焊接冶金学焊接材料

焊接冶金学焊接材料1第一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一第一节焊条 第二节焊丝第三节 焊剂第一章焊接材料2第二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一重点内容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3第三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一§2-1焊条4第四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一一、焊条的组成及作用 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H08A

１、焊芯—焊丝5第五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一2、药皮

药皮的作用：①机械保护作用（造渣、造气）②冶金处理作用（脱氧、合金化）③工艺性能改善作用（稳弧、脱渣、成形）

6第六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一药皮的组成：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。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。按药皮功能可分为稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘接剂和成形剂。7第七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一表1-3结构钢焊条药皮的主要组成物组成物质量分数/%钛型钛钙型钛铁矿型氧化铁型纤维素型低氢型碳酸盐4~1215~220~180~33~525~55硅酸盐20~3525~4030~4535~4510~157~23二氧化钛45~6035~450~120~125~80~5钛铁矿—0~2525~40—20~30—赤铁矿­———29~35——铁合金10~1210~1513~2024~3014~20≥15有机物0~90~30~50~525~35—氟化物—————15~308第八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一药皮的组成①稳弧剂

: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：K2CO3、CaCO3大理石、长石、钾水玻璃②造渣剂: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。如：钛铁矿、金红石、萤石等。

③造气剂:造气保护。有机物、碳酸盐.有机物如:木粉、淀粉、析出气体CO、H，碳酸盐析出气体CO2，高温时产生CO。9第九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一④脱氧剂: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、Re等。⑤合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。铁合金、纯金属、如Mn-Fe、Si-Fe等⑥粘结剂: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、钾水玻璃与钠水玻璃混合。⑦成形剂: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。成形剂通常是有弹性和滑性的材料。如云母、白泥、滑石等。10第十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一应当指出，药皮组成物中的每种材料都具有多种作用。在进行焊条药皮配方设计和选材时，应重点考虑主要作用，同时兼顾次要作用。此外，还应考虑冶金方面的副作用，如氧化、增氢、增磷、增硫等。11第十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一二．焊条分类(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12第十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一(二)按焊接熔渣的碱度分(三)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13第十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一1、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种类及药皮类型。三、焊条的型号与牌号

14第十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一完整的焊条型号举例如下：E 43 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表示焊条15第十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一2、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。16第十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一J507焊条为例J 5 0 7低氢型药皮、直流焊缝金属抗拉强度不低于490MPa结构钢焊条17第十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

焊条型号是国家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

18第十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一四、焊条的工艺性能

1.焊接电弧的弧定性(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,U↓稳弧性↑某些元素的电离势元素KNaBaCaTiMnFeSiCHOFCO2电离势4.325.125.166.086.817.407.837.9411.2213.5313.5618.614.319第十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一碱性焊条:结507,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。结506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K2O、Na2O等，稳弧性好。20第二十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一判定稳弧性：①测最大的燃烧电弧长度LmaxLmax↑稳↑断弧长度越大,稳弧性越好.②示波器,观察电流,电弧电压波形的变化情况21第二十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一控制低氢型焊条稳弧性方法：a)CaCO3/CaF2比例控制，并加入K1.6～2.5、K2CO3K<1.5钾,钠水玻璃b)添加10～20%纯铁粉和少量Al-Mg合金粉.c)用MgF2代CaF2不仅提高稳弧性,还可改善焊缝成型和脱渣.d)加入少量CsCO3(0.1～1.0%)铯电离势比K小,还可加石墨0.5～3.0%，熔点低，套筒长度22第二十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一2.焊接位置的适应性

焊缝位置：

平焊缝、立焊缝、仰焊缝、横焊缝一般焊条均可进行平焊,但不是所有焊条均可立、仰、横焊。立、仰、横焊难点在于:①重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡;②熔池金属和熔渣下流.23第二十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一解决方法:1）适当增加电弧吹力,调整药皮熔点和厚度,使焊条端部产生适当长度的套筒,药皮中加入一定数量造气剂.2）熔渣的物理性能适应熔滴的凝固温度焊条类型凝固温度℃凝固温度范围℃纤维素型1200-129090钛型1320-1420100钛铁矿型130-126130氧化铁型1180-135017024第二十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一凝固温度范围窄,粘度表面张力随温度变化,使熔渣能在较短时间内迅速凝固,才能立、仰横焊,凝固温度范围↑,不易横、仰、立焊.粘度（η）、表面张力（σ）长渣:粘度与表面张力随时间变化而发生缓慢凝固的渣.短渣:粘度与表面张力随时间变化而发生快速凝固的渣.氧化铁型不适应于横.立.仰焊,长渣凝固温度范围大,其它种焊条可进行全位置焊接.25第二十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一3.焊缝成型

操作技术有关,取决熔渣熔点,粘度与表面张力,还与熔渣的物理性质有关.1）熔渣的熔点：凝固温度必须合适，一般略低于母材的熔点2）熔渣的粘度3）表面张力4）熔滴过渡26第二十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一粘度T↑η↓η过高,表面成型不良,易产生气孔,夹杂.过低,对焊缝敷盖不均匀,保护作用差.适中,一般T1500℃渣η(0.1～0.2Pa.s),铁水η0.0019Pa.s,熔渣的粘度也决定于熔渣的化学成分.表面张力σ↓复盖性好，但不能过小，σ↑熔渣易成球型,复盖性不好.27第二十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

熔渣的表面张力和粘度材料温度℃表面张力(N/m)粘度(泊)铁1575～15901.0～1.20.019碱性渣1400左右0.28～0.352.0～7.0酸性渣1400左右0.35～0.401.2～2.0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.28第二十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一4.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:1）熔池内部气体的熔池中逸出引起2）熔滴爆炸3）电弧作用力,4）短路过渡时,电弧再燃时产生飞溅影响因素:①粘度↑飞溅↑②I↑飞溅↑③药皮水分↑飞溅↑④U↑飞溅↑⑤电源种类,交流飞溅>直流飞溅

29第二十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一5.焊条的熔敷系数

焊条的熔敷系数

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.

αH=αP(1-ψ)αP－熔化系数Ψ－损失系数30第三十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一ⅰ）药皮成分的影响药皮成分对电弧电压有影响,电弧电离电位越低,电弧电压越低,产生热量少αP小。U↑αP↑药皮成分对熔滴过渡形态有影响,增多硅酸盐减少碳酸盐,细化熔滴,使短路过度U↓,颗粒过渡U↑,射流过渡,αP最大.焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关,以TiO2为主,渣导热性差,导电性好,电阻热作用,导致药皮易于发红,钛型.钛钙型.若药皮中加入发热剂,氧化铁型加速药皮熔化大,氧化铁型αP↑.31第三十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一药皮成分中含有进行放热反应的物质时,加速焊条熔化αP↑,为了提高生成率,铁粉焊条提高αP↑熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比。ⅱ）电流种类与极性：直流正接:电弧电压和熔化系数变化很大,此时焊条接阴极,药皮成分对阴极压降影响较大,药皮成分的改变直接影响着电弧电压变化,使也发生变化.直流反接:电弧电压和熔化系数变化最小.交流:处于中间状态.32第三十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一6.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:33第三十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一34第三十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一1)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,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,深剖口底层焊缝,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，CaF２多,色黑而硬,均不利于脱渣.35第三十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一2)熔渣氧化性

熔渣氧化性太强,脱渣难。原因是:①氧化性太强,使焊缝表面氧化,生成氧化膜。FeO晶格结构体心立方，焊缝金属—Fe体心立方.②晶格与—Fe搭接③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。④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。36第三十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一７、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。37第三十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一8、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.38第三十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一改善方法

１.

减小发尘量２.

减小尘中致毒物质数量

具体措施:

①减少药皮中萤石的含量②减小水玻璃③减少电弧的过热程度.

39第三十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一五、焊条的冶金性能

（一）.钛钙型焊条E4303（J422）

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、氧化和脱氧反应

1）铁的氧化:2）脱氧①锰脱氧②硅脱氧③碳的氧化与脱氧

40第四十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一铁的氧化:①氧直接使铁氧化② 使铁氧化③水蒸气使铁氧化④渣中 氧化物使Fe氧化 由 还原引起41第四十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一2、还原反应

使焊缝增硅

3、脱硫4、脱Ｐ

由于渣中CaO、MnO量少,TiO2、SiO2含量较高,难以进行脱Ｐ.Ｓ反应,严格限制原材料含Ｓ.Ｐ量.42第四十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一5、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,Ｎ量不多.43第四十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一渣系，碱度高达1.89。（二）、低氢焊条

E5015（J507）1、氧化反应控制:由于CaO强碱性氧化物,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%.44第四十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一含氢量少.

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:45第四十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一3、对硫.磷的控制脱Ｓ效果好,含量高,Ｓ由0.02%降到0.011%脱磷效果较差.Ｐ0.01%增到0.021%.46第四十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一§2-2焊丝

药芯焊丝47第四十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一一、焊丝的分类1.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.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.按照焊丝的形状结构 实心焊丝、药芯焊丝48第四十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一二、焊丝的型号和牌号（一）焊丝的型号

ER 55 B2Mn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49第四十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一EF 03 5042-30℃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反接,单多50第五十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一（二）焊丝的牌号H08Mn2SiA锰的质量分数<1％碳的质量分数约为0.08％实芯焊丝优质锰的质量分数约为2％51第五十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一（二）焊丝的牌号YJ4221钛钙型药芯、交直流两用适用于结构钢焊接药芯焊丝采用气体保护焊接最低抗拉强度410MPa52第五十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一三、实心焊丝(一)气体保护焊用实芯焊丝

1.氩弧焊焊丝

2.二氧化碳焊丝H08Mn2SiA 53第五十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一三、实心焊丝(二)埋弧焊用实心焊丝

1.碳素钢焊丝H08A配合高锰高硅焊剂

Mn-SiH08Mn2Si2.合金结构钢焊丝 Mn-MoH08MnMo2ACr-MoH08CrMoVA54第五十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一四、药芯焊丝（一）药芯焊丝的分类

1.按其外层结构分：有缝和无缝

2.按其内部填充材料分：药粉和金属粉

3.按照渣的碱度分：钛型、钛钙型、钙型

4.按是否使用保护气体划分：气体、自保护55第五十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一(二)药芯焊丝的特征

1.焊接飞溅小2.焊缝成形美观3.熔敷速度高于实心焊丝4.可进行全位置焊接56第五十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一57第五十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一§2-3焊剂

58第五十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一一.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。

1.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59第五十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一1）按SiO2含量分

a.高硅焊剂：焊剂含SiO2>30%b.中硅焊剂：焊剂含SiO210－30％c.低硅焊剂：焊剂含SiO2<10%

60第六十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一61第六十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一2）按MnO含量分

a、高锰焊剂：含氧化锰MnO>30%b、中锰焊剂：含MnO15—30%c、低锰焊剂：含MnO2—5%d、无锰焊剂：不加MnO，焊剂中 MnO是混入的杂质MnO<2%62第六十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一3）按CaF2含量分

a、高氟焊剂：含CaF2>30%b、中氟焊剂：含CaF210—30%c、低氟焊剂：含CaF2<10%63第六十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

2.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.按焊剂熔渣碱度分

(1)酸性焊剂B<1(2)中性焊剂B1.0～1.5(3)碱性焊剂B>1.5

64第六十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一4.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.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.按制造方法分类(１)熔炼焊剂(２)烧结焊剂65第六十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一二.焊剂的型号和牌号F4A2H08A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≥27J66第六十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一二.焊剂的型号和牌号1.牌号前加“焊剂”两字表示埋弧焊及电渣焊用熔炼型、烧结型、陶质焊剂。

2.牌号第一数字表示焊剂中MnO含量焊剂１××无锰 焊剂２××低锰 焊剂３××中锰焊剂４××高锰焊剂５××陶质型焊剂６××烧结型焊剂７××待发展67第六十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一3.牌号第２位数字表示焊剂中氧化硅、氟化钙含量焊剂×１×低硅低氟焊剂×２×中硅低氟焊剂×３×高硅低氟 焊剂×４×低硅中氟焊剂×５×中硅中氟 焊剂×６×高硅中氟焊剂×７×低硅高氟 焊剂×８×中硅高氟焊剂×９×待发展

68第六十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号

按０、１、２、３、４、５、６、７、８、９顺序排列5.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。

例如、焊剂４３１表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型

69第六十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一HJ431X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170第七十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一SJ501铝钛型渣系埋弧焊用烧结焊剂牌号顺序为0171第七十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一三.焊剂的性能和用途

(一).熔炼焊剂１.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

72第七十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一高硅焊剂与焊丝配合：(1)高硅无锰焊剂配合高锰焊丝(1.5～1.9%)(2)高硅中锰焊剂配合含锰焊丝(0.8～1.1%)(3)高硅高锰焊