合工大版《材料成型原理》课程学习笔记.doc

焊接冶金学
1.★熔合比(dilution)的影响
焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。
Ab-熔化母材的面积Ad-熔敷金属的面积
假设焊接时合金元素没有任何损失，则焊缝中某合金元素的浓度C0与熔合比的关系为：
C0＝Cb+(1-)Ce--(1)
若考虑焊条中的合金元素有损失，而母材中的合金元素无损失，则焊缝金属中合金元素的实际浓度Cw为：
Cw=Cb+(1-)Cd--(2)式中符号含义:
Cb－该元素在母材中的质量百分浓度（%）
Ce－该元素在焊条中的质量百分浓度（%）
Cd－熔敷金属（焊接得到的没有母材成分的金属）中该元素的实际质量百分比（%）
一含Ni9%的钢板，采用成分为80%Ni-20%Cr的焊丝进行焊接，若熔合比为40%，试问，焊缝中合金元素的大致含量是多少？焊缝成分中，母材贡献40%，焊丝贡献60%。
药皮类型
主要成分
典型型号,牌号
备注
氧化钛型（或钛型）
TiO2
E4313(J421)

氧化钛钙型（钛钙型）
TiO2,碳酸钙
E4303(J422）

钛铁矿型

钛铁矿
E4301(J423)

氧化铁型
铁矿石
E4320(J424）

纤维素型
有机物
E5011(J505）

低氢型
大理石，萤石
E5015(J507）

石墨型
石墨
EZNi(Z308)
铸铁焊条
盐基型
氟盐，氯盐

用于铝合金焊条

2.熔渣碱性的强弱程度。碱度的倒数即为酸度。
分子理论对碱度的定义：

提供自由氧离子O2-的氧化物称为碱性氧化物，如CaO。
接受自由氧离子O2-的氧化物称为酸性氧化物，如SiO2。
理论上，当B>1时，为碱性渣当B<1时，为酸性渣当B=1时，为中性渣
3.合金过渡系数是指合金元素在熔敷金属中的实际含量与它在焊材中的原始含量之比，反映了合金元素利用率的高低。
＝Cd/Ce=Cd/(Ccw+kbCco)
式中：Cd------合金元素在熔敷金属中的含量
Ce-------合金元素的原始含量（焊条中的）Cco-------合金元素在药皮中的含量
Ccw-------合金元素在焊芯中的含量Kb-------药皮重量系数(单位长度上药皮与焊芯的质量之比)
在同一种焊材中，不同元素过渡系数不同。同一种元素在不同的焊材中过渡系数也不同。
焊缝金属化学成分的计算
＝Cd/Ce=Cd/(Ccw+kbCco)Cw=Cb+(1-)Cd
已知，Ccw，kb，Cco可求出Cw。
根据对熔敷金属成分的要求，可求出在焊条药皮中应具有的含量。
堆焊高锰钢耐磨表面采用焊条，其焊丝含Mn9%，药皮Kb=0.4,设Mn的＝0.8，要保证焊缝中的Mn≧12%，试求药皮中的Mn的含量。
解：堆焊时，可认为≈0，即Cd≈Cw
故Cco=(Cd/Kb)–(Ccw/Kb)≧(12%/0.8×0.4)–9%/0.4≧15%
4.★碳当量的定义/CarbonEquivalent（Ceq或CE）
把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响折合成碳的相当含量。它反映了化学成分对硬化程度的影响。
碳当量公式：

两公式均适用于ωC≧0.18%的钢种；
CE（IIW）主要适用于中等强度的非调质低合金钢（b＝400～700Mpa）；
Ceq(WES)主要适用于强度级别较高的低合金高强钢（b=500～1000Mpa）
碳当量公式：低碳微量多合金元素的低合金高强钢

主要适用于ωC≦0.17%，b=400～900Mpa的低合金高强钢。
Pcm与CE（IIW）之间有如下的关系：

5.主要焊接热循环参数的计算
峰值温度Tm:

C-比热容J/(cm.℃)ρ-密度(g/cm3)Y-距熔合线的距离(mm)
在钢板单道全熔透焊接，采用下列参数：U=20V，ρC=0.0044J·mm-3.℃，I=200A，δ=5mm，V=5mm/s，η=0.9，T0=2℃，E=720J/mm，T熔=1510℃
由公式：

计算结果：Y=1.5mm处：Tm=1184°CY=3mm处：Tm=976°C
冷却速度ωc:厚板的冷却速度:
薄板的冷却速度:

由前述的厚板温度场计算公式，令y=z=0，则R=x，公式可简化为：
冷却时间t8/5的计算:三维热传导:
二维热传导:

焊接热循环主要参数的计算公式（薄板）:

6.气泡的上浮速度:式中，－液体金属的粘度1、2分别为液体和气泡的密度
第八章液态金属与熔渣的相互作用P137
5．1600摄氏度时，炼钢熔池中熔渣的成分为：
氧化物CaoMgoMnoFeoFe2O3SiO2P2O5
重量（%）46.593.25.6813.824.47242.24
钢水含氧0.07%，问熔渣对钢水而言是氧化渣还是还原渣？
解：W（SiO2+P2O5）=26.24%
W(Ca