焊接材料介紹

1、第二章第二章 焊接材料焊接材料指焊條、焊絲、焊劑、氣體等焊接用料。n焊條電弧焊過程n藥皮燃燒：n電弧周圍氣體：CO2、CO、H2n熔池中熔渣，冷卻形成渣殼n保護(hù)熔池中的熔化金屬一、焊條分類1 按用途分：分10大類（1）結(jié)構(gòu)鋼焊條：主要用于焊接碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼。（2）耐熱鋼焊條：用于焊接珠光體和馬氏體耐熱鋼。（3）不銹鋼焊條：用于焊接奧氏體和馬氏體不銹鋼。（4）堆焊焊條：用于獲得耐磨、耐蝕性能的堆焊層。第一節(jié)第一節(jié) 焊條焊條（5）低溫鋼焊條：用于焊接在低溫下工作的焊縫。（6）鑄鐵焊條：用于焊補(bǔ)鑄鐵構(gòu)件。（7）鎳及其合金焊條：用于焊接鎳及其合金。（8）銅及其合金焊條：用于焊接銅及其合金。（9）鋁

2、及其合金焊條：用于焊接鋁及其合金。（10）特殊用焊條：如水下焊接、切割用焊條。焊條分類焊條分類（1）2 按熔渣的堿度（1）酸性焊條（J422）：藥皮中含有較多SiO2、FeO等。這類焊條工藝性能好，焊縫成形美觀，但焊縫的性能不高（尤其是塑性和韌性）。焊接可用交直流電源。（2）堿性焊條（J507）：藥皮中含有CaCO3、CaF2等。焊縫的含氫量低，所以又稱低氫焊條，堿性焊條的焊縫有較高的塑性和韌性，可用于焊接較重的焊接結(jié)構(gòu)。焊條分類焊條分類（2）3 按焊條藥皮類型分： 鈦型（TiO2金紅石）、鈦-鈣型（TiO2-CaO）、鈦鐵礦型（TiO2-FeO）、氧化鐵型（Fe2O3）、纖維素型、低氫型（C

3、aCO3-CaF2）。焊條分類焊條分類（3）1 焊條型號(hào) 國際ISO標(biāo)準(zhǔn)：E （字母E：Electrode） 第一、二位數(shù)字：抗拉強(qiáng)度（kgf/mm2） 第三位數(shù)字：表示適合焊接位置（0、1表示全位置，2表示為平焊，4為向下焊）。 第四位數(shù)字：表示焊接電源極性及藥皮類型例如： E4303 43 kg 級(jí)鈦鈣型，交直流兩用，全位置焊。 E5015 50kg 級(jí) 低氫型，直流反接，全位置焊。二、二、 焊條的型號(hào)和牌號(hào)焊條的型號(hào)和牌號(hào) 我國常用的牌號(hào)：字母（漢字） 字母含義：結(jié)構(gòu)鋼J（結(jié)）、不銹鋼A（奧）、堆焊D（堆）等。 第一、二位數(shù)字：抗拉強(qiáng)度（kg/mm2） 第三位數(shù)字：藥皮類型，如1氧化鈦型

4、、2鈦鈣型、7低氫鈉型（直流）例如： J（結(jié)）422 42 kg 級(jí)，鈦鈣焊條； J（結(jié)）507 50 kg 級(jí)，低氫焊條，直流。2 焊條牌號(hào)焊條牌號(hào) 焊條是由焊芯和藥皮組成，藥皮占整個(gè)焊條重量的3050%。 藥皮重量系數(shù)Kb 式中：WS藥皮重量；WM焊芯重量。MSbWWW 三、三、 焊條的組成焊條的組成 焊條用鋼：牌號(hào)前加H，如H08A。最后字母A表示優(yōu)質(zhì)鋼，E表示特級(jí)鋼，其含硫、磷量比較低。焊芯中的元素：（1）碳：提高鋼的硬度、強(qiáng)度，但會(huì)產(chǎn)生氣孔、飛濺、裂紋等問題。一般焊芯的含碳量小于0.1%。（2）錳：有益元素，起脫氧、脫硫和強(qiáng)化焊縫金屬的作用。焊芯一般含錳0.30.55%。1 焊芯焊芯

5、（1） 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)鋼焊條時(shí)，要保證焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，不必強(qiáng)調(diào)母材等成分。（3）硅：起脫氧和強(qiáng)化焊縫金屬作用，但會(huì)增加焊縫中的SiO2夾雜物，所以焊芯中的含硅量比較低（0.03）。（4）硫、磷：有害元素，容易引起焊縫裂紋和冷脆性。焊芯中的S、P35% TiO2（金紅石）+ SiO2）；2）鈦鈣型：（30% TiO2+ (Ca , Mg)CO3）；3）低氫型：（CaCO3 + CaF2）;4）石墨型： 主要用于鑄鐵焊條，以保證焊縫金屬石墨化。2 焊條藥皮焊條藥皮（2）1）礦物類： 如大理石、白云石（CaCO3+MgCO3）、金紅石（TiO2）、錳礦（MnO2）、鈦鐵礦等。2）鐵合金類： 如純鉻、

6、鎳、Mn-Fe、Si-Fe、Ti- Fe等。3）化工產(chǎn)品類： 如鈦白粉（TiO2）碳酸鋇（BaCO3）、水玻璃（Na2OSiO2、K2OSiO2）等。（3） 藥皮的原材料藥皮的原材料1）穩(wěn)弧：如大理石、水玻璃、長石（K2O+Na2O+SiO2+Al2O3）中的低電離位元素。2）造渣：保護(hù)熔滴和熔池金屬，改善焊縫成形，如CaO、SiO2、MgO等。3）造氣：焊接時(shí)，有機(jī)物和碳酸鹽分解產(chǎn)生氣體，用于隔離空氣，保護(hù)焊接區(qū)域。如CaCO3CaO + CO2。4）脫氧：用一些對(duì)氧親和力比鐵大的金屬或合金元素脫除焊縫中的氧。（4）藥皮原材料的作用）藥皮原材料的作用5）合金化：補(bǔ)償焊縫金屬中燒損的合金元素，

7、使焊縫達(dá)到所需的物化性能和機(jī)械性能。6）粘結(jié)：將藥皮牢固粘結(jié)在焊芯上，如水玻璃（Na2OSiO2、K2OSiO2）。7）成形：便于焊條的壓制，如云母、鈦白粉、滑石粉。藥皮原材料的作用藥皮原材料的作用（2）1 電弧的穩(wěn)定性 焊條藥皮中加入電離電位低的物質(zhì)，如Na、K、Ca等，在焊接過程中可以保持電弧穩(wěn)定燃燒。 若焊條中有氟化物（CaF2），由于電負(fù)性強(qiáng)的F的消電離作用，在交流焊中電弧就不穩(wěn)定，只能用直流電源焊接。若在這類焊條中加入穩(wěn)定劑（碳酸鉀等）時(shí)，也可以用交流焊接（J506）。 電弧穩(wěn)定性不僅取決于焊條，還和焊接設(shè)備、焊工水平等因素有關(guān)。四、四、 焊條的工藝性能焊條的工藝性能（1） 成形不好

8、的焊縫不僅影響外觀質(zhì)量，而且會(huì)造成應(yīng)力集中，造成焊縫破壞。 影響焊縫成形因素除操作者的水平外，還有熔渣的凝固溫度、粘度等。2 焊接成形焊接成形（1） 凝固溫度過高，容易造成渣壓鐵水，氣孔不易逸出；凝固溫度過低，熔渣不能均勻覆蓋在焊縫表面。2 焊接成形焊接成形（2）研究熔渣的物化狀態(tài)可以用渣的相圖（圖21）。 熔渣粘度過大，使焊接冶金反應(yīng)緩慢，易產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷；粘度過小造成熔渣不能均勻復(fù)蓋在焊縫表面，保護(hù)不好。 焊條能否適合各種位置的焊接（平焊、立焊、仰焊、橫焊）。取決于渣的粘度、熔點(diǎn)、表面張力等，也取決于焊工的水平。3 各種位置焊接的適用性各種位置焊接的適用性 降低焊條的熔敷效率，增加清

9、理工作量。焊條的飛濺與焊條的含水量、焊條偏心、焊接工藝參數(shù)、電源類型、焊條類型（鈦鈣比低氫飛濺?。┑扔嘘P(guān)。4 飛濺飛濺 焊條的脫渣性主要與渣的物化性能有關(guān)。5 脫渣性脫渣性（2）渣的氧化性：氧化性強(qiáng)的渣比較難脫落（圖2-3）。（3）渣的松脆性：熔渣越松脆越容易脫渣。（1）熔渣膨脹系數(shù)：渣與金屬的膨脹系數(shù)相差越大，越容易脫渣（圖2-2） 。 P為單位時(shí)間內(nèi)單位電流熔敷在焊件上的金屬重量。 P = g/(Ah) 考慮到飛濺損失，真正焊接生產(chǎn)率是熔敷系數(shù)H H=P(1) 式中 -損失系數(shù)。7 焊條的熔化速度焊條的熔化速度P 液態(tài)金屬和熔渣在電弧高溫下造成激烈蒸發(fā)，尤其是低氫焊條發(fā)生量大，煙塵中含有有

10、毒物質(zhì)，危害焊工健康。8 焊接煙塵焊接煙塵表 2-8 焊條煙塵的化學(xué)成分 焊條 型號(hào) 焊條 牌號(hào) Fe203 Si02 MnO2 TiO2 CaO Na0 K20 CaF2 KF NaF E4303 E5015 J422 J507 48.12 24.93 17.93 5.62 7.18 6.30 2.6l 1.22 0.95 10.34 6.03 6.39 6.81 19.92 7.95 13.71 1 鈦鈣型焊條E4303（J422）熔渣的堿度B1 = 0.76，屬酸性渣。氣相主要成分為CO、H2、CO2、H2O。五、典型焊條的冶金性能分析五、典型焊條的冶金性能分析P21J422焊條焊縫的化

11、學(xué)成分及力學(xué)性能焊條焊縫的化學(xué)成分及力學(xué)性能（1）氧化反應(yīng): 氣相中的O、O2、CO2、H2O等都能使焊接金屬發(fā)生氧化 Fe + O FeO Fe + O2 FeO Fe + CO2 FeO + CO Fe + H2O FeO + H2 其中氧原子的氧化性最強(qiáng)。J422鈦鈣型焊條焊接時(shí)的冶金反應(yīng)鈦鈣型焊條焊接時(shí)的冶金反應(yīng)（1） 熔渣的氧化作用主要是渣中的氧化物與液態(tài)金屬之間發(fā)生的置換氧化。氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) J422屬于酸性渣，應(yīng)以錳脫氧為主，而不是采用Si、Ti脫氧 Mn + FeO (MnO) + Fe （沉淀脫氧） 生成的MnO進(jìn)入熔渣，與SiO2等酸性氧化物生成復(fù)合化合物 (MnO) +

12、 (SiO2) (MnO SiO2) (MnO) + (TiO2) (MnO TiO2) 復(fù)合氧化物降低了熔渣的氧化性。（2）脫氧反應(yīng)）脫氧反應(yīng) 由于熔渣中有大量的SiO2等酸性氧化物和Mn-Fe，所以發(fā)生置換反應(yīng) (SiO2) + Fe Si + FeO和還原反應(yīng) Mn + (SiO2) Si + (MnO) 結(jié)果焊縫金屬中含有一定數(shù)量的Si。（3） 還原反應(yīng)還原反應(yīng) 主要靠Mn或MnO脫硫 FeS + Mn Fe + MnS FeS + MnO FeO + MnS（5）脫磷反應(yīng) J422焊條脫磷效果不佳，主要以限制焊接材料中的磷為主。（4） 脫硫反應(yīng)脫硫反應(yīng)（6）合金化：藥皮中的錳鐵除了脫

13、氧、脫硫外，還可增加焊縫中的Mn；焊縫中的Si主要靠SiO2的還原所得。J422鈦鈣型焊條焊接時(shí)的冶金反應(yīng)鈦鈣型焊條焊接時(shí)的冶金反應(yīng)（7）氣孔敏感性：用J422焊條焊接產(chǎn)生的氣孔大多是因操作不當(dāng)造成的。（8）焊接煙塵：因藥皮中(Mg, Ca)CO3比較少，煙塵量較少，有害成分也比J507焊條少（表27）。 此類焊條焊接工藝性好，用量最大，主要用于焊接低碳鋼和強(qiáng)度較低的低合金鋼。J422鈦鈣型焊條焊接時(shí)的煙塵成分鈦鈣型焊條焊接時(shí)的煙塵成分 屬CaO-SiO2-CaF2渣系，熔渣的堿度B11.86，屬堿性渣。 焊接時(shí)氣相成分見表112。2 低氫焊條低氫焊條E5015（J507）（1）脫氧反應(yīng) 因是

14、堿性渣，所以脫氧主要靠Si和Ti CO2 + Si SiO2 + CO CO2 + Ti TiO2 + CO 反應(yīng)產(chǎn)物和CaO生成復(fù)合化合物CaO SiO2、CaO TiO2，降低了渣的氧化性。J507鈦鈣型焊條焊接時(shí)的冶金反應(yīng)鈦鈣型焊條焊接時(shí)的冶金反應(yīng)（1）利用CaF2脫氫： CaF2 + H2O CaO + HFCaF2和SiO2脫氫： CaF2 + SiO2 SiF4 + CaSiO3 SiF4 + H SiF + HFCaF2和水玻璃脫氫： Na2O nSiO2 + H2O NaOH + nSiO2 NaOH + CaF2 Ca(OH)2 + NaF NaF + H2O + CO2 N

15、a2CO3 + HF（2） 脫氫反應(yīng)脫氫反應(yīng)（3）脫硫反應(yīng)：主要靠堿性渣脫硫，堿度越高，脫硫效果越好。 FeS + (CaO) (CaS) + (FeO)（3） 脫硫反應(yīng)脫硫反應(yīng)（4）合金化：在錳硅聯(lián)合脫氧同時(shí)，Mn、Si也過渡到焊縫金屬中。（5）焊接煙塵：焊接時(shí)產(chǎn)生大量CO2，煙塵中含KF、NaF、HF等有害氣體。 J507焊條焊縫力學(xué)性能好（韌性高），多用于焊接比較重要的結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼的焊接，焊接工藝性不及J422，對(duì)焊件的焊前清理要求比較高。六、焊條的設(shè)計(jì)與制造六、焊條的設(shè)計(jì)與制造焊條配方以試驗(yàn)為主。主要用于埋弧自動(dòng)焊或釬焊時(shí)的冶金和保護(hù)作用。一、焊劑的分類1 按制造方法分:（1）熔煉焊

16、劑（HJ）：將礦物在電弧爐中熔煉，然后用水激冷粉碎，烘干使用。（2）燒結(jié)焊劑（SJ）：將原材料粉碎，按一定比例和粘結(jié)劑一起混合，制成細(xì)粒狀，然后在4001000高溫烘干。第二節(jié)第二節(jié) 焊劑焊劑2 按化學(xué)成分分類（1）SiO2含量：高硅、中硅、低硅；（2）MnO含量：高錳、中錳、低錳；（3）CaF2含量：高氟、中氟、低氟。焊劑的分類焊劑的分類3 按焊劑化學(xué)性質(zhì)分（1）氧化性焊劑：對(duì)焊縫有較強(qiáng)的氧化性，如高錳、高硅的HJ431焊劑。（2）弱氧化性：焊劑中含SiO2、MnO、FeO等活性氧化物較少，對(duì)焊縫金屬有弱氧化作用，焊縫的含氧量也較低，如低錳、高硅、中氟HJ260焊劑。（3）惰性焊劑：基本不含

17、SiO2，MnO，F(xiàn)eO等氧化物，由Al2O3、CaO、MgO、CaF2等組成，對(duì)焊縫沒有氧化作用，用于焊接高合金鋼，如不銹鋼。焊劑的分類焊劑的分類焊劑的分類圖焊劑的分類圖1 焊劑型號(hào)：焊劑焊絲 HJ H 拉伸性能 是否熱處理 k 27J 時(shí)的溫度 與焊劑匹配的焊絲 （表215） 0否，1是例如：HJ 4 0 3 H08 MnA b410550 焊后不處理 30時(shí)k27J二、二、 焊劑型號(hào)和牌號(hào)焊劑型號(hào)和牌號(hào)（1）（1）熔煉焊劑 HJ 錳含量 硅鈣含量 順序號(hào) （表217） （表218） 例如： HJ 2 6 0 低錳 高硅中氟（2）燒結(jié)焊劑 SJ 渣系 同一渣系不同牌號(hào)例如： SJ 3 01

18、 硅鈣系2 焊劑牌號(hào)焊劑牌號(hào)表 2-17 焊劑牌號(hào)中第三位數(shù)字的含義 焊劑牌號(hào) 焊劑類型 氧化錳含量() HJ1 HJ2 HJ3 HJ4 無 錳 低 錳 中 錳 高 錳 MnO30 表 2-18 焊劑中牌號(hào)中第二位數(shù)字的含義 焊劑牌號(hào) 焊劑類型 二氧化硅及氟化鈣含量() HJ1 HJ2 HJ3 HJ4 HJ5 HJ6 HJ7 HJ8 低硅低氟 中硅低氟 高硅低氟 低硅中氟 中硅中氟 高硅中氟 低硅高氟 中硅高氟 SiO210 CaF210 SiO21030 CaF230 CaF210 SiO230 CaF21030 SiO230 SiO21030 CaF230 （1）具有良好的冶金性能：根據(jù)被

19、焊金屬選擇焊劑和焊絲，制定合理的焊接工藝，以獲得適宜的焊縫化學(xué)成分、力學(xué)性能、有較強(qiáng)的抗氣孔、抗裂紋能力。（2）有良好的工藝性能：電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫成形良好，脫渣容易，產(chǎn)生的毒氣少。（3）粒度適中：過粗保護(hù)不好，過細(xì)透氣性不好。（4）含水量低、夾雜物少。 思考題：用過的熔煉焊劑是否可粉碎再用？三、三、 對(duì)焊劑的質(zhì)量要求對(duì)焊劑的質(zhì)量要求1 熔煉焊劑（1）高硅焊劑 SiO2% 30%，焊劑能向焊縫過渡硅（圖26）。 根據(jù)焊劑中含的MnO數(shù)量的不同，焊劑分高錳、中錳、低錳和無錳。含MnO時(shí)有向焊縫過渡Mn的傾向（圖27）。四、四、 焊劑的性能及用途焊劑的性能及用途 高硅焊劑配的焊絲根據(jù)MnO量多少而

20、定1）高硅無錳或低錳配高錳焊絲：Mn 1.5% 1.9%，如H08M2；2）高硅中錳焊劑配中錳焊絲：Mn 1%，如H08MA；3）高硅高錳焊劑配低碳鋼焊絲：Mn0.4%，如HJ431配H08A焊絲。 高硅焊劑高硅焊劑 SiO2 量較少，CaO、MgO多，堿度高，屬弱氧化焊劑。焊縫的韌性較好，可用于合金鋼焊接。 由于中硅焊劑焊縫的含氫量高，不利于高強(qiáng)鋼焊接，有的中硅焊劑加FeO，雖然提高了焊劑的氧化性，但能降低含氫量。（2） 中硅焊劑中硅焊劑 由CaO、Al2O3、MgO、CaF2組成。屬無氧化焊劑。可配合相應(yīng)焊絲焊接高合金鋼，如不銹鋼、熱強(qiáng)鋼等。（3） 低硅焊劑低硅焊劑 有燒結(jié)焊劑和粘結(jié)焊劑（

21、陶質(zhì)焊劑，低溫?zé)Y(jié)焊劑），可用于焊接碳鋼、高強(qiáng)鋼和高合金鋼或堆焊。 燒結(jié)焊劑的特點(diǎn)：（1）堿度高，易得到高質(zhì)量焊縫（沖擊韌性好）。（2）抗銹能力強(qiáng)（有一定的氧化氣體，摻有合金脫氧劑）。（3）適合大規(guī)范焊接，焊接效率高。（4）缺點(diǎn)是易吸潮、易碎、回收率低（重復(fù)使用率低）。2 燒結(jié)焊劑燒結(jié)焊劑一、分類1 按焊接方法和用途分：埋弧焊絲、CO2焊絲、Ar弧焊絲、藥芯焊絲、釬焊絲、氣焊絲等。2 按焊絲形狀分：實(shí)芯焊絲，藥芯焊絲等。3 按焊絲成分分：低碳鋼焊絲、合金鋼焊絲、鋁焊絲、銅焊絲等。第三節(jié) 焊絲1 藥芯焊絲型號(hào)（GB/T 10045-2001） E T M L 焊絲 b 位置 藥芯 分類代號(hào) 混合氣 -40 k 27J （見表223） （見