焊接冶金学-焊接材料-PPT精选

1、12第一节 焊条第二节 焊丝第三节 焊剂第一章第一章 焊接材料焊接材料3重点内容1、焊条分类2、焊条、焊剂及焊丝的型号和牌号3、典型焊条的冶金性能4、气保焊丝和药芯焊丝5、焊剂的性能用途42-1 2-1 焊条焊条5一、焊条的组成及作用一、焊条的组成及作用作用：作用：导电、填充金属。 C,Mn,Si 应适量；S,P应尽量减少。焊芯材料有选择性:用量最多的是用量最多的是H08AH08A 、 焊芯焊芯焊丝焊丝表 1-2 低碳钢焊芯的化学成分（GB 14957-94） 化学成分（质量分数）/ % 牌号 C Mn Si Ni Cr Cu S P H08A 0.10 0.300.55 0.03 0.30

2、0.20 0.20 0.030 0.030 H08E 0.10 0.300.55 0.03 0.30 0.20 0.20 0.020 0.020 H08C 0.10 0.300.55 0.03 0.10 0.10 0.10 0.015 0.015 H08Mn 0.10 0.300.55 0.07 0.30 0.20 0.20 0.035 0.035 H08MnA 0.10 0.300.55 0.07 0.30 0.20 0.20 0.030 0.030 H15A 0.110.18 0.300.65 0.03 0.30 0.20 0.20 0.030 0.030 H15Mn 0.110.18 0

3、.801.10 0.03 0.30 0.20 0.20 0.035 0.035 6 2、 药皮 药皮的作用： 机械保护作用（造渣、造气） 冶金处理作用（脱氧、合金化） 工艺性能改善作用（稳弧、脱渣、成形） 7药皮的组成：药皮的组成：焊条药皮是由具有不同物理性质和化学性焊条药皮是由具有不同物理性质和化学性质的多种材料混合而成的涂层。质的多种材料混合而成的涂层。这些材料包括氧化物、碳酸盐、硅酸盐、这些材料包括氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、金属和铁合金等。有机物、氟化物、金属和铁合金等。按药皮功能可分为稳弧剂、造气剂、造渣按药皮功能可分为稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘接剂和成形

4、剂。剂、脱氧剂、合金剂、粘接剂和成形剂。8表表1-3 1-3 结构钢焊条药皮的主要组成物结构钢焊条药皮的主要组成物组成物组成物质量分数质量分数/%钛型钛型钛钙型钛钙型钛铁矿型钛铁矿型氧化铁型氧化铁型纤维素型纤维素型低氢型低氢型碳酸盐碳酸盐412152201803352555硅酸盐硅酸盐20352540304535451015723二氧化二氧化钛钛456035450120125805钛铁矿钛铁矿02525402030赤铁矿赤铁矿2935铁合金铁合金1012101513202430142015有机物有机物090305052535氟化物氟化物15309药药 皮的皮的 组组 成成稳弧剂稳弧剂 :改善引

5、弧性能和提高电弧燃烧的稳定改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定 性，性，原材料为易电离或电离势低的物原材料为易电离或电离势低的物质质。如：。如：K K2 2COCO3 3、CaCOCaCO3 3大理石、长石、大理石、长石、钾水玻璃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、萤石等。如：钛铁矿、金红石、萤石等。 造气剂造气剂: :造气保护。有机物、碳酸盐造气保护。有机物、碳酸盐. .有机物有机物如如: :木粉、淀粉、析出气体木粉、淀粉、析出气体COCO、H H，碳，碳酸

6、盐析出气体酸盐析出气体COCO2 2，高温时产生，高温时产生COCO。10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。如铁合金：锰铁、钛铁、硅铁中的氧。如铁合金：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。铁合金、纯金属、如。铁合金、纯金属、如Mn-FeMn-Fe、Si-FeSi-Fe等等 粘结剂粘结剂: :将涂料牢固的粘在焊芯上，不参加有害将涂料牢固的粘在焊芯上，不参加有害的冶金反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与的冶金反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。钠水玻璃混合

7、。成形剂成形剂: :使药皮材料具有一定的塑性、弹性和流使药皮材料具有一定的塑性、弹性和流动性，保证药皮在压涂时不开裂。成形动性，保证药皮在压涂时不开裂。成形剂通常是有弹性和滑性的材料。如云母剂通常是有弹性和滑性的材料。如云母、白泥、滑石等。、白泥、滑石等。 11 应当指出，药皮应当指出，药皮组成物中的每种材组成物中的每种材料都具有多种作用料都具有多种作用。在进行焊条药皮。在进行焊条药皮配方设计和选材时配方设计和选材时，应重点考虑主要，应重点考虑主要作用，同时兼顾次作用，同时兼顾次要作用。要作用。 此外，还应考虑此外，还应考虑冶金方面的副作用冶金方面的副作用，如氧化、增氢、，如氧化、增氢、增磷、

8、增硫等。增磷、增硫等。12二焊条分类二焊条分类( (一）按焊条用途分一）按焊条用途分 ：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13( (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141、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

9、、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种类及药皮类型。三、焊条的型号与牌号三、焊条的型号与牌号 15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162、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 。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18 焊条型号是国家

10、标准中对焊条规定的编号，用来区别各种焊条熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类。标有型号的焊条，其技术要求、性能指标、检验方法都应按国家标准的规定进行。国家标准中通常只规定该种焊条最基本的要求。焊条国家标准不可能包括所有的焊条。 焊条牌号是焊条制造厂对作为产品出厂的每种焊条标的特定编号，用来区别不同焊条熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型和焊接电流种类。与焊条的型号相比，牌号中没有区别焊接位置的编号，但增加了特殊性能的符号(如超低氢、高韧性、打底焊 )。焊条的型号和牌号的区别焊条的型号和牌号的区别 19四、焊条的工艺性能四、焊条的工艺性能 1. 1.焊接电弧的弧定性焊

11、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 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 14.320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

12、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。 21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LmaxLmaxLma

13、xLmax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22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 K1.5 K直流飞溅 305.5.焊条的熔敷系数焊条的熔敷系数 焊条的焊条的熔敷系数熔敷系数 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)P熔化系数熔化系数损失系数损失系数31）药皮成分的影响）药皮成

14、分的影响药皮成分对药皮成分对电弧电压电弧电压有影响有影响,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P小。小。U P 药皮成分对药皮成分对熔滴过渡形态熔滴过渡形态有影响有影响,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,

15、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 .32药皮成分中含有进行放热反应的物质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。）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, ,药皮成分的改变直接影响着电药皮成分的改变直接

16、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. .336.6.脱渣性脱渣性 1）熔渣的线膨胀系数 2）熔渣的松脆性3）熔渣氧化性脱渣性:焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度。影响因素影响因素: :34351)1)熔渣的膨胀系数和松脆性熔渣的膨胀系数和松脆性, ,金属与熔渣的膨胀系数相差越大金属与熔渣的膨胀系数相差越大, ,收缩不同产生内应收缩不同产生内应力越大力越大, ,脱渣性好脱渣性好, ,钛型焊条钛型焊条, ,脱渣性最好脱渣性最好, ,低氢型焊低氢型焊条脱渣

17、性最差条脱渣性最差. .疏松度疏松度: :指渣中孔隙所占的面积的百分数指渣中孔隙所占的面积的百分数. . 对于角焊缝对于角焊缝, ,深剖口底层焊缝深剖口底层焊缝, ,熔渣夹在钢板之熔渣夹在钢板之间间, ,脱渣困难脱渣困难, ,渣的硫松度影响很大，渣越松脆渣的硫松度影响很大，渣越松脆, ,越易越易脱。钛型焊条疏松度不如氧化铁型及钛铁矿型脱。钛型焊条疏松度不如氧化铁型及钛铁矿型, ,在角在角焊缝及深剖口中脱渣焊缝及深剖口中脱渣, ,以以氧化铁型氧化铁型, ,钛铁矿型为好钛铁矿型为好. .钛钛钙型渣松脆钙型渣松脆。CaOCaO是黄白色质松而不脆，是黄白色质松而不脆，CaFCaF多多, ,色黑而硬色黑

18、而硬, ,均不利于脱渣均不利于脱渣. .362)2)熔渣氧化性熔渣氧化性熔渣氧化性太强熔渣氧化性太强, ,脱渣难。脱渣难。原因是原因是: :氧化性太强氧化性太强, ,使焊缝表面氧化使焊缝表面氧化, ,生成氧化膜。生成氧化膜。FeOFeO晶格结构体心立方，焊缝金属晶格结构体心立方，焊缝金属FeFe体心立方体心立方. .晶格与晶格与FeFe搭接搭接熔渣中尖晶石型化合物熔渣中尖晶石型化合物AlAl2 2O O3 3、CrCr2 2O O3 3、等形成体、等形成体心立方晶格结构的尖晶石型化合物。心立方晶格结构的尖晶石型化合物。尖晶石化合物与尖晶石化合物与FeOFeO晶格结合，使之很难脱渣，晶格结合，使

19、之很难脱渣，FeOFeO膜相当胶粘剂，连接焊缝金属与熔渣膜相当胶粘剂，连接焊缝金属与熔渣。37、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。388、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.39改改 善善 方方 法法.

20、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. 40五、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 1）铁的氧化: 2）脱氧CaOSiOTiO22锰脱氧 硅脱氧 碳的氧化与脱氧 41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 21Fe2COFe2FeOCO 22HFeHFeOO气2SiOFe

21、OSiFeSiO2 2)(2FeOMnFeMnO)(2SiO422 2、还原反应、还原反应 )( 2)( 22MnOSiSiOMn使焊缝增硅 3 3、脱硫、脱硫 FeMnSMnFeSMnSFeOMnOFeS4 4、脱、脱 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.435、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.44渣系， 碱度高达1.89。（二）（二）、低氢焊条低氢焊条 E5015（J507）22SiOCaFCaO1、氧化反应控制:由于CaO 强碱性氧化物,主要是钛

22、、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%.O45 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:gmlH100/82CaF2HP2COP2OP463、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%.)()()(FeOCaSFeSCaO472-2 2-2 焊丝焊丝 药芯焊丝48一、焊丝的分类1.1.按照适

23、用的焊接方法按照适用的焊接方法埋弧焊焊丝、CO2焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、自保焊焊丝及电渣焊焊丝2.2.按照适用的金属材料按照适用的金属材料低碳钢、低合金钢焊丝、硬质合金堆焊焊丝，以及铝、铜与铸铁焊丝等3.3.按照焊丝的形状结构按照焊丝的形状结构实心焊丝、药芯焊丝49二、焊丝的型号和牌号二、焊丝的型号和牌号（一）焊丝的型号 ER 55 B2 Mn焊丝中化学成分代号焊缝金属抗拉强度不低于540MPa实芯焊丝焊丝中含有锰元素50EF 0 3 50 4 2-30的冲击吸收功 27J抗拉强度不低于490MPa药芯焊丝（一）焊丝的型号 适用于平焊和横焊0的冲击吸收功 47JCaO-CaF2,CO2, DC

24、反接,单多51（二）焊丝的牌号H 08 Mn2 Si A锰的质量分数30% 30%b. b. 中硅焊剂：焊剂含中硅焊剂：焊剂含SiOSiO2 2 10 103030c. 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、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

25、c、低氟焊剂：含、低氟焊剂：含CaFCaF2 2 10% 10% 64 2. 2.按焊剂化学性质分按焊剂化学性质分 (1)氧化性焊剂 SiO2 、 MnO、FeO (2)弱氧化性焊剂 (3)无氧化性焊剂 3. 3.按焊剂熔渣碱度分按焊剂熔渣碱度分 (1)酸性焊剂 B 1.5 654.4.按焊剂颗粒结构分按焊剂颗粒结构分 (1)玻璃状焊剂 (2)结晶状焊剂 (3)浮石状焊剂5.5.按焊剂适用对象分按焊剂适用对象分 (1)埋弧焊焊剂 (2)电渣焊焊剂 (3)堆焊焊剂6.6.按制造方法分类按制造方法分类 ()熔炼焊剂 ()烧结焊剂66二二. 焊剂的型号和牌号焊剂的型号和牌号 F 4 A 2 H08A

26、焊态试件药芯焊丝配用的焊丝型号最低抗拉强度410MPa0的冲击吸收功 27J67二二. 焊剂的型号和牌号焊剂的型号和牌号1.1.牌号前加牌号前加“焊剂焊剂”两字表示埋弧焊及电两字表示埋弧焊及电渣焊用熔炼型、烧结型、陶质焊剂渣焊用熔炼型、烧结型、陶质焊剂。 2.牌号第一数字表示焊剂中牌号第一数字表示焊剂中MnO含量含量 焊剂无锰 焊剂低锰 焊剂中锰 焊剂高锰焊剂陶质型焊剂烧结型焊剂待发展683.牌号第位数字表示焊剂中氧化硅、氟牌号第位数字表示焊剂中氧化硅、氟化钙含量化钙含量焊剂低硅低氟 焊剂中硅低氟焊剂高硅低氟 焊剂低硅中氟焊剂中硅中氟 焊剂 高硅中氟焊剂低硅高氟 焊剂中硅高氟焊剂待发展 694

27、.4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号同牌号 按、顺序排列5.对同一牌号焊剂生产两种粒度时，在细对同一牌号焊剂生产两种粒度时，在细粒产品后加一个细字。粒产品后加一个细字。 例如、焊剂表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型 70 HJ 4 3 1 X高硅低氟型焊剂埋弧焊和电渣焊用的熔炼焊剂细颗粒焊剂高锰型焊剂牌号序号为171SJ 5 01 铝钛型渣系埋弧焊用烧结焊剂牌号顺序为0172三三. 焊剂的性能和用途焊剂的性能和用途 (一一).熔炼焊剂熔炼焊剂.高硅焊剂高硅焊剂 以硅酸盐为主 SiO2 40%， SiO2 高有通过焊剂向焊缝里过渡硅作用。高硅焊

28、剂又可分为高硅高锰焊剂，高硅中锰焊剂、高硅低锰焊剂、高硅无锰焊剂 73高硅焊剂与焊丝配合：高硅焊剂与焊丝配合：(1)(1)高硅无锰焊剂配合高锰焊丝高硅无锰焊剂配合高锰焊丝(1.5(1.51.9%)1.9%)(2)(2)高硅中锰焊剂配合含锰焊丝高硅中锰焊剂配合含锰焊丝(0.8(0.81.1%) 1.1%) (3)(3)高硅高锰焊剂应配合低碳钢焊丝或含锰高硅高锰焊剂应配合低碳钢焊丝或含锰焊丝，主要用于焊接低碳结构钢或某些低合焊丝，主要用于焊接低碳结构钢或某些低合金钢。金钢。74.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。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。2OSiOCaOFeMgOFeO 75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.32OAlMgO2FCa76(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、