焊接材料的组成及作用焊接冶金与焊接性素材包

焊接材料的组成及作用焊接冶金与焊接性素材包第1页/共158页第1章

焊接材料的组成及作用第2章

焊接化学冶金第3章

焊接接头的组织和性能第4章

焊接缺陷及其控制第5章

焊接性及其试验方法第6章

低合金高强度钢的焊接第7章

不锈钢及耐热钢的焊接第8章

有色金属的焊接20921-1a第2页/共158页第1章

焊接材料的组成及作用20921-1a第3页/共158页焊条焊丝焊剂1.焊接的本质和途径焊接的概念及内涵按照国际焊接学会的定义，焊接是指通过加热或加压或二者并用，使被焊材料达到原子间的结合，从而形成永久性连接的工艺。实现焊接的途径从焊接的本质来看，被焊材料必须达到原子间的结合，这是由原子间的相互作用力与其距离的关系决定的。图0-1

原子间的作用力与距离的关系1—斥力

2—合力

3—引力20921-1a第4页/共158页2.焊接接头及其形成过程(1)

焊接接头的组成

从本质上讲，焊接接头是指被焊材料经焊接之后发生组织和性能变化的区域。图0-2

焊接接头的组成1—焊缝

2—熔合区

3—热影响区4—未受影响的母材区1)焊缝。20921-1a第5页/共158页2.焊接接头及其形成过程热影响区。熔合区。(2)焊接接头的形成过程根据以上描述已知，焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成，其组织和性能在焊接前后发生了变化。图0-3

焊接接头形成过程描述图T—温度

t—时间

—初始温度—相变温度

—固相线温度—液相线温度

—峰值温度20921-1a第6页/共158页2.焊接接头及其形成过程20921-1a第7页/共158页焊接热过程。固-液状态演变过程。焊接化学冶金过程。固态相变过程。3.焊接方法的种类和特点20921-1a第8页/共158页(1)熔焊方法的种类从焊接热源的本质上来看，熔焊方法可分为气焊、电弧焊、高能束流焊及电渣焊等类别，并可进一步细分为多种焊接方法。气焊。电弧焊。高能束流焊。电渣焊。3.焊接方法的种类和特点20921-1a第9页/共158页表0-1

各种焊接方法的热源特性焊接方法最小加热面积/c最大能量密度/（W/c）正常焊接时的温度/K气焊氧乙炔焊12×13400电渣焊112300电弧焊焊条电弧焊116000埋弧焊12×16400钨极氩弧焊11．5×18000熔化极气体保护焊11～1—等离子弧焊11．5×118000～24000高能束流焊电子束焊11～1—激光束焊11～1—3.焊接方法的种类和特点图0-4

不同焊接方法对工件的热输入及其影响20921-1a第10页/共158页3.焊接方法的种类和特点20921-1a第11页/共158页(2)

熔焊方法的特点

不同的焊接方法由于具有不同的热源特性，因而具有不同的焊接特点。气焊。焊条电弧焊。埋弧焊。熔化极气体保护焊。钨极气体保护焊。等离子弧焊。电子束焊。激光束焊。3.焊接方法的种类和特点20921-1a第12页/共158页9)电渣焊。4.焊接温度场和焊接热循环(1)焊接温度场1)焊接温度场的概念及表征。20921-1a第13页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第14页/共158页表0-2

与典型材料种类和厚度相对应的推荐焊接方法材料焊接方法种类厚度气焊电渣焊条埋弧熔化钨极等离电子激光/mm焊电弧焊焊极气体保护焊气体保护焊子弧焊束焊束焊碳钢≤3●●●●●●●3～6●●●●●●●6～19●●●●●●≥19●●●●●●低合金钢≤3●●●●●●●3～6●●●●●●6～19●●●●●≥19●●●●●4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第15页/共158页表0-2

与典型材料种类和厚度相对应的推荐焊接方法不锈钢≤3●

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●3～6●

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●6～19●

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●≥19●

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●铝合金≤3●

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●3～6●

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●6～19●

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●≥19●

●4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第16页/共158页表0-2

与典型材料种类和厚度相对应的推荐焊接方法镍合金≤3●

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●3～6●

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●6～19●

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●≥19●

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●4.焊接温度场和焊接热循环图0-5

两种恒定功率热源的准稳定温度场a)固定热源

b)移动热源2)焊接温度场的类型20921-1a第17页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第18页/共158页①按温度变化情况划分的温度场。按温度变化情况，可将焊接温度场分为稳定温度场、非稳定温度场和准稳定温度场。工件上各点温度不随时间而变化的温度场为稳定温度场；工件上各点温度随时间而变化的温度场为非稳定温度场；工件上各点温度虽然开始一段时间内发生变化，但经过一段时间之后，各点温度不再变化，等温线或等温面形状和尺寸不变，从而形成暂时稳定的温度场，这样的温度场为准稳定温度场。4.焊接温度场和焊接热循环②

按焊接传热类型划分的温度场。按焊接传热类型，可将焊接温度场分为三维温度场、二维温度场和一维温度场，如图0-6所示。具体属于哪种类型，主要取决于工件的尺寸和热源的性质。图0-6按传热类型划分的焊接温度场a)三维

b)二维

c)一维20921-1a第19页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环图0-7

焊接参数对温度场特征的影响a)焊速v的影响

b)功率q的影响

c)q与v等比例变化的影响［λ=0.42W/(cm·℃)，

cρ=4.83J/(c·℃)，

a=0.08c/s，

δ=10mm］20921-1a第20页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第21页/共158页3)焊接温度场的影响因素。①热源的特性。当采用不同的焊接方法时，如气焊、电弧焊和高能束流焊等，由于它们的热源特性不同，因而所形成的焊接温度场也具有不同的特征。能量高度集中的电子束焊和激光束焊，可形成范围很小的温度场；而气焊的热源作用面积很大，因此温度场的范围很大；能量密度居中的电弧焊，其温度场范围介于高能束流焊与气焊之间。②

焊接参数。即使采用同样的焊接热源，但由于焊接参数不同，焊接温度场的特征也有所不同。图0-7给出了焊接参数对10mm厚低碳钢试件焊接温度场的影响。4.焊接温度场和焊接热循环③

母材的热物理性质。母材的热物理性质包括比热容c、体积比热容cρ、表面传热系数α、热导率λ和热扩散率a等，其中对温度场有显著影响的是热导率λ和热扩散率a。图0-8

母材热物理性质对温度场特征的影响(q=4.19kJ/s，

v=2mm/s，

δ=10mm，

=0℃)20921-1a第22页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第23页/共158页表0-3

不同材料的热物理常数名称符号单位焊接条件下选取的平均值低碳钢不锈钢铝铜热导率λW/(cm·℃)0．378～0．5040．168～0．3362．653．78比热容cJ/(g·℃)0．65～0．760．42～0．501．00．45体积比热容cρJ/(c·℃)4．83～5．463．36～4．22．633．99热扩散率ac/s0．07～0．100．05～0．071．000．95表面传热系数αJ/(cm·s·℃)(0．63～37．8)×1———4.焊接温度场和焊接热循环④工件的形态。工件的几何形状和尺寸、接头的类型以及所处的环境都影响焊接传热过程，因而也就影响温度场的特征。正如在焊接温度场的类型中所介绍的那样，对于厚大工件、薄板和细棒状工件焊接时，将分别形成三维、二维和一维温度场(参见图0-6)。图0-9

不同焊接方法形成的焊接热循环1—焊条电弧焊

2—埋弧焊

3—电渣焊20921-1a第24页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环(2)焊接热循环1)焊接热循环的概念。图0-10

不同位置的点所经历的焊接热循环20921-1a第25页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环2)焊接热循环的主要参数。图0-11

焊接热循环参数20921-1a第26页/共158页4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第27页/共158页①加热速度vH。加热速度是描述工件温度上升快慢程度的参量。在焊接过程中，它随加热时间而变化，并可从上升段的热循环曲线上求出，一般情况下表示为一定温度范围内的平均值。对于有相变的材料来讲，加热速度会影响相变温度和相变后的均质化程度，从而影响到热影响区的组织和性能。4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第28页/共158页②峰值温度Tm。峰值温度也称最高温度，是热循环曲线上最高点对应的温度。在焊接工件上，不同部位具有不同的峰值温度。一般来讲，焊缝部位的峰值温度高于液相线温度，而热影响区部位的峰值温度低于固相线温度。峰值温度越高，晶粒长大倾向越严重。单就热影响区而言，与焊缝距离不同的点也具有不同的峰值温度(参见图0-10)，因而在热影响区形成不均匀的组织和性能。4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第29页/共158页③高温停留时间tH。高温停留时间一般是指在某一较高参考温度以上的停留时间。在研究相变材料的焊接热循环问题中，将相变温度定为参考温度，这样高温停留时间就变成了相变温度以上的停留时间。在热循环曲线上，高温停留时间tH由加热过程的停留时间tH1和冷却过程的停留时间tH2组成，即tH=tH1+tH2(参见图0-11)。对热影响区来讲，高温停留时间长有利于均质化，但会造成晶粒长大倾向。4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第30页/共158页④冷却速度vc或冷却时间t8/5、t8/3、t100。冷却速度是描述工件温度降低快慢程度的参量。在焊接过程中，冷却速度就是热循环曲线下降段的斜率。由于不同的冷却阶段具有不同的冷却速度，因而常常采用一定温度范围内的平均冷却速度或者冷却至某一温度时的瞬时冷却速度(参见图0-11)。例如，对于低合金钢的焊接来讲，常选用熔合区附近冷却到540℃左右时的瞬时冷却速度。4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第31页/共158页表0-4

单层电弧焊低合金钢时热影响区的热循环参数板厚/mm焊接方法热输入/(J/cm)900℃时的加热速度/(℃/s)900℃以上的停留时间/s冷却速度/(℃/s)备注加热冷却900℃540℃1钨极氩弧焊84017000．41．224060不开坡口对接2钨极氩弧焊168012000．61．812030不开坡口对接3埋弧焊37807002．05．55412不开坡

口对接，有焊剂垫4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第32页/共158页表0-4

单层电弧焊低合金钢时热影响区的热循环参数5埋弧焊71404002．57409不开坡

口对接，有焊剂垫10埋弧焊193202004．013225V形坡

口对接，有焊剂垫15埋弧焊420001009．02292V形坡

口对接，有焊剂垫4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第33页/共158页表0-4

单层电弧焊低合金钢时热影响区的热循环参数25埋弧焊1050006025．07551V形坡

口对接，有焊剂垫4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第34页/共158页3)焊接热循环的特点。①

加热速度快。焊接采用的是能量密度很高的热源，加热集中。其加热速度往往高于热处理几十倍，甚至几百倍。②

峰值温度高。在焊接情况下，熔合区附近的热影响区的峰值温度接近母材的熔点。对于低碳钢和低合金钢来讲，一般都在1350℃左右，而热处理时的加热温度一般不超过相变点Ac3以上200℃。4.焊接温度场和焊接热循环20921-1a第35页/共158页③

高温停留时间短。钢材焊接时，温度高于相变点Ac3以上的停留时间很短，如焊条电弧焊为4～20s，埋弧焊为30～100s，而热处理时可以根据需要任意控制保温时间。④冷却速度快。焊接时的冷却过程一般都是在自然条件下连续进行的，冷却速度快，只有个别情况才进行焊后保温，而热处理时可根据需要来控制冷却速度或在冷却过程的不同阶段进行保温。⑤加热的局部性和移动性。焊接时只对工件进行局部集中加热，并且热源和被加热的部位是移动的，而热处理时工件是在炉中整体加热的。5.本课程的教学目的和内容20921-1a第36页/共158页教学目的使学生掌握材料在熔焊条件下冶金过程的基本理论和基本知识，培养分析各种具体条件下材料焊接性的基本能力，为正确选择焊接材料、制定合理的焊接工艺和探索提高焊接质量的途径奠定基础。教学内容本课程的教学内容分为上下两篇。1.1.1

焊条的组成及作用20921-1a第37页/共158页焊芯药皮1.焊芯20921-1a第38页/共158页焊芯的作用焊芯主要起两个方面的作用：一是传导电流，维持电弧燃烧；二是本身熔化，形成焊缝的填充金属。焊芯的种类和成分由于焊芯的主要作用之一就是作为焊缝的填充金属，因此焊芯的种类和成分对焊缝的成分、组织和性能有直接的影响。1.焊芯20921-1a第39页/共158页表1-1

与母材和焊条对应的焊芯种类母材种类碳钢低合金钢耐热钢不锈钢铸铁镍及镍合金铝及铝合金铜及铜合金焊条种类碳钢低合金钢耐热钢不锈钢铸铁镍及镍合金铝及铝合金铜及铜合金焊芯种低碳钢低碳钢耐热钢不锈钢铸铁或镍或镍铝或铝铜或铜类或低合金钢合金合金合金合金1.焊芯20921-1a第40页/共158页表1-2

低碳钢焊芯的化学成分(GB/T

14957—1994)牌号化学成分（质量分数）(%)CMnSiNiCrCuSPH08A≤0．100．30～0．55≤0．03≤0．30≤0．20≤0．20≤0．030≤0．030H08E≤0．100．30～0．55≤0．03≤0．30≤0．20≤0．20≤0．020≤0．020H08C≤0．100．30～0．55≤0．03≤0．10≤0．10≤0．10≤0．015≤0．015H08Mn≤0．100．30～0．55≤0．07≤0．30≤0．20≤0．20≤0．035≤0．035H08MnA≤0．100．30～0．55≤0．07≤0．30≤0．20≤0．20≤0．030≤0．030H15A0．11～0．180．30～0．65≤0．03≤0．30≤0．20≤0．20≤0．030≤0．0301.焊芯20921-1a第41页/共158页表1-2

低碳钢焊芯的化学成分(GB/T

14957—1994)H15Mn0．11～0．80～≤0．03≤0．30≤0．20≤0．20≤0．03≤0．030．181．10551.焊芯20921-1a第42页/共158页碳的控制。锰的控制。硅的控制。硫和磷的控制。其他元素的控制。2.药皮20921-1a第43页/共158页(1)药皮的作用无论何种焊条，其药皮的主要作用都表现在三个方面，即机械保护作用、冶金处理作用和工艺性能改善作用。机械保护作用。冶金处理作用。工艺性能改善作用。(2)

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。2.药皮20921-1a第44页/共158页表1-3

结构钢焊条药皮的主要组成物(质量分数)(%)组成物钛型钛钙型钛铁矿型氧化铁型纤维素型低氢型碳酸盐4～1215～220～180～33～525～55硅酸盐20～3525～4030～4535～4510～157～23二氧化钛45～6035～450～120～125～80～5钛铁矿—0～2525～40—20～30—赤铁矿———29～35——铁合金10～1210～1513～2024～3014～20≥15有机物0～90～30～50～525～35—氟化物—————15～302.药皮20921-1a第45页/共158页稳弧剂。造气剂。造渣剂。脱氧剂。合金剂。粘结剂。成形剂。2.药皮20921-1a第46页/共158页表1-4

药皮材料的功能及副作用材料主要成分稳弧造气造渣脱氧合金化粘结成形氧化增氢增硫增磷金红石Ti次主钛白粉Ti次主主钛铁矿Ti、FeO次主副赤铁矿F主副副副锰矿Mn主副副大理石CaC次主主副2.药皮20921-1a第47页/共158页表1-4药皮材料的功能及副作用白云

CaC石

+MgC次主主副菱苦

MgC土次主主副硅砂

Si主白泥

Si、A、O主主副滑石

Si、A、MgO主次2.药皮20921-1a第48页/共158页表1-4

药皮材料的功能及副作用长石Si、A、O+NO次主云母Si、A、O、O次主主副氟石Ca主碳酸钠NC次次主碳酸钾C主次2.药皮20921-1a第49页/共158页表1-4

药皮材料的功能及副作用锰铁Mn、Fe次主主副硅铁Si、Fe次主主钛铁Ti、Fe次主次钼铁Mo、Fe次次主铝粉Al次主木粉(次主次次副淀粉(次主次次副糊精(次主次次副钠水玻璃NO·nO主次主2.药皮20921-1a第50页/共158页表1-4

药皮材料的功能及副作用钾水

O·n

主玻璃

O次主2.药皮20921-1a第51页/共158页(3)药皮的类型按照主要组成物种类及其含量不同，焊条药皮可分为氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型和盐基型等八种类型。氧化钛型。氧化钛钙型。钛铁矿型。氧化铁型。纤维素型。低氢型。石墨型。2.药皮20921-1a第52页/共158页8)盐基型。1.1.2

焊条的种类及型号20921-1a第53页/共158页焊条的种类焊条的型号1.焊条的种类20921-1a第54页/共158页(1)按焊条实际用途划分的类别将焊条划分为十大类别。结构钢焊条。不锈钢焊条。钼和铬钼耐热钢焊条。低温钢焊条。铸铁焊条。堆焊焊条。镍及镍合金焊条。铜及铜合金焊条。按焊条的实际用途，可1.焊条的种类20921-1a第55页/共158页铝及铝合金焊条。特殊用途焊条。(2)按焊接熔渣碱度划分的类别按焊接熔渣的碱度，可将焊条划分为酸性焊条和碱性焊条两大类别。酸性焊条。碱性焊条。按焊条药皮类型划分的类别

在对焊条药皮类型的介绍中已经指出，焊条药皮可分为八种类型。按药皮重量系数划分的类别

药皮的重量系数是指焊条中药皮与焊芯的重量之比。2.焊条的型号20921-1a第56页/共158页表1-5

常用焊条的类别代号焊条名称碳钢焊条低合金钢焊条不锈钢焊条铸铁焊条类别代号EEEEZ国家标准GB/T

5117—1995GB/T

5118—1995GB/T

983—1995GB/T

10044—1988焊条名称堆焊焊条镍及镍合金焊条铝及铝合金焊条铜及铜合金焊条类别代号EDENiEAlECu国家标准GB/T

984—2001GB/T

13814—1992GB/T

3669—2001GB/T

3670—19952.焊条的型号图1-1

焊条型号含义的实例20921-1a第57页/共158页2.焊条的型号20921-1a第58页/共158页牌号中的首位字母E表示焊条。E之后的前两位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度值。E之后的第三位数字表示焊条适用的焊接位置，其中0或1表示全位置焊接，2表示平焊和平角焊，4表示立向下焊。E之后第四位数字与第三位数字的组合表示药皮类型和焊接电源的种类，参见表1-6。2.焊条的型号20921-1a第59页/共158页表1-6

碳钢焊条的型号及其含义(GB/T

5117—1995)焊条型号药皮类型电源种类焊接位置熔敷金属抗拉强度2.焊条的型号20921-1a第60页/共158页表1-6

碳钢焊条的型号及其含义(GB/T

5117—1995)E5016低氢钾型交流或直流反接E5018铁粉低氢钾型E5023铁粉钛钙型交流或直流E5024铁粉钛型E5027铁粉氧化铁型交流或直流正接E5028铁粉低氢型交流或直流反接E50481.1.3

焊条的性能20921-1a第61页/共158页焊条的工艺性能焊条的冶金性能1.1.3

焊条的性能20921-1a第62页/共158页表1-7

结构钢焊条药皮的典型配方(质量分数)(%)焊条型号E4300E4313E4303E4301E4320E5011E5016E5015人造金红石304028———5—钛白粉10698—942钛铁矿——628—36——赤铁矿————35———锰矿—————11——大理石13—9———4844白云石—71012————菱苦土7————7——硅砂———————7白泥12101414————表1-7

结构钢焊条药皮的典型配方(质量分数)(%)20921-1a第63页/共158页花岗石————33———长石59—14————云母87106——5—氟石——————1824氟化钠——————2—纯碱———————1锰445度硅铁——————10—低度硅铁———————3钛铁——————513钼铁—————43—表1-7

结构钢焊条药皮的典型配方(质量分数)(%)20921-1a第64页/共158页木粉———1—27——淀粉—4——5———纤维素—5——————1.焊条的工艺性能20921-1a第65页/共158页焊接电弧的稳定性

电弧的稳定性是指电弧维持稳定燃烧的程度，如是否产生断弧、飘移以及偏吹等。焊接位置的适应性

焊接位置的适应性是指焊条对不同空间位置焊接难易程度的适应能力。焊缝成形

焊缝成形是描述焊缝表面光滑程度、表面是否存在缺陷以及几何形状和尺寸是否正确的宏观指标。熔渣凝固温度的影响。熔渣粘度的影响。熔渣表面张力的影响。(4)焊接飞溅与熔敷效率1.焊条的工艺性能20921-1a第66页/共158页焊接飞溅。熔敷效率。1.焊条的工艺性能20921-1a第67页/共158页表1-8

几种典型焊条的熔敷系数焊条型号E4303E4301E4320E4315E5015/［g/(A·h)］8．39．78．29．08．51.焊条的工艺性能(5)

脱渣性

脱渣性是指焊后从焊缝表面清除焊接渣壳的难易程度。1)熔渣线膨胀系数的影响。图1-2

几种焊条熔渣和低碳钢的线膨胀系数20921-1a第68页/共158页1.焊条的工艺性能20921-1a第69页/共158页熔渣氧化性的影响。熔渣松脆性的影响。(6)焊接烟尘焊接烟尘是指在电弧高温作用下而产生的高温金属和非金属蒸气，在电弧周围空间中被氧化和冷凝而形成的细小的固态颗粒。1.焊条的工艺性能20921-1a第70页/共158页表1-9

不同类型焊条的发尘速度和发尘量焊条类型钛钙型高钛型钛铁矿型低氢型发尘速度/(mg/min)200～280280～320300～360360～450发尘量/(g/kg)6～87～98～1010～201.焊条的工艺性能20921-1a第71页/共158页表1-10

不同类型焊条烟尘的组成成分(质量分数)(%)焊条型号FSiMnOTiCaOMgONOOCaNaFKFE430348．1217．937．182．610．950．276．036．81———E501524．935．626．301．2210．34—6．39—19．9213．717．951.焊条的工艺性能20921-1a第72页/共158页表1-11

不同类型焊条烟尘所含的化学元素及可溶性物质的质量分数焊条型号大量元素中量元素少量元素可溶性物质的质量分数(%)可溶性氟的质量分数(%)E4303FeSi、Mn、Na、CaK、Mg、Al20．50E5015Fe、F、NaCa、KMn、Si、Ti49．39．11.焊条的工艺性能20921-1a第73页/共158页(7)焊条药皮的发红焊条药皮的发红是指焊条在使用到后半段时由于温升过高而使药皮发红、开裂甚至脱落的现象。2.焊条的冶金性能20921-1a第74页/共158页表1-12

不同药皮类型的结构钢焊条的工艺性能焊条型号E4313E4303E4301E4320E5011E5016E5015药皮类型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熔渣性质酸性短酸性短酸性较酸性长酸性短碱性短碱性短渣渣短渣渣渣渣渣焊接电弧的稳定性柔和稳定稳定稳定稳定稳定较差较差2.焊条的冶金性能20921-1a第75页/共158页表1-12

不同药皮类型的结构钢焊条的工艺性能焊接位置的适应性平焊易易易易易易易立向上焊易易易不可极易易易立向下焊易易难不可易易易仰焊稍易稍易易不可极易稍难稍难2.焊条的冶金性能20921-1a第76页/共158页表1-12

不同药皮类型的结构钢焊条的工艺性能焊缝成形焊缝外观纹细美观美观美观美观粗糙稍粗稍粗焊脚形状凸平平或稍凸平平平或凹平或凹熔深小中中稍大大中中咬边小小中小大小小焊接飞溅与熔敷效率焊接飞溅少少中中多较多较多熔敷效率中中稍高高高中中脱渣性好好好好好较差较差焊接烟尘少少稍多多少多多2.焊条的冶金性能20921-1a第77页/共158页对氧的控制酸性焊条熔渣中的SiO2和焊接气氛中的含氧气体将铁氧化成FeO而使焊缝增氧，在酸性渣的环境下采用锰铁进行脱氧能取得较好的脱氧效果。对氢的控制

酸性焊条熔渣中的强氧化物SiO2、MnO及FeO等具有一定的脱氢能力，但焊缝金属中含氢量还相对较高。对氮的控制酸性焊条含有大量的造渣剂和相当数量的造气剂，形成以渣为主的渣-气联合保护，焊缝的含氮量较低。2.焊条的冶金性能20921-1a第78页/共158页对硫的控制

酸性焊条药皮中的锰铁具有较好的脱硫作用，同时熔渣中MnO和CaO也能起到脱硫的作用，但由于酸性渣的碱度较低以及FeO含量较高而使脱硫的效果有所减弱。对磷的控制酸性焊条熔渣中的FeO和CaO共同起到脱磷的作用，但由于酸性渣的碱度较低以及CaO含量较少而使脱磷效果变差。2.焊条的冶金性能20921-1a第79页/共158页表1-13

不同药皮类型的结构钢焊条的冶金性能焊条型号E4313E4303E4301E4320E4311E4316E4315药皮类型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熔渣碱度的理论值0．40～0．65～1．06～1．02～1．10～1．60～1．60～0．500．761．301．401．341．801．80焊缝金属的化学成分(质量分数)(%)C0．07～0．100．07～0．080．07～0．100．08～0．100．08～0．100．07～0．100．07～0．10Si0．15～0．200．10～0．15<0．10～0．100．06～0．100．35～0．450．35～0．45Mn0．25～0．350．35～0．500．40～0．500．52～0．800．25～0．400．70～1．100．70～1．10S0．018～0．0300．015～0．0250．016～0．0280．018～0．0250．016～0．0220．015～0．0250．012～0．025P0．020～0．0320．020～0．0300．022～0．0350．030～0．0500．025～0．0350．025～0．0280．020～0．0250921-1a第80页/共158页22.焊条的冶金性能表1-13

不同药皮类型的结构钢焊条的冶金性能2.焊条的冶金性能20921-1a第81页/共158页表1-13

不同药皮类型的结构钢焊条的冶金性能焊缝中氧、

氮的质量分数(%)O0．06～0．080．06～0．100．08～0．110．10～0．120．06～0．090．025～0．0350．025～0．035N0．025～0．0300．024～0．0300．025～0．0300．020～0．0250．010～0．0200．010～0．0220．007～0．020氢含量H/(ml/100g)25～3025～3024～3026～3030～408～106～82.焊条的冶金性能20921-1a第82页/共158页表1-13不同药皮类型的结构钢焊条的冶金性能焊缝金属力学性能/MPa430～490430～490420～480430～470430～490470～540470～540δ(%)20～2822～3020～3025～3020～2822～3024～35ψ(%)60～6560～7060～6860～6860～6568～7270～75/J常温0℃0℃常温-30℃-30℃-30℃50～7570～11560～11060～110100～13080～18080～180锰对硫的质量比8～1213～1612～1814～288～1430～3830～38锰对硅的质量比1．5～1．82．5～3．04～56～83．5～4．02．0～2．52．0～2．5夹杂物总质量分数

(%)0．109～0．1310．134～0．203～0．100．028～0．0902.焊条的冶金性能20921-1a第83页/共158页表1-13

不同药皮类型的结构钢焊条的冶金性能抗裂性能抗气孔性能一般一般尚好尚好较好较好一般一般良好

良好对铁锈和水分敏感性不太敏感不敏感不太敏感非常敏感备注以锰脱氧为主氧化性强造气保

正接时易出现气孔护1.2.1

焊丝的种类和编号20921-1a第84页/共158页焊丝的种类焊丝的型号焊丝的牌号1.焊丝的种类20921-1a第85页/共158页按焊丝适用的焊接方法划分的类别按焊丝适用的焊接方法，可将焊丝分为钨极氩弧焊焊丝、熔化极氩弧焊焊丝、二氧化碳焊焊丝、埋弧焊焊丝、电渣焊焊丝、堆焊焊丝、气焊焊丝及自保护焊焊丝等。按焊丝适用的被焊材料划分的类别按焊丝适用的被焊材料，可将焊丝分为碳钢焊丝、合金钢焊丝、不锈钢焊丝、铸铁焊丝、硬质合金焊丝、铝及铝合金焊丝、铜及铜合金焊丝以及镍及镍合金焊丝等。按焊丝本身的形状结构划分的类别按焊丝本身的形状结构，可将焊丝分为实芯焊丝和药芯焊丝等。2.焊丝的型号20921-1a第86页/共158页(1)

实芯焊丝的型号

实芯焊丝的型号由字母和数字组成，主要表示焊丝的类别、熔敷金属的抗拉强度、化学成分或金属类型等。2.焊丝的型号20921-1a第87页/共158页表1-14

一些实芯焊丝型号名称的代表字母焊丝名称碳钢焊丝合金钢焊丝铸铁焊丝铝及铝合金焊丝镍及镍合金焊丝代表字母ERERRZSAlERNi2.焊丝的型号图1-3

实芯焊丝型号含义的实例20921-1a第88页/共158页2.焊丝的型号20921-1a第89页/共158页型号中的前两个字母ER表示焊丝。ER之后的两位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度值。短横后面的字母或数字表示焊丝化学成分分类代号。如还附加其他化学元素时，直接用元素符号表示，并以短横与前面数字分开。(2)

药芯焊丝的型号

碳钢药芯焊丝的型号是由焊丝类别代号和焊缝金属的力学性能代号两部分组成，即EF××-××××，型号含义的实例如图1-4所示。2.焊丝的型号图1-4

药芯焊丝型号含义的实例20921-1a第90页/共158页2.焊丝的型号20921-1a第91页/共158页1)焊丝类别代号。2.焊丝的型号20921-1a第92页/共158页表1-15

药芯焊丝的类别代号类别代号EF×1EF×2药芯类型氧化钛型氧化钛型保护气体二氧化碳二氧化碳电源种类直流反接直流反接适用性单道焊、多道焊单道焊EF×3氧化钙氟化物型二氧化碳直流反接单道焊、多道焊EF×4—自保护直流反接单道焊、多道焊EF×5—自保护直流反接单道焊、多道焊EF×G———单道焊、多道焊EF×GS———单道焊2.焊丝的型号20921-1a第93页/共158页2)力学性能代号。2.焊丝的型号20921-1a第94页/共158页表1-16

V形缺口冲击吸收功和试验温度的数字代号第一位数字温度/℃冲击吸收功/J第二位数字温度/℃冲击吸收功/J0没有规定0没有规定1+20≥271+20≥472023-2034-3045-4053.焊丝的牌号20921-1a第95页/共158页(1)实芯焊丝的牌号学成分编制的。实芯焊丝的牌号主要是按焊丝的化3.焊丝的牌号20921-1a第96页/共158页表1-17

一些实芯焊丝牌号名称的代表字母焊丝名称碳钢焊丝合金钢焊丝铸铁焊丝铝及铝合金焊丝铜及铜合金焊丝代表字母HHHSHSHS3.焊丝的牌号焊丝牌号中的首字母H表示焊接用实芯焊丝。H后面的一位或两位数字表示碳的质量分数。化学元素符号及其后面的数字表示该元素的大致质量分数。牌号尾部标有A或E时，表示优质或特优，亦即焊丝的硫、磷含量较低或更低。图1-5

实芯焊丝牌号含义的实例20921-1a第97页/共158页3.焊丝的牌号图1-6

药芯焊丝牌号含义的实例20921-1a第98页/共158页3.焊丝的牌号20921-1a第99页/共158页(2)药芯焊丝的牌号药芯焊丝的牌号是按焊丝的类别、熔敷金属的化学成分或抗拉强度、药芯类型及保护方式等编制的，牌号形式为Y××××-×，典型结构钢药芯焊丝牌号含义的实例如图1-6所示。焊丝牌号中的第一个字母Y表示药芯焊丝，第二个字母表示焊丝大的类别。第二个字母之后的前两位数字表示若干小类，第三位数字表示药芯类型和焊接电源种类。3.焊丝的牌号20921-1a第100页/共158页短横后面的数字表示焊接时的保护方式，其中1为气保护，2为自保护，3为气保护和自保护两用，4为其他保护形式。当药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和主要用途的字母，一般不超过两个。1.2.2

实芯焊丝20921-1a第101页/共158页气体保护焊用实芯焊丝埋弧焊用实芯焊丝1.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第102页/共158页(1)

氩弧焊焊丝

钨极氩弧焊用的焊丝只是作为焊缝的填充金属，而不充当导电的电1.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第103页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)钢种牌号化学成分（质量分数）(%)CMnSiNiCrMoVCu≤TiS≤P≤1.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第104页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)合H10≤1．5≤≤≤—

—

0．2—

0．00．0金Mn20．10～0．00．30．203535结21．9700构0钢H08≤1．70．6≤≤—

—

0．2—

0．00．0Mn20．10～5～0．30．203535Si12．10．900051.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第105页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)H08Mn2SiA≤0．111．80～2．100．65～0．95≤0．30≤0．20——

0．20—

0．0300．030H10≤0．80．6≤≤——

0．2—

0．00．0MnS0．10～0～0．30．203535i41．100．9000H10≤0．90．7≤≤0．1—

0．2—

0．00．0MnS0．10～0～0．30．25～03535iMo41．201．10000．251.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第106页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)H10MnSiMoTiA0．18～0．121．00～1．300．40～0．70≤0．30≤0．200．20～0．40—

0．200．05～0．150．0250．030H08≤1．2≤≤≤0．3—

0．20．10．00．0Mn0．10～0．20．30．20～053030MoA01．605000．50H080．01．6≤≤≤0．5—

0．20．10．00．0Mn26～0～0．20．30．20～053030MoA0．111．905000．701.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第107页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)H10Mn2MoA0．08～0．131．70～2．00≤0．40≤0．30≤0．200．60～0．80—0．200．150．0300．030H080．01．6≤≤≤0．50．00．20．10．00．0Mn26～0～0．20．30．20～6～053030MoVA0．111．905000．700．12H100．01．7≤≤≤0．60．00．20．10．00．0Mn28～0～0．40．30．20～6～053030MoVA0．132．000000．800．121.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第108页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)H08CrMoA≤0．100．40～0．700．15～0．35≤0．300．80～1．100．40～0．60—

0．20—

0．0300．030H130．10．40．1≤0．80．4—

0．2—

0．00．0CrM1～0～5～0．30～0～03030oA0．160．700．3501．100．60H180．10．40．1≤0．80．1—

0．2—

0．00．0CrM5～0～5～0．30～5～02530oA0．220．700．3501．100．251.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第109页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)H08CrMoVA≤0．100．40～0．700．15～0．35≤0．301．00～1．300．50～0．700．15～0．350．20—

0．0300．030H080．00．50．11．40．70．2—0．2—

0．00．0CrNi5～0～0～0～0～0～025252Mo0．10．80．31．81．00．4A050000H300．20．80．9≤0．8——0．2—

0．00．0CrM5～0～0～0．30～02530nSiA0．351．101．2001．101.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第110页/共158页表1-18

结构钢实芯焊丝的牌号和化学成分(GB/T

14957—1994)H10≤0．40．1≤0．40．4—

0．2—

0．00．0MoC0．10～5～0．35～0～03030rA20．70．300．60．605501.气体保护焊用实芯焊丝20921-1a第111页/共158页(2)

二氧化碳焊焊丝

二氧化碳作为保护气体能有效防止空气进入焊接区，但二氧化碳焊的气氛具有很强的氧化性，易造成合金元素的氧化烧损。2.埋弧焊用实芯焊丝20921-1a第112页/共158页碳素结构钢焊丝

碳素结构钢焊丝主要是含锰量较低的低碳钢焊丝，如H08A、H15A及H08MnA等。合金结构钢焊丝

合金结构钢焊丝从合金系上看可分几个系列，如Mn-Si系、Mn-Mo系及Cr-Mo系等。1.2.3

药芯焊丝20921-1a第113页/共158页药芯焊丝的种类及其特点药芯焊丝的工艺特性1.药芯焊丝的种类及其特点20921-1a第114页/共158页表1-19

典型合金结构钢药芯焊丝的化学成分和力学性能牌号熔敷金属化学成分（质量分数）(%)熔敷金属力学性能CSiMnNiCrMoCu/MPa/MPaδ(%)/JYJ420

1≤0．1≤0．5≤1．2——≤0．1—≥420—≥22-20℃≥47YJ502

1≤0．1≤0．5≤1．2————≥490—≥22-20℃≥47YJ502CuCr

1≤0．12≤0．60．5～1．2—0．25～0．60—0．2～0．5≥490≥350≥200℃≥47YJ506

20．2≤0．9≤1．75————≥490—≥160℃≥27YJ507

1≤0．1≤0．5≤1．2————≥490—≥22-20℃≥471.药芯焊丝的种类及其特点20921-1a第115页/共158页表1-19

典型合金结构钢药芯焊丝的化学成分和力学性能YJ50720．2≤0．9≤1．750．5—

0．3—

≥490≥390≥20-30℃≥27YJ607≤≤1．2～——

0．25～—

≥590≥530≥15-50℃10．120．61．750．45≥27YJ707≤≤≤——

≤—

≥420—≥22-20℃10．10．51．20．1≥471.药芯焊丝的种类及其特点20921-1a第116页/共158页按焊丝外层结构划分的类别

按焊丝外层的结构，药芯焊丝可分为有缝焊丝和无缝焊丝。按焊丝内部粉剂种类划分的类别

按焊丝内部粉剂的种类，可将药芯焊丝分为药粉型焊丝和金属粉型焊丝。按形成渣系碱度划分的类别

按焊丝所形成渣系的碱度，可将药芯焊丝分为钛型渣系(酸性)焊丝、

钛钙型渣系(中性或弱碱性)焊丝和钙型渣系(碱性)焊丝。按是否使用保护气体划分的类别

按焊接中是否使用保护气体，可将药芯焊丝分为气体保护焊丝和自保护焊丝。2.药芯焊丝的工艺特性20921-1a第117页/共158页焊接飞溅小药芯焊丝中加入的稳弧剂能使电弧稳定燃烧，熔滴过渡更均匀、平稳，因而不仅飞溅的颗粒小，而且数量很少。焊缝成形美观药芯焊丝中加入的药粉在受热熔化后所形成的熔渣，不仅能对焊缝金属起到保护作用，而且能够改善焊缝成形。熔敷效率高药芯焊丝的导电截面小，而且焊接时可采用较大的电流，因此焊接电流密度高，焊丝熔化速度快，熔敷效率高。2.药芯焊丝的工艺特性20921-1a第118页/共158页(4)可进行全位置焊接通过在药芯焊丝中加入不同的造渣剂，能有效调节渣系的物理性质和化学性质，使渣系的粘度和表面张力随温度的变化特性向着有利于空间位置焊接的方向发展。1.3.1

焊剂的种类和质量要求20921-1a第119页/共158页焊剂的种类焊剂的质量要求1.焊剂的种类20921-1a第120页/共158页(1)按焊剂化学组成划分的类别按SiO2质量分数划分。按MnO质量分数划分。按CaF2质量分数划分。按SiO2、MnO和CaF2质量分数组合划分。按焊剂主要组分划分。(2)

按焊剂化学性质划分的类别

根据焊剂的化学性质，可将焊剂分为氧化性焊剂、弱氧化性焊剂和无氧化性焊剂，这是由它们的不同组成决定的。1)氧化性焊剂。1.焊剂的种类20921-1a第121页/共158页弱氧化性焊剂。无氧化性焊剂。(3)按焊剂的熔渣碱度划分的类别熔渣碱度是焊剂的一个重要性质，它对焊剂的工艺性能和冶金性能有决定性影响。酸性焊剂。中性焊剂。碱性焊剂。(4)

按焊剂颗粒结构划分的类别

根据焊剂的颗粒结构，可将焊剂分为玻璃状焊剂、结晶状焊剂和浮石状焊剂。1.焊剂的种类20921-1a第122页/共158页按焊剂适用对象划分的类别和被焊材料。按焊剂制造方法划分的类别适用对象分为焊接方法根据焊剂的制造方法，可将焊剂分为熔炼焊剂和烧结焊剂。熔炼焊剂。烧结焊剂。2.焊剂的质量要求20921-1a第123页/共158页冶金性能的要求工艺性能的要求要求焊剂应具有良好的冶金性能。要求焊剂应具有良好的工艺性能。颗粒尺寸和强度的要求

要求焊剂应具有合适的颗粒尺寸，以利于它的保护作用和冶金处理作用。水分和杂质含量的要求

要求焊剂中水的质量分数不大于0.1%，机械夹杂物的质量分数不大于0.3%，硫的质量分数不大于0.06%，磷的质量分数不大于0.08%。1.3.2

焊剂的型号和牌号20921-1a第124页/共158页焊剂的型号焊剂的牌号1.焊剂的型号图1-7

焊剂型号含义的实例20921-1a第125页/共158页1.焊剂的型号20921-1a第126页/共158页型号中首位上的字母F表示焊剂。第二位上的数字表示熔敷金属的最低抗拉强度，具体数值如表1-20所示。1.焊剂的型号20921-1a第127页/共158页表1-20

焊剂型号中第二位上的数字所代表的含义第二位上的数字抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率δ(%)3410～540≥300≥2245480～650≥4001.焊剂的型号20921-1a第128页/共158页第三位上的字母表示试样的状态，其中A表示焊态，P表示焊后热处理状态(装炉温度不高于300℃，升温速度不大于200℃/h，620℃±15℃保温1h，低于190℃/h的冷速随炉冷至320℃，炉冷或空冷至室温)。第四位上的数字表示熔敷金属冲击吸收功不小于27J时的最低试验温度，具体数值如表1-21所示。1.焊剂的型号20921-1a第129页/共158页表1-21

焊剂型号中第四位上的数字所代表的含义第四位上的数字023456试验温度/℃0-20-30-40-50-601.焊剂的型号20921-1a第130页/共158页5)短横之后的所有字母和数字表示焊丝的牌号，其含义已在焊丝牌号中进行了说2.焊剂的牌号图1-8

熔炼焊剂牌号含义的实例20921-1a第131页/共158页2.焊剂的牌号20921-1a第132页/共158页(1)

熔炼焊剂的牌号

熔炼焊剂主要用于埋弧焊及电渣焊，并用HJ×××表示其牌号，牌号含义的实例如图1-8所示。牌号中的前两个字母HJ表示埋弧焊及电渣焊用熔炼焊剂。HJ之后的第一位数字表示焊剂中MnO的含量，具体数值范围如表1-22所示。HJ之后的第二位数字表示焊剂中SiO2和CaF2的含量，具体数值范围如表1-23所示。2.焊剂的牌号20921-1a第133页/共158页HJ之后的第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号，并按0、1、2、…、9的顺序编排。同一牌号的焊剂有两种颗粒度时，在细颗粒焊剂牌号后加字母X。2.焊剂的牌号20921-1a第134页/共158页表1-22

熔炼焊剂牌号中第一位数字所代表的含义焊剂牌号焊剂类型MnO质量分数(%)HJ1××无锰＜2HJ2××低锰2～15HJ3××中锰15～30HJ4××高锰＞302.焊剂的牌号20921-1a第135页/共158页表1-23

熔炼焊剂牌号中第二位数字所代表的含义焊剂牌号焊剂类型Si质量分数(%)Ca质量分数(%)HJ×1×低硅低氟＜10＜10HJ×2×中硅低氟10～30＜10HJ×3×高硅低氟＞30＜10HJ×4×低硅中氟＜1010～30HJ×5×中硅中氟10～3010～30HJ×6×高硅中氟＞3010～30HJ×7×低硅高氟＜10＞30HJ×8×中硅高氟10～30＞30HJ×9×其他不规定不规定2.焊剂的牌号图1-9

烧结焊剂牌号含义的实例20921-1a第136页/共158页2.焊剂的牌号20921-1a第137页/共158页(2)

烧结焊剂的牌号

烧结焊剂主要用于埋弧焊，其牌号的一般形式为SJ×××，牌号含义的实例如图1-9所示。牌号中的前两个字母SJ表示埋弧焊用烧结焊剂。SJ之后的第一位数字表示焊剂熔渣的渣系类型，如表1-24所示。SJ之后的第二和第三位数字表示同一渣系类型焊剂的不同牌号，并按01、02、…、09的顺序编排。2.焊剂的牌号20921-1a第138页/共158页表1-24烧结焊剂牌号中第一位数字所代表的含义焊剂牌号焊剂类型

主要组分的质量分数(%)SJ1××氟碱型

Ca≥15%、CaO+MgO+MnO+Ca＞50%、Si≤20%SJ2××高铝型

A≥20%、A+

CaO+MgO＞45%SJ3××硅钙型

CaO+MgO+Si＞60%SJ4××硅锰型

MnO+Si＞50%SJ5××铝钛型

A+Ti＞45%SJ6××其他型

不规定1.3.3

焊剂的特点及应用20921-1a第139页/共158页熔炼焊剂烧结焊剂焊条由哪几部分组成?它们的作用是什么?焊条药皮的类型由哪几种?按功能划分，焊条药皮的组成物是什么?指出焊条型号所代表的含义，并以E4303和E5015为例加以说明。焊条的冶金性能和工艺性能各包括哪几个方面的内容?1.3.3

焊剂的特点及应用20921-1a第140页/共158页从酸性焊条和碱性焊条的组成出发，对比分析它们的冶金性能和工艺性能。说明药芯焊丝的种类、特点及工艺特性。指出焊丝型号和牌号所代表的含义，并以ER55-B2-M

n、EF03-5042、H08Mn2SiA和YJ422-1为例加以说明。8.焊剂的种类有哪些?对焊剂的质量有何要求?指出焊剂型号和牌号所代表的含义，并以F4A0-H08A和HJ431-X为例加以说明。举例说明焊剂与焊丝如何配合使用。1.熔炼焊剂20921-1a第141页/共158页表1-25

典型熔炼焊剂的组成成分焊剂牌号焊剂类型组成物的质量分数(%)SiMnOCaACaOMgOFeOOTiNaFZrS≤P≤HJ130无锰高硅低氟35～40—4～712～1610～1814～192—7～11——0．050．051.熔炼焊剂20921-1a第142页/共158页表1-25

典型熔炼焊剂的组成成分HJ1无34～—

2～6～48～—≤≤3—

—

—

0．0．31锰高硅低氟3859551．00508HJ1无21～—

25～28～3～9～≤≤3—

—

—

0．0．50锰中硅中氟2333327131．008081.熔炼焊剂20921-1a第143页/共158页表1-25

典型熔炼焊剂的组成成分HJ1无24～—18～22～≤613～———

——0．0．51锰中硅中氟302430200708HJ1无3～1～45～28～2～—≤≤3—

2～2～0．0．72锰低硅高氟62553550．83405051.熔炼焊剂20921-1a第144页/共158页表1-25

典型熔炼焊剂的组成成分HJ2低40～5～7～10～8～10～≤——

—

—

0．0．30锰高硅低氟4610111714141．50505HJ2低18～5～23～18