液相冶金对焊缝金属的影响

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：液相冶金过程对焊缝金属的成分、性能、焊接质量以及焊接工艺性能都有很大影响。焊接液相冶金的最主要特点是：焊接时，不同的焊接方法对焊接区金属采用不同的方式进行保护。各阶段冶金反应的综合结果，就决定了焊缝金属的最终化学成分。

熔焊时，熔滴和熔池的表面充满大量气体，有时还覆盖着熔渣。这些气体和熔渣在焊接高温条件下与液体金属发生着一系列复杂的物理化学反应，如元素的氧化与还原，气体的溶解与析出，有害杂质的去除等。这种在高温下焊接区内液体金属与各种物质之间互相作用的过程称焊接液相冶金过程，又称焊接化学冶金过程。液相冶金过程对焊缝金属的成分、性能、焊接质量以及焊接工艺性能都有很大影响。

熔焊的过程是金属在焊接条件下再熔炼过程，与普通钢铁冶炼的过程没有本质区别。但是，在冶炼条件等方面却有很大不同。焊接液相冶金的最主要特点是：

（1）焊接时，不同的焊接方法对焊接区金属采用不同的方式进行保护。如气体保护、熔渣保护、气-渣联合保护、真空保护等。

（2）焊接的冶金反应是在上述这些保护条件下分区域（或分阶段）连续地进行的。例如，焊条电弧焊时有药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区等。

（3）反应区温度高，但不均匀；熔化金属与气相、熔池接触面积大，反应时间短，因而冶金反应速度快而强烈，同时增加了合金元素的烧损与蒸发。

（4）熔池尺寸小，在各种力的作用下发生强烈运动。熔池运动状态受到焊接方法、工艺参数、焊接材料成分、电极直径及其倾斜角度、馈电位置的影响。

（5）焊接区的不等温条件，使焊接化学冶金系统多数没达到平衡，但接近平衡。气相中的反应几乎达到平衡。

（6）化学冶金反应受到焊接工艺条件的影响。当焊接方法或焊接工艺参数改变时，必然引起冶金反应的条件（如反应物的数量、浓度、温度、反应时间等）变化。

焊接冶金过程是分区域（或分阶段）连续进行的，不同的焊接方法有不同的反应区。焊条电弧焊有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。熔化极气体保护焊只有熔滴和熔池两个反应区；无填允金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊只有一个熔池反应区。

药皮反应区温度范围从100℃至药皮的熔点（对钢焊条约1200℃）。主要物化反应是水分蒸发、某些物质分解和铁合金的氧化。

熔滴反应区包括熔滴形成、长大并过渡到熔池中去的整个阶段。该区是冶金反应最激烈的部位，在此区进行的物化反应主要有：气体的分解与溶解，金属的蒸发，金属及其成分的氧化与还原，以及焊缝金属的合金化等。

熔滴与熔渣落入熔池后就开始熔池区的冶金反应，直至金属凝固形成焊缝为止。在这个区域内熔滴、熔渣与熔化的母材相互混合与接触，继续各相之间的物理化学反应。熔池阶段的反应速度、合金元素被氧化的程度均比熔池阶段小，采用大厚度药皮的焊条焊接时，熔池中的反应可获得加强。

总之，焊接化学冶合过积是分区域连续进行的。在熔滴阶段进行的反应多数在熔池阶段继续进行，但也有反应停止甚至改变反应方向的。各阶段冶金反应的综合结果，就决定了焊缝金属的最终化学成分。

液相冶金对焊缝金属的影响

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