焊接冶金学-焊接材.ppt

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：,E4 315,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,J 507 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 K Na Ba Ca Ti Mn Fe Si C H O F CO2电离势 4.32 5.12 5.16 6.08 6.81 7.40 7.83 7.94 11.22 13.53 13.56 18.6 14.3,20,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K1.62.5、K2CO3 K1.5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,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 1200-1290 90钛 型 1320-1420 100钛铁矿型 130-126 130氧化铁型 1180-1350 170,25,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(0.10.2Pa.s),铁水,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 15751590 1.01.2 0.019碱性渣 1400 左右 0.280.35 2.07.0酸性渣 1400左右 0.350.40 1.22.0,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,ER 55 B2 Mn,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,EF0 3 50 4 2,-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,H 08 Mn2 Si A,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,Y J 42 2 1,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-Si H08Mn2Si 2.合金结构钢焊丝Mn-Mo H08MnMo2A Cr-Mo H08CrMoVA,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SiO2 1030c.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MnO 1530%c、低锰焊剂：含MnO 25%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CaF2 1030%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 B 1.5,65,4.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,F 4 A 2 H08A,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,HJ 4 3 1 X,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,SJ 5 01,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(1.51.9%)(2)高硅中锰焊剂配合含锰焊丝(0.81.1%)(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。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，焊缝金属含量高，抗冷裂纹能力弱。在中硅焊剂中加相当数量,氧化性 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。,75,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,.低硅焊剂,76,(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，最大的优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。,77,烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。1.生产成本低、节能、生产效率高。2.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。3.加合金剂、合金化强。4.抗气孔能力比熔炼焊剂强。5.对焊接参数变动敏感,会引起焊缝化学成分不均匀6.吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干。,78,目前有五种类型SJ XXX 后三位数表示主要成分分类的代码 SJ 101氟碱型 SJ 201高铝型SJ 302硅钙型 SJ 402硅锰型 SJ 503铝钛型,79,本章小节,以焊条为重点内容，在焊接化学冶金学的基初上分析典型焊条的冶金性能，讨论焊条的工艺性能，对于焊剂及焊丝也进行简要的介绍，焊丝部分重点介绍气体保护药芯焊丝。,80,思考题,1.焊条药皮的作用及组成?2.指出焊条型号所代表的含义，并以E4303和E5015为例加以说明。3.焊条的工艺性能包括哪些方面?4.试对比分析酸性焊条及碱性焊条的工艺性能、冶金性能。5.举例说明焊丝与焊剂如何配合使用。,81,本章结束谢谢观看,