焊接材料和工具基本知识.ppt

,焊,基 本 技 能,工,ZHIYE JINENG PEIXUN XILIE JIAOCAI,焊接材料和工具基本知识,淄博理工学校 杜波 E-mail:,焊接材料和工具基本知识,模块一 焊接材料 模块二 常用焊接工具,职业技能培训,模块一 焊接材料,一、焊剂 （一）焊剂的要求及作用 1.焊剂的主要要求 2.焊剂的主要作用,1-1,焊剂应有一定的物理性能，且不易吸潮。 焊剂与焊丝配合，能保证焊缝金属的化学成分及力学性能都符合要求。 焊剂应有良好的焊接工艺性，即电弧能稳定燃烧、易脱渣和焊缝成形美观。,防止焊缝中产生气孔和裂纹。 在焊接的时候，焊剂覆盖焊接区，防止空气中氮、氧等有害气体侵入熔池；并且，焊后熔渣覆盖在焊缝上，减缓了焊缝金属的冷却速度，改善焊缝的结晶状况及气体逸出的条件，从而减少气孔。 对于焊缝金属渗合金，焊剂能改善焊缝的化学成分和提高力学性能。,模块一 焊接材料,一、焊剂 （二）国家标准GB5293-85碳素钢埋弧焊用焊剂的焊剂型号划分方法 1.焊剂的划分原则 2.焊剂型号的表示方法和内容 国标GB5293-85碳素钢埋弧焊用焊剂规定，焊剂型号的表示方法如下：,1-2,主要是根据埋弧焊焊缝金属的力学性能来划分焊剂的型号的。,HJX1X2X3HXXX 式中：HJ表示埋弧焊用焊剂； X1表示焊缝金属的拉伸力学性能； X2表示拉伸试样和冲击试样的状态； X3表示焊缝金属冲击韧性值不小于34.3J/cm2时的 最低试验温度 HXXX表示焊丝牌号,模块一 焊接材料,一、焊剂 （三）焊剂的分类 1.按化学成分分类 按化学成分不同，可以分为以下两种： （1）按主要成分含量分类 （2）酸碱度分为酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂。,1-3,模块一 焊接材料,一、焊剂 （三）焊剂的分类 2.按制造方法分类 （1）烧结焊剂 （2）陶质焊剂 （3）熔炼焊剂,1-4,模块一 焊接材料,一、焊剂 （四）焊剂的牌号 （1）烧结焊剂 （2）熔炼焊剂,1-5,SJ表示烧结焊剂； 牌号第1位数字表示熔渣系列； 牌号第2、3位数字表示同一熔渣系列类型不同牌号的焊剂，按0109顺序编排。,HJ表示熔炼焊剂； 牌号第2位数字表示焊剂中MnO含量； 牌号第2位数字表示焊剂中SiO2、CaF2 的含量； 牌号第3位数字表示同一类型焊剂的不同牌号，按09顺序排列； 当生产两种颗粒度焊剂时，对细颗粒焊剂在其后加X字。,模块一 焊接材料,一、焊剂 （五）使用焊剂时的注意事项 1.焊剂的烘干 焊剂使用前必须进行烘干 烘干的时候，焊剂要求均匀且厚度不得大于30mm. 2.焊剂的回收 回收焊剂的时候，须经筛选、分类，去除渣壳、灰尘等杂质，再经烘干干与新焊剂按 比例（一般回用焊剂不得超过40%）混合使用，不得单独使用。 回收焊剂中，粉末含量不得大于5%。 回收使用次数不得多于3次。,1-6,模块一 焊接材料,二、焊丝 （一）焊丝的种类、型号、成分和性能 1.CO2焊的焊丝种类、型号、成分和性能 各项 指数见书中表 2.埋弧焊的焊丝种类、型号、成分和性能 按照焊丝的成分和用途不同，可分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢3大类。 埋弧焊所用焊丝的直径通常为2mm、3mm、4mm、5mm和6mm。焊丝在使用时，表面要清洁，不应有氧化皮、铁锈及油污等杂质。 （二）焊丝的正确使用和保管,1-7,焊丝表面必须光滑平整，如果焊丝生锈，必须用焊丝除锈机除去表面氧化皮后才能使用。 如果是同一型号的焊丝，当使用ArO2CO2为保护气体焊接时，熔敷金属中的Mn、Si和其他脱氧元素的含量会大减少，在选择焊丝和保护气体时应以注意。 通常情况下，实芯焊丝和药芯焊丝对水分的影响不敏感，不需做烘干处理。 焊丝一般以焊丝盘、焊丝卷及焊丝筒的形式供货。 焊丝购货后应存放于专焊材库（库中相对湿度应低于60%）。 对于已经打开包装的未镀铜焊丝或药芯焊丝，如果没有专用焊材库，则必须在半年内使用。,模块一 焊接材料,三、焊条 （一）焊条的选择和使用 1.焊条的选择原则 2.焊条使用前的工艺性能试验 焊条的工艺性能包括：焊接电弧的稳定，再引弧性能，焊缝成形，脱渣性，对各种规定焊接位置的适应性，飞溅率，焊条的熔化特性以及发尘量等。,1-8,（1）焊缝成形试验 焊缝成形的作用及影响因素 焊缝表面成形不仅反映了表面美观问题，而且成形不良的焊缝内部往往存在着各种夹渣、未焊透、气孔和裂纹等缺陷。 影响焊缝表面成形除操作因素以外，主要决定于焊条药皮熔点及熔渣凝固温度、密度、表面张力、高温时熔渣的粘度以及电弧吹力等物理性能。 焊缝成形的评定及标准 一般都在平焊位置施焊，焊后除去焊渣，观察两边整齐，波纹美观，焊缝几何形状正确（焊缝向母材圆滑过渡、无咬边和余高适中）。,（1）要考虑提高生产率、降低成本和简化工艺； （2）要考虑焊件的化学成分和力学性能； （3）要考虑焊件的工作条件和使用性能。,模块一 焊接材料,1-9,（2）焊接电弧的稳定性试验 焊接电弧的稳定性与很多因素有关，如焊接工艺参数、焊接电源的特性（包括电源的种类、空载电压以及电源的动特性等）以及焊条药皮组成物等。 通常采用如下3种方法来评定焊接电弧的稳定性： 在一定的焊接艺及电源条件下，测量电弧拉断时的弧长。 具体测量方法： 将焊条垂直装夹在支架下，在焊条下放一钢板，间隙为2.5mm，用石墨片引弧，焊条熔化到一定弧长后即自行断弧。 断弧后轻轻敲除熔渣，去除焊条端头的熔渣，测量焊条顶部与焊条末端的距离，该距离为断弧长度。 每种焊条测定3次，取平均值。 在一定的焊接艺及电源条件下，记录焊接过程中电弧的熄灭、喘息次数，作为评定焊条的稳弧性参数。 其测定方法为： 用同一焊机，采用较低的空载电压，固定一名焊工，采用同一规范在钢板上焊完整根焊条。 在施焊过程中，观察并记录灭弧、喘息次数。 在焊接过程中用肉眼观察焊条熔化情况。 具体标准为： 稳弧性差的焊条，电弧燃烧时带“劈劈啪啪”的噪声，电弧摇摇晃晃，飞溅大，易断弧。 稳弧性好的焊条，电弧燃烧平稳、柔和，没有噪声，不灭弧，熔滴细小，以“雾状”向 熔池中喷射，操作者有轻松的感觉。,模块一 焊接材料,1-10,（3）焊接的再引弧性能试验 在一定的焊接工艺和电源条件下，整根焊条烧到1/2长度时，停弧并间隔一定时间再引弧的难易程度，就是我们所说的焊条再引弧性能。 具体测定方法如下： 引弧后约3s，在试验用钢板（简称试板）的另一处，以焊条熔化端和钢板轻轻接触，不作敲击动作，不得破坏药皮套筒，观察再引弧情况。 试验中，焊接电流一般采用焊条说明书中建议的中限电流值。 再引弧性能试验，以每种焊条测3次，有两次以上可以引燃者，则认为再引弧性能合格。,模块一 焊接材料,1-11,（4）飞溅率试验 1)飞溅率的含义及影响因素 在焊接中，从熔滴或熔池中飞出的金属颗粒和焊渣占填充金属的比例，就是飞溅率。 飞溅率的大小与焊条偏心、焊条配方、工艺参数以及焊条的吸潮程度等有关。 2)飞测率的评定及测量方法 飞溅大的焊条，其飞溅率一般也高。低氢型焊条由于熔滴主要以大颗粒的短路形式过渡，电弧稳定性差，焊条飞溅较大，在采用较大的电流和较长的电弧操作时飞溅更为明显。常用的钛钙型焊条，焊接时其熔滴主要以细颗粒形过渡，电弧稳定，且套筒的定向气流作用有利于飞溅的减少，所以，它们的飞溅率小。,模块一 焊接材料,（二）焊条焊接的冶金原理 1.焊接区气体对金属的作用 一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、水蒸气及金属与熔渣的蒸气等是焊接区的主要气体。其中，氧气、氢气、氮气对焊接质量的影响最大。 （1）氢气 氢气的特性：氢气主要来自焊条药皮中的水分及有机物，还有焊件表面的水分、铁锈、油脂和油漆等。 虽然氢气不和金属化合，但它能溶解于Ni、Cu、Cr、Fe、Mo等金属中，随着温度的升高其溶解度增大。 氢气对金属的影响： 焊接时，由于冷却速度很快，容易造成过饱和的氢残余在焊缝金属中，形成气孔。 产生白点、线状组织等异常组织。 容易产生裂纹，尤其是焊道下裂纹。,1-12,模块一 焊接材料,（二）焊条焊接的冶金原理 （2）氮气 氮气的特性：氮气主要来自空气。氮在常温下虽然不活泼，但是，在电弧的高温作用下，氮气会溶解于铁；氮又能形成稳定的化合物，还能以气态存在于焊接熔池中。 氮气对金属的影响： 成为产生回火脆性的主要原因。 产生时效硬化。 抗拉强度增大。 伸长率和冲击韧性下降。 （3）氧气 氧气的特性：氧气主要来源于空气的氧、药皮中的氧化物和母材表面铁锈与水分的分解产物。焊缝金属中的氧，一般以FeO形式存在。 氧与碳或氢反应，生成不溶于金属的气体CO或H2O,若不能顺利逸出，就会形成气孔。 氧气在电弧高温下，能与铁其他合金元素发生氧化反应，造成合金元素烧损，氧化产物（如MnO、SiO,TiO和AL2O3）,一般浮到熔渣中去，也可能会夹杂于焊缝中。 焊条电弧焊时，通过焊条药皮中的脱氧剂、造气剂和焊芯中的脱氧元素的作用，能使焊缝金属中的含氧量显著减少。 氧气对金属的影响： 引起热脆。 脱氧生成物作为夹杂分布于晶界上，使组织变脆。 伸长率和冲击韧性下降。,1-13,模块一 焊接材料,（二）焊条焊接的冶金原理 .焊接化学冶金过程的特点： （）焊接反应接触面大、搅拌激烈 （）焊接时温度高、温度梯度大 （）熔池体积小、存在时间短 （）熔池金属不断更新 .焊缝金属的渗合金、脱氧和脱硫 （）焊缝金属渗合金：为了使焊缝金属的合金成分、组织和性能符合预定的要求，就必须根据合金元素可能损失的情况，向熔池金属中添加一些合金元素，我们把这种方法就叫做焊缝金属的渗合金。 焊缝金属渗合金的方式有两种： 一种是利用药皮中的合金剂进行渗合金，如低碳钢和低合金钢焊条。药皮中的合金剂主要有锰铁、硅铁、钛铁、铬铁和钼铁等。合金剂必须通过熔渣向熔化金属过渡，熔渣的碱度和粘度对合金元素的过渡量有很大的影响。 另一种是利用焊芯进行渗合金，如不锈钢焊条。 （）脱氧 脱氧是指在焊接过程中，脱掉氧的过程。 焊缝金属的脱氧主要有两咱途径： 扩散脱氧和脱氧剂脱氧（根据脱氧的时间可分为先期脱氧和沉淀脱氧） 扩散脱氧：这主要是指冶金中的氧化亚铁（碱性氧化物）本能地与熔渣中的酸性氧化物发生反应，而形成稳定的熔渣覆盖在焊缝表面上的过程。因而碱性焊条很难发生扩散脱氧，而酸性焊条可以进行扩散脱氧。 脱氧剂脱氧：这种方式主要是利用脱氧元素进行脱氧的方法。其脱氧主要发生在熔滴反应区（先期脱氧）和熔池反应区（沉淀脱氧）。此方法不仅适用于碱性焊条，也适用于酸性焊条。碱性焊条采用硅铁和钛铁作为脱氧剂，而酸性焊条采用锰铁作为脱氧剂。,1-14,模块一 焊接材料,（二）焊条焊接的冶金原理 （）脱硫 在焊接过程中，脱硫的主要方法有熔渣脱硫和元素脱硫两种。 熔渣脱硫：利用熔渣中碱性的CaO、MnO、和CaF进行的； 元素脱硫：是靠焊接过程中的锰铁和硫发生反应生成硫化锰（硫化锰是不溶铁水的）而进入熔渣。 酸性熔渣的脱硫能力较弱，而碱性熔渣的脱硫能力较强。焊条药皮的脱硫是非常有限的，因此，在焊接的时候，要严格控制原材料中的含硫量。,1-15,模块一 焊接材料,（二）焊条焊接的冶金原理 .焊接熔渣的酸碱性 熔渣是指焊条药皮或焊剂熔化后经过一系列化学变化，形成的覆盖于焊缝表面的非金属物质。 主要有碱性氧化物（CaO、nO）、中性氧化物（AL2O3、e2O3）和酸性氧化物（SiO2、iO2）3种类型。 一般有“碱度”表示，即 各种碱性氧化物的总重 碱度（） 各种酸性氧化物的总重量 具体的判别方法为： 当1.5时，化学性质呈碱性的熔渣，称为碱性渣。 如：E5015焊条的熔渣由CaO、CaF2构成，是以碱性氧化物为主，所以称为碱性焊条。 E4303焊条的熔渣由iO2、CaO、SiO2构成，是以酸性氧化物为主，所以称为酸性焊条。,1-1,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 保护气体是指在气体保护焊接的时候，经常用各种气体作为焊接材料，它不仅作为电弧的介质而且还形成气体保护罩使空气不能侵入焊接电弧内，这些气体称为保护气体。 1.氦气 （1）特点： 氦气的成本高，来源也不足，这就限制了它的使用。 氦气的热影响区小，采用大的热输入和高的焊接速度，能保证热影响区小，从而使焊接变形也减小，焊缝金属具有较高的力学性能。 氦气的电离电位较高，用同样的电流焊接，氦弧焊产生的热量会更多，因此，更适用于焊接厚度较大的导热性好的金属板。 焊接过程中气体流量大，氦气的质量只有空气的14%，更适合于仰焊和爬坡立焊。 当自动焊接速度大于635mm/min的时候，用氦弧焊，焊缝中的气孔和咬边都比较少。 （2）氦气的应用 不仅能用于焊接无氧铜，还能用高速自动焊焊接镍基合金、不锈钢、钛及钛合金等。,1-16,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 2.氩气 （1）特点： 氩气具有良好的清理作用，最适用于焊接易形成难熔氧化皮的金属板。 氩气电弧稳定性比氦气保护效果更好。 氩气的电离电位比氦气要低，在同样的弧长下，电弧电压较低。因此手工钨极氩弧焊最适宜焊接厚4mm以下的金属板。 氩气比空气重，大约比氦气重10倍，因此，在进行手焊和平角焊时，只需要少量的氩气就能使焊接区受到良好的保护。 在焊接过程中，由于氩气重于空气，所以保护效果比氦气差。 当自动焊接速度大于635mm/min 时，会产生气孔和咬边。 氩气能较好的控制仰焊和立焊熔池，所以，往往推荐用于仰焊和立焊。 氩气焊接操作时引弧容易，这可减小薄板焊接起弧点金属组织的过热倾向。 价格比氦气便宜。 （2）氩气的应用 主要用于焊接化学性质较活泼的金属板。如：钛及钛合金；含铝量较高的铁基合金；铝及铝合金；镍基合金；黄铜、铝青铜表面堆焊；不锈钢手工氩弧焊；硅青铜；硅铜镁及镁合金；钴基合金等。,1-17,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 3.二氧化碳气体（氧化性气体） （1）特点： 二氧化碳气体抗锈能力强，抗裂性好。 在进行大电流焊接的时候，焊缝表面成形不如埋弧焊和氩弧焊焊缝平滑，飞溅较多。 电弧穿透力强，熔深较大。 熔池体积较小，热影响区窄，焊件焊后的变形小。 适用于熔滴短路过渡。 （2）二氧化碳气体的应用 用于焊接低合金钢和碳钢。,1-18,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 4.氮气（还原性气体） （1）特点： 氮气焊接过程中有烟雾或飞溅。 氮气的热传导效率要比采用氢气或氦气时高得多，在提接速度、低成本上能获得很好的经济效果。 氮气的热输入量增大，可以降低或取消预热措施。 氮气能显著增加电弧电压，产生很大的热量。 （2）氮气的应用 只用于铜及铜合金的气体保护焊。,1-19,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 5、氩氦混合气体（惰性气体） （1）特点： 氩弧焊的电弧柔软，便于控制。氦弧焊的电弧具有较大的熔深，而用按体积计算的氦气He80%+Ar20%的氩氦混合气体保护焊时，兼有上述两个优点，是典型的氩氦混合气体。 氩气在流出速度低时，保护作用较大，而氦气在流出流出速度高时保护作用最大。 （2）氩氦混合气体的应用 广泛用于自动焊中，用铝合金厚板的焊接。,1-20,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 6、氩氧混合气体（氧化性气体） （1）特点： 氩氧混合气体降低了保护区气体的成本。 氩氧混合气体采用氧化性气体保护焊，可以细化过渡熔滴。 氩氧混合气体有助于稳定电弧，减少焊接飞溅。 氩氧混合气体只能用熔化极气体保护焊中，在钨级气体保护焊中，混合气体将加速钨电极的氧化。 氩氧混合气体可以增加线材输入热量，提高焊接速度。 氩氧混合气体能克服电弧阴极斑点飘移及焊道边缘咬边等缺陷。 （2）氩氧混合气体的应用 用于喷射过渡及对焊缝要求较高的场合。,1-21,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 7、氮氩混合气体（还原性气体） （1）特点： 用氩气Ar80%+氮气20%的混合气体焊接，有一定的飞溅。 电弧较强 ，输入热量比纯氩气大，比氮弧焊容易操作和控制。 （2）氩氧混合气体的应用 只能用于铜及铜合金的气体保护焊。,1-22,模块一 焊接材料,四、保护气体的种类和性质 7、氩氧二氧化碳混合气体（氧化性气体） （1）特点： 焊接碳钢及低合金钢时，各气体的比例为Ar:O2:CO280：15：5。 有较佳的熔深，可以在不同的气体比例下焊接不锈钢或高强度钢，气体比例为Ar:O2:CO293：2：5 （2）氩氧二氧化碳的应用 根据设备、焊接方法和艺参数的不同，在焊接不锈钢的时候，可用于脉冲喷射过