第三章焊接材料

第三章焊接材料第1页，课件共36页，创作于2023年2月2006年相关统计，中国钢产量4.2亿t，占全世界钢产量的34%，焊接材料产量约320万t左右，约为全世界焊材产量的50%。

第2页，课件共36页，创作于2023年2月全球焊材生产研发动态全球焊接材料、焊接设备生产状态：06年产值：100亿美元材料/设备：约6:4，即焊材约为60亿美元

林肯公司约21亿美元，焊材约占60%，已经将英国的METRODE（曼彻特焊接材料公司，国际上最大的不锈钢、耐热钢焊接材料生产商）收购。在上海设有中国工厂。伊莎公司13亿美元，收购韩国SEAH药芯焊丝生产商。在上海和江苏张家港设有中国工厂。日本神钢（KOBELCO)：韩国(KISWEL)高丽熔接棒：焊丝（实心6万吨，药芯4万吨，其它2万吨）韩国现代第3页，课件共36页，创作于2023年2月国际著名焊材企业林肯公司约21亿美元，焊材约占60%已经将英国的METRODE（曼彻特焊接材料公司，国际上最大的不锈钢、耐热钢焊接材料生产商）收购。在上海设有中国工厂。伊莎公司13亿美元，OK焊条（1904年）；收购了如韩国SEAH药芯焊丝生产商等多家公司。在上海和江苏张家港设有中国工厂。日本神户制钢所（KOBELCO)：在唐山建厂美国OxfordAlloys,Inc.韩国(KISWEL)高丽熔接棒：焊丝（实心6万吨，药芯4万吨，其它2万吨），在大连建厂韩国现代：药芯焊丝、实心焊丝，在昆山建厂（实心12000吨/年,药芯4500吨/月）第4页，课件共36页，创作于2023年2月我国焊接材料的发展动态国内主要生产企业（06年产量）06年全国总产量317万吨，产值约160亿元人民币其中：天津金桥70万吨，产值约35亿元人民币天津大桥50万吨,产值约25亿人民币四川大西洋20万吨株洲湘江15万吨锦州锦泰12万吨第5页，课件共36页，创作于2023年2月国内较大的焊材生产商及其产品天津金桥：焊条57万吨，实心焊丝12万吨，药芯焊丝1万吨天津大桥：焊条，焊丝四川大西洋：焊条，焊丝株洲湘江：焊条，焊丝台湾广泰：锦州锦泰：实心焊丝12万吨，07年：实心焊丝每月1万吨；药芯焊丝每月0.5万吨天泰江苏：华通、长江：焊丝；宇宙：焊条为主山东：齐鲁焊业、索力得焊业、大亚焊材、飞乐焊丝等实心焊丝为主北京：安泰，金太阳：药芯焊丝第6页，课件共36页，创作于2023年2月

近两年我国焊材产量（万吨）项目焊条CO2实心焊丝药芯焊丝埋弧焊材总产量产国比例63%22%2.6%13%2005产量4.712.5(+TIG焊丝0.23)10.21.7＋2.331.8日本比例14.8%40%32.1%12.6%2006产量180801245317我国比例57%25%3.8%14%第7页，课件共36页，创作于2023年2月焊接材料对接头性能的影响①组成焊缝②影响组织及缺陷③影响热影响区

熔化热（电弧过程）

熔合区性能

第8页，课件共36页，创作于2023年2月第一节焊条一、焊条分类

1.根据用途分

①结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、Ni及Ni合金焊条

②国标中又将结构钢分为碳钢及低合金钢焊条

2.按焊接熔渣的碱度分分为酸性焊条、碱性焊条3.按焊条药皮的类型分氧化钛型焊条、钛钙型焊条等第9页，课件共36页，创作于2023年2月二、焊条的型号和牌号

（一）焊条的型号GB5117—85《碳钢焊条》中，规定的焊条型号编制方法（如图）

①字母“E”表示焊条

②第一、二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值

③第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及横角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊

④第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型第10页，课件共36页，创作于2023年2月第11页，课件共36页，创作于2023年2月（二）焊条的牌号1.焊条牌号是由焊条生产厂家制定的2.编制方法（如图）

①牌号最前面的字母表示焊条各大类

②第一、二位数字表示各大类焊条中的若干小类

③第三位数字表示焊条药皮类型和焊接电源种类第12页，课件共36页，创作于2023年2月第13页，课件共36页，创作于2023年2月二、焊条的组成1.焊芯

①按照国家标准GB1300—77、GB3429—82、GB4241—84等选择相应牌号的焊丝作为焊芯，一般碳钢及低合金钢焊丝用H08、H08A

②焊芯中的组成元素

C:等强条件下越低越好，C含量高易引起气孔、飞溅、裂纹等

Mn:用来脱O、S，合金化，含量在0.3-0.55%Si:生成SiO2，易形成夹杂，产生热裂，应加以限制，越少越好Ni、Cr：对冶金过程不会有太大的影响S、P：有害，应加以限制第14页，课件共36页，创作于2023年2月2.药皮

①作用

机械保护（气、渣配合保护）冶金（脱氧、合金化）改善工艺性能（稳弧）

②原材料稳弧：含低电离电位元素(K、Ca、Na盐类），如碳酸钾、水玻璃、大理石、长石造气：有机物、碳酸盐造渣：形成具有一定理化性能（流动性、粘度、表面张力、凝固温度、氧化性等)的熔渣，保护熔滴及熔池，改善成形第15页，课件共36页，创作于2023年2月

脱氧：亲和力比Fe大的金属及合金，如Mn-Fe、Ti-Fe、Si-Fe、Al等合金化：铁合金或纯金属等粘度：水玻璃、钾、钠、铝酸钠等药皮成形：便于压制，提高焊条表面质量，白泥、云母、钛白粉、糊精等③药皮原材料的种类矿物类铁合金化工产品：钛白粉、碳酸钾、水玻璃等有机物第16页，课件共36页，创作于2023年2月

④药皮类型

牌号型号药皮类型TiO2SiO2碳酸盐有机物Mn-FeJ421E4312钛型≥35%含有含有J422E4303钛钙型≥30%含有<20%含有J423E4301钛铁矿型≥30%含有含有含有J424E4320氧化铁型≥30%含有含有含有J425E4310纤维素型含有含有>15%含有J426E4315低氢型萤石>30%无钛铁J427E4316低氢型萤石无钛铁Z208EZC石墨型石墨等Z308EZNi石墨型石墨等L109盐基型氟化物等第17页，课件共36页，创作于2023年2月三、焊条的工艺性能

1.电弧的稳定性

①直接影响焊接过程和焊接质量

②影响因素

电源工艺参数药皮含有物质：低电离物质：云母、长石、钛白粉、大理石、水玻璃等反电离物质：CaF2

2.焊缝成形

①要求：表面光滑、纹细密、过渡圆滑、无咬边、余高符合要求

②影响因素：熔渣熔点和粘度、表面张力等第18页，课件共36页，创作于2023年2月3.全位置焊接性

①提高电弧和气体吹力，使溶滴顺利过渡到熔池，阻止下流

②提高熔渣表面张力

③提高熔渣熔点，降低凝固时间4.飞溅

①需要清理

②产生飞溅的原因：水分多，渣粘度大

③一般钛钙型焊条飞溅较小，低氢型焊条飞溅较大5.脱渣性（多层焊时尤为重要）

影响因素：①熔渣与金属线胀系数的差异（钛型最大，低氢型最小）

②熔渣的氧化性

③熔渣的松脆性第19页，课件共36页，创作于2023年2月6.焊条熔化速度一般用熔敷系数（αH)来表示纤维素型焊条αH较低7.药皮发红

降低措施：提高熔化系数，降低电阻热8.焊条发尘率

可溶性氟化物（KF、NaF）、MnO可致毒

第20页，课件共36页，创作于2023年2月四、典型焊条的性能分析（一）钛型及钛钙型焊条1.渣系：TiO2-CaO-SiO2，碱度在0.4~0.752.典型配方：金红石、钛白粉、还原钛铁矿、Mn-Fe等3.冶金反应

①氧化反应

Fe的氧化第21页，课件共36页，创作于2023年2月

C的氧化[C]+[O]=CO易出现气孔，增加Mn可抑制该反应②脱氧反应先期脱氧

[Mn]+O2=MnO[Mn]+[FeO]=Fe+MnO[Mn]+CaCO3=CaO·MnO+CO[Mn]+(SiO2)=(MnO)+[Si][Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2)[C]+[FeO]=[Fe]+CO扩散脱氧[FeO](FeO)第22页，课件共36页，创作于2023年2月③还原反应

（SiO2）+2[Fe][Si]+2(FeO)

（SiO2）+2[Mn][Si]+2(MnO)

④脱P、S（效果较差）[Mn]+(FeS)=(MnS)+Fe[MnO]+(FeS)=(MnS)+FeO2P+5FeO=P2O5+5Fe2Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe2Fe3P+5FeO=P2O5+11FeP2O5+3CaO=(CaO)3·P2O5

P2O5+4CaO=(CaO)4·P2O5

⑤焊缝金属合金化加入碳锰铁的主要作用是脱氧、脱硫第23页，课件共36页，创作于2023年2月

⑥气孔敏感性造气剂、造渣剂较多，气-渣保护较好，含N较低，氧化性相对较弱，脱氢能力低，[H]含量较高，易出现氢白点及氢气孔⑦焊接烟尘4.工艺性能

成型好，气孔率小，脱渣性好，适用于全位置焊接，飞溅小，但随着[H]增加，性能下降5.力学性能

σb≥420MPa，σ0.2≥330MPa，δ5≥22%AKV：0℃≥275，-20℃≥47第24页，课件共36页，创作于2023年2月（二）钛铁矿-氧化铁型1.渣系

TiO2-MnO-SiO2碱度1.06~1.30Fe2O3-SiO2-MnO碱度1.02~1.42.典型配方

钛铁矿、钛白粉

造渣：钛铁矿（TiO2）+Si酸盐造气：碳酸盐、有机物脱氧：Mn-Fe

3.冶金反应

氧化反应（置换、扩散）

脱氧反应强烈（合金过渡系数下降）脱S、P困难，对热裂、冷裂敏感[H]较低4.工艺性能一般第25页，课件共36页，创作于2023年2月（三）纤维型焊条

1.气保护焊条，辅助渣保护

①造气：木粉+碳酸盐

②造渣：钛铁矿

2.渣氧化性较大

①目的：为避氢危害（H+OOH）

②脱氧：Mn-Fe

③合金化：Mo-Fe

3.特点

产气量大，穿透力大，用于打底或切割

第26页，课件共36页，创作于2023年2月（四）低氢型焊条

1.渣系：CaO-SiO2-CaF2，碱度：1.6~1.82.典型配方：大理石、石英砂、萤石

①造渣：萤石

②造气：大理石

③脱氧：Ti-Fe

3.冶金反应

①脱氧反应：

2CO2+Si=SiO2+2CO

CaO+SiO2=CaO·SiO2

2CO2+Ti=TiO2+2CO

CaO+TiO2=CaO·TiO2

第27页，课件共36页，创作于2023年2月

②脱氢反应

利用萤石脱氢

CaF2+2H=Ca+2HFCaF2+H2O=CaO+2HF萤石与石英联合脱氢：2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3SiF4+3H=SiF+3HF萤石与水玻璃作用脱氢Na2O·nSiO2+H2O=2NaOH+nSiO22NaOH+CaF2=Ca(OH)2+2NaF2NaF+H2O+CO2=Na2CO3+2HF焊接焊缝塑性好，但对进入熔池的H及氧化物敏感，故要求严格清理，严格烘干第28页，课件共36页，创作于2023年2月

④脱硫反应提高碱度有利于脱S⑤脱磷反应⑥合金化：Mn、Si向焊缝中的过渡⑦焊接烟尘（危害最大的是NaF、KF）4.工艺性（工艺性不太好）

第29页，课件共36页，创作于2023年2月五、焊条的配制

1.配方设计

①合金系统的设计

②渣系设计

③实验调整

2.焊条制造

第30页，课件共36页，创作于2023年2月第二节焊剂一、焊剂分类（如图）二、焊剂型号1.表示方法（如图）

①”HJ”表示埋弧