焊接冶金学及金属材料焊接-课件-模块一.pdf

1 XXX 学校 教 案 课课 程程 名名 称称 焊接冶金学及金属材料焊接 课课 程程 代代 码码 系系(部部)教研室教研室 授授 课课 教教 师师 职职 称称 年 月 2 课课 程程 名名 称称 焊接冶金学及金属材料焊接焊接冶金学及金属材料焊接 总计：总计：学时学时 课课 程程 类类 别别 课程代码课程代码 讲授：讲授：学时学时 实验：实验：学时学时 授授 课课 教教 师师 学学 分分 授授 课课 对对 象象 焊接技术及自动化专业焊接技术及自动化专业 级级 教材和教材和主要参主要参考资料考资料 课课 程程 简简 介介 本课程是焊接技术及自动化专业的专业基础课，同时又是一门工艺课。其主要任务是使学生通过了解金属材料在熔焊条件下的冶金反应、组织变化等基本规律，并以此为理论基础来分析各种具体条件下金属的可焊性，从而选择合理的焊接方法、焊接材料、焊接工艺措施和正确的热参数，进而制定出合理的焊接工艺方案。本课程基本要求：1.掌握金属材料焊接的基本理论。2.具有分析金属可焊性的基本能力。3.掌握各种焊接方法的特性。4.能针对不同焊接母材和焊接方法正确选择焊接材料。5.能制定合理的焊接工艺方法和焊接工艺方案。教学难教学难点重点点重点 本课程主要教学重点包括：气相与金属的作用、熔渣与金属的作用。焊缝中的气孔、焊缝中的夹杂物、焊接裂纹的分类及其基本特征。焊条、焊剂、焊丝的性能特点及选用原则。分析金属焊接性的方法。常见各种钢材、不锈钢、铸铁的焊接工艺、铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、异种金属材料的焊接。本课程主要难点有：焊接化学冶金过程的特点、焊接化学冶金过程、焊缝中的化学不均匀性。焊缝金属及热影响区组织组织变化规律。焊缝中的气孔、焊接裂纹的防止措施。选择焊条、焊剂、焊丝。常用的焊接性试验方法。掌握常用金属焊接时出现的焊接缺陷及其防止措施。3 授课题目：绪论 授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 2 教学大纲要求：介绍焊接技术发展现状，焊接过程的物理本质，焊接过程的分析以及学习本课程的目的，任务及学习方法。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学重点及难点：教 学 内 容 备注 1、焊接的概念 2、焊接技术的发展 3、本课程的性质和地位 4、本课程的主要内容 5、本课程的学习目的、任务和方法 4 授课题授课题目目：模块一：模块一 焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程 授课方式（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 教学大纲要求：（各学校不同，在此不具体说明）教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解熔池形成过程。2、了解熔池保护的方法。3、掌握常见的冶金反应。4、了解气相的危害。5、掌握控制气相危害的方法。6、了解常见的脱氧方法。7、了解焊缝合金化途径及脱硫脱磷方法。教学重点及难点：重点：气相与金属的作用、熔渣与金属的作用、控制气相危害措施、焊缝合金化途径。难点：焊接化学冶金过程的特点、焊接化学冶金过程的动力学。焊缝中的化学不均匀性。教 学内 容 备注 模块一模块一 焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程 课题一课题一 控制焊缝熔合比控制焊缝熔合比 一熔池形成过程一熔池形成过程（一）熔池的形状和尺寸（二）熔池的质量和存在时间（三）熔池的温度（四）熔池中液态金属的流动 1、液态金属的密度差所产生的自由对流运动 2、表面张力所引起的强迫对流运动 熔池金属温度不均匀程度越大，这种对流运动越剧烈。3、热源的各种机械力所产生的搅拌运动 正是这些运动促使熔池中的冶金反应剧烈发生，对保证焊接质量的稳定性具有重大的意义。二对焊二对焊接区金属的保护接区金属的保护 1、保护焊缝金属的必要性 2、保护方式及效果 各种焊接方法的保护方式见表 1-4。三焊接化学冶金反应区三焊接化学冶金反应区 1、药皮反应区的特点 2、熔滴反应区的特点 熔滴的温度高；熔滴比表面积大；作用时间短；液体金属与熔渣发生强烈的混合。3、熔池反应区的特点 合金元素在不同阶段的损失见表 1-6 四焊接化学冶金反应的条件和特点 （1）温度高 （2）比表面积大 （3）时间短 （4）处于不停的运动之中 （5）反应条件不断变化 5 五焊接参数与焊接化学冶金的关系五焊接参数与焊接化学冶金的关系 1、焊接参数影响冶金反应的条件和作用时间 2、焊接参数影响参加冶金反应的熔渣量 六熔合比的控制六熔合比的控制 介绍熔合比的概念和提出熔合比概念的意义。熔合比的影响因素：（1）预热的影响 （2）焊接参数的影响 （3）焊接方法的影响 （4）坡口形式和焊接层数的影响 见图 1-7 课题二课题二 焊接熔渣对焊接冶金的作用焊接熔渣对焊接冶金的作用 一焊接熔渣一焊接熔渣 1、熔渣在焊接过程中的作用（1）机械保护作用 （2）改善焊接工艺性能（3）冶金处理作用 （4）改善热规范 减缓液态金属的凝固，降低冷却速度。2、熔渣的成分和分类 根据焊接熔渣的成分和性能可将其分为三大类：（1）盐型熔渣 属于这类熔渣的渣系主要有 CaF2-NaF、CaF2-BaCl2-NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6，BaF2-MgF2-CaF2-LiF 等。（2）盐-氧化物型熔渣 属 于 这 一 类 熔 渣 的 渣 系 主 要 有CaF2-CaO-SiO2、CaF2-CaO-Al203-SiO2、CaF2-CaO-SiO2-MgO 等。（3）氧化物型熔渣 属于这一类熔渣的渣系主要有 FeOMnO-SiO2、CaOTiO2-SiO2、MnO-SiO2等。这里主要讨论第（2）和第（3）类熔渣。一些焊条和焊剂的熔渣的成分见表 1-7。二熔渣的冶金作用二熔渣的冶金作用（一）熔渣的性质 1、熔渣的碱度 介绍分子理论公式 碱度 B1的倒数称为酸度。从理论上讲，B11 时，熔渣为碱性熔渣；B11.3 时，熔渣才为碱性熔渣。介绍离子理论公式 当 B20 时，则熔渣为碱性熔渣；当 B2ZrTiSiVMnCrMoWFeCoNiCu 2、合金元素的物理性质的影响 3、焊接区介质的氧化性的影响 4、合金元素含量的影响 锰和铬的过渡系数与其在焊剂中含量的关系见图 1-23 锰的过渡系数与其在焊条中含量的关系见 1-24 5、合金元素的粒度 合金剂的粒度与过渡系数的关系见表 1-18 6、药皮(焊剂)的成分 药皮或焊剂的成分决定了气相和熔渣的氧化性、熔渣的碱度和粘度等性能，因而对合金过渡系数影响很大。7、药皮的重量系数和焊接参数 锰的过渡系数与药皮重量系数 Kb的关系见图 1-25 课题五课题五 焊缝金属的脱硫、脱磷方法焊缝金属的脱硫、脱磷方法 一焊缝金属的脱硫一焊缝金属的脱硫 1、硫的危害 2、脱硫的方法（1）选择对硫亲和力比铁大的元素进行脱硫 最常用的脱硫剂是锰。（2）熔渣脱硫 所谓的熔渣脱硫是指利用熔渣中的碱性氧化物，如 MnO、CaO 等进行脱硫的方式。由此可知，酸性熔渣中的脱硫能力比碱性熔渣差，增加熔渣的碱度可以提高脱硫能力。二焊缝金属的的脱磷二焊缝金属的的脱磷 9 1、磷的危害 2、脱磷的方法 由于碱性熔渣中含有较多的 CaO，所以脱磷效果比酸性熔渣好。但是实际上熔渣的脱磷效果均不甚理想，为降低焊缝的含磷量，主要应严格限制原材料中磷的含量，如H08A 焊丝中磷的质量分数应不大于 0.03%。