第四章 焊接接頭

第4章

焊接材料

4.1焊條4.1.1焊條組成、分類及型號(hào)一.焊條的組成焊條是涂有藥皮的供焊條電弧焊用的熔化電極，它由藥皮和焊芯兩部分組成。第四章焊接材料圖4－1焊條的組成及部分名稱1．焊芯（1）作用（2）焊芯的規(guī)格尺寸焊芯的長(zhǎng)度和直徑也就是焊條的長(zhǎng)度和和直徑，是根據(jù)焊芯材質(zhì)、藥皮組成、方便使用、材料利用和生產(chǎn)效率等因素確定。（3）焊芯的化學(xué)成分焊芯的長(zhǎng)度和直徑也就是焊條的長(zhǎng)度和和直徑，是根據(jù)焊芯材質(zhì)、藥皮組成、方便使用、材料利用和生產(chǎn)效率等因素確定。2．藥皮藥皮又稱涂料，是焊條中壓涂在焊芯表面上的涂覆層。它是由礦石、鐵合金、純金屬、化工物料和有機(jī)物的粉末混合均勻后粘結(jié)到焊芯上的。藥皮的作用：保護(hù)冶金處理改善焊接工藝性能藥皮的分類：穩(wěn)弧劑

造渣劑造氣劑

脫氧劑合金劑

增塑劑黏結(jié)劑二.對(duì)焊條的基本要求（1）滿足接頭的使用性能要求（2）滿足焊接工藝性能要求（3）自身具有好的內(nèi)外質(zhì)量

（4）低的制造成本三.焊條的分類1．按用途分類2．按熔渣性質(zhì)分類（1）酸性焊條（2）堿性焊條3．按藥皮主要成分分類4．按焊條性能特征分類四、焊條型號(hào)與牌號(hào)的編制方法1．焊條型號(hào)2．焊條牌號(hào)4.1.2焊條的主要性能、用途及其選用一.焊條的主要性能和用途表4-10典型結(jié)構(gòu)鋼焊條的主要性能及用途牌號(hào)型號(hào)藥皮類型電源種類主要力學(xué)性能（≥）主要用途σb/MPaσS/MPaδ5（%）Akv/JJ422E4303鈦鈣型交、直流4203302227（）焊接較重要的低碳鋼和同等強(qiáng)度的低合金鋼J507E5015低氫鈉型直流40027（－）用于中碳鋼及Q235（16Mn、09Mn2Si、09Mn2V）等低合金鋼重要產(chǎn)品焊接二.典型焊條的冶金性能分析焊條的冶金性能主要是指脫氧、去氫、脫硫、摻合金、抗氣孔及抗裂紋的能力等。1．鈦鈣型焊條的冶金性能（1）氧化和脫氧能力鐵的氧化、碳的氧化、錳脫氧、硅脫氧（2）合金化鈦鈣型焊條具有相當(dāng)強(qiáng)的由熔渣向焊縫里過渡硅的能力，保證焊縫所必須的硅。由于熔渣酸度大，氧化性強(qiáng)，故錳的過渡系數(shù)很小。（3）去氫（4）脫硫、脫磷必須嚴(yán)格限制藥皮材料和焊芯中的硫、磷含量，才能把硫、磷控制在規(guī)定數(shù)量以下。（5）抗氣孔能力鈦鈣型焊條抗氣孔的能力較強(qiáng)。（6）抗裂紋能力不宜焊接含硫或碳較高的鋼材或偏析嚴(yán)重的鋼材。2．低氫型焊條的冶金性能（1）脫氧脫氧能力較強(qiáng)（2）合金化熔敷金屬中錳和硅的含量有較大幅度提高。（3）去氫低氫型焊條熔敷金屬中含擴(kuò)散氫量是很低的（4）脫硫、脫磷脫硫能力比鈦鈣型焊條強(qiáng)，熔敷金屬的含硫量低于焊芯。（5）抗氣孔能力低氫鈉型焊條對(duì)氣孔比較敏感。（6）抗裂紋能力低氫鈉型焊條抗熱裂紋、冷裂紋能力都較強(qiáng)。三.焊條的選用選用依據(jù)選

用

要

點(diǎn)力學(xué)性能和化學(xué)成分（1）對(duì)于普通結(jié)構(gòu)鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，應(yīng)選用熔敷金屬抗拉強(qiáng)度等于或稍高于母材的焊條（2）對(duì)于合金結(jié)構(gòu)鋼，主要要求焊縫金屬力學(xué)性能與母材匹配，有時(shí)還要求合金成分與母材相同或接近（3）在被焊結(jié)構(gòu)剛性大、接頭應(yīng)力高、焊縫容易產(chǎn)生裂紋的不利情況下，可考慮選用與母材強(qiáng)度低一級(jí)的焊條（4）當(dāng)母材中碳及硫、磷等元素的含量偏高時(shí)，焊縫容易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫焊條焊件的使用性能和工作條件要求（1）對(duì)于承受動(dòng)載荷和沖擊載荷的焊件，除滿足強(qiáng)度要求外，主要應(yīng)保證焊縫金屬具有較高的沖擊韌度和塑性，可選用塑性荷韌性指標(biāo)較高的低氫焊條（2）接觸腐蝕介質(zhì)的焊條，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)及腐蝕特征選用不銹鋼類焊條或其他耐腐蝕焊條（3）在高溫或低溫條件下工作的焊件，應(yīng)選用相應(yīng)的耐熱鋼和低溫鋼焊條焊件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力狀態(tài)（1）對(duì)結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、剛性大及大厚度焊件，由于焊接過程中容易產(chǎn)生很大的應(yīng)力，容易使焊縫產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性能荷的低氫焊條（2）對(duì)焊接部位難以清理干凈的焊件，應(yīng)選用氧化性強(qiáng)，對(duì)鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條（3）對(duì)受條件限制不能翻轉(zhuǎn)的焊件，有些焊縫處于非平焊位置，應(yīng)選用全位置焊接用的焊條施工條件及設(shè)備（1）在沒有直流電源，而焊接結(jié)構(gòu)又要求必須使用低氫焊條的場(chǎng)合，應(yīng)選用交直流兩用低氫焊條（2）在狹小或通風(fēng)條件差的場(chǎng)合，選用酸性焊條或低塵低毒焊條操作工藝性能在滿足產(chǎn)品性能要求的條件下，盡量選用工藝性能好的酸性焊條經(jīng)濟(jì)效益在滿足使用性能和操作工藝性的條件下，盡量選用成本低、效率高的焊條四.焊條的管理1．倉庫中的管理2．施工中的管理3．對(duì)存期長(zhǎng)的焊條處理4.2焊絲與焊劑4.2.1焊絲一、焊絲的作用與分類1、作用填充金屬或同時(shí)用來傳導(dǎo)焊接電流。2、分類實(shí)心焊絲藥芯焊絲二、實(shí)心鋼焊絲1．實(shí)心焊絲的牌號(hào)及其成分（1）鋼焊絲的牌號(hào)及其化學(xué)成分H

08

Mn2

Si

A

高級(jí)優(yōu)質(zhì)[w(S)、w(P)均≤0.030％]w(Si)≤0.1％w(Mn)約為2％w(C)約0.08％焊接用實(shí)芯焊絲（2）氣體保護(hù)焊用碳鋼、低合金鋼焊絲的型號(hào)及化學(xué)成分ER

55-D2-Ti

焊絲中含有Ti元素焊絲成分分類代號(hào)熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最低值為550MPa表示氣體保護(hù)電弧焊用的焊絲三.藥芯焊絲1．藥芯焊絲的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)各種鋼材的焊接，適用性強(qiáng)（2）工藝性能好，焊縫成形美觀（3）熔敷速度快，生產(chǎn)效率高（4）可用較大焊接電流進(jìn)行全位置焊接。缺點(diǎn)：1）焊絲制造過程復(fù)雜。2）焊接時(shí)，送絲較實(shí)心焊絲困難。3）焊絲外表容易銹蝕，粉劑易吸潮，因此對(duì)藥芯焊絲保存與管理的要求更為嚴(yán)格。2．藥芯焊絲的種類及其焊接特性（1）按焊絲結(jié)構(gòu)分無縫焊絲和有縫焊絲圖4-2

有縫藥芯焊絲的截面形狀（2）按保護(hù)方式分藥芯焊絲有外加保護(hù)和自保護(hù)之分（3）按藥芯性質(zhì)分如果粉劑中不含造渣劑，則稱無造渣劑藥芯焊絲，又稱“金屬粉”型藥芯焊絲。如果含有造渣劑，則稱有造渣劑藥芯焊絲或“粉劑”型藥芯焊絲。3．藥芯焊絲型號(hào)與牌號(hào)（1）藥芯焊絲型號(hào)由焊絲類型代號(hào)和焊縫金屬力學(xué)性能兩部分組成（2）藥芯焊絲的牌號(hào)以字母“Y”表示藥芯焊絲，第2個(gè)字母及其后的3位數(shù)字玉焊條牌號(hào)編制方法相同。4.2.2焊劑一.焊劑的作用及分類1．焊劑的作用與藥皮作用相似2．焊劑的分類（1）按制造方法分類1）熔煉焊劑熔煉焊劑是將一定比例的各種配料放在爐內(nèi)熔煉，然后經(jīng)水冷?；?、烘干、篩選而制成的一種焊劑。2）非熔煉焊劑焊劑所用粉狀配料不經(jīng)熔煉，而是加入粘結(jié)劑后經(jīng)造粒和焙燒而成。按焙燒溫度不同又分粘法焊劑和燒結(jié)焊劑兩類。熔煉焊劑與非熔煉焊劑主要性能比較比較項(xiàng)目熔煉焊劑非熔煉焊劑一般特點(diǎn)焊劑熔點(diǎn)低，松裝密度較大（1.0～1/cm3）,顆粒不規(guī)則，但生產(chǎn)中耗電多，成本高，焊接時(shí)焊劑消耗量較小。焊劑熔點(diǎn)高，松裝密度較?。?.0～1/cm3），顆粒圓滑呈球狀（可用管道輸送，回收時(shí)阻力小），但強(qiáng)度低，可連續(xù)生產(chǎn)，成本低，焊接時(shí)焊焊劑消耗量較大焊接工藝性能高速焊接性能焊道均勻，不易產(chǎn)生氣孔和夾渣焊道無光澤，易產(chǎn)生氣孔和夾渣大工藝參數(shù)焊接性能焊道凸凹顯著，易粘渣焊道均勻，易脫渣吸潮性能比較小，使用前可不必再烘干較大，使用前必須再烘干抗銹性能比較敏感不敏感焊縫性能韌性受焊絲成分和焊劑堿度影響大比較容易得到高韌性成分波動(dòng)焊接參數(shù)變化時(shí)成分波動(dòng)小，均勻焊接參數(shù)變化時(shí)焊劑熔化不同，成分波動(dòng)較大，不易均勻多層焊接性焊縫金屬的成分變動(dòng)小焊縫金屬成分變動(dòng)較大脫氧能力較差較好合金劑的添加幾乎不可能容易（2）按化學(xué)成分分類有一種是按主要成分SiO2、MnO和CaF2單獨(dú)的或組合的含量來分類。另一種是按焊劑所屬的渣系來分類。（3）按焊劑（熔渣）的化學(xué)性質(zhì)分類1）按堿度分類①酸性焊劑②中性焊劑③堿性焊劑2）按活度分類高活性焊劑、活性焊劑、低活性焊劑和惰性焊劑。（4）按用途分類1）焊接方法分：埋弧焊用焊劑、堆焊用焊劑和電渣焊用焊劑2）被焊金屬材料分用碳鋼用焊劑、低合金鋼用焊劑、不銹鋼用焊劑和各種非鋼鐵用焊劑等。二.焊劑的型號(hào)與牌號(hào)1．焊劑的型號(hào)表示焊絲牌號(hào)表示熔敷金屬?zèng)_擊吸收功不小于27J時(shí)的最低試驗(yàn)溫度（見表4-17）表示試件的熱處理狀態(tài)（見表4-16）表示焊絲—焊劑組合的熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值（表4-15）表示焊劑F

X1

X2

X3

–H×××2．焊劑的牌號(hào)（1）熔煉焊劑（2）非熔煉焊劑用漢語拼音字母“SJ”表示埋弧焊用燒結(jié)焊劑，后面第一位數(shù)字表示焊劑熔渣渣系。焊劑牌號(hào)編號(hào)，按0，1，……9排列焊劑類型（SiO2和CaF2含量，見表4-19）焊劑類型（MnO含量，見表4-18）埋弧焊及電渣焊用熔煉焊劑HJ

X1

X2

X3

三、對(duì)焊劑的要求1．應(yīng)具有良好的冶金性能2．應(yīng)具有良好的工藝性能四、焊劑的選用1、必須與選擇焊絲同時(shí)進(jìn)行。2、埋弧焊用的焊劑和焊絲，根據(jù)被焊金屬材料及對(duì)焊縫金屬的性能要求加以選擇。3、結(jié)構(gòu)鋼要選用與母材強(qiáng)度匹配的焊絲。4、耐熱鋼，不銹鋼，要與母材成分相同。4.3保護(hù)氣體及鎢極4.3.1保護(hù)氣體一.保護(hù)氣體的物理性能氣體名稱ArHeH2N2CO2O2分子量39.9484.00262.0159428.013444.01132.00正常沸點(diǎn)（℃）-185.88-268.94-252.89-195.81-78.51-182密度﹡（kg/m3）1.6560.16670.08411.1611.8331.42比體積﹡（m3/kg）0.60395.99911.890.86130.5405—比密度﹡（空氣為1）1.3800.13890.07000.96761.5271.105比熱容﹡（壓力為常數(shù)）（J/kg·k）521.3519214901041846.9—比熱容﹡（容積為常數(shù)）（J/kg·k）312.338611077742.2653.4—電離電位（ev）15.76024.587615.4315.5813.7713.6解離能（ev）——4.49.85.5—壓力0.1MPa時(shí)的露點(diǎn)（℃）-50以下-50以下-50以下-50以下-35以下-35以下二、保護(hù)氣體的化學(xué)性能氣體主要化學(xué)性能在焊接中的應(yīng)用氬（Ar）無色無味單原子的惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)很不活潑，常溫和高溫下不與其他元素起化學(xué)作用，也不溶于金屬在氬弧焊、等離子弧焊、熱切割中作保護(hù)氣體，起機(jī)械保護(hù)作用。用于焊接與切割易氧化的金屬氦（He）無色無味單原子的惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)很不活潑，常溫和高溫下不與其他元素起化學(xué)作用，也不溶于金屬用途與氬氣相同。由于價(jià)格昂貴，僅利用其電弧溫度高，熱量集中的特點(diǎn)，用于厚板，高熱導(dǎo)率或高熔點(diǎn)的金屬、熱敏感材料和高速焊接。與Ar混合使用改善電弧特性氫（H2）無色無臭，可燃，常溫時(shí)不活潑，高溫時(shí)十分活潑，可作為金屬礦和氧化物的還原劑。焊接時(shí)能大量溶入液態(tài)金屬，冷卻時(shí)析出，易形成氣孔氫原子焊時(shí)，作為還原性保護(hù)氣體；爐內(nèi)釬焊時(shí)，也作還原性保護(hù)氣體；加入少量與Ar混合，提高氬弧熱功率，增加熔深，提高焊接速度氮（N2）化學(xué)性質(zhì)不活潑，加熱能于鋰、鎂、鈦等化合，高溫時(shí)與氧、氫直接化合。焊接時(shí)熔入液態(tài)金屬起有害作用。對(duì)銅基本不起反應(yīng)，可作為保護(hù)氣體氮弧焊時(shí)用氮作保護(hù)氣體，可焊接銅和不銹鋼。氮也常用于等離子切割，作為工作氣體和外層保護(hù)氣體；爐內(nèi)釬焊銅及其合金時(shí)作保護(hù)氣體二氧化碳（CO2）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不燃燒，不助燃，在高溫時(shí)能分解為CO和O2對(duì)金屬有一定氧化性。能液化，液態(tài)CO2蒸發(fā)時(shí)吸收大量熱。能凝固成固態(tài)CO2即干冰焊接時(shí)配合含脫氧元素的焊絲，可作為保護(hù)氣體，如CO2氣體保護(hù)焊。與O2或Ar混合的氣體保護(hù)電弧焊，可改善焊接工藝性能，減少飛濺，穩(wěn)定電弧等氧（O2）無色氣體，助燃，在高溫下很活潑，與多種元素直接化合。焊接時(shí)，氧進(jìn)入熔池氧化金屬元素，起有害作用在氣焊氣割中起助燃，獲取高溫火焰。在焊接中與氬、CO2等按比例混合，可進(jìn)行混合氣體保護(hù)焊，改善熔滴過渡和其他工藝性能三、保護(hù)氣體在焊接過程中的工藝特點(diǎn)保護(hù)氣體種類保護(hù)氣體成分（體積分?jǐn)?shù)）弧柱電位剃度電弧穩(wěn)定性金屬過渡特性化學(xué)性能焊縫熔深形狀加熱特性Ar純度99.995％低好滿意—蘑菇形—He純度99.99％高滿意滿意—扁平形對(duì)焊件熱輸入比Ar高N2純度99.99％高差差會(huì)在鋼中產(chǎn)生氣孔和氮化物扁平形—CO2純度99.99％高滿意滿意有些飛濺強(qiáng)氧化性扁平形熔深較大—Ar＋HeAr＋≤75％He中等好好—扁平形熔深較大—Ar＋H2Ar＋（5～15）％H2中等好—還原性，H2>5％會(huì)產(chǎn)生氣孔熔深較大對(duì)焊件熱輸入比Ar高Ar＋Ar＋5％CO2低至中等好好弱氧化性扁平形熔深較大（改善焊縫成形）—Ar＋20％CO2中等氧化性Ar＋O2Ar＋（1～5）％O2低好好弱氧化性蘑菇形熔深較大（改善焊縫成形）—Ar＋CO2＋O2Ar＋20％CO2＋5％O2中等好好中等氧化性扁平形熔深較大（改善焊縫成形）—CO2＋O2CO2＋≤20％O2高稍差滿意強(qiáng)氧化性扁平形，熔深大—4.3.2焊接用保護(hù)氣體要求及其選用一、保護(hù)氣體的技術(shù)要求氣

體純度要求不小于（體積分?jǐn)?shù)）容器涂色標(biāo)記氬（Ar）焊接銅及銅合金、鉻鎳不銹鋼

99.7％焊接鋁、鎂及其合金、耐熱鋼

99.9％焊接鈦及其合金、難熔金屬

99.98％藍(lán)灰色氧（O2）99.2％天藍(lán)色氫（H2）99.5％深綠色氮（N2）99.7％黑色二氧化碳（CO2）99.5％黑色二、保護(hù)氣體的選用1．按焊接方法當(dāng)有多種氣體可供選用時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)每種氣體的冶金特性和工藝特性選擇最能滿足接頭質(zhì)量要求的保護(hù)氣體。在同樣能滿足接頭質(zhì)量的前提下，選用來源容易，價(jià)格便宜的氣體。2．按被焊金屬不同的金屬選擇不同的氣體3．