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第三章 焊接材料,指焊條、焊絲、焊劑、氣體等焊接用料。,焊條電弧焊過程 藥皮燃燒： 電弧周圍氣體：CO2、CO、H2 熔池中熔渣，冷卻形成渣殼 保護熔池中的熔化金屬,一、焊條分類 1 按用途分：分10大類 （1）結構鋼焊條：主要用于焊接碳鋼和低合金高強鋼。 （2）耐熱鋼焊條：用于焊接珠光體和馬氏體耐熱鋼。 （3）不銹鋼焊條：用于焊接奧氏體和馬氏體不銹鋼。 （4）堆焊焊條：用于獲得耐磨、耐蝕性能的堆焊層。,第一節(jié) 焊條,（5）低溫鋼焊條：用于焊接在低溫下工作的焊縫。 （6）鑄鐵焊條：用于焊補鑄鐵構件。 （7）鎳及其合金焊條：用于焊接鎳及其合金。 （8）銅及其合金焊條：用于焊接銅及其合金。 （9）鋁及其合金焊條：用于焊接鋁及其合金。 （10）特殊用焊條：如水下焊接、切割用焊條。,焊條分類（1）,2 按熔渣的堿度 （1）酸性焊條（J422）：藥皮中含有較多SiO2、FeO等。這類焊條工藝性能好，焊縫成形美觀，但焊縫的性能不高（尤其是塑性和韌性）。焊接可用交直流電源。 （2）堿性焊條（J507）：藥皮中含有CaCO3、CaF2等。焊縫的含氫量低，所以又稱低氫焊條，堿性焊條的焊縫有較高的塑性和韌性，可用于焊接較重的焊接結構。,焊條分類（2）,3 按焊條藥皮類型分： 鈦型（TiO2金紅石）、鈦-鈣型（TiO2-CaO）、鈦鐵礦型（TiO2-FeO）、氧化鐵型（Fe2O3）、纖維素型、低氫型（CaCO3-CaF2）。,焊條分類（3）,1 焊條型號 國際ISO標準：E （字母E：Electrode） 第一、二位數(shù)字：抗拉強度（kgf/mm2） 第三位數(shù)字：表示適合焊接位置（0、1表示全位置，2表示為平焊，4為向下焊）。 第四位數(shù)字：表示焊接電源極性及藥皮類型 例如： E4303 43 kg 級鈦鈣型，交直流兩用，全位置焊。 E5015 50kg 級 低氫型，直流反接，全位置焊。,二、 焊條的型號和牌號,我國常用的牌號：字母（漢字） 字母含義：結構鋼J（結）、不銹鋼A（奧）、堆焊D（堆）等。 第一、二位數(shù)字：抗拉強度（kg/mm2） 第三位數(shù)字：藥皮類型，如1氧化鈦型、2鈦鈣型、7低氫鈉型（直流） 例如： J（結）422 42 kg 級，鈦鈣焊條； J（結）507 50 kg 級，低氫焊條，直流。,2 焊條牌號,焊條是由焊芯和藥皮組成，藥皮占整個焊條重量的3050%。 藥皮重量系數(shù)Kb 式中：WS藥皮重量；WM焊芯重量。,三、 焊條的組成,焊條用鋼：牌號前加H，如H08A。最后字母A表示優(yōu)質(zhì)鋼，E表示特級鋼，其含硫、磷量比較低。 焊芯中的元素： （1）碳：提高鋼的硬度、強度，但會產(chǎn)生氣孔、飛濺、裂紋等問題。一般焊芯的含碳量小于0.1%。 （2）錳：有益元素，起脫氧、脫硫和強化焊縫金屬的作用。焊芯一般含錳0.30.55%。,1 焊芯（1）,設計結構鋼焊條時，要保證焊縫金屬與母材等強度，不必強調(diào)母材等成分。,（3）硅：起脫氧和強化焊縫金屬作用，但會增加焊縫中的SiO2夾雜物，所以焊芯中的含硅量比較低（0.03）。 （4）硫、磷：有害元素，容易引起焊縫裂紋和冷脆性。焊芯中的S、P0.03。,焊芯（2）,（1）藥皮作用 1） 保護作用：采用氣渣聯(lián)合保護焊縫金屬，以隔離空氣。 2） 冶金作用：去除焊縫金屬中有害雜質(zhì)（O、H、S、P等），補充焊縫燒損的合金元素，改善焊縫力學性能。 3） 保證焊接工藝性能：容易引弧，電弧穩(wěn)定燃燒，飛濺少，焊縫成形美觀，易于脫渣，適合各種位置焊接。,2 焊條藥皮（1）,（2）焊條藥皮類型 分為八大類，常用的有： 1）鈦型：（35% TiO2（金紅石）+ SiO2）； 2）鈦鈣型：（30% TiO2+ (Ca , Mg)CO3）； 3）低氫型：（CaCO3 + CaF2）; 4）石墨型： 主要用于鑄鐵焊條，以保證焊縫金屬石墨化。,2 焊條藥皮（2）,1）礦物類： 如大理石、白云石（CaCO3+MgCO3）、金紅石（TiO2）、錳礦（MnO2）、鈦鐵礦等。 2）鐵合金類： 如純鉻、鎳、Mn-Fe、Si-Fe、Ti- Fe等。 3）化工產(chǎn)品類： 如鈦白粉（TiO2）碳酸鋇（BaCO3）、水玻璃（Na2OSiO2、K2OSiO2）等。,（3） 藥皮的原材料,1）穩(wěn)?。喝绱罄硎⑺Ａ?、長石（K2O+Na2O+SiO2+Al2O3）中的低電離位元素。 2）造渣：保護熔滴和熔池金屬，改善焊縫成形，如CaO、SiO2、MgO等。 3）造氣：焊接時，有機物和碳酸鹽分解產(chǎn)生氣體，用于隔離空氣，保護焊接區(qū)域。如CaCO3CaO + CO2。 4）脫氧：用一些對氧親和力比鐵大的金屬或合金元素脫除焊縫中的氧。,（4）藥皮原材料的作用,5）合金化：補償焊縫金屬中燒損的合金元素，使焊縫達到所需的物化性能和機械性能。 6）粘結：將藥皮牢固粘結在焊芯上，如水玻璃（Na2OSiO2、K2OSiO2）。 7）成形：便于焊條的壓制，如云母、鈦白粉、滑石粉。,藥皮原材料的作用（2）,1 電弧的穩(wěn)定性 焊條藥皮中加入電離電位低的物質(zhì)，如Na、K、Ca等，在焊接過程中可以保持電弧穩(wěn)定燃燒。 若焊條中有氟化物（CaF2），由于電負性強的F的消電離作用，在交流焊中電弧就不穩(wěn)定，只能用直流電源焊接。若在這類焊條中加入穩(wěn)定劑（碳酸鉀等）時，也可以用交流焊接（J506）。 電弧穩(wěn)定性不僅取決于焊條，還和焊接設備、焊工水平等因素有關。,四、 焊條的工藝性能（1）,成形不好的焊縫不僅影響外觀質(zhì)量，而且會造成應力集中，造成焊縫破壞。 影響焊縫成形因素除操作者的水平外，還有熔渣的凝固溫度、粘度等。,2 焊接成形（1）,凝固溫度過高，容易造成渣壓鐵水，氣孔不易逸出；凝固溫度過低，熔渣不能均勻覆蓋在焊縫表面。,2 焊接成形（2）,研究熔渣的物化狀態(tài)可以用渣的相圖（圖21）。,熔渣粘度過大，使焊接冶金反應緩慢，易產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷；粘度過小造成熔渣不能均勻復蓋在焊縫表面，保護不好。,焊條能否適合各種位置的焊接（平焊、立焊、仰焊、橫焊）。取決于渣的粘度、熔點、表面張力等，也取決于焊工的水平。,3 各種位置焊接的適用性,降低焊條的熔敷效率，增加清理工作量。焊條的飛濺與焊條的含水量、焊條偏心、焊接工藝參數(shù)、電源類型、焊條類型（鈦鈣比低氫飛濺?。┑扔嘘P。,4 飛濺,焊條的脫渣性主要與渣的物化性能有關。,5 脫渣性,（2）渣的氧化性：氧化性強的渣比較難脫落（圖2-3）。,（3）渣的松脆性：熔渣越松脆越容易脫渣。,（1）熔渣膨脹系數(shù)：渣與金屬的膨脹系數(shù)相差越大，越容易脫渣（圖2-2） 。,P為單位時間內(nèi)單位電流熔敷在焊件上的金屬重量。 P = g/(Ah) 考慮到飛濺損失，真正焊接生產(chǎn)率是熔敷系數(shù)H H=P(1) 式中 -損失系數(shù)。,7 焊條的熔化速度P,液態(tài)金屬和熔渣在電弧高溫下造成激烈蒸發(fā)，尤其是低氫焊條發(fā)生量大，煙塵中含有有毒物質(zhì)，危害焊工健康。,8 焊接煙塵,1 鈦鈣型焊條E4303（J422） 熔渣的堿度B1 = 0.76，屬酸性渣。氣相主要成分為CO、H2、CO2、H2O。,五、典型焊條的冶金性能分析,P21,J422焊條焊縫的化學成分及力學性能,（1）氧化反應: 氣相中的O、O2、CO2、H2O等都能使焊接金屬發(fā)生氧化 Fe + O FeO Fe + O2 FeO Fe + CO2 FeO + CO Fe + H2O FeO + H2 其中氧原子的氧化性最強。,J422鈦鈣型焊條焊接時的冶金反應（1）,熔渣的氧化作用主要是渣中的氧化物與液態(tài)金屬之間發(fā)生的置換氧化。,氧化反應,J422屬于酸性渣，應以錳脫氧為主，而不是采用Si、Ti脫氧 Mn + FeO (MnO) + Fe （沉淀脫氧） 生成的MnO進入熔渣，與SiO2等酸性氧化物生成復合化合物 (MnO) + (SiO2) (MnO SiO2) (MnO) + (TiO2) (MnO TiO2) 復合氧化物降低了熔渣的氧化性。,（2）脫氧反應,由于熔渣中有大量的SiO2等酸性氧化物和Mn-Fe，所以發(fā)生置換反應 (SiO2) + Fe Si + FeO 和還原反應 Mn + (SiO2) Si + (MnO) 結果焊縫金屬中含有一定數(shù)量的Si。,（3） 還原反應,主要靠Mn或MnO脫硫 FeS + Mn Fe + MnS FeS + MnO FeO + MnS （5）脫磷反應 J422焊條脫磷效果不佳，主要以限制焊接材料中的磷為主。,（4） 脫硫反應,（6）合金化：藥皮中的錳鐵除了脫氧、脫硫外，還可增加焊縫中的Mn；焊縫中的Si主要靠SiO2的還原所得。,J422鈦鈣型焊條焊接時的冶金反應,（7）氣孔敏感性：用J422焊條焊接產(chǎn)生的氣孔大多是因操作不當造成的。,（8）焊接煙塵：因藥皮中(Mg, Ca)CO3比較少，煙塵量較少，有害成分也比J507焊條少（表27）。,此類焊條焊接工藝性好，用量最大，主要用于焊接低碳鋼和強度較低的低合金鋼。,J422鈦鈣型焊條焊接時的煙塵成分,屬CaO-SiO2-CaF2渣系，熔渣的堿度B11.86，屬堿性渣。 焊接時氣相成分見表112。,2 低氫焊條E5015（J507）,（1）脫氧反應 因是堿性渣，所以脫氧主要靠Si和Ti CO2 + Si SiO2 + CO CO2 + Ti TiO2 + CO 反應產(chǎn)物和CaO生成復合化合物CaO SiO2、CaO TiO2，降低了渣的氧化性。,J507鈦鈣型焊條焊接時的冶金反應（1）,利用CaF2脫氫： CaF2 + H2O CaO + HF CaF2和SiO2脫氫： CaF2 + SiO2 SiF4 + CaSiO3 SiF4 + H SiF + HF CaF2和水玻璃脫氫： Na2O nSiO2 + H2O NaOH + nSiO2 NaOH + CaF2 Ca(OH)2 + NaF NaF + H2O + CO2 Na2CO3 + HF,（2） 脫氫反應,（3）脫硫反應：主要靠堿性渣脫硫，堿度越高，脫硫效果越好。 FeS + (CaO) (CaS) + (FeO),（3） 脫硫反應,（4）合金化：在錳硅聯(lián)合脫氧同時，Mn、Si也過渡到焊縫金屬中。,（5）焊接煙塵：焊接時產(chǎn)生大量CO2，煙塵中含KF、NaF、HF等有害氣體。,J507焊條焊縫力學性能好（韌性高），多用于焊接比較重要的結構鋼和合金鋼的焊接，焊接工藝性不及J422，對焊件的焊前清理要求比較高。,六、焊條的設計與制造,焊條配方以試驗為主。,主要用于埋弧自動焊或釬焊時的冶金和保護作用。 一、焊劑的分類 1 按制造方法分: （1）熔煉焊劑（HJ）：將礦物在電弧爐中熔煉，然后用水激冷粉碎，烘干使用。 （2）燒結焊劑（SJ）：將原材料粉碎，按一定比例和粘結劑一起混合，制成細粒狀，然后在4001000高溫烘干。,第二節(jié) 焊劑,2 按化學成分分類 （1）SiO2含量：高硅、中硅、低硅； （2）MnO含量：高錳、中錳、低錳； （3）CaF2含量：高氟、中氟、低氟。,焊劑的分類,3 按焊劑化學性質(zhì)分 （1）氧化性焊劑：對焊縫有較強的氧化性，如高錳、高硅的HJ431焊劑。 （2）弱氧化性：焊劑中含SiO2、MnO、FeO等活性氧化物較少，對焊縫金屬有弱氧化作用，焊縫的含氧量也較低，如低錳、高硅、中氟HJ260焊劑。 （3）惰性焊劑：基本不含SiO2，MnO，F(xiàn)eO等氧化物，由Al2O3、CaO、MgO、CaF2等組成，對焊縫沒有氧化作用，用于焊接高合金鋼，如不銹鋼。,焊劑的分類,焊劑的分類圖,1 焊劑型號：焊劑焊絲 HJ H 拉伸性能 是否熱處理 k 27J 時的溫度 與焊劑匹配的焊絲 （表215） 0否，1是 例如：HJ 4 0 3 H08 MnA b410550 焊后不處理 30時k27J,二、 焊劑型號和牌號（1）,（1）熔煉焊劑 HJ 錳含量 硅鈣含量 順序號 （表217） （表218） 例如： HJ 2 6 0 低錳 高硅中氟 （2）燒結焊劑 SJ 渣系 同一渣系不同牌號 例如： SJ 3 01 硅鈣系,2 焊劑牌號,（1）具有良好的冶金性能：根據(jù)被焊金屬選擇焊劑和焊絲，制定合理的焊接工藝，以獲得適宜的焊縫化學成分、力學性能、有較強的抗氣孔、抗裂紋能力。 （2）有良好的工藝性能：電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫成形良好，脫渣容易，產(chǎn)生的毒氣少。 （3）粒度適中：過粗保護不好，過細透氣性不好。 （4）含水量低、夾雜物少。 思考題：用過的熔煉焊劑是否可粉碎再用？,三、 對焊劑的質(zhì)量要求,1 熔煉焊劑 （1）高硅焊劑 SiO2% 30%，焊劑能向焊縫過渡硅（圖26）。 根據(jù)焊劑中含的MnO數(shù)量的不同，焊劑分高錳、中錳、低錳和無錳。含MnO時有向焊縫過渡Mn的傾向（圖27）。,四、 焊劑的性能及用途,高硅焊劑配的焊絲根據(jù)MnO量多少而定 1）高硅無錳或低錳配高錳焊絲：Mn 1.5% 1.9%，如H08M2； 2）高硅中錳焊劑配中錳焊絲：Mn 1%，如H08MA； 3）高硅高錳焊劑配低碳鋼焊絲：Mn0.4%，如HJ431配H08A焊絲。,高硅焊劑,SiO2 量較少，CaO、MgO多，堿度高，屬弱氧化焊劑。焊縫的韌性較好，可用于合金鋼焊接。 由于中硅焊劑焊縫的含氫量高，不利于高強鋼焊接，有的中硅焊劑加FeO，雖然提高了焊劑的氧化性，但能降低含氫量。,（2） 中硅焊劑,由CaO、Al2O3、MgO、CaF2組成。屬無氧化焊劑?？膳浜舷鄳附z焊接高合金鋼，如不銹鋼、熱強鋼等。,（3） 低硅焊劑,有燒結焊劑和粘結焊劑（陶質(zhì)焊劑，低溫燒結焊劑），可用于焊接碳鋼、高強鋼和高合金鋼或堆焊。 燒結焊劑的特點： （1）堿度高，易得到高質(zhì)量焊縫（沖擊韌性好）。 （2）抗銹能力強（有一定的氧化氣體，摻有合金脫氧劑）。 （3）適合大規(guī)范焊接，焊接效率高。 （4）缺點是易吸潮、易碎、回收率低（重復使用率低）。,2 燒結焊劑,一、分類 1 按焊接方法和用途分：埋弧焊絲、CO2焊絲、Ar弧焊絲、藥芯焊絲、釬焊絲、氣焊絲等。 2 按焊絲形狀分：實芯焊絲，藥芯焊絲等。 3 按焊絲成分分：低碳鋼焊絲、合金鋼焊絲、鋁焊絲、銅焊絲等。,第三節(jié) 焊絲,1 藥芯焊絲型號 EF 焊接位置 分類代號 b k27J的溫度 k47J的溫度 （見表22