焊接材料教案.ppt

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1、1,第二章焊接材料,2,我国焊接材料生产 和消耗的概况及存在的主要问题,3,4,我国近五年焊条和各种焊丝产量统计图,5,73家特大、大、中型工厂耗用焊材的比例,6,CO2焊丝用量/CO2焊丝+焊条总重量,7,8,9,日本近10年焊接材料总产量及各种材料的产量统计图,10,日本近10年焊接材料种类分布百分数统计图,11,第一节 焊条,第二节 焊剂,第三节 焊丝,第二章 焊接材料,12,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,13,2-1 焊条,14,一焊条分类,.焊条用途分 ： 1、结构钢焊条 2、铜和铬

2、钼耐热钢焊条 3、不锈钢焊条 4、堆焊焊条 5、低温钢焊条块分割 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,15,(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、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型等,1、酸性焊条2、碱 性焊条,16,二、焊条的型号与牌号,1、焊条的牌号 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 。,17,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490MPa,结构钢焊条,18,2、焊条的型

3、号,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。,19,完整的焊条型号举例如下：,E4 315,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,20,三、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,21,药 皮 组 成,稳弧剂 :改善引弧性能和提高电弧

4、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。,22,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。合金、纯金属、一般Mn-Fe、Si-Fe要纯化发醇加高锰酸钾纯化 . 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

5、水玻璃混合。 增塑性: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。,23,三、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 14.3,24,碱性焊条:结507,低氢型,电弧稳定性不好 原因:药皮中含萤石较多,CaF2氟电离势高18.

6、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。,25,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,26,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)用MgF2代CaF2不仅提高稳弧性,还

7、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,27,2.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 4）熔滴过渡,28,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. 适中,一般T1500渣12泊,铁水0.019泊,熔渣的粘度也决定于熔渣的化学成分. 表面张力 复盖性好，但不能过小，熔渣易成球型,复盖性不好.,29,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.

8、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 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.,30,3.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.,31,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

9、 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 130-126 130 氧化铁型 1180-1350 170,32,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:粘度与表面张力随时间变化而发生缓慢凝固的渣. 短渣:粘度与表面张力随时间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.,33,4.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

10、:,1）熔渣的线膨胀系数 2）熔渣的松脆性 3）熔渣氧化性,34,35,1)熔渣的膨胀系数和松脆性, 金属与熔渣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.,36,2)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

11、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、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。,37,5.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,38,.焊条的熔化速度,1）焊条的熔化速度 焊接过程中,焊条的熔化速度反映着焊接生产率的高低,也是工艺性能

12、方面的一个重要指标.,H=P(1-),39,）药皮成分的影响 药皮成分对电弧电压有影响,电弧电离电位越低,电弧电压越低,产生热量少P小。U P 药皮成分对熔滴过渡形态有影响,增多硅酸盐减少碳酸盐,细化熔滴,使短路过度U,颗粒过渡U,射流过渡, P最大. 焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关,以TiO2为主,渣导热性差,导电性好,电阻热作用,导致药皮易于发红,钛型.钛钙型.若药皮中加入发热剂,氧化铁型加速药皮熔化大,氧化铁型P .,40,药皮成分中含有进行放热反应的物质时,加速焊条熔化P ,为了提高生成率,铁粉焊条提高P 熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比。例：J422Fe160表示

13、加纯铁粉熔敷效率为160%的J422. ）电流种类与极性：直流正接:电弧电压和熔化系数变化很大,此时焊条接阴极,药皮成分对阴极压降影响较大,药皮成分的改变直接影响着电弧电压变化,使也发生变化.直流反接:电弧电压和熔化系数变化最小.交流:处于中间状态.,41,、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。,42,8、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

14、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.,43,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.,44,五、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,45,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 由还原引起,46,2、还原反应,使焊缝增

15、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.,47,5、 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,6、气孔敏感性 焊皮中加入大量造渣,造气剂,焊后产生相当数量的熔渣和气体,具有较强的隔绝空气能力,量不多.熔渣氧化、CO气孔，调整氧化性防止产生两大类气孔。,7、焊接烟尘,48,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

16、含氧量为0.03%.,49,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、对氢的控制:,50,3、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%.,4、烟尘 由于氟中毒，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。,51,六、.焊条的设计,（一）设计原则 （二）设计依据,（1）被焊母材的化学成分与力学性能指标 （2）焊件的工作条

17、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,52,（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,53,（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,54,七、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

18、数，对于钠水玻璃为1.032,55,2.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,56,（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,57,2-2 焊剂,58,一. 焊剂的类型,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。,59,钢用焊剂分类,. 按制造方法分类 ()熔炼焊剂 ()非熔炼焊剂 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,60,按S

19、iO2含量分,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SiO2 10%,61,按MnO含量分,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%,62,按CaF2含量分,a、高氟焊剂：含CaF2 30% b、中氟焊剂：含CaF2 1030% c、低氟焊剂：含CaF2 10%,63,3.按焊剂化学性质分,(1)氧化性焊剂 (2)弱氧化性焊剂 (3)中性焊剂 4.按焊剂颗粒结构分 (1)玻璃状焊剂 (2)结晶状焊剂

20、(3)浮石状焊剂,64,二. 焊剂牌号编制方法,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,65,3.牌号第位数字表示焊剂中氧化硅、氟化钙含量 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,66,4.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。 例如、焊剂表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型,67,三

21、. 焊剂的性能和用途,(一).熔炼焊剂 .高硅焊剂,以硅酸盐为主 30%， 高有通过焊剂向焊缝里过渡硅作用。 高硅焊剂又可分为高硅高锰焊剂，高硅中锰焊剂、高硅低焊剂、高硅无锰焊剂,68,.中硅焊剂,含 数量较低， .( ). 量较多，碱度较高属于弱氧化性焊剂。 中硅焊剂配合适当焊丝焊接合金结构钢，弱氧化性中硅焊剂，焊缝金属含量高，抗冷裂纹能力弱。 在中硅焊剂中加相当数量 ,氧化性 这种焊剂为中硅氧化性焊剂，焊缝金属中又具有相当高的韧性，用于焊接高强钢。,69,焊剂由 . . . 组成，焊剂对基本金属无氧化作用，配合相应焊丝,焊接高合金钢如不锈钢等,.低硅焊剂,70,(二).烧结焊剂,“SJ”系

22、列烧结焊剂是采用硅酸盐、碳酸盐、金属氧化物、氟化物及铁合金、纯金属等粉剂按照焊接冶金要求配成不同酸碱度焊剂。 通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制成烧结型焊剂。 烧结型焊剂不但具有优良的焊接工艺，最大的有点是通过焊剂向焊缝金属中渗合金，从而降低了对焊丝化学成分的成本，是当前世界上广泛采用的一种新型焊接材料 。,71,烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。 .烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中则不能加脱氧剂。 .加合金剂、合金化强。 .抗气孔能力比熔炼焊剂强。 .对焊接参数变动敏感,会引起焊缝化学成分不均匀 .吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干。 .生产成本低、节能、生产效率高。,

23、72,目前有五种类型,型号SJ 后三位数表示主要组成成分分类的代码 SJ 101氟碱型 IIW SJ 301硅钙型 FB SJ 401硅锰型 CS SJ 501铝钛型 MS SJ 502铝钛型 AR,本节结束,73,74,2-3 焊丝,药芯焊丝,75,一、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、自保焊焊丝及电渣焊焊丝 2.按照焊丝的形状结构实心焊丝、药芯焊丝及活性焊丝 3.按照适用的金属材料低碳钢、低合金钢焊丝、硬质合金堆焊焊丝，以及铝、铜与铸铁焊丝等,76,二、焊丝的型号和牌号,（一）焊丝的型号 （二）焊丝的牌号,77,三、实心焊丝,(一)埋弧焊用实心焊丝

24、 1.低锰焊丝含Mn 0.2%0.8% 2.中锰焊丝含Mn 0.8%1.5% 3.高锰焊丝含Mn 1.5%2.2% 4.MnMo焊丝含Mn 1%以上,78,(二)CO2焊实心焊丝,（三）其他用途的实心焊丝 1.电渣焊焊丝 2.氩弧焊焊丝,79,四、药芯焊丝,（一）药芯焊丝的分类 1.按其外层结构分 2.按其内部填充材料分 3.按照渣的碱度分,80,(二)药芯焊丝的特征,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.可进行全位置焊接,81,82,83,84,本章小节,以焊条为重点内容，在焊接化学冶金学的基初上分析典型焊条的冶金性能，讨论焊条的工艺性能用焊条的配方设计原则及设计程序，对于焊剂及焊丝也进行简要的介绍，焊丝部分重点介绍气体保护药芯焊丝。,85,思考题,1.焊条的工艺性能包括哪些方面? 2.综合分析碱性焊条药皮中CaF2的作用及对焊缝的性能的影响。 3.在酸性焊条药皮中，加入碱金属氧化物和碱土金属氧化物对于溶渣的粘度有何影响？为什么？ 4.试分析低氢型碱性焊条降低发尘量及毒性的主要途径。,86,5、试对比分析酸性焊条及碱性焊条的工艺性能、冶金性能和焊缝金属的力学性能 6、低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水份很敏感？ 7.、埋弧焊时如何考虑焊丝与焊剂匹配？ 9、药芯焊丝的焊接冶金特点是什么？,87,本章结束 谢谢观看,