{冶金行业管理}焊接冶金第二章

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1、,焊接原理及工艺 第二章 焊接材料,办公室：304,主讲人：上官芸娟,焊条,焊剂,焊丝,焊接材料,01,焊 条,PART ONE,2.1 焊条的分类,1.1 焊条的分类,1、结构钢焊条 结构钢和低合金钢 2、钼和铬钼耐热钢焊条 珠光体耐热钢和马氏体耐热钢 3、不锈钢焊条 不锈钢和热强钢 铬不锈钢和铬镍不锈钢焊条 4、堆焊焊条 堆焊耐磨、耐蚀等特征要求 5、低温钢焊条 低温下工作的构件 6、铸铁焊条 焊补铸铁构件 7、镍及镍合金焊条 镍及高镍合金，异种金属焊接及堆焊 8、铜及铜合金焊条 9、铝及铝合金焊条 10、特殊用途焊条 水下焊接、水下切割等,（一）按焊条的用途分为,1.1 焊条的分类,（三

2、）按焊接熔渣的碱度分,1、酸性焊条 含有较多酸性氧化物，氧化性强，外观成形美观、波纹细密，可采用交、直流焊接，典型的E4303（J422）,2、碱性焊条 含有较多碱性氧化物，降低含H量，低氢焊条。焊接性能好，耐冲击，重要结构。典型的E5015（J507）,（二）按焊条药皮的类型分,氧化钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条、低氢型焊条、石墨型焊条和盐基型焊条等。,1.1 焊条的分类,1.2 焊条的型号与牌号,(一)型号,E,xx,xx,后缀字母,元素符号,焊条,熔敷金属抗拉强度最小值,焊接电流的种类及药皮类型,熔敷金属化学成分分类代号,附加化学成分的元素符号,，表示全位

3、置焊表示手工焊及平角焊表示立向下焊,E 43 1 5,表示焊条药皮为低氢钠型，采用直流反接焊接,表示焊条适合于全位置焊接,表示熔敷金属抗拉强度的最小值为424MPa,表示焊条,1.2 焊条的型号与牌号,（二）焊条的牌号,焊条牌号是根据焊条主要用途及性能特点对焊条产品具体命名。,按照国标GB/T5117-95，它应符合E5015型焊条要求。,焊条有特殊性能和用途的，在牌号后面加注起主要作用的元素或主要用途的拼音字母(一般不超过二个)，如J507MoV、J507CuP。,牌号后面加注各字母符号含义,焊条牌号中第三位数字含意,1.3 焊条的组成,（一）焊芯,填充金属。含碳量要低。成分控制比一般钢更严

4、格。,选用低碳钢焊丝作为焊芯，牌号为H08A或“H08E”。 A-优质钢；“E”-特级钢，对硫、磷限量更严格。,焊芯作用：电极：导电产生电弧，把电能转换成热能；填充金属：与液体母材金属熔合形成焊缝，同时调整焊缝中合金元素成分.,1.3 焊条的组成,焊芯中各种常见合金元素的作用： C：钢中的主要合金元素。当含碳量增加时，钢的强度硬度明显地增加，而塑性降低，钢的焊接性大大恶化，引起较大的飞溅和气孔，且对焊接裂纹的敏感明显的增加。 Mn：合金剂，随着锰含量的增加，钢的强度和韧性增加。锰与硫化合生成Mn2S作为熔渣覆盖要金属表面，从而抑制硫的有害作用。同时，锰还有很好的脱氧作用。 Si：在焊接过程中极

5、易氧化成SiO2,从而使焊缝中含有多量的夹物，严重时会引起热裂纹。 S、P：是有害元素，会引起裂纹和气孔，应严格控制含量。,1.3 焊条的组成,（二）焊条药皮,1、作用,（1）保护作用,药皮熔化形成熔渣、气体保护熔滴、熔池和焊接区、隔离空气防止氮气等有害气体进入焊缝,（2）冶金作用,药皮的组成物质发生冶金反应去除有害杂质，保护或添加有益合金元素提高焊缝抗气孔性和抗裂性焊缝满足使用要求,（3）使焊条具有良好的工艺性能,使电弧容易引燃、稳定的连续燃烧，焊接飞溅小，焊缝成形美观，易于脱渣，适宜于各种空间位置的焊接施工等。,1.3 焊条的组成,2、焊条药皮的类型,1.3 焊条的组成,2、焊条药皮的类型

6、,（1）氧化钛型，简称钛型。药皮中加入35%以上TiO2和相当数量的硅酸盐、锰铁及有机物,（2）氧化钛钙型，简称钛钙型。药皮中加入30%以上TiO2和20%以下的碳酸盐以及相当数量的硅酸盐、锰铁，一般不加或少加有机物。,（3）钛铁矿型。药皮中加入30%以上的钛铁矿和一定数量的硅酸盐、锰铁以及少量有机物，不加或加少量的碳酸盐。,（4）氧化铁型。药皮中加入大量铁矿石和一定数量的硅酸盐、锰铁以及少量有机物,1.3 焊条的组成,2、焊条药皮的类型,（5）纤维素型。药皮中加入15%以上的有机物，一定数量的造渣物质及锰铁等。,（6）低氢型。药皮中加入大量碳酸盐、萤石、铁合金以及TiO2等。,（7）石墨型。

7、药皮中加入多量石墨，以保证焊缝金属的石墨化作用。配以低碳钢芯或铸铁焊芯可用于铸铁焊条。,（8）盐基型。药皮由氟盐和氯盐组成，如NaF、KF、NaCl、LiCl、冰晶石等。主要用于铝及铝合金焊条。,1.3 焊条的组成,3、药皮原材料的种类,矿物类、金属及铁合金、化工产品类、有机物类,4、药皮原材料的作用,（1）稳弧 碳酸钾、大理石、水玻璃、长石、金红石等。 （2）造渣 钛铁矿、金红石、大理石、石英砂、长石、云母、萤石等。 （3）造气 木粉、淀粉、大理石、菱苦土等。 （4）脱氧 锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等。 （5）合金化 锰铁、硅铁、钼铁等。 （6）粘结 钠水玻璃、钾钠水玻璃等。 （7）成形 白泥、

8、云母、钛白粉、糊精等。,1.4 焊条的工艺性能,（一）焊接电弧的稳定性 （二）焊缝成形 （三）各种位置焊接的适应性 （四）飞溅 （五）脱渣性 （六）焊条熔化速度 影响生产效率。 焊条的熔覆系数H。 （七）药皮发红 不锈钢焊条。 （八）焊接烟尘,1.4 焊条的工艺性能,焊条的选用,等强度原则：首先考虑母材的力学性能; 等性能原则：考虑焊件化学成份，工作条件（载荷、介质、温度等）; 等条件原则：考虑焊接的结构复杂程度和刚度（酸、碱性焊条）; 另外：考虑劳动条件、生产率和经济性。,1.5 典型焊条的冶金性能分析,钛钙型焊条E4303,配方：采用大量的金红石、大理石以及适量的云母、 长石、白泥等作为造

9、渣、造气及稳弧剂,保护：气渣联合保护。 钛钙型焊条的熔渣碱度 B1=0.76。,焊接时的气相成分为：CO50.7%、CO25.9%、H237.7%、H2O5.7%。CO和H2承担保护作用。,1.5 典型焊条的冶金性能分析,焊接过程的冶金反应分析,1、氧化及脱氧反应,（1）铁的氧化 主要有以下途径：,1）电弧气氛中氧直接氧化：,Fe + O = FeO + 515.76 kJ/mol,Fe + 1/2O2 = FeO + 26.97 kJ/mol,2）电弧气氛中CO2对铁的氧化,Fe + CO2 = FeO + CO,当温度超过3000K时，CO2的氧化性将大于空气。,温度升高反应更加剧烈,1.

10、5 典型焊条的冶金性能分析,3）电弧气氛中 H2O(g) 对铁的氧化,Fe + H2O(g) = FeO + H2,气相中的H2O(g)不仅使金属氧化，而且可以使焊缝金属增氢。,4）熔渣中SiO2等氧化物与液态铁发生置换反应，使铁氧化,（SiO2）+2Fe = Si + 2FeO,（FeO）,FeO,焊缝金属的力学性能、物理化学性能变坏,1.5 典型焊条的冶金性能分析,（2）脱氧反应,焊缝金属平均含氧量为0.05%-0.07%,钛钙型焊条的脱氧反应为：,1）Mn的脱氧反应,先期脱氧：锰与碳酸盐或高价氧化物分解出的CO2 及O2发生反应。,CaCO3 = CaO + CO2,Mn + CO2 =

11、 MnO + CO,CaCO3 + Mn = CaO + MnO + CO,同时 Mn + 1/2O2 = MnO,1.5 典型焊条的冶金性能分析,沉淀脱氧：熔滴和熔池内,Mn + FeO = (MnO）+ Fe,MnO + SiO2 = MnOSiO2,MnO + TiO2 = MnOTiO2,进入熔渣,2）Si的脱氧反应,高温时SiO2还原向熔池中过渡Si,冷却过程,Si + 2FeO = 2Fe + (SiO2),*Si(Ti)脱氧时形成的脱氧产物SiO2(TiO2)会有一部分来不及转移到熔渣中而留在焊缝金属中形成非金属夹杂物，从而增加焊缝金属的含氧量。,1.5 典型焊条的冶金性能分析,

12、3）碳的脱氧反应,熔池中：,C + FeO = Fe + CO,易于形成气孔。,Mn的作用可以抗气孔形成。,2、还原反应,2Mn + (SiO2)=Si + 2(MnO),进入焊缝,*此类焊条中，可以保证焊缝足够的Si,保证焊缝性能,1.5 典型焊条的冶金性能分析,3、脱硫反应,S通常以FeS、MnS的形式存在,元素与S亲和力从大到小的顺序是：,Al、Ca、Mg、Mn、Fe,大,小,Al、Ca、Mg易氧化，通常采用Mn脱硫。,FeS + Mn = Fe + MnS,FeS + MnO = FeO + MnS,*焊条药皮中加入14%中碳锰铁脱氧、脱硫,1.5 典型焊条的冶金性能分析,4、脱磷反应

13、,脱磷反应只是理论上的，实际上是很难实现的。因此，在钛钙型焊条中，很难进行脱磷反应，只有严格控制所用原材料的低磷量。,5、焊缝金属合金化,焊芯采用H08A钢焊芯。,Mn、Si、Mo、W、V等需要从药皮过渡。,6、气孔敏感性,取决于熔渣的氧化性,氧化性提高气孔敏感性增加,1.6 焊条的设计,了解焊条的设计与制造，主要目的是为了更好地选用焊条，在制订焊接工艺时，充分考虑到焊条的特性。,（一）设计原则,技术上必须满足设计任务的要求，达到各项技术指标的规定；制造工艺上必须切实可行，经济效益要好；卫生指标要先进，达到安保要求。,1.6 焊条的设计,（1）被焊母材的化学成分与力学性能指标。,（二）设计依据

14、,（2）焊件的工作条件，如工作温度、工作压力以及是否有耐磨性、耐腐蚀性等特殊要求。,（3）施工现场的焊接设备情况（交流焊机，直流焊机？）以及施工的条件（如室内，室外，高空，水下等？）。,（4）电焊条制造的生产工艺条件。,1.6 焊条的设计,(三)设计步骤 1 选定焊芯 2 选定药皮类型、渣系以及药皮配方 具体设计程序如下： 1)根据被焊金属的使用性能要求，初步拟定焊缝金属的合金系统。 2)根据焊件的焊接性，修订焊缝金属的合金系统及确定焊缝金属化学成分的要求。 3) 确定药皮类型及焊条配方的渣系。 4)估算合金元素的损失，初步确定合金剂的种类及数量，根据焊条的性能要求，选定药皮原材料，确定焊条药

15、皮的初步配方。 5)通过具体试验进行配方调整。,02,焊 剂,PART TWO,2.1 焊剂的种类,焊接时能够熔化形成熔渣和气体，对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种颗粒状物质。,了解焊剂的种类、组成、性能及用途 便于制订焊接工艺和进一步研究。,焊剂包括： 埋弧焊及电渣焊用焊剂 气焊熔剂 钎焊熔剂,定义,2.1 焊剂的种类,（一）按焊剂的用途分类,1 按被焊材料分 钢用焊剂及有色金属用焊剂。 2 按焊接方法分 有埋弧焊焊剂和电渣焊焊剂。,（二）按焊剂的制造方法分类,1 熔炼焊剂 将一定比例的各种配料放在炉内熔炼，然后经过水冷粒化、烘干、筛选制成的焊剂。 2 非熔炼焊剂 根据焊剂烘焙温度不同分为

16、粘结与烧结焊剂。 1)粘结焊剂 将一定比例的各种粉状配料加入适量粘结剂，经混合搅拌、粒化和低温(400以下)烘干而制成的焊剂。 2)烧结焊剂 将一定比例的各种粉状配料加入适量粘结剂，混合搅拌后经高温(4001000)烧结成块，然后粉碎、筛选而制成的一种焊剂。,1 按氧化物性质 酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂， 2 按SiO2含量 高硅焊剂、中硅焊剂和低硅焊剂。 3 按MnO含量 高锰焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂。 4 按CaF2含量 高氟焊剂、中氟焊剂和低氟焊剂。,2.1 焊剂的种类,（三）按焊剂的化学成分分类,1 氧化性焊剂 焊剂对母材有较强的氧化作用。 2 弱氧化性焊剂 焊剂含活性氧化物较少，对金属有较弱的氧化作用，焊缝金属的含氧量较低。 3 惰性焊剂 焊剂中基本不含SiO2，MnO、FeO等氧化物用。此类焊剂的成分是由A12O3、CaO、MgO、CaF2等组成的。 玻璃状焊剂呈透明状颗粒； 结晶状焊剂的颗粒具有结晶体的特点； 浮石状焊剂是泡沫状颗粒。,（四