焊接化学冶金过程始于耐磨板堆焊药芯焊丝的起弧熔化,经熔滴过渡,最后到达熔池中,因此具有阶段性的特征,但又是相互衔接的连续过程。以手工电弧焊为例,耐磨板堆焊药芯焊丝焊接冶金化学反应大概分为以下三个反应区,即药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。
(1)药皮反应区:药皮反应区的温度从120℃至药皮熔点。在该区内的主要物化反应有:水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化。药皮中的高价氧化物及碳酸盐(如碳酸钙)分解产生大量气体,主要为二氧化碳和氧气,同时也使电弧气氛的氧化性增强。药皮的加热阶段是焊接化学冶金的准备阶段。
(2)熔滴反应区:从熔滴形成、长大到过渡至熔池中都属于熔滴反应区。在这一阶段内,反应温度高(接近焊芯沸点,约为2500℃),熔滴金属与气体和熔渣的接触面积大,且与熔渣发生强烈的混合。各相之间反应时间短,但却是耐磨板堆焊药芯焊丝冶金反应较剧烈的阶段。在熔滴反应区进行的主要物化反应有:气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化和还原,以及焊缝金属的合金化等。
(3)熔池反应区:该反应区与熔池反应区相比,平均温度要低些,约为1200-1900℃,反应比表面积较小,约为3-130cm2/kg,反应时间稍长。熔池的突出特点之一是温度分布极不均匀,因此在耐磨板堆焊药芯焊丝熔池的前部和后补反应可以同时向相反的方向进行。