的组织分布见图2-7。
⑴完全淬火区
焊接时热影响区处于A
C3
以上的区域，加热时常温下的组织完全转化为奥氏体。由于这类钢的脆硬倾向大，所以焊后将得到淬火组织（马氏体）。
⑵不完全淬火区
母材被加热到A
C1到A
C3
之间围的热影响区。在快速冷却条件下，铁素体很少
溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转化为奥氏体。随后快速冷却时，奥氏体转化为马氏体。原铁素体保持不变并有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体组织。当含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和珠光体。
⑶回火区
如果母材在焊前是调质状态（淬火+回火），那么焊接热影响区的组织，除了上述的两个区以外，还存在一个回火区。
2.6 焊缝中的气孔与夹杂
气孔和夹杂是焊接生产中经常遇到的一种缺陷，对焊接接头的质量影响很大，会削弱焊缝的有效工作断面，还会引起应力集中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和疲劳强度更为不利，有时气孔和夹杂还会引起裂纹。2.6.1 焊缝中的气孔
2.6.1.1 气孔的类型和分布特征
焊缝中能形成气孔的气体不外有两类：
第一类：高温时某些气体溶于熔池金属中，当结晶和相变时，气体的溶解度突然下降而来不及逸出残留在焊缝部的气体，比如氢和氮。
第二类：由于冶金反应产生的不溶于金属的气体，如CO和H
2
O等。
⑴氢气孔
多数情况下，氢气孔出现在焊缝的表面上，气孔的断面形状如同螺钉状，在焊缝的表面看呈喇叭口形，而且气孔的壁光滑。有个别残存在部，以小圆球状存
在。
产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在部，发生了氢的过饱和，而氢具有较大的扩散能力，极力挣脱现成表面，上浮逸出，最终形成具有喇叭口形的表面气孔。
⑵氮气孔
和氢相似，气孔也多出现在焊缝表面，但多数情况下是成堆出现，和蜂窝相似。氮气孔的产生主要是由于保护不好，有较多的空气侵入熔池造成的。如果焊接正常，生产中氮气孔很少出现。
⑶CO 气孔
正常情况下，CO 气孔沿结晶方向分布，象条虫子卧在焊缝部。
形成原因：焊接碳钢时，由于冶金反应产生大量的CO ，在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝部形成气孔。 2.6.1.2 气孔的形成机理
气孔的产生过程由三个相互联系又彼此不同的阶段组成，也就是：气泡形核、长大和上浮（浮出：无气孔；浮不出：气孔）。焊接条件下，容易满足气孔产生的条件。
⑴气泡形核
气泡的形核至少需要具备两个条件：
①液态金属中有过饱和的气体（重要条件）
②具备形核所需的能量（有现成表面存在，可以大大降低能量消耗） ⑵气泡的长大
气泡长大的条件是：P h >P a +P c = P a +2σ/r
一般情况下，气泡核的半径很小，不容易满足上面的条件，所以气泡很难长大，但是在焊接熔池中，由于有许多现成表面，使气泡呈椭圆形而不是圆形，曲率半径增大，从而使气泡长大的条件满足。
⑶气泡上浮
平衡时：气液
液现
气现
δ
δ
δ
θ-=
cos
分析：
当θ<90°：有利于气泡上浮，气泡形成的快，完全脱离现成表面。 当θ>90°：由于形成细颈过程需要时间，结晶速度较大时，就会形成气孔。 即：θ↓→cosθ↑→气泡易脱离现成表面
↓
↓↑气液液现气现δδδ→cosθ↑→ θ↓→气泡易脱离现成表面。
焊接过程控制程序文件
焊接过程控制程序 1目的和使用范围 为了保证焊接施工处于受控状态，确保工程焊接质量，特制定本程序。 本程序适用于公司建筑安装和压力容器、锅炉、压力管道的焊接 施工。 Q/ZS21003-2009 文件控制程序 记录控制程序 人力资源管理程序 施工生产过程控制程序 施工机具装备管理程序 2职责 焊接技术中心是负责焊接控制的归口管理部门，各单位技术部门负责实 施。 3工作程序 焊接工艺流程控制见图 1。 4焊工 4.1凡在公司各工程（车间）施焊的焊工应服从公司的统一管理，焊工合格证“聘用情况” 的“聘用 单位”栏应该公司公章， “法人代表”栏应有法人代表签字或盖章。 4.2焊工上岗前应取得与所焊项目相应的资格。 4.3参加国外引进项目施工的焊工， 还应根据有关文件指定的标准进行考核， 考核合格后上 岗。 4.4各单位焊工管理人员应建立焊工台账，并按时向公司焊接技术中心申请焊工资格考试。 4.5公司焊接技术中心按照有关标准规定进行焊工资格培训考试工作， 并负责按标准规定办 理焊工资格证件。 4.6焊工考试资料由公司档案科归档。 4.7焊工资格失效前1 — 3个月焊工应重新考试。 4.8首次参加考试或参加公司首次选用的焊接方法、钢材、焊接材料考试的焊工，应先参加 培训在进 行考试。 4.9考试合格的焊工只能担任合格项目的范围内的焊接工作。 有技术人员负责安排、 焊接检 验员监督检查。 4.10 焊接技术中心负责建立公司焊工资格台账。 5焊接材料 5.1焊接材料应放在干燥通风良好的仓库内贮存保管。焊材库内控制温度在 5摄氏度以上， Q/ZS21004-2009 Q/ZS20901-2009 Q/ZS20401-2009 Q/ZS20701-2009 焊接施工前准备
(机械)(焊接)焊接冶金学(基本原理)习题
焊接冶金学（基本原理）习题 绪论 1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？ 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？ 4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？ 5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？ 6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？ 7.什么是焊接，其物理本质是什么？ 8.焊接冶金研究的内容有哪些 第一章焊接化学冶金 1.焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？ 2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？ 3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ 6.手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？ 7.氢对焊接质量有哪些影响？ 8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？ 9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。 10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？ 11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？ 12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？ 13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？ 14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。 15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？ 16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？ 17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？ 18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。 19.综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。 20.什么是焊接化学冶金过程，手工电弧焊冶金过程分几个阶段，各阶段反应条件有何不同，主要进行哪些物理 化学反应？ 21.什么是熔合比，其影响因素有哪些，研究熔合比在实际生产中有什么意义？
焊接作业管理程序
焊接作业管理程序 （版本：1）
目录 前言 1范围 2 职责 3 程序 3.1 作业流程 3.2 文件准备 3.3 作业人员控制 3.4 焊材控制 3.4.1 焊材的采购 3.4.2 焊材的储存 3.4.3 焊材的烘干 3.4.4 焊材的发放和领用 3.5 母材控制 3.6 设备控制 3.7 安全环境控制 3.8 工艺质量控制 3.9 焊接质量检验、验收 4 过程指导和监测 5 记录
6 相关文件
前言 为了对宁海国华电厂二期项目的焊接材料、焊接过程及焊接的安全进行有效管理，明确各单位各部门的职责，特制定本程序。 本程序起草人：张家刚 本程序会审人： 本程序审核人： 本程序批准人： 本程序于2007年1月1日发布，自发布之日起实施。 本程序由浙江火电宁海电厂二期项目工程部负责解释。
1 范围 本程序规定了焊接作业文件、焊接人员、焊接材料、作业环境及设备管理等的基本要求，适用于宁海国华电厂#5机1000MW工程项目的焊接施工和管理。 2 职责 2.1 焊接技术人员负责编制焊接工艺卡、作业指导书等焊接文件，并制订相应的作业风险控制计划(RCP)。 2.2 项目质量控制部是焊接管理工作具体实施的监督部门，并负责： 2.2.1 编制焊接质检计划和实施计划，负责焊接质量的全过程控制及相关质量措施的实施； 2.2.2 参与焊接技术措施的审定，深入工程实际监督有关技术措施的实施，及时制止违章作业并及时报告有关部门； 2.2.3 确定受检焊缝或检验部位，签发焊口日检通知单，记录并监督检验质量，负责工程质量统计； 2.2.4 掌握焊工技能状况，检查焊工合格证，对违章作业或作业质量不稳定的焊工有权停止其焊接工作。检查热处理工合格证； 2.2.5 组织焊接质量外观检验和最终质量验收。 2.3 焊接与检测工程公司负责焊接工艺评定、焊工的培训、考试、发证及证件管理，并负责现场无损检测及金属试验工作。 2.4 人力资源部负责热处理人员的组织培训、焊工资质审查、证件管理。 2.5 施工单位负责焊接、热处理的现场实施，组织焊工上岗前的考试，并对焊接、热处理设备进行日常维护和保养。 2.6 安全保卫部门负责组织配置现场消防设备和安全标志，组织现场安全检查、监督。 2.7 经理工作部负责组织焊接、热处理、无损检测人员的定期健康检查和健康档案管理。 3程序 3.1 作业流程 3.1.1 焊接作业应执行《ZHDB 308001 施工过程控制程序》中的有关要求。 3.1.2 焊接作业控制流程见图1。
焊接化学冶金
焊接化学冶金 第一节焊接化学冶金过程特点 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。 要点：各种物质包括气体、液态金属、熔渣。 普通化学冶金过程是对金属熔炼加工过程，在放牧特定的炉中进行。 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。 二者共同点：金属冶炼加工。 不同点： 1）原材料不同。 普冶材料：矿石、焦炭、废钢铁等。 焊金材料：焊条、焊丝、焊剂等。 2）目的不同 普冶：提炼金属；焊冶：对金属再熔炼，以满足构件性能。 一、焊条熔化及熔池的形成 （一）焊条的加热及熔化 1、焊条的加热 所用热能有电阻热、电弧热、化学反应热。 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻热。
电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。 化学反应热：药皮部分化学物质化学反应时产生的热量。1）电阻加热 手工电弧焊，小电流时电阻热不是主要的；大电流时电阻热是主要的，过大，造成危害。一是焊条药皮脱落、开裂；二是化学元素损失，冶金性能变化；三是熔化过分激烈，飞溅严重；四是焊缝成型来好，易产生缺陷。 自动焊、半自动焊时，适当增加电流密度和焊丝伸出长度，提高熔化速度。 2）电弧热 真正用于使焊条加热和熔化的热能。焊接电弧用于加热和熔化焊条的功率为 qe=ηe UI ηe—焊条加热有效系数，取决于焊接规范，电流极性、焊条药皮成分、金属过渡形式。 手工电弧焊时ηe为0.2—0.27 2、焊条金属的熔化速度 焊条金属的平均熔化速度 g M=G/t =αp I αp为焊条熔化系数 焊条金属的平均熔敷速度 g D=G D/t=αH I
αH为焊条的平均熔敷速度，体现了生产率的大小。 损失系数 Ψ=(G-G D)/G=(g M-g D)/g D=1-αH/αP αH=(1-Ψ) αP 3、焊条金属熔滴及过渡特性 1）熔熵过渡形式 短路过渡、颗粒过渡、附壁过渡、射流过渡、旋转射流过渡。 碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡；酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。 2）熔滴的比表面积和作用时间 熔滴的比表面积S：熔熵的表面积与其质量之比。 S=Ag/ρVg=4ДR2/(4/3ДR3ρ)=3/Rρ 熔滴的比表面积是相当大的，S=1000—10000Cm3/kg I↑,R↓,S↑，利于冶金反应进行。 熔滴的平均作用时间是指熔滴的平均质量与一个周期内焊芯的平均熔化速度之比。 τcp=m cp/g cp=(m0+0.5m tr)/m tr/τ=(m0/m tr+0.5) τ τcp=0.01—1.0s 3）熔滴的温度 实测手工电弧焊碳钢焊条：2100-2700K，熔渣平均温度：1600C0
焊接冶金学习题总结
焊接冶金学（基本原理） 部分习题及答案 绪论 一、什么是焊接，其物理本质是什么？ 1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。 2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。 二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 1、对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2、对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？ 钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。 1.温度场定义，分类及其影响因素。 1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。 2、分类： 1)稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动； 2)非稳定温度场——温度场各点随时间而变动； 3)准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。 3、影响因素： 1)热源的性质 2)焊接线能量 3)被焊金属的热物理性质
a.热导率 b.比热容 c.容积比热容 d.热扩散率 e.热焓 f.表面散热系数 4)焊件厚板及形状
第一章 二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？ 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。(100-1200℃) 1)水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高 温度下析出 2)某些物质分解:形成Co，CO2，H2O，O2等气体 3)铁合金氧化：先期氧化，降低气相的氧化性 2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 1)温度高：1800－2400℃ 2)与气体、熔渣的接触面积大：1000－10000 cm2/kg 3)时间短速度快：；熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合. 3、熔池反应区 1)反应速度低 熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s 2)熔池温度不均匀的突出特点 熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应 3)具有一定的搅拌作用 促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。然而，没有熔滴阶段激烈。 三、焊接区内有那些气体？它们是怎样产生的？ 1、种类：金属及熔渣蒸气 2、来源： 1)焊接材料 2)气体介质
焊接控制程序
焊接控制程序 1 范围 本程序明确了压力容器现场组焊工程的焊接工艺评定、焊工、焊接材料、焊接设备、焊接管理、焊缝返修、产品焊接检查试板等工作程序、职责、权限的一般规定。 本程序适用于FCC所从事的压力容器现场组焊的焊接过程控制。 2引用文件 FCC/QM02-2005《压力容器质量保证手册》 FCC/VP02-2005 《文件和资料控制程序》 FCC/VP03-2005《材料控制程序》 FCC/VP16-2005《质量记录控制程序》 FCC/QG05.10-2005《焊工考试管理规定》 3职责 3.1 本程序由技术处主办，质量处、人力资源处等有关处室协办。 3.2 设备安装工程公司及项目经理部负责本单位（项目）的焊工管理和焊接过程管理。 3.3压力容器现场组焊的焊接控制由项目焊接责任工程师负责。 4 管理内容 4.1 焊接工艺评定 4.1.1 项目焊接责任工程师进行专业审图后，根据《钢制压力容器焊接规程》（JB/T4709）的要求，查阅FCC压力容器用《焊接工艺评定汇编》，编写压力容器焊接施工技术文件中的“焊接工艺卡”，报项目质保工程师审批后执行。FCC《焊接工艺评定汇编》中未列入的新材料的焊接工艺评定，应向FCC技术处办理焊接工艺评定开发申请，FCC焊接责任工程师审核后向焊接培训站办理焊接工艺评定委托。 4.1.2 焊接培训站的焊接工程师根据《焊接工艺评定申请委托书》编制“焊接工艺指导书”（WPS），进行焊接工艺评定，并负责将评定后的“焊接工艺评定报告”（PQR）连同试件及焊材的质量证明书、焊接记录、热处理记录、无损检测报告和理化试验报告等汇编成册，经FCC焊接责任工程师审核后，报FCC压力容器质保工程师批准。 4.1.3 经批准的PQR原件由FCC技术处存档保管，经PQR验证合格的WPS在FCC范围内通用，改变附加因素而增加的试验数据，可对PQR进行补充，但需按上述4.1.2条重新审批。 4.1.4 FCC技术处每年根据经批准的PQR发布FCC《焊接工艺评定汇编》增补文件，项目焊接责任工程师根据《焊接工艺评定汇编》选择压力容器现场组焊所需的焊接工艺评定。 4.2 焊工管理 4.2.1从事压力容器主体、受压部件焊接的焊工必须按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》的规定考试合格，取得和施焊位置相应的焊接资格后才能从事相应位置的焊接
焊材管理程序
文件受控号：ENG-OPE-006_2 焊接材料管理程序 编制： 审核： 批准： 发布日期：年月日 南京汉瑞交通技术有限公司
文件更改履历 修订状态修改条款修改人修改日期 A 首版发行龚维
1 目的 建立起焊接材料（简称焊材）的管理规则，从影响到产品质量的“人、机、料、法、环“的五个要素中的”料“的环节进行控制，从而保证产品焊接质量。 2 适用范围 该规程适用于本公司一切用于产品焊接的焊接材料的全生命周期，从申购、采购开始，到入库前的检验，入库，库存管理，使用管理，回收管理等。根据目前的焊接工艺方法，在本文中，焊材即指焊丝，包括MIG焊丝和TIG焊丝。 3术语、定义和缩写说明 CE: ‘欧洲共同体”的法语首字母的缩写 DB: 德国联邦铁路 MIG: 熔化极氩气保护焊 TIG: 钨极惰性气体保护焊 4 工作程序 4.1 焊材的申购 焊材的申购分为两种情况，对于以前未曾采购过的牌号、型号的焊材或很少采购的焊材，由焊接技术员申购，向焊材采购员填写申购单；对于经常使用的焊材，按公司一般采购程序。 4.2 焊材的采购 焊材的采购执行制造部本身的程序，采购员必须知道并贯彻执行EN15085体系下所有焊丝都应有CE标识，和DB单号。此外，采购员要求供应商必须提供每批炉批号的焊材的材质单。 4.3 焊材的入库前检验 所有焊材在入库前必须经过负责焊接材料检验员的检验。焊材应包装良好，标示清楚，具备CE标识和DB单号，包装上注明生产日期、制造商、炉批号、重量、焊材规格、牌号、符合的标准。检验员需填写焊材入库前检验记录及台帐。送货人必须交付材质单。材质单必须字迹清楚，没有手工修改痕迹，有制造商的质量负责人的签字或者其质检印章，可以为复印件。材质单的内容必须包括牌号、符合标准、规格、炉批号、化学成分、力学性能参数等。 当原材料检验员对焊材质量有所怀疑时，可以申请进行焊材复验，由质检部门联系第三方机构进行复验。
焊接化学冶金反应区及反应条件
焊接化学冶金反应区及反应条件 焊接方法不同，冶金反应阶段也不同。以手工电弧焊为例，加以讨论。 1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。 1）水分蒸发 T 100C0，吸附水蒸发。 2）某些物质分解 T在200--250℃时，有机物分解； 300--400℃时，结晶水及化合水分解。 结晶水：有金属键的联系。 化合水指不是以单一水分子形式存在。白泥： Al2Si2O5(OH)4 2MnO2=MnO+O2 2Fe2O3=4FeO+O2 (赤铁矿) 2、熔滴反应区 指熔滴形成、长大脱离焊条过渡到熔池之前。 特点： 1）温度高 熔滴平均温度1800~2400℃ 熔滴活性斑点温度：2800℃ 熔滴金属过热度大 300—900℃
2）与气体、熔渣的接触面积大 比表面积大F比=1000—10000cm2/Kg 比炼钢时大1000倍，弧柱空间的熔滴尺寸最小直径0.01- 3)时间短、速度快 在焊条端停留时间：0.001-0.1S 穿过弧柱时间：10-4—10-3S ４）熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌混合。 主要冶金反应：金属蒸发；气体的分解和溶解；氧化－还原；掺合金。 ３熔池反应区 1）熔池温度度1600～1900℃ 2) 接触面积小F比=3—130Cm2/Kg 3) 时间长手工焊时为3-8S 埋弧焊6-25S 4)搅拌没有熔滴阶段激烈 5)熔池温度不均匀 (SiO2)+2[Fe]=[Si]+2FeO lgK Si=(FeO)2[Si]/(SiO2) =-13460/T+6.04 (MnO)+[Fe]=[Mn]+ FeO lgK Mn=(FeO)[Mn]/(MnO)=-6600/T+3.16
焊接冶金学试题
(适用于材料成型与控制工程专业焊接模块) 一、概念或解释(每题2分共10分) 1、联生结晶： 2、熔合比： 3、焊条药皮重量系数： 4、金属焊接性： 5、电弧热焊： 二、选择填空(可以多个选择,每题1分,共15分) 1、焊接区内的气体主要来源于( ) 。 ①焊接材料②母材③焊条药皮 2、焊接时, 不与氮气发生作用的金属,即不能溶解氮又不形成氮化物的金属，可用N 作为保护气体, 这种金属是( ) 。 ①铜②铝③镍 3、焊接熔渣的作用有( ) ①机械保护作用②冶金处理作用③改善工艺性能 4、焊接熔池的结晶时, 熔池体积小，冷却速度大，焊缝中以( ) 为主。 ①柱状晶②等轴晶③平面晶
5、熔合区的化学不均匀性主要是体现于(
①凝固过渡层的形成 ②碳迁移过渡层的形成 ③合金分层现象 6、焊缝中的气孔和夹杂主要害处是 ( ) 。 ①焊缝有效截面下降 ②应力集中，疲劳强度下降 ③抗氧化性下降 气孔，使致 密性下降。 7、 打底焊道最易产生热裂纹 , 也最易产生冷裂纹 , 其主要原因是 ( ) 。 ①冷却速度快 ②应力集中 ③过热 8、 焊接结构钢用熔渣的成分是由 ( ) 等组成。 ①氧化物 ②氟化物 ③氯化物 ④硼酸盐 9、 焊接冷裂纹按产生原因可分为 ( ) 。 ①淬硬脆化裂纹 ②低塑性脆化裂纹 ③层状撕裂 ④应力腐蚀开裂 裂纹 10、 有利于改善焊缝抗热裂纹性能因素主要有 ( ) 。 ①细化晶粒 ②减少 S 、P ③结晶温度大 ④加入锰脱硫 11、 热扎、正火钢焊接时，过热区性能的变化取决于 ( ) 等因素。 ①高温停留时间 ②焊接线能量 ③钢材类型 ④冷裂倾向 12、 铸铁焊接时，影响半熔化区冷却速度的因素有： ( ) 。 ①焊接方法 ②预热温度 ③焊接热输入 ④铸件厚度 13、下列哪些钢种具有一定的热应变脆化倾向。 ( ①低碳钢 ②16Mn ③15 MnV 14、焊缝为铸铁型时，影响冷裂纹的因素有 ( ) 。 ①基体组织 ②石墨形状 ③焊补处刚度，体积及焊缝长短 ④深透性 ⑤延迟
焊接控制程序
(1)目的 为了对叉车制造中的焊接进行控制并对叉车制造的焊接材料进行控制和管理，焊接工艺评定及焊接工艺的编制、审批，焊工资格及证书的管理、焊工标记、制造焊接试板、焊接设备、施焊程控和记录，焊缝返修等质量活动作出规定，以保证叉车制造的焊接质量始终处于受控状态。 (2)范围 本程序适用于叉车制造的焊接质量控制。 (3) 定义 无 (4) 权责 4-1 焊接责任工程师负责焊接系统的管理和焊接质量活动的控制，负责组织处理焊接技术与质量问题，审核焊接性能试验、工艺评定指导书和报告，审批叉车制造焊接工艺、焊接工艺评定指导书及焊接接头一、二次返修工艺，确认制造试板力学性能结果并在报告上签字。 4-2 焊接工艺员负责编写焊接性能试验和焊接工艺评定指导书，负责编写焊接工艺和焊接接头一、二次返修工艺。 4-3 车间技术人员负责焊工施焊过程中的质量管理，对工艺纪律的执行情况、焊接材料的使用和焊接设备的维护实施监督。 4-4 焊接试验员负责焊接性能试验、焊接工艺评定和焊材复验，负责焊工培训、考试的指导，负责收集每月焊工的工作实绩并归档。 4-5 质保工程师负责审批叉车制造焊接工艺。 4-6 公司技术负责人负责审批焊接性能试验报告、焊接工艺评定报告和焊接接头超次返修工艺。 (5) 作业程序 5-1 焊接材料
5-1-1 供方的选择 按《采购及材料控制程序》的规定执行。根据焊接工艺试验结果和施焊经 验，选择焊材质量稳定、社会信誉好、服务优良的供方。 5-1-2 计划与订货 由采购部门依据焊接工艺要求的牌号和规格提出焊材订货计划，经材料责任 工程师审核，主管领导审批，采购部门负责订货。 5-1-3 验收与复验 5-1-3-1 焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、气体）应符合国家或行业标准的规定，有制造厂的质量证明书和清晰牢固的标记，质量证明书上的力学性能和 化学成份指针应齐全符合上述相应标准的规定，焊材到货后由材料检验 员检验验收，不需复验的焊材检查合格后由材料检验员负责编号填写焊 材检查记录，并下达合格材料入库通知单，由材料保管员办理入库手续。5-1-3-2 需要复验的焊材到货验收合格后，由采购部门负责委托焊接试验和复验，焊接责任工程师负责签发复验报告，由材料责任工程师审核合格后交材 料检验员确认，由材料检验员下达合格材料通知单，由材料保管员办理 入库手续。 5-1-3-3 经验收或复验不合格的焊材，由采购部门按《不合格品控制程序》的规定作退货或更换处置。 5-1-4 焊材保管、烘干与发放 5-1-4-1 焊材分一、二级库管理，一级库负责焊材的保管与储存，由焊材烘材料保管员负责管理。焊材应按牌号、类别、规格等分别存放，并按类别、批 号设置标牌，焊材距地面和墙壁的距离均不得小于300mm,焊材库内应装 设去湿设备，保持室内相对湿度不超过60％。 5-1-4-2 二级焊材库负责焊材的烘烤、保温、发放、回收，由焊材烘干室管理员负责管理。焊材烘干室管理员应掌握各类焊条的性能和使用要求，明确烘干 的工艺规范，严格按要求进行操作，并做好二级保管焊材的环境条件和发
焊接冶金原理作业讲评(二))
作业讲评（二） 1、焊接接头的形成要经历加热、熔化、冶金反应、熔池凝固、固态相变五个阶段。 2、结晶的驱动力与过冷度成正比，过冷度越大，结晶的驱动力就越大。 3、液态薄膜是结晶裂纹形成的内因，拉伸应力是裂纹形成的必要条件。 4、手工电弧焊时有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。 5、焊接溶池凝固与一般铸锭凝固相比，具有以下特点：（1）体积小；（2）过热度高；（3）熔化和凝固同时进行。 6、测得熔渣的化学成分为：SiO2 25.1%, TiO2 30.2%, CaO 8.8%, MgO 5.2%, MnO 13.7%, FeO 9.5%, Al2O3 3.5%，计算得B2为-1.16，则该熔渣为酸性渣。 7、同种钢材焊接时，焊条选用要求焊缝金属与母材强度相等，熔敷金属的抗拉强度应等于或稍高于母材，合金成分与母材相同或接近。 8、改善焊缝金属性能的途径有很多，主要是焊缝就是固溶强化、变质处理（向焊缝中添加合金元素）、调整焊接工艺。 9、焊缝中气孔的形成过程是由形核、长大和上浮三个相互联系而又彼此不同的阶段构成。 10、硫在熔池凝固时容易发生偏析，以低熔点共晶的形式呈片状或链状分布于晶界。因此增加了焊接金属产生结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧性和抗腐蚀性。控制硫的主要措施：(1)限制焊接材料中的含硫量；(2)用冶金方法脱硫。 1．焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 答：（1）焊接材料：焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中造气剂。直接输送进入焊接区。（2）热源周围的气体介质：不可避免，侵入焊接区（真空除外） （3）焊丝和母材表面上铁锈、油污、氧化铁皮以及吸附水等（直接输送） （4）焊接过程中所进行物化反应产生气体。 2.试述熔池在结晶过程中，晶粒成长方向与晶粒主轴成长的平均线速度和焊接速度的关系。 答：熔池结晶过程中，晶粒成长方向与最快散热方向一致，垂直于结晶等温面；因结晶等温面是曲面，晶粒成长方向的主轴必然弯曲，并指向焊缝中心。晶粒成长的平均线速度R和焊接速度V的关系为：R=Vcosθ，θ为R和V的夹角。 3.低合金钢焊缝组织CCT曲线如图，写出在No.2、No.7和No.9室温下的焊缝组织和硬度值。
焊接管理程序.doc
MSOP-00-14 焊接过程控制程序 1、目的 通过对焊接过程的管理，使工程的焊接质量满足要求，保障焊接作业人员健康，减少环境影响。 2、范围 本程序适用于公司建筑、安装工程施工及加工制作中的焊接过程管理工作。 3、职责 3、 1 公司检测中心负责公司焊接过程管理及焊工培训取证工作，宏观掌握各项目部的焊接管理信息， 指导和协调各项目部检测中心的焊接管理工作。 3、 2 项目部检测中心负责本项目部的焊接过程管理及焊工培训工作。 机械部负责焊接设备的监督管理工作。 人力资源部负责全公司焊接人员的外委培训管理工作，并协助检测中心搞好焊工的内部培训管理。 工程处具体负责本单位焊接及热处理人员、设备、材料、技术、质量和施工的日常管理工作，并负责中 级焊工的培训工作。 4程序 4 .1 焊接技术管理 工程施工前，由项目部检测中心焊接专工组织编制焊接施工专业组织设计，编制要求见 MSP—00— 01《质量策划控制程序》。 专业工程处焊接技术人员根据《焊接施工专业组织设计》中的焊接作业指导书编制计划，编写本单位焊 接作业指导书，编制要求参见MSOP— 00— 03《作业指导书编写管理程序》。 在项目开工前，检测中心根据工程的需要及公司现有焊接工艺评定情况，确定焊接工艺评定任务，组织进行焊接工艺评定工作，并将工艺评定文件报分管副总审批。工艺评定文件及工艺评定试验报告原件由 公司检测中心保存。 根据焊接工艺评定文件，由检测中心专工编制焊接工艺规程，经分管副总批准后，印刷发放至相关人员， 并作为工程处技术人员编制焊接作业指导书的依据。 工程处分管焊接的技术人员，根据施工图纸编制主要焊接工程一览表，绘制主要焊接工程施工技术记录 图，报项目部检测中心审核、项目部总工批准后出版、发放。发放范围包括焊接和热处理技术人员、质 检人员和 NDT人员。 工程项目施工前，由工程处焊接技术人员，对参加焊接、热处理施工的人员进行技术交底，办理技术交底签证。对于重要的焊接项目，通知检测中心参加，交底要求见MSP-00-13《施工过程控制程序》。 焊接作业人员作业时按规定正确使用劳动防护用品，执行 MSP— 00— 25《职工劳动保护控制程序》、MSOP — 00—24《职工劳动保护用品管理程序》。 工程处焊接技术人员，应深入现场检查焊接指导书的执行情况，及时解决施工中的技术问题，并做好焊接施工技术纪录。 项目部检测中心焊接专工，在指导各工程处焊接技术管理的同时，应深入现场，做好现场的技术监督。 工程处焊接技术人员做好本单位的焊接竣工资料整理和工程总结；项目部检测中心焊接专工做好本项目 的焊接竣工资料审核和焊接工程总结工作。 焊接技术控制流程见附件S14— 1. 焊接人员培训管理 每年末，各工程处根据工程需要编制本单位下年度焊接人员培训计划，编制要求见MSP— 00— 06《培训控制程序》。 由检测中心对公司新招焊工进行初级培训，考核合格后，颁发上岗证，可从事一般钢结构焊接工作或气 割工作（气焊工）。 中级焊工培训 初级焊工一般要从事现场工作一年以上，可进行中级焊工培训。
焊接冶金学(基本原理)
绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。
焊接冶金学题
一.名词解释 1.焊接：被焊工件的材质(同质或异质)，通过加热或加压或二者并用，并且 用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性的连接的工艺过程。 2.熔合比：在焊缝金属中局部融化的母材所占的比例称为熔合比。 3.交互结晶：熔合区附近加热到半融化状态基本金属的晶粒表面，非自发形核 就依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心生长，形成所谓交互结晶。 4.焊缝扩散氢：由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的 晶格中自由扩散，故称扩散氢。 5.拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需的力。 6.熔敷系数：真正反映焊接生产率的指标。g/(A*H)在熔焊过程中，单位电流， 单位时间内，焊芯熔敷在焊件上的金属量。 7.熔敷比表面积：熔滴的表面积Ag与其质量pVg之比。 8.应力腐蚀：金属材料在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下产生的一种延迟破 坏现象，称为应力腐蚀。 9.层状撕裂：大型厚壁结构，在焊接过程中会沿钢板的厚度方向出现较大的拉 伸应力，如果钢中有较多的杂质，那么沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹，称为层状撕裂。 10.再热裂纹：焊后再加热，为了消除应力退火或在高温工作时500-700摄氏度 产生的裂纹。 11.热影响区：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区 域。 12.热循环曲线：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达 到峰值后，又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。 13.焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比。 14.热裂纹:是在焊接高温时晶沿界断裂产生的。冷裂纹：是焊后冷至较低温度 产生的。 二.简答 1.氢对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氢量的主要措施是什么？ a.氢脆，氢在室温附近使钢的塑性严重下降。 b.白点，碳钢和低合金钢焊缝， 如含氢量高常常在拉伸或弯曲断面上出现银白色局部脆断点。c.形成气孔，熔池吸收大量的氢，凝固时由于溶解度突然下降，使氢处于饱和状态，会产生氢气且不溶于液态金属，形成气泡产生气孔。d.氢促使产生冷裂纹。措施： a.限制焊接材料中的氢含量，制造低氢和超低氢型焊接材料和焊剂时，应尽 量选用不含或含氢量少的材料。b.清除焊件和焊丝表面上的铁锈，油污，吸附水等杂质。c.冶金处理：在药皮中加入氟化物，控制焊接材料的氧化还原势，在药皮或焊芯中加入微量的稀土和稀散元素，控制焊接工艺参数，焊后除氢处理。 2.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ a在碳钢焊缝中氮是有害的杂质，是促使焊缝产生气孔的主要原因。b氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度，降低塑性和韧性的元素。c氮是促使焊缝金属时效脆化的元素。措施：a焊接区保护的影响，液态金属脱氮比较困难，所以控制氮的主要措施是加强保护，防止空气和金属作用。b焊接参
焊接过程控制程序
焊接过程控制程序 1 目的和使用范围 为了保证焊接施工处于受控状态，确保工程焊接质量，特制定本程序。 本程序适用于公司建筑安装和压力容器、锅炉、压力管道的焊接施工。 Q/ZS21003-2009 文件控制程序 Q/ZS21004-2009 记录控制程序 Q/ZS20901-2009 人力资源管理程序 Q/ZS20401-2009 施工生产过程控制程序 Q/ZS20701-2009 施工机具装备管理程序 2职责 焊接技术中心是负责焊接控制的归口管理部门，各单位技术部门负责实施。 3工作程序 焊接工艺流程控制见图1。 4焊工 4.1凡在公司各工程（车间）施焊的焊工应服从公司的统一管理，焊工合格证“聘用情况” 的“聘用单位”栏应该公司公章，“法人代表”栏应有法人代表签字或盖章。 4.2焊工上岗前应取得与所焊项目相应的资格。 4.3参加国外引进项目施工的焊工，还应根据有关文件指定的标准进行考核，考核合格后上 岗。 4.4各单位焊工管理人员应建立焊工台账，并按时向公司焊接技术中心申请焊工资格考试。 4.5公司焊接技术中心按照有关标准规定进行焊工资格培训考试工作，并负责按标准规定办 理焊工资格证件。 4.6焊工考试资料由公司档案科归档。 4.7焊工资格失效前1—3个月焊工应重新考试。 4.8首次参加考试或参加公司首次选用的焊接方法、钢材、焊接材料考试的焊工，应先参加 培训在进行考试。 4.9考试合格的焊工只能担任合格项目的范围内的焊接工作。有技术人员负责安排、焊接检 验员监督检查。 4.10焊接技术中心负责建立公司焊工资格台账。 5焊接材料 5.1焊接材料应放在干燥通风良好的仓库内贮存保管。焊材库内控制温度在5摄氏度以上，
焊接化学冶金的特点
焊接化学冶金的特点 班级：姓名：学号： 教学目的：1．了解化学反应进行的条件，掌握化学反应3阶段分析各部分的作用。重点：冶金反应区的药皮作用，实践中的相关应用。 难点：各参数对学应用及影响。 复习巩固： 1．熔焊时，熔化的母材在焊缝金属所占的百分比叫做，以字母θ表示。2．在焊条电弧焊时，熔滴过渡形式有：、、等。3．简答题：焊条电弧焊加热的特点？ 4．熔池的主要尺寸是：熔池长度L，最大宽度，最大深度。5．简答：焊接电流、焊接电压等参数对熔池主要尺寸的影响？ 6．熔合比可以表示熔透情况，其大小与焊接方法、焊接参数、、接头形式、坡口形式以及 焊道层数等因素有关。 讲授新课： 一、焊接化学反应过程进行的条件与特点： 1．温度高及温度梯度大：焊接电弧温度20度至之间。A、铁熔点度。 B、高温使电弧周围的气体：CO2、N2、等分解，且可能导致气孔的产生和形成。2．熔池体积小，存在时间短： A、一般只几秒时间，熔池即凝结完成。注：组织变化是与珠光体之间。3．反应接触面大，熔池金属不断更新。 二、焊接时焊缝金属的保护： 1．根据不同的母材采用相对应的焊接方法。 第27页 例如：不锈钢应用；铸铁应用CO2气体保护焊等。 三、焊接化学冶金反应区：焊接冶金过程的特点之一是反应分区（阶段）连续进行。1．药皮反应区：温度在100度至药皮熔点之间。 2．产生的气体一方面对熔池形成机械保护作用； 例如：CaCO3-----CaO + ↑2MnO2-----2Mn +O2↑ 另一方面将药皮及液体金属中的合金元素氧化。例如：Si、等。 注：此作用使电弧气氛的氧化性减弱，即：先期脱氧。 3．熔滴反应区：温度可达1800度～～2400度。 注：其中最主要的反应有：金属的蒸发、气体的分解与溶解、氧化物与还原等。4．熔池反应区：相对熔滴反应区温度较低。 注：三个反应阶段，头部与尾部进行的方向可能相反。例如：头部反应向吸热方向进行；尾部反应向方向进行。 四、焊接参数变化对化学冶金的影响： 1．焊接电流、焊接电压等参数影响的具体条件： 注：焊接电流增加时，熔滴过渡速度提高，而缩短了反应时间。但电弧电压增加时，由于电弧空间的加长而使反应时间（增加、减少）。 2．判断：反应进行完全程度将随电流增加而减小，随电弧电压增大而增大。（）3．焊接参数影响埋弧焊时焊剂的熔化量： 注：焊接电流增加，电弧伸入熔池内部，焊剂熔化量减少，即参加冶金反应的熔渣量（减少、增加）；电弧电压增加，电弧，焊剂的熔化量增加，参加反应的熔渣增加。 4．总：影响焊缝金属成分的主要因素除焊接材料（包括：焊条、、焊剂、等）外，就是焊接参数。 五、课后练习：焊接化学冶金反应区可分为三部分的具体内容及相关特点？
焊接冶金学习题及答案
一.名词解释 1. 焊接：被焊工件的材质（同质或异质），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材 料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性的连接的工艺过程。 2. 熔合比：在焊缝金属中局部融化的母材所占的比例称为熔合比。 3. 交互结晶：熔合区附近加热到半融化状态基本金属的晶粒表而，非自发晶核就依附在这个表 而上，并以柱状晶的形态向焊缝中心生长，形成所谓交互结晶。 4. 焊缝扩散氢：由于氢原子和离子的半径很小，这一部分氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩 散，故称扩散氢。 5. 拘束度：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需的力。 6. 熔敷系数：真正反映焊接生产率的指标。 7. 熔敷比表面积：熔滴的表而积Ag与其质量pVg之比。 8. 应力腐蚀：焊接构件，如容器，管道等在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下产生的一种延迟 破坏现象，称为应力腐蚀裂纹。 9. 层状撕裂：大型厚壁结构，在焊接过程中会沿钢板的厚度方向岀现较大的拉伸应力，如果钢 中有较多的杂质，那么沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹，称为层状撕裂。 10. 在热裂纹：厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处 理或在一泄温度下服役的过程中，任焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹为在热裂纹。 11. 热影响区：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。 12. 热循环曲线：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达到峰值后，又 由高而低随时间的变化称为焊接热循环。 13. 焊接线能量：热源功率q与焊接速度v之比。 二简答 1. 氢对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氢量的主要描施是什么？ a.氢脆，氢在室温附近使钢的塑性严重下降， b.白点，碳钢和低合金钢焊缝，如含氢量高常常在拉伸或弯曲断而上岀现银白色局部脆断点。 c.形成气孔，熔池吸收大量的氢，凝固时由于溶解度突然下降，使氢处于饱和状态，会产生氢气且不溶于液态金属，形成气泡产生气孔。 d.氢促使产生冷裂纹。措施：a.限制焊接材料中的氢含量，制造低氢和超低氢型焊接材料和焊剂时，应尽量选用不含或含氢量少的。b.清除焊件和焊丝表而上的铁锈，油污，吸附水等杂质。c.冶金处理：在药皮中加入氟化物，控制焊接材料的氧化还原势，在药皮或焊芯中加入微量的稀土和稀散元素，控制焊接工艺参数，焊后氢处理。 2. CO2保护焊焊接低合金时，应采用什么焊丝？为什么？ H08Mn2SiA,如果焊丝中Mn, Si含虽:不足，起脱氧作用会很差，致使熔池结晶后产生CO气孔。因此CO2气体保护焊焊丝必须含有较髙含量的Mn Si等脱氧元素，H08Mn2SiA焊丝具有良好的焊接工艺性能和力学性能，适用于低合金钢。 3. 为什么酸性焊条用猛铁作为脱氧剂，而碱性焊条用硅铁，镭铁和钛铁作为脱氧剂？ 在酸性渣中含有较多的SiO2和TiO2,他们与脱氧产物MnO生成复合物MnO. SiO2和MnO.TiO乙从而使Y MnO减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中Y MnO较大，不利于镒脱氧，且硬度越大，锹脱氧越差，由于这个原因一般酸性焊条用锈铁做脱氧，而碱性焊条不单独用镭铁脱氧。 4. 综合分析熔渣中的CaF2对焊接化学冶金中所起的作用？ :造渣。药皮中的CaF2高温可分解出氟，或者与水玻璃等化合物形成NaF、KF,再与含氢物质形成不溶于金属的HF。这样就使焊缝中的含氢量极低。所获得焊缝金属的塑性、韧性好，具有良好的抗裂性，使用于焊接搁置那个重要的焊接结构和大多数的合金钢。 5. 综合分析碱性焊条药皮中CaF2所起的作用及对焊缝性能的影响？ 可发生反应：CaF2+2H二Ca+2HF, CaF2+H20二CaO+2HF,反映过的产物HF是比较稳泄的气体，
焊接冶金与焊接性
焊接冶金与焊接性 绪论 1，焊接的本质和途径： 焊接：通过加热，加压或两者共同作用，使所焊材料达到原子间结合，实现永久性连接的工艺。 焊接途径：1加热2加压 焊接本质：原子间结合焊接的结果：永久性连接 2，焊接接头的组成：是指被焊材料经焊接后，发生组织和性能变化的区域，焊缝；融合区；热影响区。 1）焊缝：是由被焊材料和添加材料经融化凝固后形成。 2）热影响区：是指受焊接热循环的作用，使母材发生微观组织和性能变化的区域。 3）融合区：是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。 3焊接热循环：1）概念：在焊接过程中，某点工件上的温度随时间由低到高达到极值后， 又由高到低的变化过程。 2）主要参数：加热速度Vh，描述工件温度上升快慢。 峰值温度Tm，是热循环曲线上对应的最高温度。 高温停留时间Th，在某一较高温度以上的停留时间。 冷却速度或冷却时间Vc，T8、5 3）热循环的特点：1，加热速度非常快；2，峰值温度高；3，高温停留时间短；4，冷却速度快；5，加热具有局部性和移动性。 第一章焊接化学冶金 1，焊接化学冶金的反应区 1）药皮反应区：指开始化学反应的温度到药皮溶解（100——1200），主要反应有水分的蒸发，某些物质的分解及铁合金氧化。 2）溶滴反应区：溶滴形成，长大，过度到熔池的过程。主要反应有气体的溶解和分解，金属的蒸发，金属和合金的氧化还原，以及焊缝金属的合金化。 溶滴反应区特点：1，反应温度高；2，反应时间短；3，相接触面积大； 4，溶滴金属与熔渣发生强烈的混合。 3）熔池反应区：特点：1，反应温度略低；2，反应时间增长；3，反应具有不同步性； 4，熔池反应具有搅动作用。 2焊接熔渣及其性质 1）熔渣的作用：1，机械保护作用；2，冶金处理作用；3，改善焊接工艺性能。 2）熔渣的种类和成分：1盐型熔渣：由金属的卤化物和不含氧的化合物组成。 2盐——氧化物型熔渣：由金属的氟化物和氧化物组成。 3氧化物型熔渣：由各种金属氧化物组成 3焊接熔渣对金属的氧化 1）置换氧化：是指被焊金属与其他金属或非金属氧化物发生的置换反应而导致的氧化。 2）扩散氧化：是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使焊缝增氧。 （满足分配定律） 4焊缝金属的脱氧 1）先期脱氧：指焊条药皮中的脱氧剂与分解出的氧化性气体发生的反应. 2）沉淀脱氧（影响最大，最主要）：是利用溶解在液态金属中的脱氧剂，将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中去。