焊接冶金学-焊接材料-PPT精选

1 第一章焊接材料 2 第一节焊条 第二节焊丝 第三节焊剂 第一章焊接材料 3 重点内容 1 焊条分类2 焊条 焊剂及焊丝的型号和牌号3 典型焊条的冶金性能4 气保焊丝和药芯焊丝5 焊剂的性能用途 4 2 1焊条 5 一 焊条的组成及作用 作用 导电 填充金属 C Mn Si应适量 S P应尽量减少 焊芯材料有选择性 用量最多的是H08A 焊芯 焊丝 6 2 药皮药皮的作用 机械保护作用 造渣 造气 冶金处理作用 脱氧 合金化 工艺性能改善作用 稳弧 脱渣 成形 7 药皮的组成 焊条药皮是由具有不同物理性质和化学性质的多种材料混合而成的涂层 这些材料包括氧化物 碳酸盐 硅酸盐 有机物 氟化物 金属和铁合金等 按药皮功能可分为稳弧剂 造气剂 造渣剂 脱氧剂 合金剂 粘接剂和成形剂 8 表1 3结构钢焊条药皮的主要组成物 9 药皮的组成 稳弧剂 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 K2CO3 CaCO3大理石 长石 钾水玻璃 造渣剂 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 萤石等 造气剂 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 10 脱氧剂 降低药皮中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 合金剂 使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分 铁合金 纯金属 如Mn Fe Si Fe等 粘结剂 将涂料牢固的粘在焊芯上 不参加有害的冶金反应 如钠水玻璃 钾水玻璃与钠水玻璃混合 成形剂 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 11 应当指出 药皮组成物中的每种材料都具有多种作用 在进行焊条药皮配方设计和选材时 应重点考虑主要作用 同时兼顾次要作用 此外 还应考虑冶金方面的副作用 如氧化 增氢 增磷 增硫等 12 二 焊条分类 一 按焊条用途分 1 结构钢焊条2 铜和铬钼耐热钢焊条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 13 二 按焊接熔渣的碱度分 三 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 低氢型等 1 酸性焊条2 碱性焊条 14 1 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 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 三 焊条的型号与牌号 15 完整的焊条型号举例如下 E4315 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 16 2 焊条的牌号以结构钢为例 牌号 编制法 结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 17 J507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 18 焊条型号是国家标准中对焊条规定的编号 用来区别各种焊条熔敷金属的力学性能 化学成分 药皮类型 焊接位置和焊接电流种类 标有型号的焊条 其技术要求 性能指标 检验方法都应按国家标准的规定进行 国家标准中通常只规定该种焊条最基本的要求 焊条国家标准不可能包括所有的焊条 焊条牌号是焊条制造厂对作为产品出厂的每种焊条标的特定编号 用来区别不同焊条熔敷金属的力学性能 化学成分 药皮类型和焊接电流种类 与焊条的型号相比 牌号中没有区别焊接位置的编号 但增加了特殊性能的符号 如超低氢 高韧性 打底焊 焊条的型号和牌号的区别 19 四 焊条的工艺性能 1 焊接电弧的弧定性 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 U 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 20 碱性焊条 结507 低氢型 电弧稳定性不好原因 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 结506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 SiO2 TiO2 CaO 云母 长石中含K2O Na2O等 稳弧性好 21 判定稳弧性 测最大的燃烧电弧长度LmaxLmax 稳 断弧长度越大 稳弧性越好 示波器 观察电流 电弧电压波形的变化情况 22 控制低氢型焊条稳弧性方法 a CaCO3 CaF2比例控制 并加入K1 6 2 5 K2CO3K 1 5钾 钠水玻璃b 添加10 20 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 1 1 0 铯电离势比K小 还可加石墨0 5 3 0 熔点低 套筒长度 23 2 焊接位置的适应性 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 熔池金属和熔渣下流 24 解决方法 1 适当增加电弧吹力 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 2 熔渣的物理性能适应熔滴的凝固温度焊条类型凝固温度 凝固温度范围 纤维素型1200 129090钛型1320 1420100钛铁矿型130 126130氧化铁型1180 1350170 25 凝固温度范围窄 粘度表面张力随温度变化 使熔渣能在较短时间内迅速凝固 才能立 仰横焊 凝固温度范围 不易横 仰 立焊 粘度 表面张力 长渣 粘度与表面张力随时间变化而发生缓慢凝固的渣 短渣 粘度与表面张力随时间变化而发生快速凝固的渣 氧化铁型不适应于横 立 仰焊 长渣凝固温度范围大 其它种焊条可进行全位置焊接 26 3 焊缝成型 操作技术有关 取决熔渣熔点 粘度与表面张力 还与熔渣的物理性质有关 1 熔渣的熔点 凝固温度必须合适 一般略低于母材的熔点2 熔渣的粘度3 表面张力4 熔滴过渡 27 粘度T 过高 表面成型不良 易产生气孔 夹杂 过低 对焊缝敷盖不均匀 保护作用差 适中 一般T1500 渣 0 1 0 2Pa s 铁水 0 0019Pa s 熔渣的粘度也决定于熔渣的化学成分 表面张力 复盖性好 但不能过小 熔渣易成球型 复盖性不好 28 熔渣的表面张力和粘度材料温度 表面张力 N m 粘度 泊 铁1575 15901 0 1 20 019碱性渣1400左右0 28 0 352 0 7 0酸性渣1400左右0 35 0 401 2 2 0 熔滴过渡低氢型焊条粗滴短路过渡 J423 J424以短路过渡为主 J421 J422以喷射过渡 焊缝成型美观 29 4 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 1 熔池内部气体的熔池中逸出引起2 熔滴爆炸3 电弧作用力 4 短路过渡时 电弧再燃时产生飞溅 影响因素 粘度 飞溅 I 飞溅 药皮水分 飞溅 U 飞溅 电源种类 交流飞溅 直流飞溅 30 5 焊条的熔敷系数 焊条的熔敷系数焊接过程中 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 P 熔化系数 损失系数 31 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 使短路过度U 颗粒过渡U 射流过渡 P最大 焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关 以TiO2为主 渣导热性差 导电性好 电阻热作用 导致药皮易于发红 钛型 钛钙型 若药皮中加入发热剂 氧化铁型加速药皮熔化大 氧化铁型 P 32 药皮成分中含有进行放热反应的物质时 加速焊条熔化 P 为了提高生成率 铁粉焊条提高 P 熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比 电流种类与极性 直流正接 电弧电压和熔化系数变化很大 此时焊条接阴极 药皮成分对阴极压降影响较大 药皮成分的改变直接影响着电弧电压变化 使也发生变化 直流反接 电弧电压和熔化系数变化最小 交流 处于中间状态 33 6 脱渣性 1 熔渣的线膨胀系数2 熔渣的松脆性3 熔渣氧化性 脱渣性 焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度 影响因素 34 35 1 熔渣的膨胀系数和松脆性 金属与熔渣的膨胀系数相差越大 收缩不同产生内应力越大 脱渣性好 钛型焊条 脱渣性最好 低氢型焊条脱渣性最差 疏松度 指渣中孔隙所占的面积的百分数 对于角焊缝 深剖口底层焊缝 熔渣夹在钢板之间 脱渣困难 渣的硫松度影响很大 渣越松脆 越易脱 钛型焊条疏松度不如氧化铁型及钛铁矿型 在角焊缝及深剖口中脱渣 以氧化铁型 钛铁矿型为好 钛钙型渣松脆 CaO是黄白色质松而不脆 CaF 多 色黑而硬 均不利于脱渣 36 2 熔渣氧化性熔渣氧化性太强 脱渣难 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 晶格与 Fe搭接 熔渣中尖晶石型化合物Al2O3 Cr2O3 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晶格结合 使之很难脱渣 FeO膜相当胶粘剂 连接焊缝金属与熔渣 37 药皮发红问题 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 38 8 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 39 改善方法 减小发尘量 减小尘中致毒物质数量具体措施 减少药皮中萤石的含量 减小水玻璃 减少电弧的过热程度 40 五 焊条的冶金性能 一 钛钙型焊条E4303 J422 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 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 41 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氧化由还原引起 42 2 还原反应 使焊缝增硅 3 脱硫 4 脱 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 43 5 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 44 渣系 碱度高达1 89 二 低氢焊条E5015 J507 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 45 含氢量少 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 2 对氢的控制 46 3 对硫 磷的控制 脱 效果好 含量高 由0 02 降到0 011 脱磷效果较差 0 01 增到0 021 47 2 2焊丝 药芯焊丝 48 一 焊丝的分类 1 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 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3 按照焊丝的形状结构实心焊丝 药芯焊丝 49 二 焊丝的型号和牌号 一 焊丝的型号 ER55B2Mn 焊丝中化学成分代号 焊缝金属抗拉强度不低于540MPa 实芯焊丝 焊丝中含有锰元素 50 EF035042 30 的冲击吸收功 27J 抗拉强度不低于490MPa 药芯焊丝 一 焊丝的型号 适用于平焊和横焊 0 的冲击吸收功 47J CaO CaF2 CO2 DC反接 单多 51 二 焊丝的牌号 H08Mn2SiA 锰的质量分数 1 碳的质量分数约为0 08 实芯焊丝 优质 锰的质量分数约为2 52 二 焊丝的牌号 YJ4221 钛钙型药芯 交直流两用 适用于结构钢焊接 药芯焊丝 采用气体保护焊接 最低抗拉强度410MPa 53 三 实心焊丝 一 气体保护焊用实芯焊丝1 氩弧焊焊丝2 二氧化碳焊丝H08Mn2SiA 54 三 实心焊丝 二 埋弧焊用实心焊丝1 碳素钢焊丝H08A配合高锰高硅焊剂Mn SiH08Mn2Si2 合金结构钢焊丝Mn MoH08MnMo2ACr MoH08CrMoVA 55 四 药芯焊丝 一 药芯焊丝的分类1 按其外层结构分 有缝和无缝2 按其内部填充材料分 药粉和金属粉3 按照渣的碱度分 钛型 钛钙型 钙型4 按是否使用保护气体划分 气体 自保护 56 二 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 57 58 2 3焊剂 59 一 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 1 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 60 1 按SiO2含量分 a 高硅焊剂 焊剂含SiO2 30 b 中硅焊剂 焊剂含SiO210 30 c 低硅焊剂 焊剂含SiO2 10 61 62 2 按MnO含量分 a 高锰焊剂 含氧化锰MnO 30 b 中锰焊剂 含MnO15 30 c 低锰焊剂 含MnO2 5 d 无锰焊剂 不加MnO 焊剂中MnO是混入的杂质MnO 2 63 3 按CaF2含量分 a 高氟焊剂 含CaF2 30 b 中氟焊剂 含CaF210 30 c 低氟焊剂 含CaF2 10 64 2 按焊剂化学性质分 1 氧化性焊剂SiO2 MnO FeO 2 弱氧化性焊剂 3 无氧化性焊剂 3 按焊剂熔渣碱度分 1 酸性焊剂B1 5 65 4 按焊剂颗粒结构分 1 玻璃状焊剂 2 结晶状焊剂 3 浮石状焊剂5 按焊剂适用对象分 1 埋弧焊焊剂 2 电渣焊焊剂 3 堆焊焊剂6 按制造方法分类 熔炼焊剂 烧结焊剂 66 二 焊剂的型号和牌号 F4A2H08A 焊态试件 药芯焊丝 配用的焊丝型号 最低抗拉强度410MPa 0 的冲击吸收功 27J 67 二 焊剂的型号和牌号 1 牌号前加 焊剂 两字表示埋弧焊及电渣焊用熔炼型 烧结型 陶质焊剂 2 牌号第一数字表示焊剂中MnO含量焊剂 无锰焊剂 低锰焊剂 中锰焊剂 高锰焊剂 陶质型焊剂 烧结型焊剂 待发展 68 3 牌号第 位数字表示焊剂中氧化硅 氟化钙含量焊剂 低硅低氟焊剂 中硅低氟焊剂 高硅低氟焊剂 低硅中氟焊剂 中硅中氟焊剂 高硅中氟焊剂 低硅高氟焊剂 中硅高氟焊剂 待发展 69 4 牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号按 顺序排列5 对同一牌号焊剂生产两种粒度时 在细粒产品后加一个细字 例如 焊剂 表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂 高锰高硅低氟型 70 HJ431X 高硅低氟型焊剂 埋弧焊和电渣焊用的熔炼焊剂 细颗粒焊剂 高锰型焊剂 牌号序号为1 71 SJ501 铝钛型渣系 埋弧焊用烧结焊剂 牌号顺序为01 72 三 焊剂的性能和用途 一 熔炼焊剂 高硅焊剂 以硅酸盐为主SiO2 40 SiO2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 73 高硅焊剂与焊丝配合 1 高硅无锰焊剂配合高锰焊丝 1 5 1 9 2 高硅中锰焊剂配合含锰焊丝 0 8 1 1 3 高硅高锰焊剂应配合低碳钢焊丝或含锰焊丝 主要用于焊接低碳结构钢或某些低合金钢 74 中硅焊剂 含数量较低 量较多 碱度较高属于弱氧化性焊剂