焊接冶金学及金属材料焊接-课件模块五

1、焊接冶金学及金属材料焊接主编 吴金杰（第二版）课题一 焊条基本知识及选用课题二 焊丝基本知识及选用课题三 埋弧焊剂基本知识及选用模块五 焊接材料基本知识及选用指南课题一 焊条基本知识及选用一、焊条的组成（一）焊条的组成 1.焊芯通常所说的焊条直径即是指焊芯直径。我国碳钢焊条直径有1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、5.6、6.0、6.4、8.0等规格。2.焊条药皮（1）焊条药皮的作用1）保护作用2）冶金作用3）使焊条具有良好的工艺性能回目录 （2）药皮原材料的作用 1）稳弧3）造气5）合金化7）成形2）造渣4）脱氧6）粘结 课题一 焊条基本知识及选用二、焊条的分类（一）按焊条的用途

2、分（1）非合金钢及细晶粒钢焊条 （2）热强钢焊条 （3）不锈钢焊条（4）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 （9）铝及铝合金焊条（10）特殊用途焊条 课题一 焊条基本知识及选用（二）按焊条药皮类型可分为：氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢钾型、低氢钠型、石墨型和盐基型焊条等。（三）按焊接熔渣的碱度分（1）酸性焊条（2）碱性焊条课题一 焊条基本知识及选用 三、焊条的型号与牌号（一）焊条的型号我国现行的有关焊条的主要标准如下：GB/T51172012 非合金钢及细晶粒钢碳钢焊条GB/T51182012 热强钢焊条GB/T983199

3、5 不锈钢焊条GB/T9842001 堆焊焊条GB366983 铝及铝合金焊条GB367083 铜及铜合金焊条GB1004488 铸铁焊条及焊丝在GB/T5117-2012非合金钢及细晶粒钢焊条国家标准中，焊条型号由五部分组成（示例见图）。课题一 焊条基本知识及选用课题一 焊条基本知识及选用 自1968年我国焊条行业开始采用同一牌号,焊条牌号的编制方法：牌号最前面的字母表示焊条的大类（见表5-2）；第一、二位数字表示各大类焊条中的若干小类，但对于结构钢焊条则表示焊缝金属的不同强度级别，见下图。第三位数字表示焊条药皮类型和适用的焊接电源种类（见表5-3）。课题一 焊条基本知识及选用焊条牌号表示方

4、法示例四、焊条的工艺性能1.焊接电弧的稳定性2.焊缝成形3.对各种焊接位置的适应性4.脱渣性（1）熔渣的膨胀系数焊缝金属与熔渣的膨胀系数相差越大，渣壳越容易脱落。在碳素结构钢焊条中，氧化钛型药皮焊条的熔渣与低碳钢的膨胀系数相差较大，因而氧化钛型药皮焊条的脱渣性很好。低氢型药皮焊条与低碳钢的膨胀系数相差较小，脱渣性较差。 课题一 焊条基本知识及选用（2）熔渣的疏松度和脆性熔渣的疏松度是指渣中孔隙所占体积的百分数。很显然，熔渣疏松度高且脆性大时，脱渣性就好。低氢型药皮焊条熔渣坚实，疏松度小，且膨胀系数与钢材相差小，脱渣性差。 （3）熔渣的氧化性 当熔渣具有一定的氧化性时，使焊缝金属表面形成一层氧化

5、膜。这层氧化膜通常由FeO构成，而FeO是与-Fe的晶格类型相似的体心立方晶格，因而将牢固地搭建在焊缝金属里的-Fe体心立方晶格上，形成粘渣现象。 5.飞溅对于焊条本身来说，药皮含水量多、焊芯含碳量高、焊条偏心等都能使飞溅加大。 课题一 焊条基本知识及选用6.焊条熔化速度影响焊条熔化速度的主要因素是焊条药皮成分。在焊条药皮中加入赤铁矿、钛铁矿及锰铁等能够进行放热反应的物质时，可以提高焊条熔化速度。 7.焊条药皮发红焊条药皮发红将使焊条失去应有的保护和冶金作用，使焊接工艺性能恶化，严重影响焊接质量。解决药皮发红的技术关键是合理设计药皮配方，改善熔滴过渡形式，提高焊条的熔化系数、减少电阻热以降低焊

6、条表面温升。 课题一 焊条基本知识及选用8.焊接烟尘焊接烟尘既恶化了工作环境，又危害工人健康。低氢碱性焊条的烟尘量远大于钛钙型酸性焊条，6型焊条比7型焊条的烟尘量更大。碱性焊条烟尘中的毒性物质主要是药皮中的萤石和水玻璃等反应生成可溶于水的NaF和KF。而不溶于水的CaF2认为对人体不具有毒性。MnO也具有毒性，可以毒害人的神经系统，但危害低于氟化物。 研究结果表明课题一 焊条基本知识及选用五、焊条的制造 课题一 焊条基本知识及选用课题一 焊条基本知识及选用课题一 焊条基本知识及选用3.涂料的制备4.药皮的涂敷5.焊条的烘干6.焊条的检验六、选用电焊条的基本要点1.同种钢材焊接时焊条选用（1）考

7、虑焊缝金属力学性能和化学成分对于普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢，有时还要求合金成分与母材相同或接近。 （2）考虑焊接构件使用性能和工作条件对承受动载荷或冲击载荷的焊件，除满足强度要求外，主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性，可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊接件，应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途用焊条。 课题一 焊条基本知识及选用（3）考虑焊接结构特点及受力条件对结构形状复杂、刚性大的厚大焊接件，由于焊接过程中会产生很大的内应力，易使焊缝产生裂纹，应选用抗裂性

8、能好的碱性低氢焊条。对受力不大、焊接部位难以清理干净的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。对受条件限制不能翻转的焊件，应选用适于全位置焊接的焊条。 （4）考虑施工条件和经济效益在满足产品使用性能要求的情况下，应选用工艺性好的酸性焊条。对焊接工作量大的结构，有条件时应采用高效率焊条 课题一 焊条基本知识及选用2.异种钢焊接时焊条选用（1）强度级别不同的碳钢+低合金钢（或低合金钢+低合金高强钢）一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度，可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。但是，为了防止焊接裂纹，应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热温度

9、及焊后热处理等。 （2）低合金钢+奥氏体不锈钢应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条，一般选用铬和镍含量较高的、塑性和抗裂性较好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条，以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹，但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺规范。 （3）不锈复合钢板应考虑对基层、复层、过渡层的焊接要求选用三种不同性能的焊条。对基层的焊接，选用相应强度等级的结构钢焊条；复层直接与腐蚀介质接触，应选用相应成分的奥氏体不锈钢焊条。关键是过渡层的焊接，必须考虑基体材料的稀释作用，应选用铬和镍含量较高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条。 课题一 焊条基本知识及选用课题一 焊条基本知识

10、及选用七、焊条选用实例（一）典型焊条简介（以下列几种为例）（1）E4319型焊条为钛铁矿型焊条，熔渣流动性良好，覆盖性强；电弧吹力强，熔深大；脱渣容易，焊波整齐。适应全位置焊接，主要焊接比较重要的低碳钢结构。（2）E4303型焊条 该焊条为钛钙型，其熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定，熔深适中，飞溅少，焊波整齐。这类焊条适用于全位置焊接，尤其适合于角接平焊、立角焊，焊接电源为交流或直流正、反接，主要用于焊接较重要的低碳钢结构。E4303型焊条是目前国内应用最广的一种低碳钢焊条，代表牌号为J422。课题一 焊条基本知识及选用（3）E4315、E5015型焊条低氢钠型，药皮的主要组成物是碳酸盐矿和

11、萤石。焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸，熔深适中，脱渣性差，焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊。这类焊条可全位置焊接，焊接电源为直流反接，其熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能，主要用于焊接重要的低碳钢结构及与焊条强度相当的低合金钢结构，也被用于焊接高硫钢和涂漆钢。代表牌号为J427、J507。 课题一 焊条基本知识及选用（3）E4316、E5016型焊条这两种焊条为低氢钾型，药皮在E4315和E5015型的基础上添加了稳弧剂，如铝镁合金或钾水玻璃等，其电弧稳定，工艺性能好，焊接位置与E4315和E5015型焊条相似，焊接电源为交流或直流反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能，主

12、要用于焊接重要的低碳钢结构，也可焊接与焊条强度相当的低合金钢结构。代表牌号为J426、J506。（二）低碳钢焊条的选用1.根据母材板厚选择焊条当母材的板厚增加时，应选择熔敷金属抗裂性好、力学性能优良的焊条，如低氢型焊条。一般可以参照表5-6来选择。课题一 焊条基本知识及选用2.根据接头种类和焊接位置选择焊条（1）平对接焊和船形焊 可参照按板厚选择焊条的要求进行。（2）横角焊对于单层焊接，当焊脚长度小于10mm时，可以参照表5-7来选择焊条直径和药皮类型；对于多层焊接，可根据按板厚选择焊条，比较焊条的工艺性能、焊缝形状等，对焊条的直径和药皮类型进行适当的组合。 （3）向下立焊的对接焊和角焊向下立

13、焊时希望采用熔渣黏度较大并具有短渣特性的焊条，因此选用J421、J425较合适，最好应选用专门用于向下立焊的J421X、J425X和J426X焊条。当板厚小于6 mm时，可采用J421X或J425X焊条；板厚大于6mm时，最好选用J426X焊条。 课题一 焊条基本知识及选用 （4）立、横、仰焊的对接焊和角焊 可参照按板厚选择焊条的方法，但这时只限于选用能进行全位置焊接、直径在5mm 以下的焊条。 （5）打底焊 焊第一道焊缝时应采用专门的底层焊条，如J505。 3.根据使用性能选择焊条见（表5-8） 4.综合选择（表5-9） （三）各类焊条的使用注意要点 1.J421、J422、J423、J42

14、4、J422Fe焊条 要保持适当弧长，通常为23 mm，过长易产生气孔、咬边、恶化焊缝质量；焊条摆动宽度一般只能相当于焊条直径的3倍，最多不得超过4倍；避免使用过大的焊接电流，否则易产生气孔和咬边。这类焊条焊前一般不必烘干。 课题一 焊条基本知识及选用2、J425焊条首先是由于焊条药皮不能形成套筒，所以电弧长度要控制得稍长，一般为34 mm，以免焊条端部与熔池“粘住”；其次是焊条药皮易过热，引起有机物的挥发、烧损，使药皮的保护作用变坏，因此，应尽量避免使用大电流。 3、J426、J427、J427Fe焊条当采用直流电源时，必须用反接法(即焊条接正极)，焊接时尽可能采用短弧操作，最好使焊条保持与

15、母材接近垂直的角度；焊接坡口表面要彻底清除掉油污、锈蚀、油漆及氧化皮等污物；焊条施焊前必须在300350烘干0.5l h，对于高强钢用焊条烘干温度可提高到400430，对于交直流两用的低氢型焊条（如J426等），采用交流电源时，焊机空载电压应在70 V以上，以保证电弧稳定燃烧。 课题一 焊条基本知识及选用4.J421X等立向下焊条该类专用焊条虽然熔渣的黏度和表面张力较大，熔渣及铁水不易下淌，但在施焊时还必须掌握合适的角度。焊接时，尽量用短弧操作，最好使焊条端部与母材保持轻轻接触。可以使用在平焊时所选用的电流。 课题一 焊条基本知识及选用一、焊丝的分类回目录课题二 焊丝基本知识及选用指南课题二

16、焊丝基本知识及选用指南课题二 焊丝基本知识及选用指南 二、实芯钢焊丝的型号和牌号（一）常用结构钢、耐热钢及不锈钢实芯焊丝具体编制方法为： （1）字母“H”表示焊丝； （2）在“H”之后的一位或两位数字表示含碳量(平均约数)； （3）化学元素符号及其后的数字表示该元素的近似含量，当某合金元素含量低于1时，可省略数字，只记元素符号； （4）在焊丝牌号尾部标有“A”或“E”时，分别表示为“优质品”或“高级优质品”，表明S、P等杂质含量更低。 课题二 焊丝基本知识及选用指南焊丝牌号示例如图：焊丝牌号表示法示例课题二 焊丝基本知识及选用指南 硬质合金焊丝、铜及铜合金焊丝、铝及铝合金焊丝和铸铁焊丝的牌号，

17、均HS来表示。 （二）气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝根据GB/T81102008气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝的规定，焊丝的型号是按强度级别和成分类型命名的，以字母“ER”开头。课题二 焊丝基本知识及选用指南焊丝型号示例如图：焊丝型号表示法示例课题二 焊丝基本知识及选用指南三、药芯焊丝的型号和牌号（一）碳钢药芯焊丝的型号碳钢药芯焊丝型号编制方法示例如图5-7：课题二 焊丝基本知识及选用指南 （二）低合金钢药芯焊丝的型号低合金钢药芯焊丝型号编制方法举例如图5-8：课题二 焊丝基本知识及选用指南 字母“E”表示焊丝，“T”表示药芯焊丝，字母“E”后面的2位数字表示熔敷金属的力学性能，第3位数字

18、表示推荐的焊接位置，其中“0”表示平焊和横焊位置，“1”表示全位置。字母“T”后的数字表示焊丝的渣系、保护类型及电流类型。短划“-”后面的字母及数字表示熔敷金属化学成分分类代号。课题二 焊丝基本知识及选用指南 （三）不锈钢药芯焊丝的型号(如图5-9)课题二 焊丝基本知识及选用指南（四）药芯焊丝牌号的表示方法（1）首位字母“Y”表示药芯焊丝，第2位字母及其后的3位数字的含义与焊条牌号表示方法相同。（2）第2位字母表示该焊丝的主要用途，如“J”为结构钢；“A”、“G”分别表示奥氏体铬镍不锈钢和铬不锈钢；“R”为耐热钢；“D”为堆焊。（3）字母后面的3位数字中的前2位数字表示熔敷金属特性(力学性能或

19、化学成分分类)，第3位数字表示渣系和电流种类。如“1”为金红石型，“2”为钛钙型，“7”为碱性渣系。（4）当药芯焊丝有特殊性能和用途时，则在数字后面加注起主要作用的元素或表示主要用途的字母（一般不超过2个）。（5）在短划“-”后的数字，表示焊接时的保护类型，见表5-16。课题二 焊丝基本知识及选用指南 不锈钢药芯焊丝牌号表示方法举例如图5-10： 课题二 焊丝基本知识及选用指南四、焊丝选用基本要点1.强度与性能相当对于碳钢及低合金高强钢焊接，一般应选择与母材强度相当的焊接材料，即“等强度”原则选择焊丝。 2.结合具体工艺条件（1）坡口和接头形式的影响（2）考虑焊后加工工艺3.考虑焊缝拘束度4.

20、考虑焊接产品特殊要求5.有助于提高生产率 6.最大限度改善卫生条件五、焊丝选用实例 (见教材表5-17)课题二 焊丝基本知识及选用指南碳钢埋弧焊焊剂合金钢埋弧焊焊剂不锈钢埋弧焊焊剂铜及铜合金埋弧焊焊剂不锈钢及镍基合金埋弧堆焊用焊剂一、埋弧焊剂的种类和特点（1）按用途分类 焊剂按适于焊接的钢种 焊剂按适用的焊丝直径细焊丝（1.62.5mm）埋弧焊焊剂粗焊丝埋弧焊焊剂回目录课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南 按焊接位置平焊位置埋弧焊焊剂强迫成形焊剂 按特殊的用途高速埋弧焊焊剂窄间隙埋弧焊焊剂多丝埋弧焊焊剂带极堆焊埋弧焊焊剂课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南低硅焊剂高硅焊剂 （2）按化学组分分类 按

21、组分中酸性氧化物和碱性氧化物比例酸性焊剂碱性焊剂按焊剂中的SiO2含量按焊剂中的MnO含量无锰焊剂有锰焊剂课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南（3）按焊剂的制造方法分类按制造方法熔炼焊剂烧结焊剂粘结焊剂（4）按焊剂的物理特性分类 按焊剂熔化状态的粘度随温度变化特性长渣焊剂短渣焊剂课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南（5）按焊剂颗粒构造分类按焊剂颗粒构造玻璃状焊剂浮石状焊剂（6）按焊剂中添加脱氧剂、合金剂分类按照焊剂中添加的脱氧剂和合金剂中性焊剂活性焊剂合金焊剂课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南二、焊剂的型号和牌号（一）焊剂的型号(如图)课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南（二）焊剂的牌号(如图)课题

22、三 埋弧焊剂基本知识及选用指南（2）烧结焊剂牌号表示方法(如图)烧结焊剂牌号表示方法课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南三、对焊剂的基本要求（1）焊剂要具有合适的颗粒度 普通颗粒度的焊剂，粒度要求在408目之间。其中40目之下的颗粒数不得大于5%，大于8目的颗粒数不得大于2%。细颗粒度焊剂，粒度要求在6010目之间。其中60目之下的颗粒数不得大于5%，大于10目的颗粒数不得大于2%。（2）焊剂含水量不得大于0.10%。（3）焊剂中机械夹杂物的含量不得大于0.3%。和焊接工艺规范，焊缝金属应能得到合适的化学成分及力学性能。并且焊剂要具有较强的抗气孔和裂纹能力。（4）焊剂焊接时焊道应整齐，成形美观，

23、脱渣容易。焊道与焊道之间，焊道与母材之间过渡平滑，不应产生较严重的咬边现象。（5）在焊接过程中，配以合适的焊丝，焊剂应具有良好的冶金性能（6）焊剂的含硫量不得大于0.060%；含磷量不得大于0.080%。课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南四、常用焊剂的性能及用途1.氟碱型烧结焊剂属于碱性焊剂，其特点是焊SiO2量低，可以限制硅向焊缝中过渡，能得到冲击韧性高的焊缝金属。配合适当的焊丝，可以焊接低合金结构钢，可用于多丝埋弧焊，特别适用于大直径容器的双面单道焊。2.硅钙型烧结焊剂属于中性焊剂，由于焊剂中含有较多的SiO2，即使采用含硅量低的焊丝，仍可得到硅含量较高的焊缝金属。该焊剂适用于多丝快速焊，

24、特别适用于双面单道焊。焊接大直径钢管时，焊道平滑过渡。由于是“短渣”，也可以在小直径管线上进行全位置焊接。配合适当焊丝，可焊接普通结构钢、锅炉用钢、管线用钢。课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南3.硅锰型烧结焊剂属于酸性焊剂，主要由MnO和SiO2组成。此焊剂焊接工艺性能良好，具有较高的抗气孔能力。配合适当焊丝，可焊接低碳钢及某些低合金钢。4.铝钛型烧结焊剂属于酸性焊剂，具有较强的抗气孔能力，对于少量的铁锈膜及高温氧化膜不敏感。这类焊剂配合适当焊丝，焊接低碳钢及某些低合金结构钢。此焊剂可用于多丝快速焊，特别适用于双面单道焊。5.高铝型烧结焊剂其性能介于铝钛型与氟碱型焊剂之间。课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南五、焊丝与焊剂的选配（1）在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时选配焊剂和焊丝通常以满足力学性能要求为主，使焊缝强度达到与母材等强度，同时要满足其它力学性能指标要求。可以用高锰高硅焊剂配合低碳钢焊丝或含锰焊丝；用无锰高硅或低锰中硅焊剂配合高锰焊丝。