焊接材料教案

1、第二章 焊接材料 1 第二章 焊接材料 2 第二章 焊接材料 3 我国近五年焊接材料产量统计表（万吨）我国近五年焊接材料产量统计表（万吨）我国近五年焊接材料产量统计表（万吨）我国近五年焊接材料产量统计表（万吨） 第二章 焊接材料 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 123456199519961997199819992000 年年 万吨万吨 焊条焊条 焊丝焊丝 我国近五年焊条和各种焊丝产量统计图我国近五年焊条和各种焊丝产量统计图 第二章 焊接材料 5 CO2焊丝CO2焊丝 51% 51%51% 51% 焊条焊条 药芯焊丝药芯焊丝 埋弧焊丝埋弧焊丝 353t/2

2、4691t=0.0143 焊焊 接接 自自 动动 化化 率率 78%78% 第二章 焊接材料 6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 123特大大型中型 % % 企业类型与企业类型与CO2焊丝用量关系焊丝用量关系 CO2焊丝用量/CO2焊丝+焊条总重量 第二章 焊接材料 7 0 20 40 60 80 100 120 12345678910 % % 汽汽 车车 零零 件件 集集 装装 箱箱 工工 程程 机机 械械 一一 般般 机机 械械 铁铁 路路 车车 辆辆 重重 型型 机机 械械 造造 船船 锅锅 炉炉 金金 属属 结结 构构 不同行业中焊丝用量比例不同行业中

3、焊丝用量比例 （C O2焊 丝用量/ C O 2 焊丝 +焊 条 总重量） 第二章 焊接材料 8 0 10 20 30 40 50 60 70 12345678910111213141516171819202122232425 年年 产量（万吨/ % ）产量（万吨/ % ） 737976828588919497 总产量总产量 焊条焊条% 实心焊丝实心焊丝% 埋弧焊丝埋弧焊丝% 药芯焊丝药芯焊丝% 日本日本25年来焊接材料总产量及各种材料所占比例统计图年来焊接材料总产量及各种材料所占比例统计图 0.990.99 ; ;0.97 0.97 ; ; 1.051.05 ; ; 1.051.05 ; ;

4、 0.980.98 ; ; 第二章 焊接材料 9 0 50000 100000 150000 200000 250000 12345678910 9191 焊条焊条 埋弧焊丝埋弧焊丝 药芯焊丝药芯焊丝 实心焊丝实心焊丝 焊剂焊剂 TIG丝TIG丝 92929393949495959696979798989999 40.2540.25 42.2942.29 36.4736.47 35.5435.54 32.3632.36 35.5435.54 35.1535.15 36.1636.16 31.8831.88 28.6928.69 （吨）（吨） 9090 日本近日本近10年焊接材料总产量及各种材料

5、的产量统计图年焊接材料总产量及各种材料的产量统计图 第二章 焊接材料 10 0% 20% 40% 60% 80% 100% 12345678910 系列6 系列5 系列4 系列3 系列2 系列1 焊剂 埋弧 焊丝 焊条 实心 焊丝 TIG丝 药芯 焊丝 9090919192929393949495959696979798989999年年 日本近日本近10年焊接材料种类分布百分数统计图年焊接材料种类分布百分数统计图 第二章 焊接材料 11 第一节 焊条 第二节 焊剂 第三节 焊丝 第二章第二章 焊接材料焊接材料 第二章 焊接材料 12 重点内容 1、焊条分类及制备 2、焊条、焊剂及焊丝的型号和牌

6、号 3、典型焊条的冶金性能 4、焊剂的性能用途 5、气保焊丝和药芯焊丝 第二章 焊接材料 13 2-1 2-1 焊条焊条 第二章 焊接材料 14 一焊条分类一焊条分类 .焊条用途分焊条用途分 ： 1、结构钢焊条 2、铜和铬钼耐热钢焊条 3、不锈钢焊条 4、堆焊焊条 5、低温钢焊条块分割 6、铸铁焊条 7、镍及镍合金焊条 8、铜及铜合金焊条 9、铝及铝合多焊条 10、特殊用途焊条 第二章 焊接材料 15 (二二)按焊接熔渣的碱度分按焊接熔渣的碱度分 ( (三三) )按焊条药皮的类型按焊条药皮的类型 氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧 化铁型、纤维素型、低氢型等 1、酸性焊条 2、碱 性焊条 第二章

7、焊接材料 16 二、焊条的型号与牌号二、焊条的型号与牌号 1、焊条的牌号、焊条的牌号 以结构钢为例：牌号,编制法。结XXX, 结为结构钢焊条,第3个数字,代表药皮 类型,焊接电流要求,第1、2数:代表焊 缝金属抗拉强度 。 第二章 焊接材料 17 J 507 焊条为例焊条为例 J507 低氢型药皮、直流 焊缝金属抗拉强 度不低于490MPa 结构钢焊条 第二章 焊接材料 18 2、焊条的型号、焊条的型号 焊条的型号是按国家有关标准与国 际标准确定的。以结构钢为例，型 号编制法为字母“E”表示焊条，第 一、二位表示熔敷金属最小抗拉强 度，第三位数字表示焊条的焊接位 置，第三、四位数字表示焊接电流

8、 种类及药皮类型。 第二章 焊接材料 19 完整的焊条型号举例如下：完整的焊条型号举例如下： E4 315 表示焊条药皮为低氢钠型 ，并可采用直流反接焊接 表示焊条适用于全位 置焊接 表示熔敷金属抗拉强度 的最小值 表示焊条 第二章 焊接材料 20 三、焊条的组成三、焊条的组成 作用：作用：导电、填充金属、 焊芯材料有选择性:用量最多的是用量最多的是H08H08、 H08AH08A，还有，还有H08EH08E。 2 2、 药皮药皮 、 焊芯焊芯焊丝焊丝 作用：作用：机械保护作用 冶金处理作用 工艺性能良好 第二章 焊接材料 21 药药 皮皮 组组 成成 稳弧剂稳弧剂 :改善引弧性能和提高电弧燃

9、烧的稳定改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定 性，原材料为易电离或电离势低的物质。如：性，原材料为易电离或电离势低的物质。如： K K2 2COCO3 3、CaCOCaCO3 3大理石、长石、钾水玻璃大理石、长石、钾水玻璃 造渣剂造渣剂: :造成具有一定物理性能、化学性能的造成具有一定物理性能、化学性能的 熔渣，起到保护作用和改善焊缝成型。熔渣，起到保护作用和改善焊缝成型。 如：钛铁矿、金红石、萤石、长石等。如：钛铁矿、金红石、萤石、长石等。 造气剂造气剂: :造气保护造气保护 , ,有机物、碳酸盐有机物、碳酸盐. .有机物如有机物如 ：木粉、淀粉、析出气体：木粉、淀粉、析出气体COCO、H H，

10、碳酸盐析出气，碳酸盐析出气 体体COCO2 2，高温时产生，高温时产生COCO。 第二章 焊接材料 22 脱氧剂脱氧剂: :降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属 中的氧。铁合金：锰铁、钛铁、硅铁、中的氧。铁合金：锰铁、钛铁、硅铁、ReRe等。等。 合金剂合金剂: :使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分 。合金、纯金属、一般。合金、纯金属、一般Mn-FeMn-Fe、Si-FeSi-Fe要纯化发醇要纯化发醇 加高锰酸钾纯化加高锰酸钾纯化 . . 粘结剂粘结剂: :将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金 反应，

11、如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。 增塑性增塑性: :便于用机器压制焊条，额外加入一些能便于用机器压制焊条，额外加入一些能 改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥、滑改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥、滑 石等。石等。 第二章 焊接材料 23 三、焊条的工艺性能三、焊条的工艺性能 1.焊接电弧的弧定性焊接电弧的弧定性(稳弧性稳弧性) 影响因素：焊条药皮成份,电源的特性,焊接 规范等.药皮成份的影响. 若药皮中含低电离势元素若药皮中含低电离势元素,U,U稳弧性稳弧性 某些元素的电离势 元素 K Na Ba Ca Ti Mn Fe Si C H O

12、F CO2 电离势 4.32 5.12 5.16 6.08 6.81 7.40 7.83 7.94 11.22 13.53 13.56 18.6 14.3 第二章 焊接材料 24 碱性焊条碱性焊条: :结结507,507,低氢型低氢型, ,电弧稳定性不好电弧稳定性不好 原因原因: :药皮中含萤石较多药皮中含萤石较多,CaF,CaF2 2氟电离势高氟电离势高 18.618.6伏伏, ,与电子亲和力大与电子亲和力大, ,夺取电弧中的电子夺取电弧中的电子, , 形成负离子形成负离子, ,恶化电弧的稳定性。恶化电弧的稳定性。 结结506506加入了低电离势物质加入了低电离势物质,K.,K.、NaNa则

13、可用交则可用交, , 直流直流. .但但K K、NaNa与与F F的亲和力大的亲和力大,KF,KF、NaFNaF有毒有毒. . 酸性焊条酸性焊条:SiO:SiO2 2、TiOTiO2 2、CaOCaO、云母、长石中、云母、长石中 含含K K2 2O O、NaNa2 2O O等，稳弧性好。等，稳弧性好。 第二章 焊接材料 25 判定稳弧性判定稳弧性： 测最大的燃烧电弧长度测最大的燃烧电弧长度LmaxLmax LmaxLmax稳稳断弧长度越大断弧长度越大, ,稳弧性越好稳弧性越好. . 示波器示波器, ,观察电流观察电流, ,电弧电压波形的变化电弧电压波形的变化 情况情况 第二章 焊接材料 26

14、控制低氢型焊条稳弧性方法控制低氢型焊条稳弧性方法： a)CaCOa)CaCO3 3/CaF/CaF2 2比例控制并加入比例控制并加入K1.6K1.62.52.5、K K2 2COCO3 3 K1.5K直流飞溅 第二章 焊接材料 38 .焊条的熔化速度焊条的熔化速度 1 1）焊条的熔化速度）焊条的熔化速度 焊接过程中,焊条的熔化速度反映着焊 接生产率的高低,也是工艺性能方面的一 个重要指标. H=P(1-) 第二章 焊接材料 39 ）药皮成分的影响）药皮成分的影响 药皮成分对电弧电压有影响药皮成分对电弧电压有影响,电弧电离电位越低电弧电离电位越低, 电弧电压越低电弧电压越低,产生热量少产生热量少

15、P小。小。U P 药皮成分对熔滴过渡形态有影响药皮成分对熔滴过渡形态有影响,增多硅酸盐减增多硅酸盐减 少碳酸盐少碳酸盐,细化熔滴细化熔滴,使短路过度使短路过度U,颗粒过渡颗粒过渡U, 射流过渡射流过渡, P最大最大. 焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关,以以TiO2 为主为主,渣导热性差渣导热性差,导电性好导电性好,电阻热作用电阻热作用,导致导致药药 皮易于发红皮易于发红,钛型钛型.钛钙型钛钙型.若药皮中加入发热剂若药皮中加入发热剂, 氧化铁型加速药皮熔化大氧化铁型加速药皮熔化大,氧化铁型氧化铁型P . 第二章 焊接材料 40 药皮成分中含有进行放热反应的物质

16、时药皮成分中含有进行放热反应的物质时, ,加速焊加速焊 条熔化条熔化P P , ,为了提高生成率为了提高生成率, ,铁粉焊条提高铁粉焊条提高 P P 熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的 百分比百分比。例：。例：J422Fe160J422Fe160表示加纯铁粉熔敷效表示加纯铁粉熔敷效 率为率为160%160%的的J422.J422. ）电流种类与极性：直流正接）电流种类与极性：直流正接: :电弧电压和熔电弧电压和熔 化系数变化很大化系数变化很大, ,此时焊条接阴极此时焊条接阴极, ,药皮成分对阴药皮成分对阴 极压降影响较大极压降影响较大, ,药皮

17、成分的改变直接影响着电药皮成分的改变直接影响着电 弧电压变化弧电压变化, ,使也发生变化使也发生变化. .直流反接直流反接: :电弧电压电弧电压 和熔化系数变化最小和熔化系数变化最小. .交流交流: :处于中间状态处于中间状态. . 第二章 焊接材料 41 、药皮发红问题、药皮发红问题 指焊条焊列后半段时,由于焊条药皮温升过 高而发红,开裂脱落的现象,JXX1、JXX2导热 性差,导电性好,不锈钢最为严重. 解决办法: 提高电弧能量,减少熔化时间, 减少电阻热.加入发热剂,促进药皮熔化. 例JXX4。 第二章 焊接材料 42 8、焊条发尘量、焊条发尘量 气体的毒性分为两种 一种是细微的蒸发锰产

18、生的毒性,称为锰中 毒. 另一种是氟中毒,即当药皮中含有大量莹石 时,在焊接过程中会有HF气体析出,这种毒气作 用较快,亦有人认为,不是HF而且NaF、KF更易 使人中毒致病. 第二章 焊接材料 43 改改 善善 方方 法法 . 减小发尘量 . 减小尘中致毒物质数量 具体措施具体措施: : 减少药皮中萤石的含量 减小水玻璃 减少电弧的过热程度. 第二章 焊接材料 44 五、焊条的冶金性能五、焊条的冶金性能 （一）（一）. . 钛钙型焊条钛钙型焊条E4303E4303（J422J422） 渣系： 酸性焊条:熔渣碱度为0.76,属于酸性渣， 气渣联合保护 . 1 1、氧化和脱氧反应、氧化和脱氧反应

19、 1）、铁的氧化: 2）、脱氧 CaOSiOTiO 22 锰脱氧 硅脱氧 碳的氧化与脱氧 第二章 焊接材料 45 铁的氧化: 氧直接使铁氧化 使铁氧化 水蒸气使铁氧化 渣中氧化物使Fe氧化 由还原引起 (FeO)OFeFeOO 2 1 Fe 2 CO Fe 2 FeOCO 22 HFeHFeOO 气 2 SiO 2 SiO FeOSiFeSiO2 2)( 2 FeOMnFeMnO)( 第二章 焊接材料 46 2 2、还原反应、还原反应 )( 2)( 2 2 MnOSiSiOMn 使焊缝增硅 3 3、脱硫、脱硫 S从0.017%增到0.019% FeMnSMnFeSMnSFeOMnOFeS 4

20、4、脱、脱 从0.019%增到0.035% 由于渣中CaO、MnO量少, TiO2、SiO2含量 较高,难以进行脱.反应,严格限制原 材料含.量. 第二章 焊接材料 47 5、 合金化合金化 锰铁主要是脱氧、脱硫，合金化必需 是另外加入所需元素 6、气孔敏感性、气孔敏感性 焊皮中加入大量造渣,造气剂,焊后产生 相当数量的熔渣和气体,具有较强的隔绝 空气能力,量不多.熔渣氧化、CO气孔 ，调整氧化性防止产生两大类气孔。 7、焊接烟尘、焊接烟尘 第二章 焊接材料 48 渣系， 碱度高达1.89。 （二）（二）、低氢焊条低氢焊条 22 SiOCaFCaO 1、氧化反应控制: 由于CaO 强碱性氧化物

21、,主要是钛、硅 锰联合脱氧。 焊接区气氛的氧化性强,熔渣的氧化性 小 总含氧量为0.03%. O 第二章 焊接材料 49 含氢量少. 原因:a)碱性焊条不加或少加含氢物质 b)氧化性能, 、 、 c) 去氢作用 含氢量低故抗冷裂纹性能好. 2、对氢的控制、对氢的控制: gmlH100/8 2 CaF 2 H P 2 CO P 2 O P 第二章 焊接材料 50 3、对硫、对硫.磷的控制磷的控制 脱效果好脱效果好, , 含量高含量高, ,由由0.02%0.02%降到降到0.011%0.011% 脱磷效果较差脱磷效果较差. .0.01%0.01%增到增到0.021%.0.021%. )()()(F

22、eOCaSFeSCaO 4 4、烟尘、烟尘 由于氟中毒，危害较大，是低氢型焊条研究的 重要课题。该类焊条，机械性能比钛钙型焊条好, 尤其韧性好，硫、磷、氧、氢量少，用于焊接重 要结构,各种合金钢。但工艺性能差主要是稳弧 性、脱渣性差，烟尘大。 第二章 焊接材料 51 六、六、.焊条的设计焊条的设计 （一）设计原则 （二）设计依据 （1）被焊母材的化学成分与力学性能指标 （2）焊件的工作条件 （3）施工现场的焊接设备情况 （4）电焊条制造的生产工艺条件 第二章 焊接材料 52 （三）设计方法 1.在传统配方基础上的改进与创新 2.计算化学成分配比 3.焊条配方的优化设计法 第二章 焊接材料 53

23、 （四）设计步骤 1.1.选定焊芯选定焊芯 2.2.选选 定药皮类型、渣系及药皮配方定药皮类型、渣系及药皮配方 1）根据被焊金属使用性能，拟定焊缝金属合 金系统 2）根据焊件焊接性，确定焊缝金属化学成分 3）确定焊缝金属合金系统，确定药皮类型、 渣系 4）确定合金剂种类数量，选定药皮原材料 5）通过具体试验进行配方调整 第二章 焊接材料 54 七、焊条的制造七、焊条的制造 （一）焊芯制备 （二）焊条药皮材料制备 （三）水玻璃的制备 化学式R 2O.nSiO2. R 2O为碱金属氧化物 1.模数m % % 2 2 OR SiO m -系数，对于钠水玻璃为1.032 第二章 焊接材料 55 2.浓

24、度 水玻璃的浓度有两种表示方法 （1）波美浓度 （2）密度 ) 1(145 Be 145 145 Be Be 3.粘度 第二章 焊接材料 56 （四）配料、混拌及压涂 （五）焊条烘焙 （六）经过检验，质量合格的焊条 可包装、入库、出厂 本节结束 第二章 焊接材料 57 2-2 2-2 焊剂焊剂 第二章 焊接材料 58 一一. . 焊剂的类型焊剂的类型 焊剂和焊丝都是埋弧焊，电渣焊时使 用的焊接材料。焊剂相当于焊条药皮，焊 丝相当于焊条药芯。 埋弧焊、电渣焊多用于焊接钢，少数 用于焊接有色金属。 第二章 焊接材料 59 钢用焊剂分类 . . 按制造方法分类按制造方法分类 ()熔炼焊剂 ()非熔炼

25、焊剂 2. 2. 按焊剂化学成分分类按焊剂化学成分分类 (1)按氧化物性质分 (2)按SiO2含量分 (3)按MnO含量分 (4)按CaF2含量分 第二章 焊接材料 60 按SiO2含量分 a. a. 高硅焊剂：焊剂含高硅焊剂：焊剂含SiOSiO2 2 30% 30% b. b. 中硅焊剂：焊剂含中硅焊剂：焊剂含SiOSiO2 2 10 103030 c. c. 低硅焊剂：焊剂含低硅焊剂：焊剂含SiOSiO2 2 10% 30% 30% b b、中锰焊剂：含、中锰焊剂：含MnOMnO 1530% 1530% c c、低锰焊剂：含、低锰焊剂：含MnOMnO 25% 25% d d、无锰焊剂：不加

26、、无锰焊剂：不加MnOMnO ，焊剂中，焊剂中 MnOMnO是混入的杂质是混入的杂质MnOMnO 2% 30% 30% b b、中氟焊剂：含、中氟焊剂：含CaFCaF2 2 1030% 1030% c c、低氟焊剂：含、低氟焊剂：含CaFCaF2 2 10% 30%， 高有通过 焊剂向焊缝里过渡硅作用。 高硅焊剂又可分为高硅高锰焊剂，高硅 中锰焊剂、高硅低焊剂、高硅无锰焊剂 2 OSi 2 OSi 第二章 焊接材料 68 .中硅焊剂中硅焊剂 含 数量较低， .( ). 量较多，碱度 较高属于弱氧化性焊剂。 中硅焊剂配合适当焊丝焊接合金结构钢， 弱氧化性中硅焊剂，焊缝金属含量高， 抗冷裂纹能力弱

27、。 在中硅焊剂中加相当数量 ,氧化性 这种焊剂为中硅氧化性焊剂，焊缝金属中 又具有相当高的韧性，用于焊接高强钢。 2 OSi OCa OFe MgO OFe 第二章 焊接材料 69 焊剂由 . . . 组成， 焊剂对基本金属无氧化作用，配 合相应焊丝,焊接高合金钢如不锈 钢等 .低硅焊剂低硅焊剂 OCa. 32O Al MgO2 FCa 第二章 焊接材料 70 (二二).烧结焊剂烧结焊剂 “SJ”SJ”系列烧结焊剂是采用硅酸盐、碳酸盐系列烧结焊剂是采用硅酸盐、碳酸盐 、金属氧化物、氟化物及铁合金、纯金属等粉、金属氧化物、氟化物及铁合金、纯金属等粉 剂按照焊接冶金要求配成不同酸碱度焊剂。剂按照焊

28、接冶金要求配成不同酸碱度焊剂。 通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制 成烧结型焊剂。成烧结型焊剂。 烧结型焊剂不但具有优良的焊接工艺，最烧结型焊剂不但具有优良的焊接工艺，最 大的有点是通过焊剂向焊缝金属中渗合金，从大的有点是通过焊剂向焊缝金属中渗合金，从 而降低了对焊丝化学成分的成本，是当前世界而降低了对焊丝化学成分的成本，是当前世界 上广泛采用的一种新型焊接材料上广泛采用的一种新型焊接材料 。 第二章 焊接材料 71 烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。 . .烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中烧结焊剂中加

29、脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中 则不能加脱氧剂。则不能加脱氧剂。 . .加合金剂、合金化强。加合金剂、合金化强。 . .抗气孔能力比熔炼焊剂强。抗气孔能力比熔炼焊剂强。 . .对焊接参数变动敏感对焊接参数变动敏感, ,会引起焊缝化学成分不会引起焊缝化学成分不 均匀均匀 . .吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干 。 . .生产成本低、节能、生产效率高。生产成本低、节能、生产效率高。 第二章 焊接材料 72 目前有五种类型 型号SJ 后三位数表示主要组成 成分分类的代码 SJ 101氟碱型 IIW SJ 301硅钙型 FB SJ 401硅锰型 CS SJ 501铝钛型 MS SJ 502铝钛型 AR %50 2 FCOMMgOOC ana %60 2 OSMgOOC ia %50 2 OSOM in %45 232 OTOAl i 本节结束 第二章 焊接材料 73 第二章 焊接材料 74 2-3 2-3 焊丝焊丝 药芯焊丝 第二章 焊接材料 75 一、焊丝的分类 1.1.按照适