第二章焊接材料1.ppt

第二章 焊接材料第二章第二章焊接材料焊接材料1第二章 焊接材料焊材产量焊材产量钢产量钢产量20062005200420032002200120001999199819971996我国钢产量与焊接材料产量统计图我国钢产量与焊接材料产量统计图Mt 104t198919791890-1949年年2006世界最高记录世界最高记录世界最高记录世界最高记录2第二章 焊接材料1996年年-2005年十年来年十年来焊焊接材料接材料产产量量统计统计表表（千吨）（千吨）年份年份手工手工焊焊条条实实心心焊丝焊丝 药药芯芯焊丝焊丝埋弧埋弧焊焊焊丝焊丝总产总产量量（kt）自自动动化率化率（%）1996550(87%)560.623629.6 20.21997725561.336818.318.51998870702.050992.019.519999001063.6501059.623.72000900(83%)1177.0601084.026.42001100014012.0701222.0 26.82002110025019.0801449.035.720031500(78%)30038.0911929.033.320042005200616001700(67.5%)1800(57.7%)35060080050.070.0 120.01101504002110.02520.03120.035.745.7 56.3近近十十一一年年我我国国焊焊接接材材料料生生产产量量统统计计 (千千吨吨)3第二章 焊接材料11年来焊接材料结构的变化年来焊接材料结构的变化519961997199819992000200120022003200420052006年年焊条产量焊条产量/万吨万吨焊丝产量焊丝产量/万吨万吨焊条比例焊条比例/%自动化率自动化率/%万吨万吨,%4第二章 焊接材料第一节 焊条第二节 焊剂第三节 焊丝第二章第二章 焊接材料焊接材料5第二章 焊接材料重点内容1、焊条分类及主要型号牌号2、典型焊条的工艺性能3、典型焊条的冶金性能4、焊剂的性能用途（自学、讲解与讨论）5、气保焊丝和药芯焊丝（自学与讨论）6第二章 焊接材料2-1 2-1 焊条焊条7第二章 焊接材料一焊条分类一焊条分类.焊条用途分焊条用途分 ：1、结构钢焊条J 2、钼和铬钼耐热钢焊条R3、不锈钢焊条A、G 4、堆焊焊条D5、低温钢焊条W 6、铸铁焊条Z7、镍及镍合金焊条Ni 8、铜及铜合金焊条T9、铝及铝合金焊条L 10、特殊用途焊条TS 8第二章 焊接材料(二二)按焊接熔渣的碱度分按焊接熔渣的碱度分(三三)按焊条药皮的类型按焊条药皮的类型 氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型等1、酸性焊条2、碱性焊条9第二章 焊接材料二、焊条的型号与牌号二、焊条的型号与牌号 1 1、焊条的牌号、焊条的牌号 以结构钢为例：牌号,编制法。结（J）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。氧化钛型J1、钛钙型J2、钛铁矿型J3、氧化铁型J4、纤维素型J5、低氢型J6 J710第二章 焊接材料J 507 J 507 焊条为例焊条为例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11第二章 焊接材料2 2、焊条的型号、焊条的型号 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“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。12第二章 焊接材料完整的焊条型号举例如下：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13第二章 焊接材料14第二章 焊接材料三、焊条的组成三、焊条的组成作用：作用：导电、填充金属、焊芯材料有选择性:用量最多的是用量最多的是H08、H08A，还还有有H08E。2、药皮药皮、焊芯焊芯焊丝焊丝 作用：作用：机械保护作用 冶金处理作用 改善工艺性能 15第二章 焊接材料药药 皮皮 组组 成成稳弧剂稳弧剂 :改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定性，原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：材料为易电离或电离势低的物质。如：K2CO3、CaCO3大理石、长石、钾水玻璃大理石、长石、钾水玻璃造渣剂造渣剂:造成具有一定物理性能、化学性能的熔渣，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、起到保护作用和改善焊缝成型。如：钛铁矿、金红石、萤石、长石、大理石等。萤石、长石、大理石等。造气剂造气剂:造气保护造气保护,有机物有机物,碳酸盐碳酸盐.有机物如：木粉、有机物如：木粉、淀粉、析出气体淀粉、析出气体CO、H2，碳酸盐析出气体，碳酸盐析出气体CO2，高温高温时产生时产生CO。16第二章 焊接材料脱氧剂脱氧剂:降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金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、属中的氧。铁合金：锰铁、钛铁、硅铁、ReRe等等合金剂合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。合金、纯金属、一般分。合金、纯金属、一般MnMn-Fe-Fe、Si-FeSi-Fe要纯化防要纯化防止发酵，加高锰酸钾纯化止发酵，加高锰酸钾纯化 粘结剂粘结剂:将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金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反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合增塑性增塑性:便于用机器压制焊条，额外加入一些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、白泥滑能改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥滑石、钛白粉等石、钛白粉等 17第二章 焊接材料三、焊条的工艺性能三、焊条的工艺性能 1.1.焊接电弧的弧定性焊接电弧的弧定性(稳弧性稳弧性)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若药皮中含低电离势元素,U,U稳弧性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 14.318第二章 焊接材料碱性焊条碱性焊条:结结507,507,低氢型低氢型,电弧稳定性不好电弧稳定性不好原因原因:药皮中含萤石较多药皮中含萤石较多,CaF,CaF2 2氟电离势高氟电离势高18.618.6伏伏,与与电子亲和力大电子亲和力大,夺取电弧中的电子夺取电弧中的电子,形成负离子形成负离子,恶化恶化电弧的稳定性。电弧的稳定性。结结506506加入了低电离势物质加入了低电离势物质,K.K.、NaNa则可用交则可用交,直流直流.但但K K、NaNa与与F F的亲和力大的亲和力大,KF,KF、NaFNaF有毒有毒酸性焊条酸性焊条:SiOSiO2 2、TiOTiO2 2、CaOCaO、云母、长石中含、云母、长石中含K K2 2O O、NaNa2 2O O等，稳等，稳弧性好弧性好19第二章 焊接材料判定稳弧性判定稳弧性：测最大的燃烧电弧长度测最大的燃烧电弧长度LmaxLmaxLmaxLmax稳稳断弧长度越大断弧长度越大,稳弧性越好稳弧性越好示波器示波器,观察电流观察电流,电弧电压波形的变化情况电弧电压波形的变化情况20第二章 焊接材料控制低氢型焊条稳弧性方法控制低氢型焊条稳弧性方法：a)CaCO3/CaF2比例控制，并加入比例控制，并加入K1.6-2.5、K2CO3K直流飞溅 31第二章 焊接材料.焊条的熔化速度焊条的熔化速度1 1）焊条的熔化速度）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,也是工艺性能方面的一个重要指标.H=P(1-)）药皮成分的影响）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,短路过度U,颗粒过渡U,射流过渡,P最大32第二章 焊接材料焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关以以TiOTiO2 2为主为主,渣导热性差渣导热性差,导电性好导电性好,电阻热作用电阻热作用,导致导致药皮易于发红药皮易于发红,钛型钛型.钛钙型钛钙型.若药皮中加入发热剂若药皮中加入发热剂,氧化铁型加速药皮熔化大氧化铁型加速药皮熔化大,氧化氧化铁型铁型P P 药皮成分中含有进行放热反应的物质时药皮成分中含有进行放热反应的物质时,加速焊条熔化加速焊条熔化P P ,为了提高生成率为了提高生成率,铁粉焊条提高铁粉焊条提高P P 熔敷效率：熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比熔敷效率：熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比例：例：J422Fe160J422Fe160表示加纯铁粉熔敷效率为表示加纯铁粉熔敷效率为160%160%的的J422J42233第二章 焊接材料）电流种类与极性：电流种类与极性：直流正接直流正接:电弧电压和熔化系数变化很大电弧电压和熔化系数变化很大,此时焊条接阴此时焊条接阴极极,药皮成分对阴极压降影响较大药皮成分对阴极压降影响较大,药皮成分的改变直接药皮成分的改变直接影响着电弧电压变化影响着电弧电压变化,使之发生变化使之发生变化直流反接直流反接:电弧电压和熔化系数变化最小电弧电压和熔化系数变化最小交流交流:处于中间状态处于中间状态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、药皮发红问题、药皮发红问题34第二章 焊接材料8 8、焊条发尘量、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更易使人中毒致病改改 善善 方方 法法.减小发尘量.减小尘中致毒物质数量 具体措施具体措施:减少药皮中萤石的含量 减小水玻璃 减少电弧的过热程度.35第二章 焊接材料36第二章 焊接材料37第二章 焊接材料五、焊条的冶金性能五、焊条的冶金性能（一）（一）.钛钙型焊条钛钙型焊条E4303E4303（J422J422）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 1、氧化和脱氧反应氧化和脱氧反应 1）、铁的氧化:2）、脱氧锰脱氧 硅脱氧 碳的氧化与脱氧 38第二章 焊接材料铁的氧化: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Si Mn 还原引起39第二章 焊接材料2 2、还原反应、还原反应 使焊缝增硅3 3、脱硫、脱硫 S从0.017%增到0.019%4 4、脱、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.40第二章 焊接材料5 5、合金化合金化 锰铁主要是脱氧、脱硫，合金化必需是另外加入所需元素6 6、气孔敏感性、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 7、焊接烟尘焊接烟尘41第二章 焊接材料渣系，碱度高达1.89。（二）（二）、低氢焊条低氢焊条 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%.2 2、对氢的控制、对氢的控制:焊条含氢量小焊条含氢量小42第二章 焊接材料3 3、对硫、对硫.磷的控制磷的控制脱效果好脱效果好,含量高含量高,由由0.02%0.02%降到降到0.011%;0.011%;脱磷效果较差脱磷效果较差.0.01%0.01%增到增到0.021%.0.021%.4 4、烟尘、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。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43第二章 焊接材料六、六、.焊条的设计焊条的设计（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44第二章 焊接材料（四）设计步骤1.1.选定焊芯选定焊芯2.2.选选 定药皮类型、渣系及药皮配方定药皮类型、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45第二章 焊接材料七、焊条的制造七、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1.03246第二章 焊接材料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47第二章 焊接材料本节结束48第二章 焊接材料焊条研制试验焊条研制试验1J422焊条研制焊条研制11稀土对稀土对J507焊条组织影响焊条组织影响2J424焊条研制焊条研制12铁粉对铁粉对J507焊条工艺性影响焊条工艺性影响3J421焊条研制焊条研制4J422Fe焊条研制焊条研制5J507焊条研制焊条研制6J507焊条工艺性能改善焊条工艺性能改善(稳弧稳弧成形成形飞溅飞溅烟尘烟尘)7J506焊条研制焊条研制8J425焊条研制焊条研制9J423焊条研制焊条研制10耐磨焊条研制耐磨焊条研制49第二章 焊接材料2-2 2-2 焊剂焊剂 50第二章 焊接材料 一一.焊剂的类型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。51第二章 焊接材料钢用焊剂分类.按制造方法分类按制造方法分类()熔炼焊剂 ()非熔炼焊剂 2.2.按焊剂化学成分分类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 按SiO2含量分 a.a.高硅焊剂：焊剂含高硅焊剂：焊剂含SiOSiO2 2 30%30%b.b.中硅焊剂：焊剂含中硅焊剂：焊剂含SOSO2 2 10-30 10-30c.c.低硅焊剂：焊剂含低硅焊剂：焊剂含SiOSiO2 2 10%30%30%b b、中锰焊剂：含中锰焊剂：含MnOMnO 1530%1530%c c、低锰焊剂：含低锰焊剂：含MnOMnO 25%25%d d、无锰焊剂：不加无锰焊剂：不加MnOMnO ，焊剂中焊剂中MnOMnO是是混入的杂质混入的杂质 MnOMnO 2%30%30%b b、中氟焊剂：中氟焊剂：含含CaFCaF2 2 10 1030%30%c c、低氟焊剂：含低氟焊剂：含CaFCaF2 2 10%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、高硅低锰焊剂、高硅无锰焊剂 59第二章 焊接材料.中硅焊剂中硅焊剂 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 ,氧化性增强 这种焊剂为中硅氧化性焊剂，焊缝金属中具有相当高的韧性，用于焊接高强钢。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.3.3.中硅焊剂中硅焊剂60第二章 焊接材料(二二).).烧结焊剂烧结焊剂“SJ”系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。61第二章 焊接材料烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。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。不能加脱氧剂。.加合金剂、合金化强。加合金剂、合金化强。.抗气孔能力比熔炼焊剂强。抗气孔能力比熔炼焊剂强。.对焊接参数变动敏感对焊接参数变动敏感,会引起焊缝化学成分不均会引起焊缝化学成分不均匀匀.吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干。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。生产成本低、节能、生产效率高。62第二章 焊接材料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IIWSJ 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63第二章 焊接材料2-3 2-3 焊丝焊丝 药芯焊丝64第二章 焊接材料一、焊丝的分类1.1.按照适用的焊接方法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2.2.按照焊丝的形状结构按照焊丝的形状结构实心焊丝、药芯焊丝及活性焊丝3.3.按照适用的金属材料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65第二章 焊接材料二、焊丝的型号和牌号二、焊丝的型号和牌号（一）焊丝的型号（二）焊丝的牌号三、实心焊丝三、实心焊丝 (一一)埋弧焊用实心焊丝埋弧焊用实心焊丝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66第二章 焊接材料(二二)CO)CO2 2焊实心焊丝焊实心焊丝（三）其他用途的实心焊丝三）其他用途的实心焊丝1.电渣焊焊丝2.氩弧焊焊丝四、药芯焊丝四、药芯焊丝（一）药芯焊丝的分类（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67第二章 焊接材料(二二)药芯焊丝的特征药芯焊丝的特征 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(三三)药芯焊丝的设计药芯焊丝的设计 68第二章 焊接材料本章小节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焊丝和药芯焊丝。69第二章 焊接材料思考题思考题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。70第二章 焊接材料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？71第二章 焊接材料本章本章结束结束72