焊接材料--课件

第二章焊接材料天津大学王惜宝2006年相关统计，中国钢产量4.2亿t，占全世界钢产量的34%，焊接材料产量约320万t左右，约为全世界焊材产量的50%。全球焊材生产研发动态•全球焊接材料、焊接设备生产状态：06年产值：100亿美元材料/设备：约6:4，即焊材约为60亿美元林肯公司约林肯公司约2121亿美元，焊材约占亿美元，焊材约占60%60%，已经将英国的，已经将英国的METRODEMETRODE（（曼彻特焊接材料公司，国际上最大的不锈钢、耐曼彻特焊接材料公司，国际上最大的不锈钢、耐热钢焊接材料生产商）收购。在上海设有中国工厂。热钢焊接材料生产商）收购。在上海设有中国工厂。伊莎公司13亿美元，收购韩国SEAH药芯焊丝生产商。在上海和江苏张家港设有中国工厂。日本神钢（KOBELCO)：韩国(KISWEL)高丽熔接棒：焊丝（实心6万吨，药芯4万吨，其它2万吨）韩国现代国际著名焊材企业•林肯公司约21亿美元，焊材约占60%已经将英国的METRODE（曼彻特焊接材料公司，国际上最大的不锈钢、耐热钢焊接材料生产商）收购。在上海设有中国工厂。•伊莎公司13亿美元，OK焊条（1904年）；收购了如韩国SEAH药芯焊丝生产商等多家公司。在上海和江苏张家港设有中国工厂。•日本神户制钢所（KOBELCO)：在唐山建厂•美国OxfordAlloys,Inc.•韩国(KISWEL)高丽熔接棒：焊丝（实心6万吨，药芯4万吨，其它2万吨），在大连建厂•韩国现代：药芯焊丝、实心焊丝，在昆山建厂（实心12000吨/年,药芯4500吨/月）我国焊接材料的发展动态国内主要生产企业（06年产量）06年全国总产量317万吨，产值约160亿元人民币其中：天津金桥70万吨，产值约35亿元人民币天津大桥50万吨,产值约25亿人民币四川大西洋20万吨株洲湘江15万吨锦州锦泰12万吨国内较大的焊材生产商及其产品•天津金桥：焊条57万吨，实心焊丝12万吨，药芯焊丝1万吨•天津大桥：焊条，焊丝•四川大西洋：焊条，焊丝•株洲湘江：焊条，焊丝•台湾广泰：•锦州锦泰：实心焊丝12万吨，07年：实心焊丝每月1万吨；药芯焊丝每月0.5万吨•天泰•江苏：华通、长江：焊丝；宇宙：焊条为主•山东：齐鲁焊业、索力得焊业、大亚焊材、飞乐焊丝等实心焊丝为主•北京：安泰，金太阳：药芯焊丝近两年我国焊材产量（万吨）项目焊条CO2实心焊丝药芯焊丝埋弧焊材总产量2005产量17060735272中国比例63%22%2.6%13%2005产量4.712.5(+TIG焊丝0.23)10.21.7＋2.331.8日本比例14.8%40%32.1%12.6%2006产量180801245317我国比例57%25%3.8%14%焊接材料对接头性能的影响①组成焊缝②影响组织及缺陷③影响热影响区X熔化热（电弧过程）X熔合区性能第一节焊条一、焊条分类1.根据用途分①结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、Ni及Ni合金焊条②国标中又将结构钢分为碳钢及低合金钢焊条2.按焊接熔渣的碱度分分为酸性焊条、碱性焊条3.按焊条药皮的类型分氧化钛型焊条、钛钙型焊条等二、焊条的型号和牌号（一）焊条的型号GB5117—85《碳钢焊条》中，规定的焊条型号编制方法（如图）①字母“E”表示焊条②第一、二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值③第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及横角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊④第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型（二）焊条的牌号1.焊条牌号是由焊条生产厂家制定的2.编制方法（如图）①牌号最前面的字母表示焊条各大类②第一、二位数字表示各大类焊条中的若干小类③第三位数字表示焊条药皮类型和焊接电源种类二、焊条的组成1.焊芯①按照国家标准GB1300—77、GB3429—82、GB4241—84等选择相应牌号的焊丝作为焊芯，一般碳钢及低合金钢焊丝用H08、H08A②焊芯中的组成元素XC:等强条件下越低越好，C含量高易引起气孔、飞溅、裂纹等XMn:用来脱O、S，合金化，含量在0.3-0.55%XSi:生成SiO2，易形成夹杂，产生热裂，应加以限制，越少越好XNi、Cr：对冶金过程不会有太大的影响XS、P：有害，应加以限制2.药皮①作用X机械保护（气、渣配合保护）X冶金（脱氧、合金化）X改善工艺性能（稳弧）②原材料X稳弧：含低电离电位元素(K、Ca、Na盐类），如碳酸钾、水玻璃、大理石、长石X造气：有机物、碳酸盐X造渣：形成具有一定理化性能（流动性、粘度、表面张力、凝固温度、氧化性等)的熔渣，保护熔滴及熔池，改善成形X脱氧：亲和力比Fe大的金属及合金，如Mn-Fe、Ti-Fe、Si-Fe、Al等X合金化：铁合金或纯金属等X粘度：水玻璃、钾、钠、铝酸钠等X药皮成形：便于压制，提高焊条表面质量，白泥、云母、钛白粉、糊精等③药皮原材料的种类X矿物类X铁合金X化工产品：钛白粉、碳酸钾、水玻璃等X有机物④药皮类型牌号型号药皮类型TiO2SiO2碳酸盐有机物Mn-FeJ421E4312钛型≥35%含有含有J422E4303钛钙型≥30%含有20%含有J423E4301钛铁矿型≥30%含有含有含有J424E4320氧化铁型≥30%含有含有含有J425E4310纤维素型含有含有15%含有J426E4315低氢型萤石30%无钛铁J427E4316低氢型萤石无钛铁Z208EZC石墨型石墨等Z308EZNi石墨型石墨等L109盐基型氟化物等三、焊条的工艺性能1.电弧的稳定性①直接影响焊接过程和焊接质量②影响因素X电源X工艺参数X药皮含有物质：Z低电离物质：云母、长石、钛白粉、大理石、水玻璃等Z反电离物质：CaF22.焊缝成形①要求：表面光滑、纹细密、过渡圆滑、无咬边、余高符合要求②影响因素：熔渣熔点和粘度、表面张力等3.全位置焊接性①提高电弧和气体吹力，使溶滴顺利过渡到熔池，阻止下流②提高熔渣表面张力③提高熔渣熔点，降低凝固时间4.飞溅①需要清理②产生飞溅的原因：水分多，渣粘度大③一般钛钙型焊条飞溅较小，低氢型焊条飞溅较大5.脱渣性（多层焊时尤为重要）影响因素：①熔渣与金属线胀系数的差异（钛型最大，低氢型最小）②熔渣的氧化性③熔渣的松脆性6.焊条熔化速度一般用熔敷系数（αH)来表示纤维素型焊条αH较低7.药皮发红降低措施：提高熔化系数，降低电阻热8.焊条发尘率可溶性氟化物（KF、NaF）、MnO可致毒()飞溅率—熔化系数—熔焊重量飞溅物重量ϕαϕϕααPPH%1001×=−=四、典型焊条的性能分析（一）钛型及钛钙型焊条1.渣系：TiO2-CaO-SiO2，碱度在0.4~0.752.典型配方：金红石、钛白粉、还原钛铁矿、Mn-Fe等3.冶金反应①氧化反应XFe的氧化][][][][][)(][][][][][][FeOFeOFeOSiSiOFeFeOMnFeMnOHFeOOHFeCOFeOCOFeFeOOFe+〉⎩⎨⎧+=++=+⎪⎩⎪⎨⎧+=++=+=+）（熔渣氧化气体氧化气222222221XC的氧化[C]+[O]=CO易出现气孔，增加Mn可抑制该反应②脱氧反应X先期脱氧[Mn]+O2=MnO[Mn]+[FeO]=Fe+MnO[Mn]+CaCO3=CaO·MnO+COK[Mn]+(SiO2)=(MnO)+[Si][Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2)[C]+[FeO]=[Fe]+COKX扩散脱氧[FeO]J(FeO)③还原反应（SiO2）+2[Fe]J[Si]+2(FeO)（SiO2）+2[Mn]J[Si]+2(MnO)④脱P、S（效果较差）[Mn]+(FeS)=(MnS)+Fe[MnO]+(FeS)=(MnS)+FeO2P+5FeO=P2O5+5Fe2Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe2Fe3P+5FeO=P2O5+11FeP2O5+3CaO=(CaO)3·P2O5P2O5+4CaO=(CaO)4·P2O5⑤焊缝金属合金化加入碳锰铁的主要作用是脱氧、脱硫⑥气孔敏感性造气剂、造渣剂较多，气-渣保护较好，含N较低，氧化性相对较弱，脱氢能力低，[H]含量较高，易出现氢白点及氢气孔⑦焊接烟尘4.工艺性能成型好，气孔率小，脱渣性好，适用于全位置焊接，飞溅小，但随着[H]增加，性能下降5.力学性能σb≥420MPa，σ0.2≥330MPa，δ5≥22%AKV：0℃≥275，-20℃≥47（二）钛铁矿-氧化铁型1.渣系TiO2-MnO-SiO2碱度1.06~1.30Fe2O3-SiO2-MnO碱度1.02~1.42.典型配方钛铁矿、钛白粉X造渣：钛铁矿（TiO2）+Si酸盐X造气：碳酸盐、有机物X脱氧：Mn-Fe3.冶金反应X氧化反应（置换、扩散）X脱氧反应强烈（合金过渡系数下降）X脱S、P困难，对热裂、冷裂敏感X[H]较低4.工艺性能一般（三）纤维型焊条1.气保护焊条，辅助渣保护①造气：木粉+碳酸盐②造渣：钛铁矿2.渣氧化性较大①目的：为避氢危害（H+OJOH）②脱氧：Mn-Fe③合金化：Mo-Fe3.特点产气量大，穿透力大，用于打底或切割（四）低氢型焊条1.渣系：CaO-SiO2-CaF2，碱度：1.6~1.82.典型配方：大理石、石英砂、萤石①造渣：萤石②造气：大理石③脱氧：Ti-Fe3.冶金反应①脱氧反应：2CO2+Si=SiO2+2COKCaO+SiO2=CaO·SiO22CO2+Ti=TiO2+2COKCaO+TiO2=CaO·TiO2②脱氢反应X利用萤石脱氢CaF2+2H=Ca+2HFKCaF2+H2O=CaO+2HFKX萤石与石英联合脱氢：2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3SiF4+3H=SiF+3HFKX萤石与水玻璃作用脱氢Na2O·nSiO2+H2O=2NaOH+nSiO22NaOH+CaF2=Ca(OH)2+2NaF2NaF+H2O+CO2=Na2CO3+2HFX焊接焊缝塑性好，但对进入熔池的H及氧化物敏感，故要求严格清理，严格烘干④脱硫反应提高碱度有利于脱S⑤脱磷反应⑥合金化：Mn、Si向焊缝中的过渡⑦焊接烟尘（危害最大的是NaF、KF）4.工艺性（工艺性不太好）⎪⎩⎪⎨⎧→+MgSMnSCaSMgOMnOCaOFeS)()()(][523523OPCaOOPPFePCaOFeO•⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎩⎨⎧)(五、焊条的配制1.配方设计①合金系统的设计②渣系设计③实验调整2.焊条制造⎪⎩⎪⎨⎧→→拟定配方合金过渡系数工艺调配方拟订渣系根据性能拟订合金系统拟订合金化方式第二节焊剂一、焊剂分类（如图）二、焊剂型号1.表示方法（如图）①”HJ”表示埋弧焊用焊剂②第一位数字Ⅹ1：表示焊缝金属的抗拉强度等拉伸力学性能（如表2-15）③第二位数字Ⅹ2：表示拉伸试样和冲击试样的状态（0——焊态，1——焊后热处理状态）④第三位数字Ⅹ3：表示焊缝金属冲击吸收功不小于27J时的最低试验温度（如表2-16）二、焊剂性能1.高硅焊剂①氧化性较大，一般用于焊低碳低合金钢②焊缝夹杂物可能较多③配合方式X高硅无锰或低锰焊剂应配合高锰焊丝X高锰中硅焊剂应配合含锰焊丝X高硅高锰焊剂应配合低碳钢焊丝或含锰焊丝2.中硅焊丝焊剂碱度较高，弱氧化性，可焊合金钢3.低硅焊丝碱度更高，基本无氧化性，可焊高硅钢第三节焊丝一、气体保护焊丝1.品种：CO2气体保护焊焊丝、氩弧焊焊丝2.生产工艺：拔丝、镀铜发展动态：无镀铜：伊莎Aristorod，神钢SE系列焊丝锦泰JM-56Z系列二、药芯焊丝1.特点：飞溅小、成型美观、可合金化2.生产工艺：卷、拔或轧三、埋弧焊焊丝1.品种：实心、药芯2.生产工艺：拔丝、镀铜