2.1焊接材料

第一章绪论1第二章焊接冶金学基本原理2第三章焊接应力与变形3焊接技术第四章焊接结构与工艺4第六章常用金属材料的焊接6第八章焊接检验8第五章常用焊接方法5第七章焊接缺陷的产生及防止7第一章绪论1.1焊接技术的发展1890年美国C.L.Coffin光焊条或光焊丝金属电极1900年英国Strohmenger带药皮（粘土或石灰）金属电极1907~1914年瑞典OscarKjellberg带药皮或涂层（碳酸盐和硅酸盐）焊条1.2焊接的本质及分类焊接定义：被焊工件的材质（同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。焊接的分类：熔焊压焊金属焊接锻焊摩擦焊气压焊电阻焊冷压焊超声波焊扩散焊高频焊爆炸焊气焊电弧焊埋弧焊激光焊等离子弧电渣焊惰性气体保护焊气体保护焊焊条电弧焊电子束焊氧化性气体保护焊还原性气体保护焊钎焊真空钎焊电阻钎焊金属浴钎焊烙铁钎焊炉中钎焊电弧钎焊火焰钎焊感应钎焊盐浴钎焊超声波钎焊扩散钎焊第二章焊接冶金学基本原理焊接材料焊接材料1.焊条2.焊丝3.焊剂焊接材料焊接材料能填充焊缝、对焊缝起保护作用和冶金处理作用的所有消耗材料（焊条、焊剂、焊丝和保护气体等）。不同的焊接方法采用不同的焊接材料。目的：理解和掌握焊接化学冶金基本原理以及正确选择焊接材料。第一节焊条1.1焊条的组成及作用1.焊芯（1）焊芯的作用1）传导电流，维持电弧燃烧；2）本身熔化，形成焊缝的填充金属。（2）焊芯的种类和成分一般情况下，焊芯的种类、焊条的种类与被焊母材的种类存在大致的对应关系，如下表所示。低碳钢焊芯的化学成分如下表所示。母材种类碳钢低合金钢耐热钢不锈钢铸铁镍及镍合金铝及铝合金铜及铜合金焊条种类碳钢低合金钢耐热钢不锈钢铸铁镍及镍合金铝及铝合金铜及铜合金焊芯种类低碳钢低合金钢或低碳钢耐热钢不锈钢铸铁或合金镍或镍合金铝或铝合金铜或铜合金表2-1与母材和焊条对应的焊芯种类表2-2低碳钢焊芯的化学成分（GB/T14957-1994）牌号化学成分（质量分数）（%）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≤0.035H15MnA≤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≤0.035优质钢含碳量0.08wt.%焊芯H08A1）碳的控制提高焊缝强度，增大焊缝产生脆化和裂纹的倾向，同时降低焊接过程的稳定性，增加焊接飞溅率。因此，等强匹配原则下，尽量降低焊芯的含碳量。2）锰的控制固溶强化作用，脱氧、脱硫，降低焊缝的结晶裂纹倾向。但过高或过低均降低焊缝的韧性。对低碳钢焊芯而言，锰在0.30~0.55wt.%3）硅的控制固溶强化作用，脱氧；但增大焊缝产生SiO2夹杂的倾向，对韧性不利，因此，低碳钢焊芯的含硅量均较低。4）硫和磷控制增大焊缝的结晶裂纹倾向及脆性。结晶裂纹：FeS+Fe(980℃)FeS+FeO(940℃)NiS+Ni(637℃)Fe3P+Fe(1048℃)Ni3P+Ni(870℃)5）其他元素的控制2、药皮（1）药皮的作用①机械保护:熔渣、气体②冶金处理：去除杂质、保护或添加有益合金元素③改善工艺性能：易引弧、稳弧；脱渣、飞溅小、成形（2）药皮的组成1）稳弧剂2）造气剂3）造渣剂4）脱氧剂5）合金剂6）粘结剂7）成形剂药皮重量系数：单位长度上药皮与焊芯的质量比Kb厚皮焊条：Kb=30-50%;薄皮焊条：Kb=1-2%1）稳弧剂提高电弧燃烧稳定性并能改善引燃性能的物质。通常是含低电离电位元素的材料2）造气剂主要包括有机物（木粉、淀粉）和碳酸盐（大理石、菱苦土等）3）造渣剂保护熔滴和焊接熔池，改善焊缝成形。常用的如钛铁矿、金红石、大理石、萤石等4）脱氧剂通过冶金反应降低药皮或熔渣氧化性以及焊缝含氧量的物质。如锰铁、钛铁、硅铁、铝粉等。一般酸性焊条用锰铁作为脱氧剂，而碱性焊条不单独用锰铁作脱氧剂。（碱性渣中MnO的活度系数较大，不利于锰脱氧，且碱度越大，锰的脱氧效果越差）一般不用硅单独脱氧，因为SiO2的熔点高（1713℃，通常认为处于固态），不易聚合为大的质点；同时SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，SiO2不易从钢液中分离，易造成夹杂。Si-Mn联合脱氧（实践证明，熔池金属中[Mn]/[Si]=3~7，MnO·SiO21270℃，3.6），例如CO2保护焊焊丝中[Mn]/[Si]=1.5~3。5）合金剂补偿焊接过程中的合金元素烧损并向焊缝添加必要合金成分的物质。常用的有铁合金和纯金属，如锰铁、硅铁、钼铁、镍粉、铬粉等。6）粘结剂将药皮材料涂敷到焊芯上并使之具有一定强度的物质。常用粘结剂有钠水玻璃、钾水玻璃。7）成形剂使药皮具有一定的塑性、弹性和流动性，保证药皮压涂时表面光滑而不开裂的物质。如白泥、云母、钛白粉、糊精、滑石等。结构钢焊条药皮的主要组成物见下表（3）药皮的类型按照主要组成物种类及其含量不同，焊条药皮可分为氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型和盐基型等八种类型。材料主要成分稳弧造气造渣脱氧合金化粘结成型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+MnCO3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Ca2F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次主主钼铁Mo，Fe次主主铝粉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1.2焊条的种类及型号一、焊条的种类焊条的分类方法很多，可按焊条的实际用途、焊接熔渣的酸碱度、焊条药皮的类型以及药皮的重量系数等进行划分。1.按焊条的实际用途，可将焊条划分为十大类别。（1）结构钢焊条（2）不锈钢焊条（3）钼和铬钼耐热钢焊条（4）低温钢焊条（5）铸铁焊条（6）堆焊焊条（7）镍及镍合金焊条（8）铜及铜合金焊条（9）铝及铝合金焊条（10）特殊用途焊条2.按焊接熔渣碱度划分的类别焊接熔渣的碱度（B）：熔渣中碱性氧化物的摩尔分数与酸性氧化物的摩尔分数之比。B1，碱性渣；B1，酸性渣；B=1，中性渣（1）酸性焊条酸性焊条是指药皮中含有较多的酸性氧化物如FeO、TiO2、SiO2等成分，因而熔渣具有很强的氧化性。酸性焊条的工艺的工艺性能好，交、直流焊接均可，焊缝成形美观，波纹细密。（2）碱性焊条（低氢型焊条）碱性焊条是指药皮中含有较多的K2O、Na2O、CaO、MgO等碱性氧化物和萤石（CaF2）成分，能有效降低焊缝中的氢含量。焊缝具有较高的塑性和韧性，适合于动载或重要结构的焊接，但它的工艺性能不如酸性焊条。3.按焊条药皮类型划分的类别焊条按药皮类型划分为氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤素型、低氢型、石墨型和盐基型等八种类型。4.按药皮重量系数划分的类别药皮重量系数：单位长度上焊条药皮与焊芯的重量之比。（1）厚皮焊条：药皮的重量系数介于30%~50%之间的焊条。（2）薄皮焊条：药皮的重量系数为1%~2%的焊条。目前，焊接生产中广泛使用的主要是厚皮焊条。二、焊条的型号焊条型号是由国家标准规定的具有特定含义的符号。E4303钛钙型药皮、交流或直流电源适合于全位置焊接熔敷金属最低抗拉强度420MPa焊条焊条型号药皮类型电源种类焊接位置熔敷金属抗拉强度E4300特殊型交流或直流平焊，立焊，仰焊，横焊≥420MPaE4301钛铁矿型E4303钛钙型E4310高纤维素钠型直流反接E4311高纤维素钾型交流或直流反接E4312高钛钠型交流或直流反接E4313高钛钾型交流或直流E4315低氢钠型直流反接E4316低氢钾型交流或直流反接E4320氧化铁型交流或直流平焊E4322交流或直流正接平焊E4323铁粉钛钙型交流或直流平焊，平角焊E4324铁粉钛型E4327铁粉氧化铁型交流或直流正接平焊E4328铁粉低氢型交流或直流反接平焊，平角焊E5001钛铁矿型交流或直流平焊，立焊，仰焊，横焊≥490MPaE5003钛钙型E5010高纤维素钠型直流反接E5011E5014高纤维素钾型交流或直流反接铁粉钛型交流或直流E5015低氢钠型直流反接E5016低氢钾型交流或直流反接E5018铁粉低氢钾型E5023铁粉钛钙型交流或直流平焊，平角焊E5024铁粉钛型E5027铁粉氧化铁型交流或直流正接E5028铁粉低氢型交流或直流反接E5048铁粉低氢型平焊，立向下焊，仰焊，横焊焊条型号E4300E4313E4303E4301E4320E5011E5016E5015人造金刚石304028——5——钛白粉10698—942钛铁矿——628—36——赤铁矿————35———锰矿—————11——大理石13—94844白云石71012————菱苦土7————7——硅砂———————7白泥12101414————花岗石————33———长石59—14————云母87106——5—氟石——————1824氟化钠——————2—纯碱———————1锰铁15121417276—445度硅铁——————10—低度硅铁———————3钛铁——————513钼铁—————43—木粉———1—27——淀粉—4——5———纤维素—5——————表2-5结构钢焊条药皮的典型配方(质量分数)（%）焊条的工艺性能焊接电弧的稳定性各种位置焊接的适应性（调节熔渣的物理性质）焊缝成形（表面光滑、波纹细密美观、焊缝的几何形状及尺寸正确）熔渣的物理性质（熔渣凝固温度、粘度、表面张力适当）焊接飞溅脱渣性（1）熔渣线膨胀系数；（2）熔渣氧化性（3）熔渣松脆性焊接烟尘焊条药皮发红不锈钢焊条（电阻率高、导热性差）：调整焊条药皮组成及熔滴过渡方式1.3焊条的工艺性能焊条熔化速度表2-6不同药皮类型的结构钢焊条的工艺性能焊条型号E4313E4303E4301E4320E5011E5016E5015药皮类型钛型钛钙型钛铁矿型氧化铁型纤维素型低氢钾型低氢钠型熔渣性质酸性短渣酸性短渣酸性较短渣酸性长渣酸性短渣酸性短渣酸性短渣焊接电弧的稳定性柔和稳定稳定稳定稳定稳定较差较差焊接位置的适应性平焊易易易易易易易立向上焊易易易不可极易易易立向下焊易易难不可易易易仰焊稍易稍易易不可极易稍难稍难焊缝成形焊缝外观纹细美观美观美观美观粗糙稍粗稍粗焊脚形状凸平平或稍凸平平平或凹平或凹熔深小中中稍大大中中咬边小小中小大小小焊接飞溅与熔敷效率焊接飞溅少少中中多较多较多熔敷效率中中稍高高高中中脱渣性好好好好好较差较差焊接烟尘少少稍多多少多多第二节焊丝2.1焊丝的种类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按照焊丝的形状结构实心焊丝、药芯焊丝及活性焊丝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2.2焊丝的型号1）实心焊丝的型号ER55——B2——Mn焊丝中含有锰元素焊丝化学成分分类代号熔敷金属最低抗拉强度540MPa焊丝2）药芯焊丝的型号EF03——