第一章 熔化焊连接原理1.2

第一章熔化焊连接原理1.1熔化焊热过程及接头形成1.2熔化焊接化学冶金1.3熔化焊接头的组织和性能1.4焊接冶金缺陷1.2熔化焊接化学冶金焊接材料焊接熔渣焊接化学冶金反应区焊接气氛及其与金属的相互作用焊接熔渣与金属的相互作用焊缝金属的合金化典型焊接材料冶金特性分析获得良好接头的条件:合适的热源,良好的熔池保护,焊缝填充金属焊接热过程,焊接化学冶金,焊接物理冶金1.2熔化焊接化学冶金一、焊接材料1、焊接材料的类型：焊接时所消耗的材料。焊条、焊剂、焊丝、保护气焊接材料应具有以下作用：1.保证电弧稳定燃烧和焊接熔滴顺利过渡；2.在焊接过程中保护液态熔池金属，以防止空气侵入；3.进行冶金反应和过渡合金元素，调整和控制焊缝金属的成分与性能；4.防止气孔、裂纹等焊接缺陷的产生；改善焊接工艺性能，在保证焊接质量的前提下尽可能提高焊接效率。焊接过程中的各种填充金属以及为了提高焊接质量而附加的保护物质统称为焊接材料。1.2熔化焊接化学冶金2、焊条1.2熔化焊接化学冶金（１）焊芯—焊丝作用：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。（2）药皮作用：①机械保护作用②冶金处理作用③工艺性能良好药皮的组成？焊条的组成1.2熔化焊接化学冶金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。如：K2CO3、CaCO3大理石、长石、钾水玻璃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。如：钛铁矿、金红石、萤石、长石等。③造气剂:造气保护,有机物、碳酸盐.有机物。如：木粉、淀粉、析出气体CO、H，碳酸盐析出气体CO2，高温时产生CO。药皮的组成？1.2熔化焊接化学冶金④脱氧剂:降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧铁合金：锰铁、钛铁、硅铁、Re等。⑤合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。如合金、纯金属、一般Mn-Fe、Si-Fe要纯化⑥粘结剂:将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。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。如云母、白泥、滑石等。1.2熔化焊接化学冶金（3）焊条的分类和性能1）用途和化学成分焊条牌号焊条型号序号焊条分类（按用途分类）代号汉字（字母）焊条分类（按化学成分分类）代号国家标准123结构钢焊条钼及铬钼耐热钢焊条低温钢焊条结（J）热（R）温（W）碳钢焊条低合金钢焊条EEGB/T5117-95GB/T5118-954不锈钢焊条：1.铬不锈钢焊条2.铬镍不锈钢焊条铬（G）奥（A）不锈钢焊条EGB/T983-955678910堆焊焊条铸铁焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合金焊条特殊用途焊条堆（D）铸（Z）镍（Ni）铜（T）铝（L）特（TS）堆焊焊条铸铁焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合金焊条----EDEZENiTCuTAl--GB984-2001GB10044-88GB/T13814-92GB3670-95GB3669-20011.2熔化焊接化学冶金2）按熔渣碱度分类在实际生产中，将焊条分为两大类---酸性焊条和碱性焊条（称低氢型焊条），按熔渣中酸性氧化物与碱性氧化物的比例分类。当熔渣中酸性氧化物的比例高时为酸性焊条，反之为碱性焊条。酸性焊条电弧柔软，飞溅小，熔渣流动性和覆盖性均好，焊缝外表美观，焊波细密，成形平滑；碱性焊条的熔滴过渡是短路过渡，电弧不够稳定，熔渣的覆盖性差，焊缝形状凸起，且焊缝外观波纹粗糙，但在向上立焊时，容易操作。酸性焊条的药皮中含有较多的氧化铁、氧化钛及氧化硅等，氧化性较强，在焊接过程中使合金元素烧损较多，同时由于焊缝金属中氧和氢含量较多，因而熔敷金属塑性、韧性较低。1.2熔化焊接化学冶金碱性焊条的药皮中含有多量的大理石和萤石，并有较多的铁合金作为脱氧剂和渗合金剂，因此药皮具有足够的脱氧能力。大理石等碳酸盐分解出CO2做保护气体，弧柱气氛中氢的分压较低，且萤石中的氟化钙在高温时与氢结合成氟化氢，降低焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢型焊条。但由于氟的反电离作用，为了使碱性焊条的电弧能稳定燃烧，一般只能采用直流反接（即焊条接正极）进行焊接，只有当药皮中含有多量稳弧剂时，才可以交直流两用。用碱性焊条焊接时，故具有较高的塑性和冲击韧性。3)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1.2熔化焊接化学冶金J507焊条为例J507低氢型药皮、直流焊缝金属抗拉强度不低于500MPa结构钢焊条焊条的牌号根据焊条的主要用途及性能特点来命名的。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。1.2熔化焊接化学冶金E5015(J507)焊条为例书P57E5015表示焊条适用于全位置焊接表示焊条表示焊条药皮为低氢钠型，并可采用直流反接焊接表示熔敷金属抗拉强度的最小值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，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。1.2熔化焊接化学冶金电焊条的选用同种钢材焊接时焊条选用要点（1）考虑焊缝金属力学性能和化学成分对于普通结构钢,通常要求焊缝金属与母材等强度,应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢,还要求合金成分与母材相同或接近。(2)考虑焊接构件使用性能和工作条件对承受动载荷和冲击载荷的焊件,除满足强度要求外,主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧度和塑性,可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质的焊件,应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其它耐腐蚀焊条。(3)考虑焊接结构特点及受力条件对结构形状复杂、刚性大的厚大焊接件,由于焊接过程中产生很大的内应力,易使焊缝产生裂纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条。对受力不大、焊接部位难以清理干净的焊件,应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。(4)考虑施工条件和经济效益在满足产品使用性能要求的情况下,应选用工艺性好的酸性焊条。在狭小或通风条件差的场合,应选用酸性焊条或低尘焊条。1.2熔化焊接化学冶金焊接电弧的弧定性(稳弧性)影响因素：焊条药皮成份,电源的特性,焊接规范等.药皮成份的影响.若药皮中含低电离势元素,U↓稳弧性↑某些元素的电离势元素KNaBaCaTiMnFeSiCHOFCO2电离势4.325.125.166.086.817.407.837.9411.2213.5313.5618.614.31.2熔化焊接化学冶金3、焊剂焊剂是焊接时能够熔化形成焊渣和气体，对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种颗粒状物质。1.2熔化焊接化学冶金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。埋弧焊、电渣焊多用于焊接钢，少数用于焊接有色金属。１.按制造方法分类(１)熔炼焊剂：将原料按配方比例配成炉料，放在电炉或火焰炉中熔炼，这种焊剂叫熔炼焊剂。(２)非熔炼焊剂：依烘熔温度不同分为粘结焊剂和烧结焊剂。2.按焊剂化学成分分类(1)按氧化物性质分(2)按SiO2含量分(3)按MnO含量分(4)按CaF2含量分一、钢用焊剂分类1.2熔化焊接化学冶金a.高硅焊剂：焊剂含SiO230%b.中硅焊剂：焊剂含SiO210～30％c.低硅焊剂：焊剂含SiO210%按SiO2含量分类a、高锰焊剂：含氧化锰MnO30%b、中锰焊剂：含MnO15—30%c、低锰焊剂：含MnO2—5%d、无锰焊剂：不加MnO，焊剂中MnO是混入的杂质MnO2%按MnO含量分类a、高氟焊剂：含CaF230%b、中氟焊剂：含CaF210—30%c、低氟焊剂：含CaF210%按CaF2含量分类1.2熔化焊接化学冶金1.牌号前加“焊剂”两字表示埋弧焊及电渣焊用熔炼型、烧结型、陶质焊剂。2.牌号第一数字表示焊剂中MnO含量焊剂１××无锰焊剂２××低锰焊剂３××中锰焊剂４××高锰焊剂５××陶质型焊剂６××烧结型焊剂７××待发展二.焊剂牌号编制方法1.2熔化焊接化学冶金3.牌号第２位数字表示焊剂中氧化硅、氟化钙含量焊剂×１×低硅低氟焊剂×２×中硅低氟焊剂×３×高硅低氟焊剂×４×低硅中氟焊剂×５×中硅中氟焊剂×６×高硅中氟焊剂×７×低硅高氟焊剂×８×中硅高氟焊剂×９×待发展4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号按０、１、２、３、４、５、６、７、８、９顺序排列5.对同一牌号焊剂生产两种粒度时，在细粒产品后加一个细字。焊剂４３１表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型1.2熔化焊接化学冶金4、焊丝CO2焊实心焊丝其他用途的实心焊丝1.电渣焊焊丝2.氩弧焊焊丝CO2焊焊丝含有较高的Mn、Si等脱氧元素的含量。1.2熔化焊接化学冶金药芯焊丝药芯焊丝是由薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管的同时，填满一定成分的药粉后经拉制而成的一种焊丝。1.焊接飞溅小2.焊缝成形美观3.熔敷速度高于实心焊丝4.可进行全位置焊接药芯焊丝的特征1.2熔化焊接化学冶金•单一气体•单面焊双面成形Ar•混合气体•结构钢焊接Ar+CO24、保护气体1.2熔化焊接化学冶金焊接材料发展焊条气保护实心焊丝药芯焊丝埋弧焊材焊条气保护实心焊丝药芯焊丝埋弧焊材焊条气保护实心焊丝药芯焊丝埋弧焊材日本美国中国内地焊条气保护实心焊丝药芯焊丝埋弧焊材西欧1.2熔化焊接化学冶金1.2熔化焊接化学冶金熔渣与金属的作用①机械保护作用②冶金处理作用③改善工艺性能使电弧容易引燃,稳定燃烧,减少飞溅熔渣：电焊条药皮或焊剂溶化形成的覆盖焊缝表面的非金属物质。二、焊接熔渣1.焊接熔渣的组成（1）熔渣的作用在炼钢时，熔渣的主要作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离，加入的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化产物融合成熔渣，除S、P，吸收非金属夹杂物。1.2熔化焊接化学冶金（2）熔渣的成分和分类①熔渣成分：大体由氧化物、氯化物、氟化物、硼酸盐类组成是多种化学组成的复杂体系。②熔渣分为三类a)盐型(氧化性很小)CaF2—NaF,CaF2—NaF—BaCl2用于焊接铝、钛和其他化学活性金属及其合金。b)盐—氧化物型(较小)CaF2—CaO—Al2O3,CaF2—CaO—SiO2用于焊接合金钢及其合金。c)氧化物型(较强)MnO—SiO2,CaO—TiO2—SiO2用于焊接低碳钢和低合金钢。1.2熔化焊接化学冶金2.焊接熔渣结构液态熔渣的结构有两种理论：分子理论和离子理论。（1）分子理论液态熔渣由不带电的分子组成,是理想溶液.①液态熔渣是由化合物的分子组成的②氧化物及其复合物处于平衡状态③只有自由氧化物才能和金属反应(SiO2)+[Fe]=[Si]+(FeO)熔渣成分(存在渣里)焊缝金属中的成分回到金属里渗硅或铁被氧化1.2熔化焊接化学冶金液态熔渣是理想的熔体---服从理想溶液定律分子理论可简明的定性解释熔渣与金属之间的冶金反应,（2）离子理论熔渣在液态下为离子结构,由简单离子和复杂离子组成的溶液是在研究熔渣电化学性质的基础提出的,①液态熔渣是由阴阳离子组成的电中性溶液②离子的分布和相互作用取决于它的综合矩但不能解释一些重要现象，如导电性、电解等。1.2熔化焊接化学冶金负电性大的元素以负离子形式存在F-、Cl-、O2-负电性小的元素以正离子形式存在Ca+、k+、Fe2+碱性渣中SiO2少，氧以自由氧离子形式存在O2-酸性渣中SiO2多，形式复杂的离子.Si3O96-、SiO44-之间形成离子团，极性键结合.1)熔渣是由简单和复杂的离子组成的中性溶液1.2熔化焊接化学冶金阳离子Si4+综合矩最大４７阴离子O2-综合矩最大７.32)离子的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩综合矩=Z/rr=10-8cmZ—离子电荷（静电单位）r—离子半径rT离子综合矩越大，静电场愈强，与其它离子作用力愈大二者可结合成更复杂的离子SiO44-当Ｚ↑综合矩↑r↓综合矩↑1.2熔化焊接化学冶金盐型：简单结构、均匀溶液；氧化物