第一章 熔化焊连接原理课件

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1、1.1熔化焊热过程及接头形成 1.2熔化焊接化学冶金 1.3熔化焊接头的组织和性能 1.4焊接冶金缺陷,焊接材料 焊接熔渣 焊接化学冶金反应区 焊接气氛及其与金属的相互作用 焊接熔渣与金属的相互作用 焊缝金属的合金化 典型焊接材料冶金特性分析,获得良好接头的条件: 合适的热源,良好的熔池保护,焊缝填充金属,焊接热过程,焊接化学冶金,焊接物理冶金,一、焊接材料,1、焊接材料的类型： 焊接时所消耗的材料。 焊条、焊剂、焊丝、保护气,焊接材料应具有以下作用： 保证电弧稳定燃烧和焊接熔滴顺利过渡； 在焊接过程中保护液态熔池金属，以防止空气侵入； 进行冶金反应和过渡合金元素，调整和控制焊缝金属的成分与性

2、能； 防止气孔、裂纹等焊接缺陷的产生；改善焊接工艺性能，在保证焊接质量的前提下尽可能提高焊接效率。,焊接过程中的各种填充金属以及为了提高焊接质量而附加的保护物质统称为焊接材料。,2、焊条,（） 焊芯焊丝 作用：导电、填充金属 焊芯材料有选择性:用量最多的是H08、H08A，还有H08E。 （2） 药皮 作用：机械保护作用 冶金处理作用 工艺性能良好 药皮的组成？,焊条的组成,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 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

3、石、萤石、长石等。 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。,药皮的组成？,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。 如合金、纯金属、一般Mn-Fe、Si-Fe要纯化 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。 增塑剂: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。,（3）焊条的分类和性能 1）用途和化学成分,2）按熔渣碱度分类,在实际生产中，将焊条

4、分为两大类-酸性焊条和碱性焊条（ 称低氢型焊条），按熔渣中酸性氧化物与碱性氧化物的比例分类。 当熔渣中酸性氧化物的比例高时为酸性焊条，反之为碱性焊条。 酸性焊条电弧柔软，飞溅小，熔渣流动性和覆盖性均好，焊缝 外表美观，焊波细密，成形平滑； 碱性焊条的熔滴过渡是短路过渡，电弧不够稳定，熔渣的覆盖 性差，焊缝形状凸起，且焊缝外观波纹粗糙，但在向上立焊时， 容易操作。,酸性焊条的药皮中含有较多的氧化铁、氧化钛及氧化硅等，氧化性较强，在焊接过程中使合金元素烧损较多，同时由于焊缝金属中氧和氢含量较多，因而熔敷金属塑性、韧性较低。,碱性焊条的药皮中含有多量的大理石和萤石，并有较多的铁合金作为脱氧剂和渗合金

5、剂，因此药皮具有足够的脱氧能力。 大理石等碳酸盐分解出CO2做保护气体，弧柱气氛中氢的分压较低，且萤石中的氟化钙在高温时与氢结合成氟化氢，降低焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢型焊条。 但由于氟的反电离作用，为了使碱性焊条的电弧能稳定燃烧，一般只能采用直流反接（即焊条接正极）进行焊接，只有当药皮中含有多量稳弧剂时，才可以交直流两用。 用碱性焊条焊接时，故具有较高的塑性和冲击韧性。,3)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,J 507 焊条为例,J507,低氢型药皮、直流,焊缝金属抗拉强度不低于500MPa,结构钢焊条,焊条的牌号根据焊条的主要用途及性能特

6、点来命名的。 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 。,E5015(J 507) 焊条为例 书P57,E5 0 1 5,表示焊条适用于全位置焊接,表示焊条,表示焊条药皮为低氢钠型，并可采用直流反接焊接,表示熔敷金属抗拉强度的最小值,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。,电焊条的选用 同种钢材焊接时焊条选用要点 （1）考虑焊缝金属力学性能和

7、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, 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 对承受动载荷和冲击载荷的焊件,除满足强度要求外,主要应保证焊缝金属具有 较高的冲击韧度和塑性,可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质 的焊件,应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其它耐腐蚀焊条。 (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,由于焊接过程中产生很大的内应力,易使焊缝产生裂纹,应选用抗裂性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

8、,应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。 (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。在狭小或通风 条件差的场合,应选用酸性焊条或低尘焊条。,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 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 14.3,3、焊剂,焊剂是焊接时能够熔化形成焊渣和

9、气体，对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种颗粒状物质。,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、电渣焊多用于焊接钢，少数用于焊接有色金属。,.按制造方法分类 ()熔炼焊剂：将原料按配方比例配成炉料，放在电炉或火焰炉中熔炼，这种焊剂叫熔炼焊剂。 ()非熔炼焊剂：依烘熔温度不同分为粘结焊剂和烧结焊剂。 2.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,一、钢用焊剂分类,a. 高硅焊剂：焊剂含SiO2 30% b. 中硅焊剂：焊剂含SiO2 1030 c. 低硅焊剂：焊剂含Si

10、O2 10%,按SiO2含量分类,a、高锰焊剂：含氧化锰MnO 30% b、中锰焊剂：含MnO 1530% c、低锰焊剂：含MnO 25% d、无锰焊剂：不加MnO ，焊剂中MnO是混入的杂质MnO 2%,按MnO含量分类,a、高氟焊剂：含CaF2 30% b、中氟焊剂：含CaF2 1030% c、低氟焊剂：含CaF2 10%,按CaF2含量分类,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 焊剂无锰 焊剂低锰 焊剂中锰 焊剂高锰 焊剂陶质型 焊剂烧结型 焊剂待发展,二.焊剂牌号编制方法,3.牌号第位数字表示焊剂中氧化硅、氟化钙含

11、量 焊剂低硅低氟 焊剂中硅低氟 焊剂高硅低氟 焊剂低硅中氟 焊剂中硅中氟 焊剂 高硅中氟 焊剂低硅高氟 焊剂中硅高氟 焊剂待发展,4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号 按、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。 焊剂表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型,4、焊丝CO2焊实心焊丝,其他用途的实心焊丝 1.电渣焊焊丝 2.氩弧焊焊丝,CO2焊焊丝含有较高的Mn、Si等脱氧元素的含量。,药芯焊丝,药芯焊丝是由薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管的同时，填满一定成分的药粉后经拉制而成的一种焊丝。,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

12、行全位置焊接,药芯焊丝的特征,单一气体 单面焊双面成形 A r 混合气体 结构钢焊接 A r+CO2,4、保护气体,焊接材料发展,日本,美国,中国内地,西欧,熔渣与金属的作用,机械保护作用 冶金处理作用 改善工艺性能 使电弧容易引燃,稳定燃烧,减少飞溅,熔渣：电焊条药皮或焊剂溶化形成的覆盖焊缝表面的非金属物质。,二、焊接熔渣 1.焊接熔渣的组成 （1）熔渣的作用,在炼钢时，熔渣的主要作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离， 加入的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化产物融合成熔渣，除S、P，吸收非金属夹杂物。,（2）熔渣的成分和分类,熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、氟化物、硼酸盐类

13、组成是多种化学组成的复杂体系。 熔渣分为三类 盐型(氧化性很小)CaF2NaF, CaF2NaFBaCl2 用于焊接铝、钛和其他化学活性金属及其合金。 盐氧化物型(较小) CaF2CaOAl2O3, CaF2CaOSiO2 用于焊接合金钢及其合金。 氧化物型(较强)MnOSiO2, CaOTiO2SiO2 用于焊接低碳钢和低合金钢。,2.焊接熔渣结构,液态熔渣的结构有两种理论：分子理论和离子理论。 （1）分子理论 液态熔渣由不带电的分子组成,是理想溶液. 液态熔渣是由化合物的分子组成的 氧化物及其复合物处于平衡状态 只有自由氧化物才能和金属反应,(SiO2)+Fe=Si+(FeO),熔渣成分

14、(存在渣里),焊缝金属中的成分,回到金属里,渗硅或铁被氧化,液态熔渣是理想的熔体-服从理想溶液定律,分子理论可简明的定性解释熔渣与金属之间的冶金反应,（2）离子理论,熔渣在液态下为离子结构,由简单离子和复杂离子组成的溶液,是在研究熔渣电化学性质的基础提出的, 液态熔渣是由阴阳离子组成的电中性溶液 离子的分布和相互作用取决于它的综合矩,但不能解释一些重要现象，如导电性、电解等。,负电性大的元素以负离子形式存在F-、Cl-、O2- 负电性小的元素以正离子形式存在 Ca+ 、k+ 、Fe2+ 碱性渣中SiO2 少，氧以自由氧离子形式存在O2- 酸性渣中SiO2多，形式复杂的离子. Si3O96-、

15、SiO44-之间形成离 子团，极性键结合.,1)熔渣是由简单和复杂的离子组成的中性溶液,阳离子 Si4+ 综合矩最大 阴离子 O2- 综合矩最大.3,2)离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩,综合矩=Z/r r=10-8cm Z离子电荷（静电单位） r离子半径,离子综合矩越大，静电场愈强，与其它离子作用力愈大,二者可结合成更复杂的离子SiO44-,当综合矩 r综合矩,盐型：简单结构、均匀溶液； 氧化物型：具有复杂网状结构、化学成分更不均匀的离子溶液； 盐氧化物型：比较复杂结构、化学成分微观不均的离子溶液。,分子理论,3)液态熔渣与金属之间相互作用的过程 是离子与原子交换电荷的过程,由于离

16、子交换电荷、运动,形成电流.,离子理论,（3） 焊接熔渣的碱度,冶金活性_熔渣参与冶金反应的激烈程度 分子理论的碱度的定义： 碱性氧化物与酸性氧化物的摩尔数之比（B1）.,B= (R 2O+RO)/ RO2 R 2O、RO熔渣中碱性氧化物的摩尔分数 RO2 熔渣中酸性氧化物的摩尔分数,从理论上讲， B1 1时为碱性渣， B1 1.5时，熔渣才是碱性的。,碱度B的倒数称为酸度,分子理论认为熔渣中的氧化物按其性质可分为三类,1)酸性氧化物 SiO2 TiO2 P2O5 2)碱性氧化物 K2O Na2O CaO MgO BaO MnO FeO 3)中性氧化物 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3,离子理论对碱度定义(游离状态的氧离子),液态熔渣中自由氧离子的浓度(氧离子的活度)定义为碱度.,B2=aiMi Mi-渣中第i种氧化物的摩尔分数; ai-渣中第i种氧化物的碱度系数;,B20 碱 B20 酸 B2=0 中,（1）熔渣的熔点 熔渣开始凝固的温度(非晶态,无固定熔点) 药皮熔点:药皮熔化温度，低于焊