焊接-冶金第二章

焊接原理及工艺第二章焊接材料办公室：304主讲人：上官芸娟010203焊条焊剂焊丝焊接材料0201焊条PARTONE2.1焊条的分类1.1焊条的分类1、结构钢焊条结构钢和低合金钢2、钼和铬钼耐热钢焊条珠光体耐热钢和马氏体耐热钢3、不锈钢焊条不锈钢和热强钢铬不锈钢和铬镍不锈钢焊条4、堆焊焊条堆焊耐磨、耐蚀等特征要求5、低温钢焊条低温下工作的构件6、铸铁焊条焊补铸铁构件7、镍及镍合金焊条镍及高镍合金，异种金属焊接及堆焊8、铜及铜合金焊条9、铝及铝合金焊条10、特殊用途焊条水下焊接、水下切割等（一）按焊条的用途分为1.1焊条的分类（三）按焊接熔渣的碱度分1、酸性焊条含有较多酸性氧化物，氧化性强，外观成形美观、波纹细密，可采用交、直流焊接，典型的E4303（J422）2、碱性焊条含有较多碱性氧化物，降低含H量，低氢焊条。焊接性能好，耐冲击，重要结构。典型的E5015（J507）（二）按焊条药皮的类型分氧化钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条、低氢型焊条、石墨型焊条和盐基型焊条等。1.1焊条的分类酸性焊条碱性焊条工艺性能特点引弧容易，电弧稳定，可用交直流电源焊接对铁锈、油污和水分的敏感性不大，对抗气孔能力强。焊条使用前经75－150°C烘焙1h飞溅小，脱渣性好焊接时烟尘较少由于药皮中含有的氟化物影响气体电离，故电弧的稳定性较差，只能采用直流电源焊接对水、锈产生气孔的敏感性较大，使用前须经350－400°C烘焙1h飞溅较大，脱渣性稍差焊接时烟尘较多焊缝金属性能焊缝常、低温性能一般合金元素烧损较多脱硫效果差，抗热裂纹能力差焊缝常、低温性能较好，合金元素过渡效果好，塑性的韧性好，特别是低温冲击韧度好。脱氧、硫能力强。焊缝含氢、氧、硫低，抗裂性能好1.2焊条的型号与牌号(一)型号Exxxx后缀字母元素符号焊条熔敷金属抗拉强度最小值焊接电流的种类及药皮类型熔敷金属化学成分分类代号附加化学成分的元素符号０，１－表示全位置焊２－表示手工焊及平角焊４－表示立向下焊E4315表示焊条药皮为低氢钠型，采用直流反接焊接表示焊条适合于全位置焊接表示熔敷金属抗拉强度的最小值为424MPa表示焊条1.2焊条的型号与牌号（二）焊条的牌号焊条牌号是根据焊条主要用途及性能特点对焊条产品具体命名。J507低氢型药皮，直流焊缝金属抗拉强度不低于490MPa结构钢焊条按照国标GB/T5117-95，它应符合E5015型焊条要求。焊条有特殊性能和用途的，在牌号后面加注起主要作用的元素或主要用途的拼音字母(一般不超过二个)，如J507MoV、J507CuP。牌号后面加注各字母符号含义焊条牌号中第三位数字含意1.3焊条的组成（一）焊芯填充金属。含碳量要低。成分控制比一般钢更严格。选用低碳钢焊丝作为焊芯，牌号为H08A或“H08E”。A-优质钢；“E”-特级钢，对硫、磷限量更严格。焊芯作用：电极：导电产生电弧，把电能转换成热能；填充金属：与液体母材金属熔合形成焊缝，同时调整焊缝中合金元素成分.1.3焊条的组成焊芯中各种常见合金元素的作用：C：钢中的主要合金元素。当含碳量增加时，钢的强度硬度明显地增加，而塑性降低，钢的焊接性大大恶化，引起较大的飞溅和气孔，且对焊接裂纹的敏感明显的增加。Mn：合金剂，随着锰含量的增加，钢的强度和韧性增加。锰与硫化合生成Mn2S作为熔渣覆盖要金属表面，从而抑制硫的有害作用。同时，锰还有很好的脱氧作用。Si：在焊接过程中极易氧化成SiO2,从而使焊缝中含有多量的夹物，严重时会引起热裂纹。S、P：是有害元素，会引起裂纹和气孔，应严格控制含量。1.3焊条的组成（二）焊条药皮1、作用（1）保护作用药皮熔化→形成熔渣、气体→保护熔滴、熔池和焊接区、隔离空气→防止氮气等有害气体进入焊缝（2）冶金作用药皮的组成物质发生冶金反应→去除有害杂质，保护或添加有益合金元素→提高焊缝抗气孔性和抗裂性→焊缝满足使用要求（3）使焊条具有良好的工艺性能使电弧容易引燃、稳定的连续燃烧，焊接飞溅小，焊缝成形美观，易于脱渣，适宜于各种空间位置的焊接施工等。1.3焊条的组成药皮类型代号药皮类型名称药皮类型代号药皮类型名称00特殊型18铁粉低氢型01钛铁矿型20高氧化铁型03钛钙型22氧化铁型10高纤维素钠型23铁粉钛钙型11高纤维素钾型24铁粉钛型12高钛钠型27铁粉氧化铁型13高钛钾型28铁粉低氢型15低氢钠型48铁粉低氢型16低氢钾型--2、焊条药皮的类型1.3焊条的组成2、焊条药皮的类型（1）氧化钛型，简称钛型。药皮中加入35%以上TiO2和相当数量的硅酸盐、锰铁及有机物（2）氧化钛钙型，简称钛钙型。药皮中加入30%以上TiO2和20%以下的碳酸盐以及相当数量的硅酸盐、锰铁，一般不加或少加有机物。（3）钛铁矿型。药皮中加入30%以上的钛铁矿和一定数量的硅酸盐、锰铁以及少量有机物，不加或加少量的碳酸盐。（4）氧化铁型。药皮中加入大量铁矿石和一定数量的硅酸盐、锰铁以及少量有机物1.3焊条的组成2、焊条药皮的类型（5）纤维素型。药皮中加入15%以上的有机物，一定数量的造渣物质及锰铁等。（6）低氢型。药皮中加入大量碳酸盐、萤石、铁合金以及TiO2等。（7）石墨型。药皮中加入多量石墨，以保证焊缝金属的石墨化作用。配以低碳钢芯或铸铁焊芯可用于铸铁焊条。（8）盐基型。药皮由氟盐和氯盐组成，如NaF、KF、NaCl、LiCl、冰晶石等。主要用于铝及铝合金焊条。1.3焊条的组成3、药皮原材料的种类矿物类、金属及铁合金、化工产品类、有机物类4、药皮原材料的作用（1）稳弧碳酸钾、大理石、水玻璃、长石、金红石等。（2）造渣钛铁矿、金红石、大理石、石英砂、长石、云母、萤石等。（3）造气木粉、淀粉、大理石、菱苦土等。（4）脱氧锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等。（5）合金化锰铁、硅铁、钼铁等。（6）粘结钠水玻璃、钾钠水玻璃等。（7）成形白泥、云母、钛白粉、糊精等。1.4焊条的工艺性能（一）焊接电弧的稳定性（二）焊缝成形（三）各种位置焊接的适应性（四）飞溅（五）脱渣性（六）焊条熔化速度影响生产效率。焊条的熔覆系数H。（七）药皮发红不锈钢焊条。（八）焊接烟尘1.4焊条的工艺性能焊条的选用等强度原则：首先考虑母材的力学性能;等性能原则：考虑焊件化学成份，工作条件（载荷、介质、温度等）;等条件原则：考虑焊接的结构复杂程度和刚度（酸、碱性焊条）;另外：考虑劳动条件、生产率和经济性。1.5典型焊条的冶金性能分析钛钙型焊条E4303配方：采用大量的金红石、大理石以及适量的云母、长石、白泥等作为造渣、造气及稳弧剂保护：气渣联合保护。钛钙型焊条的熔渣碱度B1=0.76。焊接时的气相成分为：CO50.7%、CO25.9%、H237.7%、H2O5.7%。CO和H2承担保护作用。1.5典型焊条的冶金性能分析焊接过程的冶金反应分析1、氧化及脱氧反应（1）铁的氧化主要有以下途径：1）电弧气氛中氧直接氧化：[Fe]+O=FeO+515.76kJ/mol[Fe]+1/2O2=FeO+26.97kJ/mol2）电弧气氛中CO2对铁的氧化[Fe]+CO2=[FeO]+CO当温度超过3000K时，CO2的氧化性将大于空气。温度升高→反应更加剧烈1.5典型焊条的冶金性能分析3）电弧气氛中H2O(g)对铁的氧化[Fe]+H2O(g)=[FeO]+H2气相中的H2O(g)不仅使金属氧化，而且可以使焊缝金属增氢。4）熔渣中SiO2等氧化物与液态铁发生置换反应，使铁氧化（SiO2）+2[Fe]=[Si]+2FeO（FeO）[FeO]焊缝金属的力学性能、物理化学性能变坏1.5典型焊条的冶金性能分析（2）脱氧反应焊缝金属平均含氧量为0.05%-0.07%钛钙型焊条的脱氧反应为：1）Mn的脱氧反应先期脱氧：锰与碳酸盐或高价氧化物分解出的CO2及O2发生反应。CaCO3=CaO+CO2Mn+CO2=MnO+CO↑CaCO3+Mn=CaO+MnO+CO↑同时Mn+1/2O2=MnO1.5典型焊条的冶金性能分析沉淀脱氧：熔滴和熔池内[Mn]+[FeO]=(MnO）+[Fe]MnO+SiO2=MnO•SiO2MnO+TiO2=MnO•TiO2进入熔渣2）Si的脱氧反应高温时SiO2还原→向熔池中过渡Si冷却过程[Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2)*Si(Ti)脱氧时形成的脱氧产物SiO2(TiO2)会有一部分来不及转移到熔渣中而留在焊缝金属中形成非金属夹杂物，从而增加焊缝金属的含氧量。1.5典型焊条的冶金性能分析3）碳的脱氧反应熔池中：[C]+[FeO]=[Fe]+CO↑易于形成气孔。Mn的作用可以抗气孔形成。2、还原反应2[Mn]+(SiO2)=[Si]+2(MnO)进入焊缝*此类焊条中，可以保证焊缝足够的Si保证焊缝性能1.5典型焊条的冶金性能分析3、脱硫反应S通常以FeS、MnS的形式存在元素与S亲和力从大到小的顺序是：Al、Ca、Mg、Mn、Fe大小Al、Ca、Mg易氧化，通常采用Mn脱硫。FeS+Mn=Fe+MnSFeS+MnO=FeO+MnS**焊条药皮中加入14%中碳锰铁→脱氧、脱硫1.5典型焊条的冶金性能分析4、脱磷反应脱磷反应只是理论上的，实际上是很难实现的。因此，在钛钙型焊条中，很难进行脱磷反应，只有严格控制所用原材料的低磷量。5、焊缝金属合金化焊芯采用H08A钢焊芯。Mn、Si、Mo、W、V等需要从药皮过渡。6、气孔敏感性取决于熔渣的氧化性氧化性提高→气孔敏感性增加1.6焊条的设计了解焊条的设计与制造，主要目的是为了更好地选用焊条，在制订焊接工艺时，充分考虑到焊条的特性。（一）设计原则技术上必须满足设计任务的要求，达到各项技术指标的规定；制造工艺上必须切实可行，经济效益要好；卫生指标要先进，达到安保要求。1.6焊条的设计（1）被焊母材的化学成分与力学性能指标。（二）设计依据（2）焊件的工作条件，如工作温度、工作压力以及是否有耐磨性、耐腐蚀性等特殊要求。（3）施工现场的焊接设备情况（交流焊机，直流焊机？）以及施工的条件（如室内，室外，高空，水下等？）。（4）电焊条制造的生产工艺条件。1.6焊条的设计(三)设计步骤1选定焊芯2选定药皮类型、渣系以及药皮配方具体设计程序如下：1)根据被焊金属的使用性能要求，初步拟定焊缝金属的合金系统。2)根据焊件的焊接性，修订焊缝金属的合金系统及确定焊缝金属化学成分的要求。3)确定药皮类型及焊条配方的渣系。4)估算合金元素的损失，初步确定合金剂的种类及数量，根据焊条的性能要求，选定药皮原材料，确定焊条药皮的初步配方。5)通过具体试验进行配方调整。02焊剂PARTTWO2.1焊剂的种类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颗粒状物质。了解焊剂的种类、组成、性能及用途→便于制订焊接工艺和进一步研究。焊剂包括：埋弧焊及电渣焊用焊剂气焊熔剂钎焊熔剂定义2.1焊剂的种类（一）按焊剂的用途分类1按被焊材料分钢用焊剂及有色金属用焊剂。2按焊接方法分有埋弧焊焊剂和电渣焊焊剂。（二）按焊剂的制造方法分类1熔炼焊剂将一定比例的各种配料放在炉内熔炼，然后经过水冷粒化、烘干、筛选制成的焊剂。2非熔炼焊剂根据焊剂烘焙温度不同分为粘结与烧结焊剂。1)粘结焊剂将一定比例的各种粉状配料加入适量粘结剂，经混合搅拌、粒化和低温(400℃以下)烘干而制成的焊剂。2)烧结焊剂将一定比例的各种粉状配料加入适量粘结剂，混合搅拌后经高温(400~1000℃)烧结成块，然后粉碎、筛选而制成的一种焊剂。1按氧化物性质酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂，2按SiO2含量高硅焊剂、中硅焊剂和低硅焊剂。3按MnO含量高锰焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂。4按CaF2含量高氟焊剂、中氟焊剂和低氟焊剂。2.1焊剂的种类（三）按焊剂的化学成分分类1氧化性焊剂焊剂对母材有较强的氧化作用。2弱氧化性焊剂焊剂含活性氧化物较少，对金属有较弱的氧化作用，焊缝金属的含氧量较低。3惰性焊剂焊剂中基本不含SiO2，MnO、FeO等氧化物用。此类焊剂的成分是由A12O3、CaO、MgO、Ca