焊接冶金学焊接材料

1第一节焊条第二节焊丝第三节焊剂第一章焊接材料2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3§2-1焊条4一、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H08A１、焊芯—焊丝表1-2低碳钢焊芯的化学成分（GB14957-94）化学成分（质量分数）/%牌号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≤0.030H15Mn0.11~0.180.80~1.10≤0.03≤0.30≤0.20≤0.20≤0.035≤0.03552、药皮药皮的作用：①机械保护作用（造渣、造气）②冶金处理作用（脱氧、合金化）③工艺性能改善作用（稳弧、脱渣、成形）6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。7表1-3结构钢焊条药皮的主要组成物组成物质量分数/%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—————15~308药皮的组成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。9④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。⑤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⑥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。⑦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。10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TiO2次主钛白粉TiO2次主主钛铁矿TiO2,FeO次主副赤铁矿Fe2O3主副副副锰矿MnO2主副副大理石CaCO3次主主副白云石CaCO3+MgCO3次主主副菱苦土MgCO3次主主副硅砂SiO2主白泥SiO2,Al2O3,H2O主主副滑石SiO2,Al2O3,MgO主次长石SiO2,Al2O3,K2O+Na2O次主云母SiO2,Al2O3,H2O,K2O次主主副氟石CaF2主碳酸钠Na2CO3次次主碳酸钾K2CO3主次锰铁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(C6H10O5)n次主次次副淀粉(C6H10O5)n次主次次副糊精(C6H10O5)n次主次次副钠水玻璃Na2O·nH2O主次主钾水玻璃K2O·nH2O主次主注：主—主要作用；次—次要作用；副—副作用。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。11二．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12(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131、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14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152、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。16J507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17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18四、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4.325.125.166.086.817.407.837.9411.2213.5313.5618.614.319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。20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21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、K2CO3K1.5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222.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: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.23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1180-135017024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.253.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RTEAe26粘度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η(0.1～0.2Pa.s),铁水η0.0019Pa.s,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.27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.284.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295.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.αH=αP(1-ψ)αP－熔化系数Ψ－损失系数30ⅰ）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↑.31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。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.326.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:33341)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.352)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。36７、药皮发红问题指