焊接原理ppt电子教案课件第三章焊接材料

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1、第三章 焊接材料,焊接材料： 焊接时所消耗的材料通称焊接材料. 焊接材料包括：焊条、焊丝、焊剂、保护气体. 焊接材料的作用： 焊条、焊丝： a. 传导电流，作为产生电弧的一个电极；b. 填充金属，形成焊缝. 2. 焊条药皮、焊剂及保护气体：进行必要的冶金反应，保证焊接质量.,第一节 焊 条,一、焊条的分类(一) 按焊条用途分1结构钢焊条 焊接碳钢和低合金高强钢2钼和铬钼耐热钢焊条 焊接珠光体耐热钢和马氏体耐热钢3不锈钢焊条 焊接不锈钢和热强钢 4堆焊焊条 获得具有特殊性能的堆焊层5低温钢焊条 焊接在低温下工作的结构6铸铁焊条 焊补铸铁件7镍及镍合金焊条 焊接镍及高温合金、异种金属及堆焊8铜及铜

2、合金焊条 焊接铜及其合金9铝及铝合金焊条 焊接铝及其合金10特殊用途焊条 水下焊接、水下切割等特殊工作需要,(二) 按焊接熔渣的碱度分1. 酸性焊条 E4303 (J422)熔渣呈酸性，氧化性强（含FeO、TiO2、SiO2较多）焊条工艺性能好，焊缝外表成形美观，波纹细密交、直流电源施焊均可2. 碱性焊条(低氢焊条) E5015 (J507)熔渣呈碱性，氧化性弱（含CaF2、CaCO3较多）焊缝塑性和冲击韧度值较高，用于承受动载及重要结构焊接 直流电源反接极施焊 (三) 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、低氢型焊条等.,二、焊条的型号和牌号(

3、一) 焊条的型号焊条型号是在国家标准及权威性国际组织的有关法规中，根据焊条特性指标明确划分规定的标准. 焊条生产、使用、管理及研究等有关单位必须遵照执行.,包括：a. 碳钢焊条：b420、490MPa的E43及E50系列；b. 合金钢焊条： b490、540、590、690、740、830MPa的E50、E55、E60、E70、E75、E85系列.,焊条型号：E X1X2 X3 X4E焊条；X1X2熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为kgfmm2；X3焊条的焊接位置适应性：“0”或“1”适于全位置焊接；“2”适于平焊及横角焊；“4”适于向下立焊；X4 焊接电流种类及药皮类型.,焊条型号举例：(1)

4、 E43I5 (2) E5003,(二) 焊条的牌号焊条牌号是对于焊条产品的具体命名，由焊条生产厂家制定.同样药皮类型，符合相同焊条型号、性能的产品统一命名为同一牌号. 焊条牌号：X1X2X3 X4X1焊条各大类；X2X3各大类焊条中的若干小类；结构钢焊条表示焊缝金属的不同强度级别.X4焊条药皮类型和焊接电源种类.焊条牌号举例：（1）J502（2）J427,三、焊条的组成焊条是涂有药皮的熔化电极焊条由药皮和焊芯两部分组成.根据焊条药皮重量系数Kb，焊条分：厚皮焊条(Kb=3050)薄皮焊条(Kb=12) 厚皮焊条使用广泛.药皮重量系数 Kb 药皮重量/焊芯重量,(一) 焊 芯应按照国标，根据被

5、焊材料来选择相应牌号的焊丝作焊芯.常用低碳钢焊丝作焊接碳钢和低合金钢用焊芯. 低碳钢牌号： H08A 、 H08E焊芯化学成分直接影响焊缝质量：C：在保证与母材基本等强度的条件下含碳量越少越好. C 0.10含碳量增高会增大气孔和裂纹的倾向，增大飞溅，使焊接过程不稳定. Mn：是有益元素. 脱氧并控制硫的有害作用. 0.300.55Si：焊接过程中极易形成SO2，造成焊缝夹杂物，引起热裂纹.含硅量越少越好.Ni、Cr： 作为杂质混入焊丝，对焊接冶金过程不会有重大影响.S、P：有害元素，引起裂纹和气孔. 应对其含量严格控制.焊芯的电阻率和其中的夹杂物(如SiO2、A12O3等)对于焊条性能均有一

6、定影响. 电阻率大，焊条药皮易发红，冶金及保护作用变差，易产生气孔；夹杂物较多，易引起飞溅，焊接电弧的稳定性降低.,(二) 焊条药皮1焊条药皮的作用(1) 机械保护作用 保护熔滴、熔池和焊接区、隔离空气.(2) 冶金作用 去除有害杂质；焊缝合金化；焊缝金属满足性能要求.(3) 良好的焊接工艺性能 容易引弧；合金过程稳定；焊接飞溅小；焊缝成形美观；易于脱渣；适于各种空间位置的施焊.,2焊条药皮的类型 根据组成不同，焊条药皮可分为八种类型：(1) 氧化钛型（钛型）TiO235，相当数量的硅酸盐、 锰铁及少量有机物.(2) 氧化钛氧化钙型（钛钙型）TiO2 30，碳酸盐30，一定数量的硅酸盐、锰铁、

7、少量有机物.(4) 氧化铁型 大量铁矿石、一定数量的硅酸盐、锰铁、少量有机物.(5) 纤维素型 有机物15、一定数量的造渣物质、锰铁.(6) 低氢型 大量碳酸盐、萤石、铁合金、二氧化钛.(7) 石墨型 大量石墨，配以低碳钢芯或铸铁焊芯可用于铸铁焊条.(8) 盐基型 氟盐、氯盐.主要用于铝及铝合金焊条.,3.药皮原材料的种类 药皮原材料按其来源可分为四大类：(1) 矿物类各种矿石、矿砂。 钛铁矿、赤铁矿、金红石、大理石、白云石、萤石、长石、白泥、云母等. (2) 金属及铁合金类 金属铬、金属镍、锰铁、硅铁、钛铁、钼铁、钒铁等.(3) 化工产品类 钛白粉、纯碱、碳酸钾、碳酸钡，水玻璃等.(4) 有

8、机物类 淀粉、木粉、纤维素、酚醛树脂等.,4药皮原材料的作用 (1)稳弧 稳弧剂主要作用是改善焊条的引弧性能和提高电弧燃烧的稳定性. 稳弧剂：碳酸钾、大理石、水玻璃、长石、（SiO2 Al2O3 Fe2O3 ）金红石（TiO2）等.(2)造渣 造渣剂是熔化形成熔渣，保护焊接区金属、改善焊缝成形.造渣剂：钛铁矿、金红石、大理石、石英砂、长石、云母、萤石.(3)造气 造气剂在焊接时产生气体，起到隔离空气、保护焊接区金属的作用. 造气剂：为机物和碳酸盐.(4)脱氧 脱氧剂用来降低药皮或熔渣的氧化性、脱除金属中的氧. 脱氧剂：锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等.(5)合金化 合金剂用来补偿焊接时有益元素的烧损或

9、获得必要的合金成分. 合金剂：铁合金或金属粉，如锰铁、硅铁、钼铁等.(6)粘结 粘结剂作用是把药皮材料涂敷到焊芯上，并使药皮具一定的强度. 合金剂：钠水玻璃、钾钠水玻璃等.(7)成形 成形剂作用使药皮具有塑性、弹性及流动性. 以便于压涂. 成形剂：白泥、云母、钛白粉、糊精等.每种材料在焊条药皮中会同时有几种作用. 设计焊条药皮配方、选择原材料时，必须注重其主要作用，兼顾次要作用.,四、焊条的工艺性能焊条的工艺性能是指焊条在焊接操作中的性能. 它是衡 量焊条质量的重要指标之一.,焊接工艺性能主要包括：,焊接电弧的稳定性 焊缝成形 各种位置焊接的适应性 飞溅 脱渣性 焊条熔化速度 焊条药皮发红 焊

10、接烟尘,(一) 焊接电弧的稳定性电离电位低的物质，提高电弧稳定云母、长石、钛白粉或金红石等；因萤石（CaF2）的反电离作用，低氢焊条交流焊接时电弧不稳定；当药皮的熔点过高或药皮太厚时，易形成套筒，电弧易于熄灭.,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,提高低氢焊条电弧稳定性措施：a. 采用直流电源焊接b. 在药皮中加入稳弧剂(碳 酸钾等)，可用交流电源焊接 1) 控制CaCO3/CaF2比例，使用钾

11、、钠混合水玻璃2) 添加1020%纯铁粉和少量Al-Mg合金粉3) 用MgF2代CaF2不仅提高稳弧性，还可改善焊缝成型和脱渣c. 药皮的熔点和厚度合适加入少量CsCO3(0.11.0%)，铯电离势比K小；降低熔点和套筒长度,(二) 焊缝成形 焊缝成形良好体现在：焊缝表面光滑，波纹细密美观，几何形状及尺寸正确； 焊缝向母材过渡圆滑，余高符合标准，无咬边等缺陷.影响焊缝成形的因素：a. 操作手法；b. 熔渣性质：熔渣凝固温度、粘度、表面张力、密度等.凝固温度过高，产生压铁水现象，影响焊缝成形，产生气孔；过低，在焊缝表面覆盖不均匀，也焊缝表面成形差.粘度过大，冶金反应缓慢，焊缝表面成形不良，产生气

12、孔、夹杂.过小，造成熔渣对焊缝覆盖不均匀，失去应有的保护作用.焊接钢在1500C时熔渣粘度以0.10.2PaS为宜.,熔渣的表面张力和粘度 材料 温度 表面张力(N/m) 粘度(泊) 铁 15751590 1.01.2 0.019 碱性渣 1400 左右 0.280.35 2.07.0 酸性渣 1400左右 0.350.40 1.22.0,熔滴过渡形式 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.,(三)各种位置焊接的适应性工艺性能良好的焊条能适应空间全位置焊接.不同类型的焊条在各种位置上焊接的适应性是不同的.几乎所有的焊条都能进行平焊

13、.横焊、立焊、仰焊时的主要困难：在重力的作用下熔滴不易向熔池过渡增加电弧和气流的吹力；熔池金属和熔渣向下流以致不能形成正常的焊缝调整熔渣的熔点，粘度及表面张力.,焊接位置：平焊、横焊、立焊、仰焊,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 1200-1290 90 钛 型 1320-1420 100 钛铁矿型 1300-1260 130 氧化铁型 1180-1350 170,凝固温度范围窄，粘度表面张力随温度变化，熔渣能在较短时间内迅速凝固.立、仰、横焊； 凝固温度范围宽大，则不易横、仰、立焊.,(四)飞 溅弄脏焊缝，增加清理工作量，降低焊条的熔敷效率.飞溅原因：a. 熔渣的粘

14、度大、焊条含水量过多、焊条偏心率过大；b. 焊接电流及电弧长度较大；c. 药皮成分、电源类型、熔滴过渡形态：一般钛钙型焊条电弧燃烧稳定，熔滴为细颗粒过渡，飞溅较小；低氢型焊条的电弧稳定性较差，熔滴多为大颗粒短路过渡，飞溅较大.,影响因素: 粘度飞溅；I飞溅；药皮水分飞溅； U飞溅；电源种类：交流飞溅直流飞溅,(五)脱渣性脱渣性是指焊后从焊缝表面清除渣壳的难易程度. 脱渣性差可造成难清渣，焊接生产率降低，产生夹渣缺陷.影响脱渣性的因素：1熔渣的线膨胀系数 熔渣与焊缝金属的线膨胀系数相差越大，越容易脱渣.不同类型焊条的熔渣具有不同的线膨胀系数：钛型焊条E4313(J421)熔渣与低碳钢的线膨胀系数

15、相差最大，脱渣性最好；低氢型焊条E4315(J427)熔渣与低碳钢的线膨胀系数相差较小，脱渣性较差.2熔渣的氧化性 熔渣的氧化性越强，脱渣越困难.焊缝a-Fe焊缝表面(FeO)渣中MeOMe203（尖晶石型化合物）相联成共同bcc晶格，脱渣性恶化. 【注】：MeOMe203为FeO、MnO、CaO、MgO与Al2O3、V2O3、Cr2O3形成的复合氧化物. 含V、Al、Cr的合金钢焊接时脱渣性不好.3熔渣的松脆性 熔渣越松脆就越容易清除.钛型焊条熔渣的结构比较密实坚硬，在坡口中的脱渣性较差；低氢型焊条的脱渣性最不理想.,(六) 焊条熔化速度真正反映焊接生产率的指标是焊条的熔敷系数.不同类型焊条的熔化系数是不同的. 熔化系数主要取决于：) 药皮组成：电离电位：低热量少熔化系数小；熔滴过渡方式：短路过渡颗粒过渡熔化系数大；药皮的导电性和导热性：以TiO2为主，渣导热性差，导电性好， 电阻热作用药皮易于发红；药皮中含有放热反应的物质或铁粉，熔化系数提高.,