焊接材料的组成及作用

1、上篇上篇 焊接冶金焊接冶金1.1.1 1.1.1 焊条焊条1 1、焊条的组成及作用、焊条的组成及作用 1） 焊芯焊芯焊丝焊丝 作用作用（1 1）导电、维持电弧燃烧；（2）填充金属 焊芯材料有选择性（P15表1-1）:用量最多的是用量最多的是H08H08、H08AH08A，还有，还有H08EH08E。AA优质，优质，EE特优：特优：S S、P P的含量的含量 C C、MnMn、SiSi、S S、P P和其它和其它MEME的控制的控制 2 2）药皮 （1 1）作用：）作用：机械保护作用 冶金处理作用 工艺性能良好（2 2）组成）组成稳弧剂稳弧剂 : :改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定性，改善引弧性

2、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：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、化学性能的熔渣，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。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：木粉、有机物如：木粉、淀粉、析出气体淀粉、析出气体COCO、H H，碳酸盐析出气体，碳酸盐析出气体C

3、OCO2 2，高温时，高温时产生产生COCO。脱氧剂: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、Re等。合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。一般Mn-Fe、Si-Fe、镍粉、铬粉。 粘结剂:将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。 成型剂: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、滑石等。 2 2、焊条的种类及型号、焊条的种类及型号 1）种类 按用途分： （）结构钢焊条；（）不锈钢焊条 （）钼和铬钼耐热钢焊条 （）堆焊焊条 （5）低温钢焊条（6）铸铁焊条 （7）镍及镍合金焊条（8）铜及铜合金焊条

4、 （9）铝及铝合多焊条（10）特殊用途焊条按焊接熔渣的碱度分按焊接熔渣的碱度分 （）酸性焊条 （）碱性焊条 要求掌握定义 按焊条药皮的类型分： 氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型等 按药皮重量系数划分： （）厚皮焊条：药皮重量系数 （）薄皮焊条：药皮重量系数 药皮重量系数的概念：药皮重焊芯重）焊条的型号与牌号）焊条的型号与牌号 （）焊条牌号 以结构钢为例：牌号编制法。XXX,：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。 J 507 J 507 焊条为例焊条为例J507低氢型药皮、直流熔敷金属抗拉强度不低于490MPa结构钢焊条（）

5、焊条型号（）焊条型号 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种类及药皮类型。完整的焊条型号举例如下：完整的焊条型号举例如下：E 4 3 1 5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420MPa 表示焊条3 3、焊条的性能、焊条的性能 1）工艺性能1 1（1 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

6、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 14.3碱性焊条:J507,低氢型,电弧稳定性不好原因:药皮中含萤石较多,CaF2氟电离势高18.6伏,与电子亲和力大,夺取电弧中的电子,形成负离子,恶化电弧的稳定性。J506加入了低电离势物质,K.、Na则可用交,直流.但K、Na与F的亲和力大,KF、NaF有毒.酸性焊条:SiO2、TiO2、CaO、云母、长石中含K2

7、O、Na2O等，稳弧性好。 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L LmaxmaxL Lmaxmax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情况电弧电压波形的变化情况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K K2 2COCO3 3 和水玻璃。和水玻璃。b)b)添加添加101020%20%纯铁粉和少量纯铁粉和少量Al-MgAl-Mg合金粉合金粉. .c)c)用用MgFMgF2 2代代CaFCaF2

8、2不仅提高稳弧性不仅提高稳弧性, ,还可改善焊缝成型和还可改善焊缝成型和脱渣脱渣. .d)d)加入少量加入少量CsCOCsCO3 3(0.1(0.11.0%)1.0%)铯电离势比铯电离势比K K小小, ,还可加还可加石墨石墨0.50.53.0%3.0%，熔点低，套筒长度小。，熔点低，套筒长度小。（2 2）在各种位置焊接适应性）在各种位置焊接适应性 焊缝位置：焊缝位置： 解决方法:1 1）适当增加电弧吹力）适当增加电弧吹力, ,调整药皮熔点和厚度调整药皮熔点和厚度, ,使焊条端部使焊条端部产生适当长度的套筒产生适当长度的套筒, ,药皮中加入一定数量造气剂药皮中加入一定数量造气剂. .2 2）熔渣

9、的物理性能适应）熔渣的物理性能适应 熔渣的凝固温度熔渣的凝固温度焊条类型焊条类型 凝固温度凝固温度 凝固温度范围凝固温度范围纤维素型纤维素型 1200-1290 901200-1290 90钛钛 型型 1320-1420 1001320-1420 100钛铁矿型钛铁矿型 130-126 130130-126 130氧化铁型氧化铁型 1180-1350 1701180-1350 170凝固温度范围窄凝固温度范围窄, ,粘度表面张力随温度变化粘度表面张力随温度变化, ,使熔使熔渣能在较短时间内迅速凝固渣能在较短时间内迅速凝固, ,才能立、仰横焊才能立、仰横焊, ,凝凝固温度范围固温度范围, ,不易

10、横、仰、立焊不易横、仰、立焊. .粘度（粘度（）、表面张力（）、表面张力（）长渣长渣: :粘度随温度的降低而缓慢增大的熔渣。粘度随温度的降低而缓慢增大的熔渣。短渣短渣: :粘度随温度的降低而快速增大的熔渣。粘度随温度的降低而快速增大的熔渣。氧化铁型药皮凝固温度范围大不适应于横氧化铁型药皮凝固温度范围大不适应于横. .立立. .仰仰焊；长渣也不宜。焊；长渣也不宜。其它种焊条可进行全位置焊接其它种焊条可进行全位置焊接. .（3 3）焊缝成型）焊缝成型 与操作技术有关,还取决于熔渣熔点,粘度与表面张力（熔渣的物理性质）。熔渣的熔点（熔渣的熔点（T T）熔渣的粘度（熔渣的粘度（ ）表面张力表面张力 （

11、 ）熔滴过渡熔滴过渡 T,T,表面成型不良表面成型不良, ,易产生气孔易产生气孔, ,夹杂夹杂; ;过低过低, ,对焊缝敷盖不均匀对焊缝敷盖不均匀, ,保护作用差。保护作用差。一般一般T=1500T=1500，渣，渣0.10.10.2Pa0.2Pas, s, 熔渣的熔渣的粘度也决定于熔渣的化学成分粘度也决定于熔渣的化学成分. .表面张力表面张力复盖性好，但不能过小，复盖性好，但不能过小，熔渣易成球熔渣易成球型型, ,复盖性不好复盖性不好. . 熔渣的表面张力和粘度材料 温度 表面张力(N/m) 粘度(泊)铁 15751590 1.01.2 0.019碱性渣 1400 左右 0.280.35 2

12、.07.0酸性渣 1400左右 0.350.40 1.22.0熔滴过渡低氢型焊条粗滴短路过渡，J423,J424以短路过渡为主,J421,J422以喷射过渡,焊缝成型美观.（4 4）焊接飞溅与熔敷效率）焊接飞溅与熔敷效率飞溅：焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒。产生原因产生原因: :a 熔池内部气体的熔池中逸出引起b 熔滴爆炸c 电弧作用力, d 短路过渡时,电弧再燃时产生飞溅熔敷效率熔敷效率 两种表达方式： a 反映焊接生产率高低的指标，可用熔敷系数表示H：单位时间、单位电流熔敷在工件上的金属量g/A.h H焊接生产率 b “熔敷效率”是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比。又叫焊材熔

13、敷率：如焊条熔敷率，焊丝熔敷率。 例：例：J422J422Fe160Fe160表示加纯铁粉熔敷效率为表示加纯铁粉熔敷效率为160%160%的的J422.J422.（大于（大于100%100%，？，？ ）：熔化的填）：熔化的填充金属按焊芯算。充金属按焊芯算。 注意与指标“熔敷效率”的关系。影响因素影响因素 a a 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, ,电电弧电压越低弧电压越低, ,产生热量少，产生热量少，HH小。小。U H U H 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, ,增多硅酸盐减少碳增多

14、硅酸盐减少碳酸盐酸盐, ,细化熔滴细化熔滴, ,使短路过度使短路过度U,U,颗粒过渡颗粒过渡U,U,射流射流过渡过渡, H, H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TiO2TiO2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, ,导致药皮易于发导致药皮易于发红红, ,如钛型、钛钙型；若药皮中加入发热剂如钛型、钛钙型；若药皮中加入发热剂, ,氧化铁氧化铁型加速药皮熔化大型加速药皮熔化大, ,氧化铁型氧化铁型H H ；药皮成分中含；药皮成分中含有进行放热反应的物质时有进行放热反应的物质时, ,加速焊条熔

15、化加速焊条熔化H ,H ,为为了提高生成率了提高生成率, ,铁粉焊条提高铁粉焊条提高H H b 电流种类与极性。电流种类与极性。直流正接直流正接:电弧电压和熔化系数变化很大电弧电压和熔化系数变化很大,此时焊条接阴极此时焊条接阴极,药皮成分对阴极压降影药皮成分对阴极压降影响较大响较大,药皮成分的改变直接影响着电弧药皮成分的改变直接影响着电弧电压变化电压变化,使也发生变化使也发生变化.直流反接直流反接:电弧电压和熔化系数变化最小电弧电压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.（5 5）脱渣性）脱渣性脱渣性:焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度。影响因素: 熔渣的线膨胀系数和松脆性： 金

16、属与熔渣的膨胀系数相差越大,收缩不同产生内应力越大,脱渣性好,钛型焊条,脱渣性最好,低氢型焊条脱渣性最差. 疏松度:指渣中孔隙所占的面积的百分数。 对于角焊缝,深坡口底层焊缝,熔渣夹在钢板之间,脱渣困难,渣的硫松度影响很大，渣越松脆,越易脱。钛型焊条疏松度不如氧化铁型及钛铁矿型,在角焊缝及深剖口中脱渣,以氧化铁型,钛铁矿型为好。钛钙型渣松脆。CaO是黄白色质松而不脆，CaF多,色黑而硬,均不利于脱渣。熔渣氧化性熔渣氧化性 熔渣氧化性太强,脱渣难。 原因是: A 氧化性太强,使焊缝表面氧化,生成氧化膜（FeO）。 FeO晶格结构体心立方，焊缝金属：Fe体心立方. B FeO晶格与Fe搭接冶金结合

17、脱渣难 C 熔渣中尖晶石型化合物Al2O3、Cr2O3、等形成体心立方晶格结构的尖晶石型化合物。 D 尖晶石化合物与FeO晶格结合，使之很难脱渣，FeO膜相当胶粘剂，连接焊缝金属与熔渣。（6 6）焊接烟尘）焊接烟尘 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而是NaF、KF更易使人中毒致病.改 善 方 法 a 减小发尘量 b 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.（7 7）药皮发红问题 指焊条焊列后半段

18、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。2 2）冶金性能）冶金性能 对焊缝金属的净化和合金化 五大害元素如何来的？又如何去的？ N、H、O、S、P 在化学冶金中要重点学习的内容。1.1.2 1.1.2 焊丝焊丝药芯焊丝1 1、焊丝的分类、焊丝的分类1 1）按照适用的焊接方法）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）按照焊丝的形状结构）按照焊丝的形状结构实心焊丝、药芯焊丝3 3）按照适用的金属材料）

19、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2 2、焊丝的型号和牌号1）焊丝的型号2）焊丝的牌号3 3、实芯焊丝、实芯焊丝1)1)埋弧焊用实心焊丝埋弧焊用实心焊丝1.低锰焊丝含Mn 0.2%0.8%2.中锰焊丝含Mn 0.8%1.5%3.高锰焊丝含Mn 1.5%2.2%4.MnMo焊丝含Mn 1%以上2)CO2)CO2 2焊实心焊丝焊实心焊丝 C-Mn-SiC-Mn-Si合金系：合金系：Si-MnSi-Mn联合脱氧联合脱氧3 3）其他用途的实心焊丝）其他用途的实心焊丝（1 1）电渣焊焊丝）电渣焊焊丝（2 2）氩弧焊焊丝：）氩弧焊焊丝：TIGTIG与与MIGM

20、IG（MAGMAG）焊丝成分）焊丝成分的不同：的不同： TIGTIG：保护好，可选用与母材同质、同成分：保护好，可选用与母材同质、同成分 MIGMIG（MAGMAG）：氧化性）：氧化性，加脱氧剂。，加脱氧剂。TIGTIG：141141MIGMIG：131131MAGMAG：1351354、药芯焊丝1 1）药芯焊丝的分类（见教材）：）药芯焊丝的分类（见教材）：P33P33（1 1）按其外层结构分）按其外层结构分（2 2）按其内部填充材料分）按其内部填充材料分（3 3）按照渣的碱度分）按照渣的碱度分 （4 4）按是否使用保护气体）按是否使用保护气体要求：了解要求：了解2)2)药芯焊丝的特征药芯焊丝

21、的特征 （1 1）焊接飞溅小）焊接飞溅小 （2 2）焊缝成形美观）焊缝成形美观 （3 3）熔敷速度高于实心焊丝）熔敷速度高于实心焊丝 （4 4）可进行全位置焊接）可进行全位置焊接 焊接位置：焊接位置：PAPA、PBPB、PCPC、PDPD、PFPF、PGPG1.1.3 1.1.3 焊剂焊剂1 1、焊剂的类型和质量要求、焊剂的类型和质量要求 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、电渣焊焊剂多用于焊接钢，少数用于焊接有色金属。钢用焊剂分类钢用焊剂分类1 1）按制造方法分类）按制造方法分类()熔炼焊剂 ()非熔炼焊剂 2 2）按焊剂化学成分分

22、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 按按SiOSiO2 2含量分含量分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 103030c. c. 低硅焊剂：焊剂含低硅焊剂：焊剂含SiOSiO2 2 10% 30%MnO 30% b b、中锰焊剂：含、中锰焊剂：含MnO 15MnO 1530%30% c c、低锰焊剂：含、低锰焊剂：含MnO 2MnO 25%5% d d、无锰焊剂：不加、无锰焊剂：不加MnO MnO ，焊剂中

23、，焊剂中MnOMnO是混入是混入的杂质的杂质MnO 2% MnO 30% 30%b b、中氟焊剂：含、中氟焊剂：含CaFCaF2 2 10-30% 10-30%c c、低氟焊剂：含、低氟焊剂：含CaFCaF2 2 10% 30%SiO2 30%， SiO2SiO2高：有通高：有通过焊剂向焊缝里过渡硅作用。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、高硅无锰焊剂焊剂、高硅低焊剂、高硅无锰焊剂(2) 中硅焊剂中硅焊剂 含含SiO2 SiO2 数量较低，数量较低，CaOCaO、FeOFeO、MgO MgO 量较多，碱量较多

24、，碱度较高属于弱氧化性焊剂。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，抗冷裂纹化性中硅焊剂，焊缝金属含量高，抗冷裂纹能力弱。能力弱。 在中硅焊剂中加相当数量在中硅焊剂中加相当数量FeO ,FeO ,氧化性氧化性这这种焊剂为中硅氧化性焊剂，焊缝金属中又具有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。相当高的韧性，用于焊接高强钢。（3 3）低硅焊剂）低硅焊剂 焊剂由焊剂由 MgOMgO、CaFCaF2 2、AlAl2 2O O3 3、CaO CaO 组成，焊剂组成，焊剂对基本金属

25、无氧化作用，配合相应焊丝对基本金属无氧化作用，配合相应焊丝, ,焊接焊接高合金钢如不锈钢等。高合金钢如不锈钢等。2 2）烧结焊剂）烧结焊剂 “SJSJ”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成通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制成烧结型焊剂。烧结型焊剂。 烧结型焊剂不但具有优良的焊接工艺，最大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，从的有点是通

26、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界上广泛采用的一种新型焊接材料 。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：（1）烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中则）烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中则不能加脱氧剂。不能加脱氧剂。（2）加合金剂、合金化强。）加合金剂、合金化强。（3）抗气孔能力比熔炼焊剂强。）抗气孔能力比熔炼焊剂强。（4）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均匀会引起焊缝化学成分不均匀（5）吸湿性大，易增加焊缝含氢量，

27、必须焊前烘干。）吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干。（6）生产成本低、节能、生产效率高。）生产成本低、节能、生产效率高。1.2 1.2 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）0102030405060708090100123456199519961997199819992000年年万吨万吨焊条焊条焊丝焊丝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/24691t=0.0143焊焊接接自自动动化化率率78%78%0102030405060708090100123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