金属焊接材料PPT.ppt

焊接材料 目录 概述焊条焊丝焊剂和保护气体焊接材料的管理 概述 焊接材料是焊接时使用的形成熔敷金属的填充材料 保护熔融金属不受氧化氮化的保护材料等等 常用的焊接材料包括焊条 焊丝 焊剂 保护气体等 焊接材料的选用是否合理 不仅影响焊接过程的稳定性 焊接接头的性能和质量 同时也影响着焊接的生产率和产品成本 一 焊条 焊条是指在一定长度的金属丝外表层均匀涂敷一定厚度的具有特殊作用涂料的焊接材料 简称为 焊条 焊条广泛应用于机械制造 造船 建筑 石油化工 桥梁 锅炉及压力容器等各工业领域 焊条的组成焊条由焊芯和涂料药皮两部分组成 1 焊芯焊芯是指焊条用的被药皮包覆的金属芯 焊芯有两个作用 一是传导电流 产生焊接电弧 二是焊芯本身熔化形成焊缝中的填充金属 焊条直径实际上是指焊芯直径 单位为mm 通常有2mm 2 5mm 3 2mm或3mm 4mm 5mm 5 8mm或6mm等几种 常用的是 2 5mm 3 2mm 4mm 5mm等几种 焊条的长度一般在250 450mm之间 2 药皮焊条药皮是指具有不同物理和化学性质的细粒状物质经粘结均匀包覆在焊芯表面的涂料层 药皮的作用 1 机械保护作用 气保护 渣保护2 冶金处理作用 通过熔渣与熔化金属产生冶金反应 除去有害杂质 如氧 氢 硫 磷 和添加有益的合金元素 使焊缝获得合乎要求的机械性能 3 改善焊接工艺性能 药皮可以使电弧稳定燃烧 飞溅少 焊缝成形好 易脱渣和熔敷效率高等 药皮的分类 焊条药皮的类型 氧化钛型 氧化钛钙型 钛铁矿型 氧化铁型 纤维素型 低氢钠型和低氢钾型 石墨型盐基型 焊条分类 1 按用途分类我国现行的焊条分类方法 主要是根据焊条国家标准和原机械工业部编制的 焊接材料产品样本 焊条型号按国家标准分为8类 焊条牌号按用途分为10类 2 按焊条药皮熔化后熔渣性质分主要是根据焊接熔渣的碱度 即按熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物的比例来划分 1 酸性焊条药皮中含有大量的TiO2 SiO2等酸性造渣物及一定数量的碳酸盐等 熔渣氧化性强 熔渣碱度系数小于l 酸性焊条焊接工艺性好 电弧稳定 可交 直流两用 飞溅小 熔渣流动性和脱渣性好 熔渣多呈玻璃状 较疏松 脱渣性能好 焊缝外表美观 酸性焊条的药皮中含有较多的二氧化硅 氧化铁及氧化钛 氧化性较强 焊缝金属中的氧含量较高 合金元素烧损较多 合金过渡系数较小 熔敷金属中含氢量也较高 因而焊缝金属的塑性和韧性较低 2 碱性 低氢型 焊条药皮中含有大量的碱性造渣物 大理石 萤石等 并含有一定数量的脱氧剂和渗合金剂 碱性焊条主要靠碳酸盐 如CaCO3等 分解出CO2作保护气体 弧柱气氛中的氢分压较低 而且萤石中的氟化 钙在高温时与氢结合成氟化氢 HF 降低了焊缝中的含氢量 故碱性焊条又称为低氢型焊条 碱性渣中的CaO数量多 熔渣脱硫的能力强 熔敷金属的抗热裂纹的能力较强 而且 碱性焊条由于焊缝金属中氧和氢含量低 非金属夹杂物较少 具有较高的塑性和冲击韧性 碱性焊条由于药皮中含有较多的萤石 电弧稳定性差 一般多采用直流反接 只有当药皮中含有较多量的稳弧剂时 才可以交 直流两用 碱性焊条一般用于较重要的焊接结构 如承受动载荷或刚性较大的结构 焊条的型号和牌号焊条型号指的是国家标准规定的各类标准焊条 焊条牌号指的是有关工业部门或生产厂家实际生产的焊条产品 焊条的型号焊条型号是以焊条国家标准为依据 反映焊条主要特性的一种表示方法 焊条型号包括以下含义 焊条类别 焊条特点 如焊芯金属类型 使用温度 熔敷金属化学组成或抗拉强度等 药皮类型及焊接电源 不同类型焊条的型号表示方法也不同 1 碳钢焊条型号划分根据GB T5117 95 碳钢焊条 标准规定 碳钢焊条型号根据熔敷金属的力学性能 药皮类型 焊接位置和焊接电流种类进行划分 碳钢焊条型号编制方法为 字母E表示焊条 E后面的两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最小值 单位为10MPa 第三位数字表示焊接位置 第三和第四位数字组合表示焊接电流的种类及药皮类型 碳钢焊条型号举例 碳钢焊条型号按熔敷金属抗拉强度 药皮类型 焊接位置和焊接电源种类的划分见表3碳钢焊条型号划分 2 低合金钢焊条型号划分根据标准规定 低合金钢焊条型号根据熔敷金属的力学性能 化学成分 药皮类型 焊接位置及电流种类划分 首字母 E 表示焊条 前二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值 第三位数字表示焊条的焊接位置 第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型 后缀字母为熔敷金属化学成分的分类代号 并以短画 与前面数字分开 如还有附加化学成分时 附加化学成分直接用元素符号表示 并以短画 与前面后缀字母分开 低合金钢焊条型号划分见表4 低合金钢焊条型号举例 3 不锈钢焊条型号划分根据标准规定 不锈钢焊条根据熔敷金属的化学成分 药皮类型 焊接位置及焊接电流种类划分型号 首位字母 E 表示焊条 E 后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号 有特殊要求的化学成分 用元素符号表示放在数字的后面 短画 后面的两位数字表示焊条药皮类型 焊接位置及焊接电流种类 不锈钢焊条型号举例 不锈钢焊条型号后面附加的后缀 15 16 17 25 26 表示焊条药皮类型及焊接电源种类 后缀15表示焊条为碱性药皮 直流反极性焊接 后缀16表示焊条可以是碱性药皮 也可以是钛型或钛钙型药皮 交直流两用 后缀17是药皮类型16的变型 表示焊条为钛酸型药皮 用SiO2代替药皮类型16中的一些TiO2 焊接熔化速度快 抗发红性能优良 可交直流两用 后缀25和26焊条的药皮成分和操作特征与药皮类型15和16的焊条类似 药皮类型15和16焊条的说明也适合于药皮类型25和26 焊条的牌号焊条牌号是根据焊条的主要用途 性能特点对焊条产品的具体命名 我国焊条牌号是按照国家标准GB980 76 焊条分类及型号编制方法 制订的 1985年后 参照国际标准修订的新国标 GB T5117 95 GB T5118 95 GB T983 95和GB984 85等 颁布 同时废止了相应的旧的焊条国家标准 焊条型号编制本应按照新的焊条国家标准执行 由于目前国内焊条国标尚不全 而国内各行各业对原有的焊条牌号及编制方法沿用已久 已成习惯 故新编制的 焊接材料产品样本 中仍保留了原焊条牌号 将新国标中的焊条型号与原牌号对照并加以标注 焊条的牌号共分为十大类 如结构钢焊条 包括低合金高强钢焊条 耐热钢焊条 不锈钢焊条等 见表1焊条大类的划分 焊条牌号通常以一个汉语拼音字母 或汉字 与三位数字表示 拼音字母 或汉字 表示焊条各大类 后面的三位数字中 前面两位数字表示各大类中的若干小类 第三位数字表示各种焊条牌号的药皮类型及焊接电源 焊条牌号中第三位数字的含义列于表6中 其中盐基型主要用于有色金属焊条 如铝及铝合金焊条等 石墨型主要用于铸铁焊条及个别堆焊焊条中 数字后面的字母符号表示焊条的特殊性能和用途 见表7 对于任一给定的焊条 只要从表中查出字母所表示的含义 就可以掌握这种焊条的主要特征 1 结构钢焊条 包括低合金高强钢焊条 焊条牌号首字母 J 或汉字 结 表示结构钢焊条 牌号前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值 牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电源种类 药皮中铁粉含量约为30 或熔敷效率105 以上 在牌号末尾加注 Fe 字及二位数字 以效率的1 10表示 有特殊性能和用途的结构钢焊条 在牌号后面加注起主要作用的元素或主要用途的拼音字母 一般不超过二个 如J507MoV T507CuP 例如 J507 结507 焊条 J 结 表示结构钢焊条 牌号中前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值为490MPa 第三位数字 7 表示药皮类型为低氢钠型 直流反接电源 按照国标GB T5117 95 它应符合E5015型焊条要求 2 钼和铬钼耐热钢焊条焊条牌号首字母 R 或汉字 热 表示铝和铬钼耐热钢焊条 牌号第一位数字表示熔敷金属主要化学成分组成 见表8耐热钢焊条熔敷金属主要化学成分组成等级 牌号第二位数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同牌号 对同一组成等级的焊条 可有十个序号 按0 1 2 9顺序编排 以区别铬钼之外的其他成分 牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电流种类 见表6焊条牌号中第三位数字的含义 3 不锈钢焊条焊条牌号首位字母 G 或汉字 铬 或 A 或汉字 奥 分别表示铬不锈钢焊条或奥氏体铬镍不锈钢焊条 牌号第一位数字表示熔敷金属主要化学成分组成 见表9 牌号第二位数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同牌号 对同一组成等级的焊条 可有十个序号 按0 l 2 9顺序编排 以区别铬 镍之外的其他成分 牌号第三位数字 表示药皮类型和焊接电源种类 焊条的选用焊条的选用必须在确保焊接结构安全 可靠使用下 根据被焊材料的化学成分 力学性能 板厚及接头形式 焊接结构特点 受力状态 结构使用条件对焊缝性能的要求 焊接施工条件和技术经济效益等综合考察后 有针对性地选用焊条 必要时还需进行焊接性能试验 1 同种钢材焊接时焊条选用要点 1 考虑焊缝金属力学性能和化学成分对于普通结构钢 通常要求焊缝金属与母材等强度 应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条 对于合金结构钢 有时还要求合金成分与母材相同或接近 在焊接结构刚性大 接头应力高 焊缝易产生裂纹的不利情况下 应考虑选用比母材强度低的焊条 当母材中碳 硫 磷等元素的含量偏高时 焊缝中容易产生裂纹 应选用抗裂性能好的碱性低氢型焊条 2 焊接构件使用性能和工作条件对承受动载荷和冲击载荷的焊件 除满足强度要求外 主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性 可选用塑 韧性指标较高的低氢型焊条 接触腐蚀性介质的焊件 应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条 在高温 低温或其他特殊条件下工作的焊接件 应选用相应的耐热钢 低温钢 堆焊或其他特殊用途焊条 3 焊接结构特点及受力条件对结构形状复杂 刚性大的厚大焊接件 由于焊接过程中产生很大的内应力 易使焊缝产生裂纹 应选用抗裂性能好的碱性焊条 对受力不大 焊接部位难以清理干净的焊件 应选用对铁锈 氧化皮 油污不敏感的酸性焊条 对受条件限制不能翻转的焊件 应选用适于全位置焊接的焊条 4 施工条件和经济效益在满足产品使用性能要求的情况下 应选用工艺性好的酸性焊条 在狭小或通风条件差的场合 应选用酸性焊条或低尘焊条 对焊接工作量大的结构 有条件时应尽量采用高效率焊条 如铁粉焊条 高效率重力焊条等 或选用打底层焊条 立向下焊条之类的专用焊条 以提高焊接生产率 2 异种钢焊接时焊条选用要点 1 强度级别不同的碳钢 低合金钢 或低合金钢 低合金高强钢 一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度 选用的焊条熔敷金属的强度应能保证焊缝及接头的强度不低于强度较低侧母材的强度 同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差侧母材的性能 因此 可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条 但是 为了防止焊接裂纹 应按强度级别较高 焊接性较差的钢种确定焊接工艺 包括焊接规范 预热温度及焊后热处理等 2 低合金钢 奥氏体不锈钢应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条 一般选用铬 镍含量较高的 塑性 抗裂性较好的Cr25 Ni13型奥氏体钢焊条 以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹 但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范 3 不锈钢复合钢板应考虑对基层 覆层 过渡层的焊接要求选用三种不同性能的焊条 对基层 碳钢或低合金钢 的焊接 选用相应强度等级的结构钢焊条 覆层直接与腐蚀介质接触 应选用相应成分的奥氏体不锈钢焊条 关键是过渡层 即覆层与基层交界面 的焊接 必须考虑基体材料的稀释作用 应选用铬 镍含量较高 塑性和抗裂性好的Cr25 Ni13型奥氏体钢焊条 随着各种自动焊接技术和气体保护焊方法的迅速发展 焊丝的品种增加很快 尤其是药芯焊丝的发展速度最快 使用量也逐年扩大 目前国产各种焊丝已有70余种 我国焊丝和焊剂的产量约占焊材总量的l0 左右 远远低于工业发达国家的比例 但是 随着社会需求和药芯焊丝制造技术的提高 估计不过多久我国焊丝生产将有一个较大的飞跃 逐步缩小与欧美等工业发达国家的差距 焊丝 焊丝 1 焊丝的分类 2 实芯焊丝实芯焊丝是指适用于气焊 焊条电弧焊 埋弧自动焊 电渣焊和气体保护焊等用途的冷拉钢丝 是由热轧线材经拉拔加工而成的 它是目前最常用的焊丝 为了防止生锈 须对焊丝 除不锈钢焊丝外 表面进行特殊处理 目前主要是镀铜处理 包括电镀 浸油及化学镀铜处理等 不同的焊接方法应采用不同直径的焊丝 埋弧焊时电流大 所以一般采用粗焊丝 焊丝直径为 3 2 6 4mm 气保护焊时 为了得到良好的保护效果 采用细焊丝 焊丝直径为 0 8 1 6mm 实芯焊丝的型号 1 气体保护焊用碳钢 低合金钢焊丝气体保护焊用碳钢 低合金钢焊丝按化学成分和采用熔化极气体保护焊时熔敷金属的力学性能分类 焊丝型号的表示方法为ER 字母 ER 表示焊丝 ER后面的两位数字表示熔敷金属的抗拉强度最低值 短画 后面的字母或数字表示焊丝化学成分分类代号 如还附加其他元素时 直接用元素符号表示 并以短画 与前面数字分开 2 铸铁气焊焊丝铸铁气焊焊丝型号中的字母 R 表示焊丝 字母 Z 表示焊丝用于铸铁焊接 在RZ字母后用焊丝主要化学元素符号或金属类型代号表示 再细分时用数字表示 3 铝及铝合金焊丝焊丝型号以 丝 字的汉语拼音第一个字母 S 表示 S后面用化学元素符号表示焊丝的主要合金组成 化学元素符号后的数字表示同类焊丝的不同种类 实芯焊丝的牌号焊丝牌号的首位字母 H 表示焊接用实芯焊丝 后面的一位或二位数字表示含碳量 其他合金元素含量的表示方法与钢材的表示方法大致相同 牌号尾部标有 A 时 表示硫 磷含量要求低的优质焊丝 标有 E 时 表示硫 磷含量要求特别低的特优质钢丝 3 药芯焊丝药芯焊丝是将药粉包在薄钢带内卷成不同的截面形状 以轧拔加工制成的焊丝 药芯焊丝也称为粉芯焊丝 管状焊丝或折叠焊丝 用于气体保护焊 埋弧焊和自保护焊 是一种很有发展前途的焊接材料 与实芯焊丝相比 药芯焊丝具有以下几方面的优点 1 飞溅小由于药芯焊丝中加入了稳弧剂 电弧燃烧稳定 熔滴呈滴状均匀过渡 故焊接时飞溅很少 且飞溅颗粒细小 2 焊缝成形美观药芯焊丝焊接时 能形成一定数量的熔渣 依靠渣的表面张力生成一个软的铸型 这个铸型对形成良好焊道起着重要作用 3 熔敷速度高于实芯焊丝采用药芯焊丝焊接时 由于焊丝断面上通电部分的面积比实芯焊丝小 在同样的焊接电流下药芯焊丝的电流密度高 焊丝熔化速度快 熔敷速度提高 4 可采用大电流进行全位置焊接在各种焊接位置下 药芯焊丝均可采用较大的焊接电流 药芯焊丝的型号根据规定 药芯焊丝型号由焊丝类型代号和焊缝金属的力学性能两部分组成 第一部分以英文字母 EF 表示药芯焊丝代号 代号后面的第一位数字表示适用的焊接位置 0 表示用于平焊和横焊 1 表示用于全位置焊 代号后面的第二位数字或字母为分类代号 第二部分在短线 后用四位数字表示焊缝的力学性能 前两位数字表示抗拉强度最低值 见表13 后两位数字表示冲击吸收功 其中第一位数字为冲击吸收功不小于27J所对应的试验温度 第二位数字为冲击吸收功不小于47J所对应的试验温度 药芯焊丝牌号牌号第一个字母 Y 表示药芯焊丝 第二个字母及第一 二 三位数字与焊条制方法相同 牌号短画 后面的数字表示焊接时的保护方法 芯焊丝有特殊性能和用途时 在牌号后面加注起主要作用的元素或主要用途的字 一般不超过两个 焊剂和保护气体 1 焊剂焊接时 能够熔化形成熔渣和气体 对熔化金属起保护和冶金处理作用的物质称为焊剂 在埋弧焊中 焊剂起着至关重要的作用 在焊接过程中 覆盖在熔池表面 对熔池金属起保护 冶金处理和改善焊接工艺性能的作用 埋弧焊用焊剂的分类方法有许多种 可分别按用途 制造方法 化学成分 焊冶金性能等来分类 也可以按焊剂的酸碱性 焊剂的颗粒结构来分类 熔炼焊剂是指将一定比例的各种配料放在熔炉内熔炼 然后经过水冷粒化 烘干 筛选而制成的一种焊剂 主要的优点是化学成分均匀 可以获得性能均匀的焊缝 由于焊剂在制作过程中要熔化原料 所以焊剂中不能加碳酸盐 脱氧剂和合金剂 其实质是各种化合物的组合体 是目前生产中使用最广泛的一种焊剂 烧结焊剂是指将一定比例的各种粉料加入适量粘结剂 混合搅拌并形成颗粒 然后经高温烧结而成 经高温烧结后 焊剂的颗粒度显著提高 吸潮性大大降低 与熔炼焊剂相比烧结焊剂的熔点较高 松装比小 因而适用于大焊接热输入焊接 可以根据施焊的钢种的需要通过焊剂向焊缝过渡合金元素 适用性强 制造简便 粘结焊剂 亦称陶质焊剂或低温烧结焊剂 是指将一定比例的各种粉料加入适量的黏结剂 混合搅拌 粒化后经低温 400 烧结成块 然后粉碎 筛选而成的一种焊剂 由于烧结温度低 具有吸潮倾向大 颗粒强度低等缺点 2 保护气体气体保护焊常用的保护气体有氩气 Ar 二氧化碳 CO2 及混合气体 Ar CO2 1 氩气 Ar Ar是无色无味的气体 在0 和1个大气压下 密度是1 78g L 约为空气的1 25倍 Ar是一种惰性气体 它既不与金属起化学反应 也不溶解于液态金属中 因此可以避免焊缝中金属元素的烧损和由它而引起的焊接缺陷 使得焊接冶金反应变得简单而容易控制 为获得高质量的焊缝提供了有利条件 氩气的热导率小 又是单原子气体 高温时不分解吸热 所以电弧在氩气中燃烧时热量损失较少 由于氩气的密度较大 在保护时不易漂浮散失 故保护效果良好 作为焊接用的保护气体 一般要求纯度 体积分数 为99 9 99 999 视被焊金属的性质和焊缝质量要求而选定 焊接时采用的都是钢瓶装氩气 氩气钢瓶规定为银灰色 标有深绿色 氩 字样 在20 以下 满瓶装氩气压力为15MPa 2 二氧化碳 CO2 CO2气体是氧化性保护气体 有固态 液态和气态三种状态 工业用的CO2都是液态 常温下即可液化 在0 和0 1MPa时 1Kg液态CO2可产生509IL的CO2气体 CO2气体在焊接高温下分解为O2和CO 能有效隔离空气中的氮对熔滴 熔池金属的有害作用 并依靠焊丝中加入的合金元素来还原被氧化的金属 焊接用的CO2的纯度 体积分数 应大于99 5 相当于GB中的I类一级 近年来有些国家要求纯度大于99 8 露点低于 40 水分的质量分数为0 0066 相于GB中的I类 CO2气体钢瓶颜色为铝灰色 用黑漆标明 液态二氧化碳 3 混合气体 Ar CO2 除了单一保护气体外 混合气体也获得广泛的应用 特别是熔化极气体保护焊 采用混合保护气体的趋向越来越强 因为混合保护气体具有良好的综合性能 能适应不同金属材料和焊接工艺的需要 以获得最佳的保护效果 电弧特性 熔滴过渡特性以及焊道成形和质量等 混合气体有Ar O2 Ar CO2 Ar He Ar H2 Ar N2 Ar O2 CO2等 管道施工中最常用的是Ar CO2 CO2是氧化性气体 Ar中加入CO2 可稳定与控制阴极斑点的位置 改善电子发射 减少电弧漂移 降低液态金属表面张力 改善焊缝外观 使熔深形状从蘑菇状变为扁平状 当CO2量为3 10 时 熔深仍成蘑菇状 故易生成气孔 当CO2量为10 15 时 焊缝金属的韧性最好 且可改善焊道熔深形状 气孔率降低 当CO2量超过30 则不可能获得稳定的喷射过渡 飞溅增多 焊缝外观成形显著变差 因此常用的混合保护气体的混合比例一般为Ar 80 85 CO2 20 15 焊接材料的管理 焊接材料是锅炉压力容器制造过程中主要质量控制环节之一 焊接材料的合理选购 妥善的保管 正确的发放 使用 对于保证锅炉压力容器的焊接质量是十分重要的 锅炉压力容器制造单位必须建立严格的焊材验收 保管 发放 回收管理制度 必须选好 保管好 用好焊材 防止错发 错用焊材 1 焊接材料的选购锅炉压力容器用焊接材料应采取择优 定点选购的原则 可根据以往采购 使用焊材的经验 优先选购那些质量稳定 可靠 有信誉 知名的厂家的产品 一般不宜随意变更 同时应直接从厂家进货 减少中间环节 焊材供应部门应根据焊接工艺部门所提供的焊材型号 或牌号 规格 数量编制采购计划 采购计划应经材料责任工程师和焊接责任工程师批准 2 焊接材料的验收锅炉压力容器用焊接材料 包括焊条 焊丝 焊剂等 的质量应符合相应国家标准的要求 且必须具有完整的质量证明书 合格证和清晰的标记 3 焊接材料的保管焊材保管的好坏直接影响焊接质量 对于锅炉压力容器的现场安装施工 野外作业 尤其应重视焊材的保管 焊条 焊丝 焊剂如果保管不善或存放时间过长 可能发现吸潮 焊芯 焊丝锈蚀 焊条药皮疏松 开裂或脱落等缺陷 不仅影响焊接工艺性能 造成飞溅增大 电弧不稳 还会产生气孔 白点 降低焊缝塑性 韧性 甚至产生裂纹等质量问题 焊条在搬运 使用过程中容易受到损伤 药皮属于陶质产品耐冲击性差 因此应防止磕碰 机械冲撞 做到小心轻放 否则药皮容易开裂或脱落 因此焊材应妥善保管 1 焊材必须存放在干燥 通风良好的室内库房 一级库 库房不允许有腐蚀性介质和有害气体 并应保持