第二章焊接材料

1、1,第二章焊接材料,2,我國焊接材料生產(chǎn) 和消耗的概況及存在的主要問題,3,4,我國近五年焊條和各種焊絲產(chǎn)量統(tǒng)計圖,5,73家特大、大、中型工廠耗用焊材的比例,6,CO2焊絲用量/CO2焊絲+焊條總重量,7,8,9,日本近10年焊接材料總產(chǎn)量及各種材料的產(chǎn)量統(tǒng)計圖,10,日本近10年焊接材料種類分布百分數(shù)統(tǒng)計圖,11,第一節(jié) 焊條,第二節(jié) 焊劑,第三節(jié) 焊絲,第二章 焊接材料,12,重點內(nèi)容,1、焊條分類及制備 2、焊條、焊劑及焊絲的型號和牌號 3、典型焊條的冶金性能 4、焊劑的性能用途 5、氣保焊絲和藥芯焊絲,13,2-1 焊條,14,一焊條分類,.焊條用途分 ： 1、結(jié)構(gòu)鋼焊條 2、銅和鉻

2、鉬耐熱鋼焊條 3、不銹鋼焊條 4、堆焊焊條 5、低溫鋼焊條塊分割 6、鑄鐵焊條 7、鎳及鎳合金焊條 8、銅及銅合金焊條 9、鋁及鋁合多焊條 10、特殊用途焊條,15,(二)按焊接熔渣的堿度分,(三)按焊條藥皮的類型 氧化鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫型等,1、酸性焊條2、堿 性焊條,16,二、焊條的型號與牌號,1、焊條的牌號 以結(jié)構(gòu)鋼為例：牌號,編制法。結(jié)XXX,結(jié)為結(jié)構(gòu)鋼焊條,第3個數(shù)字,代表藥皮類型,焊接電流要求,第1、2數(shù):代表焊縫金屬抗拉強度 。,17,J 507 焊條為例,J507,低氫型藥皮、直流,焊縫金屬抗拉強度不低于490MPa,結(jié)構(gòu)鋼焊條,18,2、焊條的型

3、號,焊條的型號是按國家有關(guān)標準與國際標準確定的。以結(jié)構(gòu)鋼為例，型號編制法為字母“E”表示焊條，第一、二位表示熔敷金屬最小抗拉強度，第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置，第三、四位數(shù)字表示焊接電流種類及藥皮類型。,19,完整的焊條型號舉例如下：,E4 315,表示焊條藥皮為低氫鈉型，并可采用直流反接焊接,表示焊條適用于全位置焊接,表示熔敷金屬抗拉強度的最小值,表示焊條,20,三、焊條的組成,作用：導電、填充金屬、 焊芯材料有選擇性:用量最多的是H08、H08A，還有H08E。 2、 藥皮,、 焊芯焊絲,作用：機械保護作用 冶金處理作用 工藝性能良好,21,藥 皮 組 成,穩(wěn)弧劑 :改善引弧性能和提高電弧

4、燃燒的穩(wěn)定性，原材料為易電離或電離勢低的物質(zhì)。如：K2CO3、CaCO3大理石、長石、鉀水玻璃 造渣劑:造成具有一定物理性能、化學性能的熔渣，起到保護作用和改善焊縫成型。 如：鈦鐵礦、金紅石、螢石、長石等。 造氣劑:造氣保護 ,有機物、碳酸鹽.有機物如：木粉、淀粉、析出氣體CO、H，碳酸鹽析出氣體CO2，高溫時產(chǎn)生CO。,22,脫氧劑:降低藥皮中或熔渣的氧化性和脫除金屬中的氧。鐵合金：錳鐵、鈦鐵、硅鐵、Re等。 合金劑:使焊縫補償燒損和獲得必要的合金成分。合金、純金屬、一般Mn-Fe、Si-Fe要純化發(fā)醇加高錳酸鉀純化 . 粘結(jié)劑:將涂料牢固的粘在焊芯上，參加冶金反應，如鈉水玻璃、鉀水玻璃與鈉

5、水玻璃混合。 增塑性:便于用機器壓制焊條，額外加入一些能改善涂料塑性或滑潤性物質(zhì)。如云母、白泥、滑石等。,23,三、焊條的工藝性能,1.焊接電弧的弧定性(穩(wěn)弧性) 影響因素：焊條藥皮成份,電源的特性,焊接規(guī)范等.藥皮成份的影響. 若藥皮中含低電離勢元素,U穩(wěn)弧性,某些元素的電離勢 元素 K Na Ba Ca Ti Mn Fe Si C H O F CO2 電離勢 4.32 5.12 5.16 6.08 6.81 7.40 7.83 7.94 11.22 13.53 13.56 18.6 14.3,24,堿性焊條:結(jié)507,低氫型,電弧穩(wěn)定性不好 原因:藥皮中含螢石較多,CaF2氟電離勢高18.

6、6伏,與電子親和力大,奪取電弧中的電子,形成負離子,惡化電弧的穩(wěn)定性。 結(jié)506加入了低電離勢物質(zhì),K.、Na則可用交,直流.但K、Na與F的親和力大,KF、NaF有毒. 酸性焊條:SiO2、TiO2、CaO、云母、長石中含K2O、Na2O等，穩(wěn)弧性好。,25,判定穩(wěn)弧性： 測最大的燃燒電弧長度Lmax Lmax穩(wěn)斷弧長度越大,穩(wěn)弧性越好. 示波器,觀察電流,電弧電壓波形的變化情況,26,控制低氫型焊條穩(wěn)弧性方法： a)CaCO3/CaF2比例控制并加入K1.62.5、K2CO3 K1.5鉀,鈉水玻璃 b)添加1020%純鐵粉和少量Al-Mg合金粉. c)用MgF2代CaF2不僅提高穩(wěn)弧性,還

7、可改善焊縫成型和脫渣. d)加入少量CsCO3(0.11.0%)銫電離勢比K小,還可加石墨0.53.0%，熔點低，套筒長度,27,2.表面成型,操作技術(shù)有關(guān),取決熔渣熔點,粘度與表面張力,還與熔渣的物理性質(zhì)有關(guān).,1）熔渣的熔點 2）熔渣的粘度 3）表面張力 4）熔滴過渡,28,T過高,表面成型不良,易產(chǎn)生氣孔,夾雜.過低,對焊縫敷蓋不均勻,保護作用差. 適中,一般T1500渣12泊,鐵水0.019泊,熔渣的粘度也決定于熔渣的化學成分. 表面張力 復蓋性好，但不能過小，熔渣易成球型,復蓋性不好.,29,熔渣的表面張力和粘度 材料 溫度 表面張力(N/m) 粘度(泊) 鐵 15751590 1.

8、01.2 0.019 堿性渣 1400 左右 0.280.35 2.07.0 酸性渣 1400左右 0.350.40 1.22.0,熔滴過渡 低氫型焊條粗滴短路過渡，J423,J424以短路過渡為主,J421,J422以噴射過渡,焊縫成型美觀.,30,3.在各種位置焊接適應性,焊縫位置： 平焊縫、立焊縫、仰焊縫、橫焊縫 一般焊條均可進行平焊,但不是所有焊條均可立、仰、橫焊。 立、仰、橫焊難點在于: 重力作用下焊條熔滴不易向熔池過渡; 熔池金屬和熔渣下流.,31,解決方法: 1）適當增加電弧吹力,調(diào)整藥皮熔點和厚度,使焊條端部產(chǎn)生適當長度的套筒,藥皮中加入一定數(shù)量造氣劑. 2）熔渣的物理性能適應

9、 熔滴的凝固溫度 焊條類型 凝固溫度 凝固溫度范圍 纖維素型 1200-1290 90 鈦 型 1320-1420 100 鈦鐵礦型 130-126 130 氧化鐵型 1180-1350 170,32,凝固溫度范圍窄,粘度表面張力隨溫度變化,使熔渣能在較短時間內(nèi)迅速凝固,才能立、仰橫焊,凝固溫度范圍,不易橫、仰、立焊. 粘度（）、表面張力（） 長渣:粘度與表面張力隨時間變化而發(fā)生緩慢凝固的渣. 短渣:粘度與表面張力隨時間變化而發(fā)生快速凝固的渣. 氧化鐵型不適應于橫.立.仰焊,長渣凝固溫度范圍大,其它種焊條可進行全位置焊接.,33,4.脫渣性,脫渣性:焊后熔渣從焊縫表面清除的難易程度。 影響因素

10、:,1）熔渣的線膨脹系數(shù) 2）熔渣的松脆性 3）熔渣氧化性,34,35,1)熔渣的膨脹系數(shù)和松脆性, 金屬與熔渣的膨脹系數(shù)相差越大,收縮不同產(chǎn)生內(nèi)應力越大,脫渣性好,鈦型焊條,脫渣性最好,低氫型焊條脫渣性最差. 疏松度:指渣中孔隙所占的面積的百分數(shù). 對于角焊縫,深剖口底層焊縫,熔渣夾在鋼板之間,脫渣困難,渣的硫松度影響很大，渣越松脆,越易脫。鈦型焊條疏松度不如氧化鐵型及鈦鐵礦型,在角焊縫及深剖口中脫渣,以氧化鐵型,鈦鐵礦型為好.鈦鈣型渣松脆。CaO是黃白色質(zhì)松而不脆，CaF多,色黑而硬,均不利于脫渣.,36,2)熔渣氧化性 熔渣氧化性太強,脫渣難。 原因是: 氧化性太強,使焊縫表面氧化,生成

11、氧化膜。 FeO晶格結(jié)構(gòu)體心立方，焊縫金屬Fe體心立方. 晶格與Fe搭接 熔渣中尖晶石型化合物Al2O3、Cr2O3、等形成體心立方晶格結(jié)構(gòu)的尖晶石型化合物。 尖晶石化合物與FeO晶格結(jié)合，使之很難脫渣，F(xiàn)eO膜相當膠粘劑，連接焊縫金屬與熔渣。,37,5.飛濺,飛濺：焊接過程中由熔滴或熔池中飛出的金屬顆粒,產(chǎn)生原因: 1）熔池內(nèi)部氣體的熔池中逸出引起 2）熔滴爆炸 3）電弧作用力, 4）短路過渡時,電弧再燃時產(chǎn)生飛濺,影響因素: 粘度飛濺I飛濺藥皮水分飛濺U飛濺電源種類,交流飛濺直流飛濺,38,.焊條的熔化速度,1）焊條的熔化速度 焊接過程中,焊條的熔化速度反映著焊接生產(chǎn)率的高低,也是工藝性能

12、方面的一個重要指標.,H=P(1-),39,）藥皮成分的影響 藥皮成分對電弧電壓有影響,電弧電離電位越低,電弧電壓越低,產(chǎn)生熱量少P小。U P 藥皮成分對熔滴過渡形態(tài)有影響,增多硅酸鹽減少碳酸鹽,細化熔滴,使短路過度U,顆粒過渡U,射流過渡, P最大. 焊條熔化與藥皮的導電性和導熱性有關(guān),以TiO2為主,渣導熱性差,導電性好,電阻熱作用,導致藥皮易于發(fā)紅,鈦型.鈦鈣型.若藥皮中加入發(fā)熱劑,氧化鐵型加速藥皮熔化大,氧化鐵型P .,40,藥皮成分中含有進行放熱反應的物質(zhì)時,加速焊條熔化P ,為了提高生成率,鐵粉焊條提高P 熔敷效率是指熔敷金屬量與熔化的填充金屬量的百分比。例：J422Fe160表示

13、加純鐵粉熔敷效率為160%的J422. ）電流種類與極性：直流正接:電弧電壓和熔化系數(shù)變化很大,此時焊條接陰極,藥皮成分對陰極壓降影響較大,藥皮成分的改變直接影響著電弧電壓變化,使也發(fā)生變化.直流反接:電弧電壓和熔化系數(shù)變化最小.交流:處于中間狀態(tài).,41,、藥皮發(fā)紅問題,指焊條焊列后半段時,由于焊條藥皮溫升過高而發(fā)紅,開裂脫落的現(xiàn)象,JXX1、JXX2導熱性差,導電性好,不銹鋼最為嚴重. 解決辦法: 提高電弧能量,減少熔化時間, 減少電阻熱.加入發(fā)熱劑,促進藥皮熔化. 例JXX4。,42,8、焊條發(fā)塵量,氣體的毒性分為兩種 一種是細微的蒸發(fā)錳產(chǎn)生的毒性,稱為錳中毒. 另一種是氟中毒,即當藥皮

14、中含有大量瑩石時,在焊接過程中會有HF氣體析出,這種毒氣作用較快,亦有人認為,不是HF而且NaF、KF更易使人中毒致病.,43,改 善 方 法,. 減小發(fā)塵量 . 減小塵中致毒物質(zhì)數(shù)量 具體措施:,減少藥皮中螢石的含量 減小水玻璃 減少電弧的過熱程度.,44,五、焊條的冶金性能,（一）. 鈦鈣型焊條E4303（J422） 渣系： 酸性焊條:熔渣堿度為0.76,屬于酸性渣， 氣渣聯(lián)合保護 . 1、氧化和脫氧反應 1）、鐵的氧化: 2）、脫氧,錳脫氧 硅脫氧 碳的氧化與脫氧,45,鐵的氧化:, 氧直接使鐵氧化 使鐵氧化 水蒸氣使鐵氧化 渣中氧化物使Fe氧化 由還原引起,46,2、還原反應,使焊縫增

15、硅,3、脫硫 S從0.017%增到0.019%,4、脫 從0.019%增到0.035% 由于渣中CaO、MnO量少, TiO2、SiO2含量 較高,難以進行脫.反應,嚴格限制原 材料含.量.,47,5、 合金化 錳鐵主要是脫氧、脫硫，合金化必需是另外加入所需元素,6、氣孔敏感性 焊皮中加入大量造渣,造氣劑,焊后產(chǎn)生相當數(shù)量的熔渣和氣體,具有較強的隔絕空氣能力,量不多.熔渣氧化、CO氣孔，調(diào)整氧化性防止產(chǎn)生兩大類氣孔。,7、焊接煙塵,48,渣系， 堿度高達1.89。,（二）、低氫焊條,1、氧化反應控制: 由于CaO 強堿性氧化物,主要是鈦、硅錳聯(lián)合脫氧。 焊接區(qū)氣氛的氧化性強,熔渣的氧化性小 總

16、含氧量為0.03%.,49,含氫量少. 原因:a)堿性焊條不加或少加含氫物質(zhì) b)氧化性能, 、 、 c) 去氫作用 含氫量低故抗冷裂紋性能好.,2、對氫的控制:,50,3、對硫.磷的控制,脫效果好, 含量高,由0.02%降到0.011% 脫磷效果較差.0.01%增到0.021%.,4、煙塵 由于氟中毒，危害較大，是低氫型焊條研究的重要課題。該類焊條，機械性能比鈦鈣型焊條好,尤其韌性好，硫、磷、氧、氫量少，用于焊接重要結(jié)構(gòu),各種合金鋼。但工藝性能差主要是穩(wěn)弧性、脫渣性差，煙塵大。,51,六、.焊條的設計,（一）設計原則 （二）設計依據(jù),（1）被焊母材的化學成分與力學性能指標 （2）焊件的工作條

17、件 （3）施工現(xiàn)場的焊接設備情況 （4）電焊條制造的生產(chǎn)工藝條件,52,（三）設計方法,1.在傳統(tǒng)配方基礎上的改進與創(chuàng)新 2.計算化學成分配比 3.焊條配方的優(yōu)化設計法,53,（四）設計步驟,1.選定焊芯 2.選 定藥皮類型、渣系及藥皮配方 1）根據(jù)被焊金屬使用性能，擬定焊縫金屬合金系統(tǒng) 2）根據(jù)焊件焊接性，確定焊縫金屬化學成分 3）確定焊縫金屬合金系統(tǒng)，確定藥皮類型、渣系 4）確定合金劑種類數(shù)量，選定藥皮原材料 5）通過具體試驗進行配方調(diào)整,54,七、焊條的制造,（一）焊芯制備 （二）焊條藥皮材料制備 （三）水玻璃的制備 化學式R 2O.nSiO2. R 2O為堿金屬氧化物 1.模數(shù)m,-系

18、數(shù)，對于鈉水玻璃為1.032,55,2.濃度,水玻璃的濃度有兩種表示方法,（1）波美濃度 （2）密度,3.粘度,56,（四）配料、混拌及壓涂,（五）焊條烘焙 （六）經(jīng)過檢驗，質(zhì)量合格的焊條可包裝、入庫、出廠,本節(jié)結(jié)束,57,2-2 焊劑,58,一. 焊劑的類型,焊劑和焊絲都是埋弧焊，電渣焊時使用的焊接材料。焊劑相當于焊條藥皮，焊絲相當于焊條藥芯。 埋弧焊、電渣焊多用于焊接鋼，少數(shù)用于焊接有色金屬。,59,鋼用焊劑分類,. 按制造方法分類 ()熔煉焊劑 ()非熔煉焊劑 2. 按焊劑化學成分分類 (1)按氧化物性質(zhì)分 (2)按SiO2含量分 (3)按MnO含量分 (4)按CaF2含量分,60,按S

19、iO2含量分,a. 高硅焊劑：焊劑含SiO2 30% b. 中硅焊劑：焊劑含SiO2 1030 c. 低硅焊劑：焊劑含SiO2 10%,61,按MnO含量分,a、高錳焊劑：含氧化錳MnO 30% b、中錳焊劑：含MnO 1530% c、低錳焊劑：含MnO 25% d、無錳焊劑：不加MnO ，焊劑中MnO是混入的雜質(zhì)MnO 2%,62,按CaF2含量分,a、高氟焊劑：含CaF2 30% b、中氟焊劑：含CaF2 1030% c、低氟焊劑：含CaF2 10%,63,3.按焊劑化學性質(zhì)分,(1)氧化性焊劑 (2)弱氧化性焊劑 (3)中性焊劑 4.按焊劑顆粒結(jié)構(gòu)分 (1)玻璃狀焊劑 (2)結(jié)晶狀焊劑

20、(3)浮石狀焊劑,64,二. 焊劑牌號編制方法,1.牌號前加“焊劑”兩字表示埋弧焊及電渣焊用熔煉型、燒結(jié)型、陶質(zhì)焊劑。 2.牌號第一數(shù)字表示焊劑中MnO含量 焊劑無錳 焊劑低錳 焊劑中錳 焊劑高錳 焊劑陶質(zhì)型 焊劑燒結(jié)型 焊劑待發(fā)展,65,3.牌號第位數(shù)字表示焊劑中氧化硅、氟化鈣含量 焊劑低硅低氟 焊劑中硅低氟 焊劑高硅低氟 焊劑低硅中氟 焊劑中硅中氟 焊劑 高硅中氟 焊劑低硅高氟 焊劑中硅高氟 焊劑待發(fā)展,66,4.牌號第三位數(shù)字表示同一類型焊劑的不同牌號 按、順序排列 5.對同一牌號焊劑生產(chǎn)兩種粒度時，在細粒產(chǎn)品后加一個細字。 例如、焊劑表示埋弧焊及電渣焊所用焊劑，高錳高硅低氟型,67,三

21、. 焊劑的性能和用途,(一).熔煉焊劑 .高硅焊劑,以硅酸鹽為主 30%， 高有通過焊劑向焊縫里過渡硅作用。 高硅焊劑又可分為高硅高錳焊劑，高硅中錳焊劑、高硅低焊劑、高硅無錳焊劑,68,.中硅焊劑,含 數(shù)量較低， .( ). 量較多，堿度較高屬于弱氧化性焊劑。 中硅焊劑配合適當焊絲焊接合金結(jié)構(gòu)鋼，弱氧化性中硅焊劑，焊縫金屬含量高，抗冷裂紋能力弱。 在中硅焊劑中加相當數(shù)量 ,氧化性 這種焊劑為中硅氧化性焊劑，焊縫金屬中又具有相當高的韌性，用于焊接高強鋼。,69,焊劑由 . . . 組成，焊劑對基本金屬無氧化作用，配合相應焊絲,焊接高合金鋼如不銹鋼等,.低硅焊劑,70,(二).燒結(jié)焊劑,“SJ”系

22、列燒結(jié)焊劑是采用硅酸鹽、碳酸鹽、金屬氧化物、氟化物及鐵合金、純金屬等粉劑按照焊接冶金要求配成不同酸堿度焊劑。 通過成粒，低溫干燥和高溫燒結(jié)等工藝制成燒結(jié)型焊劑。 燒結(jié)型焊劑不但具有優(yōu)良的焊接工藝，最大的有點是通過焊劑向焊縫金屬中滲合金，從而降低了對焊絲化學成分的成本，是當前世界上廣泛采用的一種新型焊接材料 。,71,燒結(jié)焊劑與熔煉焊劑相比具有下列優(yōu)、缺點。 .燒結(jié)焊劑中加脫氧劑、脫氧充分、熔煉焊劑中則不能加脫氧劑。 .加合金劑、合金化強。 .抗氣孔能力比熔煉焊劑強。 .對焊接參數(shù)變動敏感,會引起焊縫化學成分不均勻 .吸濕性大，易增加焊縫含氫量，必須焊前烘干。 .生產(chǎn)成本低、節(jié)能、生產(chǎn)效率高。,72,目前有五種類型,型號SJ 后三位數(shù)表示主要組成成分分類的代碼 SJ 101氟堿型 IIW SJ 301硅鈣型 FB SJ 401硅錳型 CS SJ 501鋁鈦型 MS SJ 502鋁鈦型 AR,本節(jié)結(jié)束,73,74,2-3 焊絲,藥芯焊絲,75,一、焊絲的分