焊接材料&焊接熔渣

1第二章焊接材料焊接熔渣2一.焊接材料3焊接材料焊接材料是焊接时所消耗材料的通称，它包括焊条、焊丝、焊剂、气体等。手弧焊的焊接材料是焊条。埋弧焊及电渣焊的焊接材料是焊丝与焊剂。气体保护焊的焊接材料是焊丝与保护气体。456焊接材料的作用①焊条、焊丝是焊接回路中的一个组成部分。②在焊接过程中，它不仅可以传导电流，而且作为与焊件产生电弧的一个电极。③同时焊条和焊丝还起着填充金属的作用。7④在焊接热源的作用下，焊条或焊丝受热熔化，以熔滴的形式进入熔池，并与熔化了的母材共同作用组成焊缝。⑤焊条药皮、焊剂以及保护气体，是进行必要的冶金反应和保证焊接质量所必须的重要材料。因此，焊接材料不仅影响焊接过程的稳定性、焊接接头的稳定性能及质量，同时也影响着焊接生产率。81焊条(coveredelectrode)9一．焊条分类１.焊条用途分：1、结构钢焊条2、钼和铬钼耐热钢焊条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、铝及铝合金焊条10、特殊用途焊条10(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：药皮中含有多量酸性氧化物的焊条。2、碱性焊条：药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。11二、焊条的牌号与型号1、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。12J507焊条为例J507低氢型药皮、直流焊缝金属抗拉强度不低于50kgf/mm2结构钢焊条132、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，第四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。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15焊缝的空间位置有：平焊、横焊、立焊、仰焊16管子对接水平固定全位置焊接17三、焊条的组成作用：导电、填充金属。焊芯材料有选择性:用量最多的是H08、H08A，还有H08E。1.焊芯182.药皮组成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。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。19③造气剂:药皮的有机物和碳酸盐在焊接时产生气体，从而隔离空气、保护焊接区的作用。④脱氧剂:降低药皮或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧。20⑤合金剂:补偿焊缝金属中有益元素的烧损和获得必要的合金成分。⑥粘结剂:将药皮材料牢固的粘在焊芯上，参加冶金反应。⑦增塑剂:便于用机器压制焊条，额外加入一些能改善涂料塑性或滑润性物质。212焊剂22焊剂(weldingflux)：焊接时,能够熔化形成熔渣和气体,对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种物质。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。233焊丝药芯焊丝24焊丝（weldingwire）焊接时作为填充金属且同时作为导电用的金属丝焊接材料。用于埋弧焊、电渣焊、气体保护焊等各种焊接工艺方法的焊接材料。25二.焊接熔渣26第一节渣相的作用与形成第二节渣体结构及碱度27第一节渣相的作用与形成在焊接过程中，和液态金属接触并发生化学冶金反应的除了气体介质之外，还有高温下熔融的液态熔渣。一、熔渣的作用二、焊接熔渣的分类与来源28一、熔渣的作用药皮焊条电弧焊过程图：1.机械保护作用2.冶金处理作用3.改善成形工艺性能作用29药皮焊条电弧焊过程30埋弧焊过程示意图311.机械保护作用熔渣的比重一般轻于液态金属，高温下浮在液态金属的表面，使之与空气隔离，可避免液态金属中合金元素的氧化烧损，防止气相中的氢、氮、氧、硫等直接溶入，并减少液态金属的热损失。熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可以继续保护处在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。322.冶金处理作用熔渣与液态金属之间能够发生一系列物化反应，从而对金属与合金成分有较大影响。适当的熔渣成分，可以去除金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷和去氢。熔渣还可以起到吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物的作用。焊接过程中，可通过熔渣向焊缝中过渡合金。333.改善成形工艺性能作用适当的熔渣（或焊条药皮）构成，对于熔焊电弧的引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝外观成形等焊接工艺性能有至关重要影响。34二、焊接熔渣的分类与来源（一）焊接熔渣的类型（二）焊接熔渣的来源35（一）焊接熔渣的类型按焊接熔渣的组成物分类：盐型熔渣盐—氧化物型熔渣氧化物型熔渣36盐型熔渣主要由金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成。如：CaF2–NaF、CaF2–BaCl2–NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2-MgF2-CaF2-LiF盐型熔渣的氧化性很小，主要用于铝、钛等活性金属的焊接。37盐—氧化物型熔渣主要由氟化物和金属氧化物组成。如：CaF2–CaO–Al2O3CaF2–CaO–SiO2CaF2–MgO–Al2O3–SiO2这类熔渣的氧化性较小，主要用于重要的低合金高强钢、合金钢及合金的焊接。38氧化物型熔渣这类熔渣含有较多的弱碱金属氧化物，是应用最为普遍的一类渣系，如：MnO–SiO2、FeO–MnO–SiO2、CaO–Ti02–SiO2等。这类熔渣一般具有较强的氧化性，用于低碳钢、低合金高强钢的焊接。39（二）熔渣的来源1、药皮焊条电弧焊时的熔渣2、埋弧焊、电渣焊过程中的熔渣401、药皮焊条电弧焊时的熔渣药皮焊条电弧焊时的熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂。焊接过程中造渣剂熔化，形成独立熔渣相，覆盖在熔滴与熔池表面。41焊条类型熔渣化学成分（%）熔渣碱度SiO2TiO2Al2O3FeOMnOCaOMgONa2OK2OCaF2Ｂ１Ｂ２钛型23.437.710.06.911.73.70.52.22.9—0.43-2.0钛钙型25.130.23.59.513.78.85.21.72.3—0.76-0.9钛铁矿型29.214.01.115.626.58.71.31.41.1—0.88-0.1氧化铁型40.41.34.522.719.31.34.61.81.5—0.60-0.7纤维素型34.717.55.511.914.42.15.83.84.3—0.60-1.3低氢型24.17.01.54.03.535.8—-0.80.820.31.860.9表2-1药皮焊条电弧焊熔渣的化学成分举例低氢型焊条又称碱性焊条，主要特点是不含具有造气功能的有机物而含大量碳酸盐和一定数量的CaF2。碳酸盐在加热分解过程中形成熔渣（CaO或MgO）并放出CO2气体。CaF２除了造渣作用之外，还能减少液态金属中的氢含量。除低氢型焊条外的为酸性焊条，这类焊条药皮不论是以硅酸盐为主还是以钛酸盐为主，一般不含CaF2，含少量碳酸盐和有机物。422、埋弧焊、电渣焊过程中的熔渣埋弧焊、电渣焊过程中，堆积在焊件坡口上方的焊剂受热熔化，形成熔渣，覆盖在焊接电弧和熔池上方，对熔化金属起保护和冶金处理作用。43第二节渣体结构及碱度一、熔渣结构的分子理论二、熔渣的离子理论三、熔渣的碱度44一、熔渣结构的分子理论（1）液态熔渣是由自由状态化合物（包括氧化物、氟化物、硫化物的分子等）和复合状态化合物（酸性氧化物和碱性氧化物生成的盐）的分子所组成；（2）氧化物与复合物在一定温度下处于平衡状态；（3）只有渣中的自由氧化物才能与液体金属和其中的元素发生作用。如：（FeO)+[C]=[Fe]+CO而硅酸铁(FeO)2·SiO2中的FeO不能参与上面的反应。45二、熔渣的离子理论（1）认为液态熔渣是由正离子和负离子组成的电中性溶液。（2）离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩（离子电荷/离子半径）。离子的综合矩越大，说明它的静电场越强，与异号离子的引力越大。（3）液体熔渣与金属之间相互作用的过程，是原子与离子交换电荷的过程。如：Si4＋+2[Fe]=2Fe2＋+[Si]46离子离子半径/nm综合矩×102（静库/cm）离子离子半径/nm综合矩×102（静库/cm）K＋0.1333.61Ti4＋0.06828.2Na＋0.0955.05Al3＋0.05028.8Ca2＋0.1069.0Si4＋0.04147.0Mn2＋0.09110.6F-0.1333.6Fe2＋0.08311.6PO43-0.2765.2Mg2＋0.07812.9S2-0.1745.6Mn3＋0.07020.6SiO44-0.2796.9Fe3＋0.06721.5O2-0.1327.3阳离子中Si4＋的综合矩最大，而阴离子中O2-的综合矩最大，所以二者最易结合为复杂的硅氧阴离子SiO44-。表2-3正、负离子的综合矩47三、熔渣的碱度熔渣的氧化能力、粘度等都和熔渣的碱度密切相关，碱度对液态金属的脱硫、脱磷效果也有重要影响。（一）熔渣碱度的分子理论（二）熔渣碱度的离子理论48（一）熔渣碱度的分子理论按照分子理论，熔渣的碱度就是熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值。表示为：酸性氧化物的摩尔分数碱性氧化物的摩尔分数B当B＞1为碱性渣，B＜1为酸性渣，B=1为中性渣。49（一）熔渣碱度的分子理论考虑到氧化性强、弱差别，碱度表达式修正为：0.018CaO+0.015MgO+0.006CaF2+0.014(K2O+Na2O)+0.007(MnO+FeO)B1=—————————————————————————0.017SiO2+0.005(Al2O3+TiO2+ZrO2）当B1＞1为碱性渣，B1＜1为酸性渣，B1=1为中性渣。50（二）熔渣碱度的离子理论把液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）定义为碱度。渣中自由氧离子的浓度越大，其碱度越大。计算式为：niiiMa12B51Mi是渣中第I种氧化物的摩尔分数，ai是该氧化物的碱度系数。当B2＞0时为碱性渣，B2＜0为酸性渣，B2=0为中性渣。表2-4渣中常见氧化物的ai值氧化物K2ONa2OCaOMnOMgOFeOSiO2TiO2Al2O3Fe2O3ai值9.08.56.054.84.03.4-6.31-4.97-0.2052碱性渣的ai为正值，这是因为碱性氧化物在液态渣中产生O2－，例如：CaO=Ca2＋+O2－而酸性氧化物消耗渣中的O2—：SiO2+2O2－=SiO44－因此，碱性渣中O2－多，碱度高；酸性渣中O2－少，碱度低。53