焊接材料教案

第二章

焊接材料1第一页，共八十九页。我国焊接材料生产

和消耗的概况

及

存在的主要问题

2第二页，共八十九页。

年

份

焊条实芯焊丝药芯焊丝埋弧焊丝年总产量自动化率（%）

199555.0（87%）5.60.052.362.95

20%199772.5（89%）5.60.103.5581.40

19%199887.0(86%)7.0

0.4

0.30

0.995.0

99.40

100.8

20%

21.6%

1999~90(84%)~10

0.550.30

0.955.0105.3106.8

23%

25.8%

2000~90(82%)~11

0.650.40

1.16.0107.4109.2

25%

30.8%3第三页，共八十九页。我国近五年焊条和各种焊丝产量统计图4第四页，共八十九页。73家特大、大、中型工厂耗用焊材的比例5第五页，共八十九页。CO2焊丝用量/CO2焊丝+焊条总重量6第六页，共八十九页。7第七页，共八十九页。8第八页，共八十九页。

日本近10年焊接材料总产量及各种材料的产量统计图9第九页，共八十九页。

日本近10年焊接材料种类分布百分数统计图10第十页，共八十九页。第一节焊条 第二节焊剂第三节 焊丝第二章焊接材料11第十一页，共八十九页。重点内容1、焊条分类及制备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、焊剂的性能用途5、气保焊丝和药芯焊丝12第十二页，共八十九页。§2-1焊条13第十三页，共八十九页。一．焊条分类１.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14第十四页，共八十九页。(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15第十五页，共八十九页。二、焊条的型号与牌号

1、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。16第十六页，共八十九页。J507焊条为例J 5 0 7低氢型药皮、直流焊缝金属抗拉强度不低于490MPa结构钢焊条17第十七页，共八十九页。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，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。18第十八页，共八十九页。完整的焊条型号举例如下：E 43 1 5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19第十九页，共八十九页。三、焊条的组成

作用：导电、填充金属、焊芯材料有选择性:用量最多的是H08、H08A，还有H08E。

2、

药皮１、焊芯—焊丝

作用：①机械保护作用

②冶金处理作用

③工艺性能良好20第二十页，共八十九页。药皮组成①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

②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、长石等。③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。21第二十一页，共八十九页。④脱氧剂:降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧。铁合金：锰铁、钛铁、硅铁、Re等。⑤合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。合金、纯金属、一般Mn-Fe、Si-Fe要纯化发醇加５％高锰酸钾纯化.

⑥粘结剂:将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。⑦增塑性:便于用机器压制焊条，额外加入一些能改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥、滑石等。22第二十二页，共八十九页。三、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4.325.125.166.086.817.407.837.9411.2213.5313.5618.614.323第二十三页，共八十九页。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。24第二十四页，共八十九页。判定稳弧性：①测最大的燃烧电弧长度LmaxLmax↑稳↑断弧长度越大,稳弧性越好.②示波器,观察电流,电弧电压波形的变化情况25第二十五页，共八十九页。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26第二十六页，共八十九页。2.表面成型

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2）熔渣的粘度3）表面张力4）熔滴过渡27第二十七页，共八十九页。T↑η↓η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η1～2泊,铁水η0.019泊,熔渣的粘度也决定于熔渣的化学成分.表面张力σ↓复盖性好，但不能过小，σ↑熔渣易成球型,复盖性不好.28第二十八页，共八十九页。

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第二十九页，共八十九页。3.在各种位置焊接适应性

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:①重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡;②熔池金属和熔渣下流.30第三十页，共八十九页。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1180-135017031第三十一页，共八十九页。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（η）、表面张力（σ）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.32第三十二页，共八十九页。4.脱渣性

脱渣性:焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度。影响因素:

1）熔渣的线膨胀系数2）熔渣的松脆性3）熔渣氧化性33第三十三页，共八十九页。34第三十四页，共八十九页。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，CaF２多,色黑而硬,均不利于脱渣.35第三十五页，共八十九页。2)熔渣氧化性熔渣氧化性太强,脱渣难。原因是:①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.②晶格与—Fe搭接③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。④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。36第三十六页，共八十九页。5.飞溅

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:①粘度↑飞溅↑②I↑飞溅↑③药皮水分↑飞溅↑④U↑飞溅↑⑤电源种类,交流飞溅>直流飞溅

37第三十七页，共八十九页。６.焊条的熔化速度

1）焊条的熔化速度焊接过程中,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.

αH=αP(1-ψ)38第三十八页，共八十九页。ⅰ）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αP小。U↑αP↑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,αP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αP↑.39第三十九页，共八十九页。药皮成分中含有进行放热反应的物质时,加速焊条熔化αP↑,为了提高生成率,铁粉焊条提高αP↑熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的百分比。例：J422—Fe160表示加纯铁粉熔敷效率为160%的J422.ⅱ）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.40第四十页，共八十九页。７、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。41第四十一页，共八十九页。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.42第四十二页，共八十九页。改善方法

１.

减小发尘量２.

减小尘中致毒物质数量

具体措施:

①减少药皮中萤石的含量

②减小水玻璃

③减少电弧的过热程度.

43第四十三页，共八十九页。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①锰脱氧②硅脱氧③碳的氧化与脱氧

44第四十四页，共八十九页。铁的氧化:①氧直接使铁氧化② 使铁氧化③水蒸气使铁氧化④渣中 氧化物使Fe氧化 由 还原引起45第四十五页，共八十九页。2、还原反应

使焊缝增硅3、脱硫S从0.017%增到0.019%4、脱Ｐ

从0.019%增到0.035%由于渣中CaO、MnO量少,TiO2、SiO2含量较高,难以进行脱Ｐ.Ｓ反应,严格限制原材料含Ｓ.Ｐ量.46第四十六页，共八十九页。5、

合金化

锰铁主要是脱氧、脱硫，合金化必需是另外加入所需元素6、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,Ｎ量不多.熔渣氧化↑、CO气孔↑，调整氧化性防止产生两大类气孔。7、焊接烟尘47第四十七页，共八十九页。渣系，碱度高达1.89。（二）、低氢焊条

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%.48第四十八页，共八十九页。

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:49第四十九页，共八十九页。3、对硫.磷的控制脱Ｓ效果好,含量高,Ｓ由0.02%降到0.011%脱磷效果较差.Ｐ0.01%增到0.021%.4、烟尘由于氟中毒，危害较大，是低氢型焊条研究的重要课题。该类焊条，机械性能比钛钙型焊条好,尤其韧性好，硫、磷、氧、氢量少，用于焊接重要结构,各种合金钢。但工艺性能差主要是稳弧性、脱渣性差，烟尘大。

50第五十页，共八十九页。六、.焊条的设计（一）设计原则（二）设计依据（1）被焊母材的化学成分与力学性能指标（2）焊件的工作条件（3）施工现场的焊接设备情况（4）电焊条制造的生产工艺条件51第五十一页，共八十九页。（三）设计方法1.在传统配方基础上的改进与创新2.计算化学成分配比3.焊条配方的优化设计法52第五十二页，共八十九页。（四）设计步骤1.选定焊芯2.选定药皮类型、渣系及药皮配方1）根据被焊金属使用性能，拟定焊缝金属合金系统2）根据焊件焊接性，确定焊缝金属化学成分3）确定焊缝金属合金系统，确定药皮类型、渣系4）确定合金剂种类数量，选定药皮原材料5）通过具体试验进行配方调整53第五十三页，共八十九页。七、焊条的制造（一）焊芯制备（二）焊条药皮材料制备（三）水玻璃的制备化学式R2O.nSiO2.R2O为碱金属氧化物1.模数m-----系数，对于钠水玻璃为1.03254第五十四页，共八十九页。2.浓度水玻璃的浓度有两种表示方法（1）波美浓度（2）密度3.粘度55第五十五页，共八十九页。（四）配料、混拌及压涂（五）焊条烘焙（六）经过检验，质量合格的焊条可包装、入库、出厂本节结束56第五十六页，共八十九页。§2-2焊剂

57第五十七页，共八十九页。PPT内容概述第二章

焊接材料。日本近10年焊接材料总产量及各种材料的产量统计图。作用：①机械保护作用。⑤合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。Lmax↑稳↑断弧长度越大,稳弧性越好.。FeO晶格结构体心立方，焊缝金属—Fe体心立方.。1）熔池内部气体的熔池中逸出引起。4）短路过渡时,电弧再燃时产生飞溅。αH=αP(1-ψ)。例：J422—Fe160表示加纯铁粉熔敷效率为160%的J422.。１.

减小发尘量。２.

减小尘中致毒物质数量。酸性焊条:熔渣碱度为0.76,属于酸性渣，。但工艺性能差主要是稳弧性、脱渣性差，烟尘大。1）根据被焊金属使用性能，拟定焊缝金属合金系统。3）确定焊缝金属合金系统，确定药皮类型、渣系。4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号。通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制成烧结型焊剂。1.低锰焊丝 含Mn0.2%~0.8%。2.中锰焊丝 含Mn0.8%~1.5%。88第五十八页，共八十九页。

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。埋弧焊、电渣焊多用于焊接钢，少数用于焊接有色金属。59第五十九页，共八十九页。钢用焊剂分类

１.按制造方法分类(１)熔炼焊剂(２)非熔炼焊剂2.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第六十页，共八十九页。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第六十一页，共八十九页。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%62第六十二页，共八十九页。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%63第六十三页，共八十九页。3.按焊剂化学性质分

(1)氧化性焊剂

(2)弱氧化性焊剂

(3)中性焊剂

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64第六十四页，共八十九页。二.焊剂牌号编制方法

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１××无锰 焊剂２××低锰 焊剂３××中锰焊剂４××高锰焊剂５××陶质型焊剂６××烧结型焊剂７××待发展65第六十五页，共八十九页。3.牌号第２位数字表示焊剂中氧化硅、氟化钙含量焊剂×１×低硅低氟焊剂×２×中硅低氟焊剂×３×高硅低氟 焊剂×４×低硅中氟焊剂×５×中硅中氟 焊剂×６×高硅中氟焊剂×７×低硅高氟 焊剂×８×中硅高氟焊剂×９×待发展

66第六十六页，共八十九页。4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号

按０、１、２、３、４、５、６、７、８、９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４３１表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型

67第六十七页，共八十九页。三.焊剂的性能和用途

(一).熔炼焊剂１.高硅焊剂

以硅酸盐为主>30%，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、高硅低焊剂、高硅无锰焊剂

68第六十八页，共八十九页。２.中硅焊剂

含数量较低，.().量较多，碱度较高属于弱氧化性焊剂。中硅焊剂配合适当焊丝焊接合金结构钢，弱氧化性中硅焊剂，焊缝金属含Ｈ量高，抗冷裂纹能力弱。在中硅焊剂中加相当数量,氧化性Ｈ这种焊剂为中硅氧化性焊剂，焊缝金属中又具有相当高的韧性，用于焊接高强钢。69第六十九页，共八十九页。焊剂由...组成，焊剂对基本金属无氧化作用，配合相应焊丝,焊接高合金钢如不锈钢等３.低硅焊剂

70第七十页，共八十九页。(二).烧结焊剂

“SJ”系列烧结焊剂是采用硅酸盐、碳酸盐、金属氧化物、氟化物及铁合金、纯金属等粉剂按照焊接冶金要求配成不同酸碱度焊剂。通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制成烧结型焊剂。烧结型焊剂不但具有优良的焊接工艺，最大的有点是通过焊剂向焊缝金属中渗合金，从而降低了对焊丝化学成分的成本，是当前世界上广泛采用的一种新型焊接材料。

71第七十一页，共八十九页。烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。１.烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中则不能加脱氧剂。２.加合金剂、合金化强。３.抗气孔能力比熔炼焊剂强。４.对焊接参数变动敏感,会引起焊缝化学成分不均匀５.吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干。６.生产成本低、节能、生产效率高。72第七十二页，共八十九页。目前有五种类型

型号SJ后三位数表示主要组成成分分类的代码SJ101氟碱型IIWSJ301硅钙型FB