熔焊原理-焊条PPT课件.ppt

2.1焊条,熔焊原理,2.1焊条,2.1焊条,焊条的分类,1,按焊条的用途分：1、结构钢焊条2、钼和铬钼耐热钢焊条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,按焊接熔渣的碱度分：1、酸性焊条如：E4303(J422)2、碱性焊条(低氢焊条)如：E5015(J507),按焊条药皮的类型分：1、氧化钛型焊条2、钛钙型焊条3、钛铁矿型焊条4、堆焊焊条5、氧化铁型焊条6、纤维素型焊条7、低氢型焊条等,2.1焊条,焊条的型号和牌号,2,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，焊条型号EXXX的编制方法为：字母“E”表示焊条，第一、二位数字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，0,1,2,4第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。,2.1焊条,E4315,焊条药皮为低氢钠型，并可采用直流反接焊接,焊条适用于全位置焊接,熔敷金属抗拉强度的最小值，kgf/mm2,焊条,2.1焊条,焊条的牌号,焊条牌号的编制方法为：最前面字母表示焊条各大类，第一、二位数字表示各大类焊条中的若干小类，第三位数字表示焊条药皮类型和焊接电源种类。,J507,低氢型药皮、直流,焊缝金属抗拉强度不低于490MPa(50kgf/mm2),结构钢焊条,2.1焊条,焊条的组成,3,焊芯,作用：导电、填充金属。焊芯中的C、Mn应适量(C0.1%,Mn0.3%0.55%)；Si、S、P应尽量减少。焊芯材料有选择性：用量最多的是H08A,药皮,作用：机械保护作用（造渣、造气）；冶金处理作用（脱氧、合金化）；改善焊接工艺性能作用（稳弧、脱渣、成形）。,传导焊接电流，产生电弧把电能转换为热能；焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属融合形成焊缝,2.1焊条,稳弧：改善焊条的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：K2CO3、CaCO3大理石、长石、水玻璃、金红石等；造渣：造成具有一定物理、化学性能的熔渣，起到保护熔滴金属和焊接熔池的作用，改善焊缝成形。如：钛铁矿、金红石、大理石、长石、萤石等。造气：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。脱氧：降低药皮或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧。如铁合金：锰铁、钛铁、硅铁、Re等。,2.1焊条,合金化：补偿焊缝金属中有益元素的烧损和获得必要的合金成分。铁合金或金属铁，如Mn-Fe、Si-Fe等粘结：将涂料牢固的粘在焊芯上，使药皮具有一定的强度，不参加有害的冶金反应，如钠水玻璃Na2OSiO2、钾水玻璃K2OSiO2与钠水玻璃混合。成形：使药皮材料具有一定的塑性、弹性和流动性，保证药皮在压涂时不开裂。成形剂通常是有弹性和滑性的材料。如云母、白泥、滑石等。,2.1焊条,焊条的工艺性能,4,焊接电弧的稳定性(稳弧性),影响因素：焊条药皮类型及组成物、焊接电源的特性、焊接规范等.若药皮中含低电离势元素，电弧气氛的电离电位，稳弧性,某些元素的电离势元素KNaBaCaTiMnFeSiCHOFCO2电离势4.325.125.166.086.817.407.837.9411.2213.5313.5618.614.3,Q：碱性焊条和酸性焊条，哪个稳弧性好？,2.1焊条,碱性焊条：J507，低氢型，稳弧性不好原因: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；只能采用直流电源。J506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：J422，稳弧性好含SiO2、TiO2、CaO、云母、长石中含K2O、Na2O等。,2.1焊条,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、K2CO3K1.5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，套筒长度短。,2.1焊条,影响因素：操作技术、熔渣凝固温度、粘度、表面张力及密度等。,焊缝成形性,焊瘤a-仰焊；b-平焊,未熔合a-母材与填充金属未熔合；b-层间未熔合,咬边,2.1焊条,熔渣凝固温度过高，产生渣压铁水现象，产生气孔；过低，熔渣不能均匀地覆盖在焊缝表面，表面成形差；一般地，略低于母材的熔点。粘度T过大，焊接冶金反应缓慢，表面成型不良，易产生气孔、夹杂；过小，熔渣对焊缝覆盖不均匀，保护作用差；一般地，T1500时，渣(0.10.2Pa.s)。,2.1焊条,各种位置焊接的适用性,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;熔池金属和熔渣向下流以致不能形成正常的焊缝。解决方法:适当增加电弧和气流的吹力,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；熔渣的物理性能(熔点、粘度、表面张力等)相适应。,2.1焊条,平焊：焊缝倾角05，焊缝转角010，见图a,立焊：焊缝倾角8090，焊缝转角0180，见图b,2.1焊条,横焊：焊缝倾角05，焊缝转角7090，见图c,仰焊：焊缝倾角05，焊缝转角165180，见图d全位置焊：见图e,2.1焊条,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:影响因素:粘度、药皮水分、I、U、电源种类、熔滴过渡形态等,a-气体逸出，b-熔滴爆炸，c-电弧力，d-电弧再燃,2.1焊条,脱渣性,焊后从焊缝表面清除渣壳的难易程度影响因素:熔渣的线膨胀系数熔渣的氧化性熔渣的松脆性,2.1焊条,熔渣的线膨胀系数,金属与熔渣的线膨胀系数相差越大,因收缩不同产生的内应力越大,焊缝金属越易与熔渣脱离，脱渣性好。钛型焊条E4313(J421),脱渣性最好,低氢型焊条E4315(J427),脱渣性最差.,几种焊条熔渣和低碳钢的线膨胀系数与温度的关系,2.1焊条,熔渣的氧化性,熔渣氧化性太强,脱渣困难。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。FeO晶格与-Fe搭接，氧化膜牢固地黏在焊缝金属表面。熔渣中含能形成尖晶石型化合物的氧化物Al2O3、Cr2O3等与渣中的FeO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晶格常数相差小，两者相结合，使之很难脱渣，FeO膜相当胶粘剂，连接焊缝金属与熔渣。,熔渣的松脆性,2.1焊条,焊条熔化速度,反映焊接生产率的高低，可用焊条的熔化系数P表示，考虑到飞溅造成的损失，真正反映焊接生产率的指标用焊条的熔敷系数H表示，即单位时间内单位电流所能熔敷在焊件上的金属重量。HP(1-)，损失系数药皮成分因素的影响:影响电弧电压电弧气氛的电离电位越低，电弧电压越低，产生热量少，P小。UP影响熔滴过渡形态硅酸盐碳酸盐，细化熔滴，使短路过渡U，颗粒过渡U，P射流过渡，P最大。含放热反应的物质,2.1焊条,焊条药皮发红,焊条在使用到后半段时由于药皮温升过高而发红、开裂或药皮脱落的现象不锈钢焊条药皮发红的原因:不锈钢焊芯的电阻大，焊条的熔化系数小，焊条熔化所需的时间长，且产生的电阻热量多，使焊条的温升高而导致药皮发红。解决办法：调整焊条药皮配方，改善熔滴过渡形态、提高焊条的熔化系数、减少电阻热以降低焊条的表面温升。,2.1焊条,焊接烟尘,非低氢型焊条烟尘的主要成分：氧化铁，约占50%；低氢型焊条烟尘的主要成分:含氟物质，如CaF2、NaF、KCaF3等。锰中毒：细微的蒸发锰产生的毒性；氟中毒：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,也有人认为,不是HF而且NaF、KF更易使人中毒.改善措施：,药皮中萤石的含量水玻璃电弧的过热程度,2.1焊条,熔渣成分：SiO2-TiO2-MnO(表1-19)，熔渣碱度B1为0.76，酸性渣酸性焊条：采用气渣联合保护。,焊条的冶金性能,5,钛钙型焊条E4303（J422）,2.1焊条,冶金反应：1、氧化和脱氧反应1）铁的氧化:,钛钙型焊条E4303（J422）,氧直接使铁氧化CO2使铁氧化水蒸气使铁氧化渣中SiO2等氧化物使Fe氧化,2.1焊条,2）脱氧反应:,锰脱氧药皮加热阶段：先期脱氧在熔滴和熔池内：沉淀脱氧硅脱氧碳脱氧,氧溶解于铁中的形式：FeO或原子O脱氧反应方式：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧以钛钙型焊条为例：,2.1焊条,3、脱S反应：存在形式：FeS，MnS与S亲和力弱强：Fe、Mn、Mg、Ca、Al,熔渣中：药皮中：,2、还原反应:,2.1焊条,4、脱P反应：第一步，将P氧化成P2O5第二步，将P2O5变成稳定的复合化合物进入熔渣,2P+5FeO=P2O52Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe2Fe3P+5FeO=P2O5+11Fe,P2O5+3CaO=(CaO)3P2O5P2O5+4CaO=(CaO)4P2O5,实际上，由于焊条药皮的碱度较低（CaO、MnO量少），TiO2、SiO2含量较高，难以进行脱S、P反应，严格限制原材料含S、P量。,2.1焊条,5、焊缝金属合金化,加入中碳锰铁，脱O脱S加入不易被高温氧化的Mo、W、V等合金元素,7、焊接烟尘因药皮中(Mg,Ca)CO3比较少，烟尘量较少，有害成分也比J507焊条少Fe3O4(FeOFe2O3)Mn3O4,6、气孔敏感性CO、H2,2.1焊条,熔渣成分：CaO-SiO2-CaF2(表1-19)，熔渣碱度B1为1.86，碱性渣碱性焊条：采用气渣联合保护。,低氢型焊条E5015（J507）,2.1焊条,冶金反应：1、脱氧反应,低氢型焊条E5015（J507）,MnCO2Mn=MnO+COSi2CO2Si=SiO2+2COSiO2+CaO=CaOSiO2Ti2CO2Ti=TiO2+2COTiO2+CaO=CaOTiO2,2.1焊条,2、脱氢反应,萤石脱氢CaF22H=Ca+2HFCaF2H2O=CaO+2HF萤石和石英联合脱氢2CaF23SiO2=SiF4+2CaSiO3SiF4+3H=SiF+3HF萤石和水玻璃作用脱氢Na2OnSiO2H2O=2NaOH+nSiO22NaOH+CaF2=Ca(OH)2+2NaF2NaF+H2O+CO2=Na2CO3+2HF,2.1焊条,3、脱S反应,依靠熔渣中的碱性氧化物如CaO、MnO、MgO等脱S：FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO)FeS+(MnO)=(MnS)+(FeO)FeS+(MgO)=(MgS)+(FeO),4、脱P反应和钛钙型焊条相似，但脱P效果要好。,2.1焊条,5、合金化：Mn、Si元素向焊缝金属中的过渡Mn%1.6%；Si%0.75%,6、焊接烟尘焊接时产生大量CO2，烟尘中含KF、NaF、HF等有害气体。,2.1焊条,酸性焊条和碱性焊条的冶金性能比