焊接冶金学及金属材料焊接-教案-模块五.pdf

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1、 1 授课授课题目：模块五题目：模块五 焊接材料基本知识及选用指南焊接材料基本知识及选用指南 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 教学大纲要求： 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ：1、掌握常用焊接材料型号和牌号的编制方法。2、熟悉常用代表性焊接材料的特性和应用 2、掌握焊材选用原则。 教学重点及难点：重点：焊条、焊剂、焊丝的性能特点。 难点：选择合适的焊条、焊剂、焊丝。 教 学内 容 备注 模块五模块五 焊接材料基本知识及选用指南焊接材料基本知识及选用指南 课题一课题一 焊条基本知识及选用指南焊条基本知识及选用指南 一焊条的组成一焊条的组成 （一

2、）焊条的组成 1、焊芯 2、焊条药皮 （1）焊条药皮的作用 1）保护作用 2）冶金作用 3）使焊条具有良好的工艺性能 （2）药皮原材料的作用 1）稳弧 2）造渣 3）造气 4）脱氧 5）合金化 6）粘结 7）成形 应当指出，有时一种物质在焊条药皮中可能会同时具有几种作用，所以在设计焊条药皮配方，选择药皮原材料时，在考虑其主要作用的同时，还要考虑兼顾其次要作用。 二焊条的分类二焊条的分类 需要注意：新标准与旧标准相比，标准名称有了变化。需要注意：新标准与旧标准相比，标准名称有了变化。 （一）按焊条的用途分 （1）非合金钢及细晶粒钢焊条（旧标准叫结构钢焊条） 主要焊接碳钢和低合金高强钢。 （2）热

3、强钢焊条（旧标准叫钼和铬钼耐热钢焊条） 主要用于焊接珠光体耐热钢和马氏体耐热钢。 （3）不锈钢焊条 主要用于焊接不锈钢和热强钢，可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢焊条两大类。 （4）堆焊焊条 主要用于堆焊，以获得具有诸如红硬性、耐磨性、耐蚀性等性能的堆焊层。 焊接材料的型号和牌号编制方法需要学生熟悉和识记。注意新旧标准的区别。 常用焊接材料的性能和特点需要掌握。 2 （5）低温钢焊条 主要焊接在低温下工作的焊接结构，其熔敷金属具有不同的低温性能。 （6）铸铁焊条 主要用于铸铁构件的焊补。 （7）镍及镍合金焊条 主要用于镍及镍合金的焊接，也可用于异种金属的焊接。 （8）铜及铜合金焊条 主要用于焊接铜及其

4、合金，包括纯铜焊条和青铜焊条两类。 （9）铝及铝合金焊条 主要用于焊接铝及铝合金。 （10）特殊用途焊条。 以上各类焊条中，还可按主要性能不同再细分为若干小类。 （二）按焊条药皮类型 可分为：氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢钾型、低氢钠型、石墨型和盐基型焊条等。 （三）按焊接熔渣的碱度分 （1）酸性焊条 药皮中含有多量酸性氧化物的焊条。这类焊条的焊接工艺性好，焊缝成形美观、波纹细密。 （2）碱性焊条 药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。使用这类焊条焊接的焊缝含氢量低，故又称低氢型焊条。主要用于焊接性能要求高的重要结构。 三焊条的型号与牌号三焊条的型号与牌号 注意新标准和旧标准相

5、比有变化。注意新标准和旧标准相比有变化。 四焊条的工艺性能四焊条的工艺性能 1、焊接电弧的稳定性 2、焊缝成形 3、对各种焊接位置的适应性 4、脱渣性 （1）熔渣的膨胀系数 （2）熔渣的疏松度和脆性 （3）熔渣的氧化性 5、飞溅 6、焊条熔化速度 7、焊条药皮发红 8、焊接烟尘 五焊条的设计与制造五焊条的设计与制造 仅作简单介绍 六选用电焊条的基本要点六选用电焊条的基本要点 1、同种钢材焊接时焊条选用 （1）考虑焊缝金属力学性能和化学成分 （2）考虑焊接构件使用性能和工作条件 （3）考虑焊接结构特点及受力条件 （4）考虑施工条件和经济效益 2、异种钢焊接时焊条选用 （1）强度级别不同的碳钢+低

6、合金钢（或低合金钢+低合金高强钢） （2）低合金钢+奥氏体不锈钢 （3）不锈复合钢板 选用焊条也可按以下简单的经验原则： 1）等强度原则 2）同成分原则 3）抗裂纹原则 凡符合压力容器安全技术监察规程的类和类的压力容器应采用低氢焊条。铸钢和中碳钢（非受压元件用)的焊接，由于钢材含碳量较高或厚度较大，导致焊接的裂纹倾向大，一般应选用低氢焊条，并采取缓冷处理。 4）抗气孔原则 。 5）低成本原则 6）等韧性原则 要求学生掌握焊接材料的选用原则 3 7） 根据焊件厚度 焊件厚度4 毫米， 选用焊条直径不超过焊件厚度； 焊件厚度 412 毫米，选用焊条直径 34 毫米；焊件厚度12 毫米，焊条直径4

7、毫米。 七焊条选用实例七焊条选用实例 下面仅以低碳钢焊接为例，介绍几种常用焊条的性能及适用的焊接结构。 （一）典型焊条简介 （1）E4319 型焊条 （2）E4303 型焊条 （3）E4310 型焊条 （4）E4311 型焊条 （5）E4312 型焊条 （6）E4313 型焊条 （7）E5014 型焊条 （8）E4324 型焊条 （9）E4320 型焊条 （10）E4322 型焊条 （11）E4327 型焊条 （12）E4315、E5015 型焊条 （13）E4316、E5016 型焊条 （14）E5018 型焊条 （15）E5028 型焊条 （二）低碳钢焊条的选用 1、根据母材板厚选择焊条

8、2、根据接头种类和焊接位置选择焊条 （1）平对接焊和船形焊可参照按板厚选择焊条的要求进行。 （2）横角焊对于单层焊接，当焊脚长度小于 10.5 mm 时，可以参照表 5-6 来选择焊条直径和药皮类型；对于多层焊接，可根据按板厚选择焊条，比较焊条的工艺性能、焊缝形状等，对焊条的直径和药皮类型进行适当的组合。 （3）向下立焊的对接焊和角焊 向下立焊时希望采用熔渣黏度较大并具有短渣特性的焊条，因此选用 J421、J425 较合适，最好应选用专门用于向下立焊的 J421X、J425X和 J426X 焊条。当板厚小于 6 mm 时，可采用 J421X 或 J425X 焊条；板厚大于 6mm 时，最好选用

9、 J426X 焊条。 （4）立、横、仰焊的对接焊和角焊 可参照按板厚选择焊条的方法，但这时只限于选用能进行全位置焊接、直径在 5mm 以下的焊条。 （5）打底焊 当不能进行背面焊接或希望省略背面焊接工序时，焊第一道焊缝时应采用专门的底层焊条，如 J505。 3、根据使用性能选择焊条（见表 5-7） （三）各类焊条的使用注意要点 简单介绍 课题二课题二 焊丝基本知识及选用指南焊丝基本知识及选用指南 一焊丝的分类一焊丝的分类 焊丝的分类方法通常有以下几种： 1、按照适用的焊接方法分类 可以分为埋弧焊焊丝、二氧化碳气体保护焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、熔化极氩弧焊焊丝、自保护焊焊丝和电渣焊焊丝； 2、按照

10、焊丝的形状结构分类 可以分为实芯焊丝、药芯焊丝和活性焊丝； 3、按照适焊的金属材料分类 可以分为低碳钢、低合金钢用焊丝，硬质合金堆焊焊丝、铜及铜合金焊丝、铝及铝合金焊丝、钛及钛合金焊丝和铸铁焊丝。 二实芯钢焊丝的型号和牌号二实芯钢焊丝的型号和牌号 （一）常用结构钢、耐热钢及不锈钢实芯焊丝 焊丝牌号示例如图 5-5： 4 （二）气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 焊丝型号示例如图 5-6。 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝型号和主要化学成分见表 5-。 三药芯焊丝的型号和牌号三药芯焊丝的型号和牌号 （一）碳钢药芯焊丝的型号 碳钢药芯焊丝型号编制方法示例如图 5-。 （二）低合金钢药芯焊丝的型号

11、 低合金钢药芯焊丝型号编制方法举例如图 5-。 （1）熔敷金属拉伸性能见表 5-14； （2）焊接位置的符号说明见表 5-15； （3）焊丝类别特点，包括保护类型、电流种类和渣系特点等，见表 5-16。 （三）不锈钢药芯焊丝的型号 不锈钢药芯焊丝型号编制方法举例如图 5-9。 （四）药芯焊丝牌号表示方法 药芯焊丝牌号表示方法示例如图-10。 四焊丝选用基本要点四焊丝选用基本要点 1、强度与性能相当 2、结合具体工艺条件 （1）坡口和接头形式的影响 （2）考虑焊后加工工艺 3、考虑焊缝拘束度 4、考虑焊接产品特殊要求 5、有助于提高生产率 6、最大限度改善卫生条件 五焊丝选用实例五焊丝选用实例

12、见表 5-18 课题三课题三 埋弧焊剂基本知识及选用指南埋弧焊剂基本知识及选用指南 一埋弧焊剂的种类和特点一埋弧焊剂的种类和特点 埋弧焊焊剂可按用途、化学成分、制造方法、物理特性及颗粒结构等进行分类。我国目前主要是按制造方法和化学成分分类。 （1）按用途分类 （2）按化学组分分类 （3）按焊剂的制造方法分类 （介绍烧结焊剂的优缺点） （4）按焊剂的物理特性分类 （5）按焊剂颗粒构造分类 （6）按焊剂中添加脱氧剂、合金剂分类 按照焊剂中添加的脱氧剂和合金剂不同，又可分为中性焊剂、活性焊剂和合金焊剂。 1）中性焊剂 中中性焊剂的焊接注意事项如下： a、由于中性焊剂不含或含有少量的脱氧剂，所以在焊接

13、过程中只能依赖于焊丝提供脱氧剂。如果单道焊或焊接氧化严重的母材时，会产生气孔和焊道裂纹。 b、电弧电压变化时，中性焊剂能维持熔敷金属的化学成分的稳定。 c、熔深、热输人量和焊道数量等参数变化时，抗拉强度和冲击韧性等力学性能会发生变化。 d、尽管焊剂对于锰和硅可以显示中性，但对于活泼的合金元素可能不是中性。 2）活性焊剂 活性焊剂的焊接注意事项如下： a、由于含有脱氧剂，那么熔敷金属中的锰、硅将随电弧电压的变化而变化。由于锰、硅增加将提高熔敷金属的强度，降低冲击韧性。因此，在使用活性焊剂进行多道焊时，应严格控制电弧电压。 重点掌握焊丝和焊剂的选配原则 5 b、活性焊剂中，更活泼的焊剂具有较强的抗

14、氧化性能，但在多道焊时会产生较多的问题。 3）合金焊剂 合金焊剂指使用碳钢焊丝，其熔敷金属为合金钢的焊剂。焊剂中添加较多的合金成分，用于过渡合金，多数合金焊剂为粘结焊剂和烧结焊剂。 二焊剂的型号和牌号二焊剂的型号和牌号 （一）焊剂的型号 完整的焊丝-焊剂型号表示示例如图 5-11： （二）焊剂的牌号 （1）熔炼焊剂牌号编制方法示例见图 5-12。 （2）烧结焊剂牌号表示方法示例见图 5-13。 三对焊剂的基本要求三对焊剂的基本要求 四常用焊剂的性能及用途四常用焊剂的性能及用途 各渣系类型烧结焊剂的性能和用途 1、氟碱型烧结焊剂 属于碱性焊剂，其特点是含 SiO2量低，可以限制硅向焊缝中过渡，能

15、得到冲击韧性高的焊缝金属。配合适当的焊丝，可以焊接低合金结构钢，可用于多丝埋弧焊，特别适用于大直径容器的双面单道焊。 2、硅钙型烧结焊剂 3、硅锰型烧结焊剂 4、铝钛型烧结焊剂 5、高铝型烧结焊剂 五焊丝与焊剂的选配五焊丝与焊剂的选配 （1）在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时，选配焊剂和焊丝通常以满足力学性能要求为主，使焊缝强度达到与母材等强度，同时要满足其它力学性能指标要求。 （2）焊接低合金高强度钢时，除要使焊缝与母材等强度外，还要特别注意提高焊缝的塑性和韧性，一般选用中锰中硅或低锰中硅焊剂配合相应钢种焊丝。 （3）焊接低温钢、耐热钢和耐蚀钢时，选择的焊剂和焊丝首先要保证焊缝具有与母材相

16、同或相近的耐低温或耐热、耐腐蚀性能，为此可选用中硅或低硅型焊剂与相应的合金钢焊丝配合。 （4）焊接奥氏体不锈钢等高合金钢时，主要是保证焊缝与母材有相近的化学成分，同时满足力学性能和抗裂性能等方面的要求。 在进行埋弧焊焊剂与焊丝的选配时，还应着重考虑埋弧焊的工艺特点和冶金特点： 1）稀释率高 2）热输入高 埋弧焊是一种高效焊接方法，为获得高的熔敷率，通常选用大电流焊接，因此，焊接过程中就产生了高的输入热量，结果降低了焊缝金属和热影响区的冷却速度，也就降低了接头的强度和韧性。因此在厚板开坡口焊缝填充焊道焊接时，应选用合金成分略高于母材的焊丝并配用中性焊剂。 3）焊接速度快 六焊丝与焊剂选配实例六焊丝与焊剂选配实例 推荐采用的各种常用钢材埋弧焊焊丝-焊剂组合综列于表 5-2。