焊接材料描述

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1、第1章 焊接材料,第一节 焊条,第二节 焊剂,第三节 焊丝,第1章 焊接材料,重点内容,1、焊条分类及制备 2、焊条、焊剂及焊丝的型号和牌号 3、典型焊条的冶金性能 4、焊剂的性能用途 5、气保焊丝和药芯焊丝,1-1 焊条,一、焊条的组成,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,、 焊芯焊丝,作用：机械保护作用 冶金处理作用 工艺性能良好,焊芯的化学成分控制 C 低碳钢 0.1% Mn 低碳钢 0.30%0.55% Si S和P 其他元素 Ni、Cr、Cu杂质元素,焊芯的规格,焊条药皮的作用,提高电弧的导电性 a）引弧容易 b）稳弧

2、保护作用 a）通过造气保护焊接区 b）通过造渣保护过渡的溶滴、熔池、焊缝 脱氧 渗合金,药皮的组成和成分,焊条药皮成分的作用,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、石墨型和盐基型等,提高电弧的导电性 造渣 造气 脱氧及合金化,重要药皮类型分析,几种药皮类型主要成分,几种重要药皮的特点,二焊条分类,.焊条用途分 ： 1、结构钢焊条 2、铜和铬钼耐热钢焊条 3、不锈钢焊条 4、堆焊焊条 5、低温钢焊条 6、铸铁焊条 7、镍及镍合金焊条 8、铜及铜合金焊条 9、铝及铝合多焊条 10、特殊用途焊条,(二)按焊接熔渣的碱度分,(三)按焊条药皮的类型 氧化钛型、钛钙型、钛铁矿

3、型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型和盐基型等,1、酸性焊条 2、碱性焊条,（四）按药皮重量系数 药皮与药芯的重量之比,三、焊条的型号与牌号,1.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。,完整的焊条型号举例如下：,E 4 3 1 5,表示焊条药皮为低氢钠型，并可采用直流反接焊接,表示焊条适用于全位置焊接,表示熔敷金属抗拉强度的最小值,表示焊条,2、焊条的牌号 以结构钢为例：牌号,编制法。 JXXX, J为结构钢焊条, 第1、2数:代

4、表焊缝金属抗拉强度， 第3个数字,代表药皮类型,焊接电流要求。,J 507 焊条为例,J 5 0 7,低氢型药皮、直流,焊缝金属抗拉强度不低于490MPa,结构钢焊条,三、焊条的工艺性能,1.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,碱性焊条:J507,低氢型,电弧稳定性不好

5、 原因:药皮中含萤石较多,CaF2氟电离势高18.6伏,与电子亲和力大,夺取电弧中的电子,形成负离子,恶化电弧的稳定性。 结506加入了低电离势物质,K.、Na则可用交,直流.但K、Na与F的亲和力大,KF、NaF有毒. 酸性焊条:SiO2、TiO2、CaO、云母、长石中含K2O、Na2O等，稳弧性好。,判定稳弧性： 测最大的燃烧电弧长度Lmax Lmax稳断弧长度越大,稳弧性越好. 示波器,观察电流,电弧电压波形的变化情况,控制低氢型焊条稳弧性方法： a)CaCO3/CaF2比例控制并加入K1.62.5、K2CO3 K1.5钾,钠水玻璃 b)添加1020%纯铁粉和少量Al-Mg合金粉. c)

6、用MgF2代CaF2不仅提高稳弧性,还可改善焊缝成型和脱渣. d)加入少量CsCO3(0.11.0%)铯电离势比K小,还可加石墨0.53.0%，熔点低，套筒长度,2.表面成型,操作技术有关,取决熔渣熔点,粘度与表面张力,还与熔渣的物理性质有关.,1）熔渣的熔点 2）熔渣的粘度 3）表面张力,T 过高,表面成型不良,易产生气孔,夹杂；过低,对焊缝敷盖不均匀,保护作用差. 表面张力 复盖性好，但不能过小，熔渣易成球型,复盖性不好.,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

7、 酸性渣 1400左右 0.350.40 1.22.0,熔滴过渡 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.,3.在各种位置焊接适应性,焊缝位置： 平焊缝、立焊缝、仰焊缝、横焊缝 一般焊条均可进行平焊,但不是所有焊条均可立、仰、横焊。 立、仰、横焊难点在于: 重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡; 熔池金属和熔渣下流.,解决方法: 1）适当增加电弧吹力,调整药皮熔点和厚度,使焊条端部产生适当长度的套筒,药皮中加入一定数量造气剂. 2）熔渣的物理性能适应 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

8、钛 型 1320-1420 100 钛铁矿型 130-126 130 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,使熔渣能在较短时间内迅速凝固,才能立、仰横焊,凝固温度范围,不易横、仰、立焊. 粘度（）、表面张力（） 长渣:粘度与表面张力随温度变化而发生缓慢凝固的渣. 短渣:粘度与表面张力随温度变化而发生快速凝固的渣. 氧化铁型不适应于横.立.仰焊,长渣凝固温度范围大,其它种焊条可进行全位置焊接.,4.脱渣性,脱渣性:焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度。 影响因素:,1）熔渣的线膨胀系数 2）熔渣的松脆性 3）熔渣氧化性,1)熔渣的膨胀系数和松脆性, 金属与熔渣

9、的膨胀系数相差越大,收缩不同产生内应力越大,脱渣性好,钛型焊条,脱渣性最好,低氢型焊条脱渣性最差. 疏松度:指渣中孔隙所占的面积的百分数. 对于角焊缝,深剖口底层焊缝,熔渣夹在钢板之间,脱渣困难,渣的硫松度影响很大，渣越松脆,越易脱。钛型焊条疏松度不如氧化铁型及钛铁矿型,在角焊缝及深剖口中脱渣,以氧化铁型,钛铁矿型为好.钛钙型渣松脆。CaO是黄白色质松而不脆，CaF多,色黑而硬,均不利于脱渣.,2)熔渣氧化性 熔渣氧化性太强,脱渣难。 原因是: 氧化性太强,使焊缝表面氧化,生成氧化膜。 FeO晶格结构体心立方，焊缝金属Fe体心立方. 晶格与Fe搭接 熔渣中尖晶石型化合物Al2O3、Cr2O3、

10、等形成体心立方晶格结构的尖晶石型化合物。 尖晶石化合物与FeO晶格结合，使之很难脱渣，FeO膜相当胶粘剂，连接焊缝金属与熔渣。,5.飞溅,飞溅：焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒,产生原因: 1）熔池内部气体的熔池中逸出引起 2）熔滴爆炸 3）电弧作用力, 4）短路过渡时,电弧再燃时产生飞溅,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,6、焊条发尘量,气体的毒性分为两种 一种是细微的蒸发锰产生的毒性,称为锰中毒. 另一种是氟中毒,即当药皮中含有大量莹石时,在焊接过程中会有HF气体析出,这种毒气作用较快,亦有人认为,不是HF而且NaF、KF更易使人中毒致病.,由于

11、氟中毒，危害较大，是低氢型焊条研究的重要课题。该类焊条，机械性能比钛钙型焊条好,尤其韧性好，硫、磷、氧、氢量少，用于焊接重要结构,各种合金钢。但工艺性能差主要是稳弧性、脱渣性差，烟尘大。,改 善 方 法,. 减小发尘量 . 减小尘中致毒物质数量 具体措施:,减少药皮中萤石的含量 减小水玻璃 减少电弧的过热程度.,、药皮发红问题,指焊条焊列后半段时,由于焊条药皮温升过高而发红,开裂脱落的现象,JXX1、JXX2导热性差,导电性好,不锈钢最为严重. 解决办法: 提高电弧能量,减少熔化时间, 减少电阻热.加入发热剂,促进药皮熔化. 例JXX4。,焊条的工艺性能,1.焊接电弧的稳定性 2.焊接位置的适

12、应性 3.焊缝成形 4.焊接飞溅与熔敷效率 5.脱渣性 6.焊接烟尘 7.焊条药皮发红,主要指焊条对焊缝金属的净化和合金化作用，最终反映在焊缝金属的化学成分、力学性能及防止缺陷形成的能力等方面 净化作用是指通过各种冶金反应去除氧O、H、S和P等有害元素； 合金化作用是通过药皮向焊缝填加有益的合金元素。,四、焊条的冶金性能,（一）. 钛钙型焊条E4303（J422） 渣系： 酸性焊条:熔渣碱度为0.76,属于酸性渣， 气渣联合保护 . 1、氧化和脱氧反应 1）、铁的氧化: 2）、脱氧,锰脱氧 硅脱氧 碳的氧化与脱氧,铁的氧化:, 氧直接使铁氧化 使铁氧化 水蒸气使铁氧化 渣中 氧化物使Fe氧化

13、由 还原引起,2、还原反应,使焊缝增硅,3、脱硫 S从0.017%增到0.019%,4、脱 从0.019%增到0.035% 由于渣中CaO、MnO量少, TiO2、SiO2含量 较高,难以进行脱.反应,严格限制原 材料含.量.,5、 合金化 锰铁主要是脱氧、脱硫，合金化必需是另外加入所需元素,渣系， 碱度高达1.89。,（二）、低氢焊条,1、氧化反应控制: 由于CaO 强碱性氧化物,主要是钛、硅锰联合脱氧。 焊接区气氛的氧化性强,熔渣的氧化性小 总含氧量为0.03%.,含氢量少. 原因:a)碱性焊条不加或少加含氢物质 b)氧化性能, 、 、 c) 去氢作用 含氢量低故抗冷裂纹性能好.,2、对氢

14、的控制:,3、对硫.磷的控制,脱效果好, 含量高,由0.02%降到0.011% 脱磷效果较差.0.01%增到0.021%.,1 钛钙型焊条E4303（J422） 熔渣的碱度，属酸性渣。气相主要成分为CO、H2、CO2、H2O。,五、典型焊条的冶金性能分析,此类焊条焊接工艺性好，用量最大，主要用于焊接低碳钢和强度较低的低合金钢。,属CaO-SiO2-CaF2渣系，熔渣的碱度，属碱性渣。 J507焊条焊缝力学性能好（韧性高），多用于焊接比较重要的结构钢和合金钢的焊接，焊接工艺性不及J422，对焊件的焊前清理要求比较高。,2 低氢焊条E5015（J507）,六、.焊条的设计,（一）设计原则 （二）设

15、计依据,（1）被焊母材的化学成分与力学性能指标 （2）焊件的工作条件 （3）施工现场的焊接设备情况 （4）电焊条制造的生产工艺条件,（三）设计方法,1.在传统配方基础上的改进与创新 2.计算化学成分配比 3.焊条配方的优化设计法,（四）设计步骤,1.选定焊芯 2.选 定药皮类型、渣系及药皮配方 1）根据被焊金属使用性能，拟定焊缝金属合金系统 2）根据焊件焊接性，确定焊缝金属化学成分 3）确定焊缝金属合金系统，确定药皮类型、渣系 4）确定合金剂种类数量，选定药皮原材料 5）通过具体试验进行配方调整,七、焊条的制造,（一）焊芯制备 （二）焊条药皮材料制备 （三）水玻璃的制备 化学式R 2O.nSiO2. R 2O为碱金属氧化物 1.模数m,-系数，对于钠水玻璃为1.032,2.浓度,水玻璃的浓度有两种表示方法,（1）波美浓度 （2）密度,3.粘度,（四）配料、混拌及压涂 （五）焊条烘焙 （六）经过检验，质量合格的焊条可包装、入库、出厂,本节结束,1-2 焊丝,药芯焊丝,一、焊丝的分类,1.按照适用的焊接方法 埋弧焊焊丝、CO2焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、自保焊