焊接材料簡要論述

1、課題四 焊接材料 第一節(jié)焊條的基本概述手工電弧焊接是以熔化焊條和被焊金屬邊緣使之連成一體，形成牢固焊接接頭為特點的一種工藝。焊條和焊接工藝過程與焊縫金屬組織和性能是密切相關的，因此，熟悉焊條特性，正確、合理地選用焊條及妥善保管焊條，是焊工應具備的基本知識。一、焊條的組成在鋼絲表面均勻地包覆著具有一定功能和厚度的涂料叫做焊條，中間的鋼絲叫做焊芯，包覆在鋼絲周圍的涂料叫藥皮。1焊芯的功能電弧焊時，焊芯有兩個功用：一是作為電極產生電??；二形成焊縫的填充金屬，與部分熔化的母材混合形成焊縫。2藥皮的功用焊條藥皮在熔焊過程中，是決定焊接質量的重要因素。主要功用是：（）機械保護作用：造渣、造氣保護焊縫金屬。

2、（）冶金處理作用：脫氧和摻合金，改善焊縫金屬的性能。（）改善焊條工藝性能。二、焊條的規(guī)格焊芯的直徑是反映焊條規(guī)格的主要標志，焊條規(guī)格均指焊芯而言，焊條的長度以焊芯長度為準，一般為200-450MM之間。焊條長度的確定，主要取決于焊芯的直徑、材質和藥皮類型等。直徑粗的焊條，因電阻小，施焊中藥皮不易因焊芯發(fā)熱而脫落，所以一般都做得較長些，反之，做得短些。如奧氏體不銹鋼等合金鋼焊條，因合金鋼焊芯電阻大，焊接時焊芯易發(fā)熱，致使藥皮脫落，故普遍做得短些。三、對焊條的基本要求（）焊縫金屬應具有規(guī)定的化學成分和良好的力學、物理性能；（）焊縫沒有氣孔、裂縫、夾渣等焊接缺陷；（）容易引弧、保證電弧穩(wěn)定燃燒；（）

3、焊接過程中飛濺小；（）藥皮熔化速度與焊芯熔化速度相適應，藥皮熔化稍慢于焊芯，以造成“喇叭口”狀的套筒，有利于熔滴過渡和造成保護氣氛；（）藥皮在熔化中沒有成塊脫落現(xiàn)象；（）焊渣的密度應小于熔化金屬的密度，以便于浮，凝固溫度也應稍低于金屬凝固溫度，流動性或黏度應適當，能均勻覆蓋在焊縫金屬上，凝固的渣殼易于脫掉；（）具有摻合金和冶金處理作用；（）操作方便，適應各種焊接電源和各種焊接位置；（）焊條成本應盡可能低，原材料便宜，來源容易；第二節(jié)焊芯和藥皮的組成物及功能一、焊芯的成分及對焊接的影響1碳焊接過程中，碳是一種良好的脫氧劑，在高溫下具有很強的還原作用，與氧化合成CO、CO2氣體，氣體從熔池中逸出，

4、這樣，可以排開熔池周圍的空氣，減少或防止空氣中氧、氮與熔池的作用。含碳量過高，會使焊縫金屬的凝固溫度降低，所以，常用的低碳鋼焊芯含碳量0.10%。2 錳焊接過程中，錳是一種較好的合金劑，剛中錳含量在2%以下時，隨著含錳量的增加，剛的強度和任性增加。錳是也一種較好的脫氧劑，能減少焊縫金屬中的含氧量。錳還是一種常用的脫硫劑，與硫化合成硫化錳，形成熔渣浮于熔池表面，以減少焊熱縫裂傾向。一般碳素鋼焊芯的含錳量為%，合金鋼焊芯的含錳量更高些。3 硅焊接過程中，硅有較強的脫氧能力，比錳還強，與氧形成二氧化硅，過多的二氧化硅在高溫下，使熔渣變稠，增加黏度，造成脫氧困難，還會引起飛濺現(xiàn)象，并易造成夾渣，降低焊

5、縫的塑性。在焊芯中，含硅量應盡量少，一般要求在0.03%以下。4鉻它是一種重要的合金元素，含鉻量高的合金鋼，能提高鋼的硬度、耐磨和耐蝕性。含鉻量0.30%時，還可提高塑性。5鉬鉬能提高鋼材的強度，尤其是高溫強度。加入的鉬使鋼的高溫蠕變強度提高，少量的鉬能增加焊縫金屬的韌性，含量超標時，鋼的淬硬性增大，焊接冷裂紋敏感性增加，應采取焊前預熱措施，防止形成冷裂紋。6鎳鎳可提高鋼材強度和韌性，含鎳量0.30%時，對焊接基本沒有影響，超過時，增加晶粒長大傾向，韌性下降。7釩釩是一種強烈的碳化物形成元素，可細化晶粒，提高鋼的常溫和高溫強度。釩與鉻、鉬元素同時存在時，會形成復雜的碳化物，降低塑性和韌性，增加

6、裂紋和敏性，含量必須嚴格控制。8硫焊接過程中，硫在高溫的條件下，與鐵化合成硫化亞鐵，這是一種低熔點的化合物，集結在晶粒邊界上，使焊縫在高溫下產生裂紋，俗稱熱裂。一般規(guī)定：焊絲中含硫量%。9磷焊接過程中，磷與鐵易形成磷化鐵，使熔化金屬的流動性增大。凝固后，使金屬變脆，導致焊縫產生冷脆現(xiàn)象。磷還能和其他物質形成低熔點共晶體，使鋼產生冷裂縫。一般規(guī)定焊絲中含磷量0.04%。二、焊條藥皮的組成及功能1藥皮組成物的分類（）礦物類。焊條藥皮中的主要作用是為造渣劑。（）鐵合金和金屬類。是良好的脫氧劑和合金劑。（）有機物類。是很好的造氣劑。（）化工產品類。鈦白粉是很好的黏塑劑；重鉻酸鉀、高錳酸鉀可改善電弧燃燒

7、的穩(wěn)定性；水玻璃既是良好的穩(wěn)弧劑，又是黏結劑、黏塑劑。2藥皮組成物的作用按藥皮組成物的功用可分為：穩(wěn)弧劑、造渣劑、造氣劑、脫氧劑、合金劑、稀渣劑、黏結劑、增塑劑等。（）穩(wěn)弧劑。主要作用是改善焊條的引弧性能和提高電弧的燃燒穩(wěn)定性，一般多采用堿金屬及堿土金屬的化合物。常用的有碳酸鉀、碳酸鈉、鉀硝石、水玻璃及大理石或石灰石、花崗巖、長石、鈦白粉等。（）造渣劑。主要作用是能形成具有一定物理、化學性能的熔渣，產生良好的機械保護和冶金處理作用。常用的有鈦鐵、赤鐵礦、金紅石、長石、大理石、花崗巖、螢石、菱苦土、錳礦、鈦白求粉等。（）造氣劑。主要作用是造成電弧與周圍空氣隔離的人護氣氛，有利于熔滴向熔池過渡。常

8、用的有碳酸鹽類礦物。（）脫氧劑。主要采用一些與氧結合能力強的物質，對焊縫金屬和熔渣進行脫氧。常用的脫氧劑有錳鐵、硅鐵、鋁鐵、石墨等。（）合金劑。主要作用是使焊縫金屬在焊接過程中被燒損或蒸發(fā)的合金元素得到補充和增加特殊性能要求的合金元素。常用的合金劑有鉻、鉬、錳、鈦、鎢、釩的鐵合金和金屬鉻、金屬錳等純金屬。（）稀渣劑。此類物質可降低焊接熔渣的黏度，增加熔渣的流動性。常用的稀渣劑有螢石、長石、鈦鐵礦、鈦白粉、金紅石、錳礦等。（）黏結劑。主要作用是將藥皮牢固地黏結在焊芯上。常用的黏結劑是水玻璃，也有用樹膠之類的物質的。（）增塑劑。主要作用是改善涂料的塑性和潤滑性，便于用機器壓涂焊條藥皮。常用的有云母

9、、白泥、鈦白粉等。藥皮組成物中實際上有多種組成物是一身具有多種功用的。三、常用焊條藥皮類型和特點焊條藥皮類型決定了焊條的使用范圍和工藝特點，主要有4種類型。1鈦鈣型藥皮中含30%以上的氧化鈦和20%以下的鈣或鎂的碳酸鹽礦石。該型熔渣流動性良好，脫渣容易，電弧穩(wěn)定，熔深適中，飛濺少，焊波整齊，適用于全位置焊接。2氧化鐵型藥皮中含有較多的氧化鐵及錳鐵脫氧劑。該型電弧吹力大，熔深教深，電弧穩(wěn)定，熔化速度快，焊縫致密，略帶凹度，飛濺稍大。適合于焊接平、衡。不適宜焊薄板。3低氫鈉型 主要組成物是碳酸鹽礦物和氟石，堿度較高，該型熔敷金屬有良好的抗裂性能和力學性能。工藝性能一般，焊波較粗，角焊縫略凸出，脫渣

10、性較差。焊接時焊條干燥，短弧焊接，適合于全位置。直流反接。4低氫鉀型 在低氫鈉型的基礎上添加了鉀水玻璃等穩(wěn)弧劑。交流或直流反接。此外，還有一種為特殊型（非規(guī)定型）焊條，該焊條藥皮視其組成物而確定，故為特殊型。國家標準E××00屬此類。第三節(jié) 焊條藥皮的冶金作用一、穩(wěn)弧為保證焊接過程順利，首要條件必須具有一個不搖擺、不間斷、能穩(wěn)定燃燒的電弧。電弧穩(wěn)定燃燒，必須促使電弧空間的氣體電離，氣體越易電離，電弧燃燒就越穩(wěn)定。為達到這一目的，在焊條藥皮中加入穩(wěn)弧劑，以提高電弧燃燒的穩(wěn)定性。1穩(wěn)弧劑凡能改善焊條引弧性能、降低電弧電壓、易電離的特均稱穩(wěn)弧劑。2不同類型藥皮的穩(wěn)弧性（）酸性熔渣

11、。使電弧的穩(wěn)定性更好。（）堿性熔渣。由于含有螢石一氟化鈣這一反電離物質，氟（F）具有高的電離勢（V）,使電弧空間氣體電離條件惡化，電弧燃燒穩(wěn)定性降低，加入一些強穩(wěn)弧劑，可改善穩(wěn)弧性，所以限用直流電源施焊。二、防止空氣侵害1保護的必要性為了保護熔化金屬不被空氣中的氧、氮侵害，減少有益元素燒損，保證力學性能，而創(chuàng)制了優(yōu)質厚藥皮焊條。這類焊條焊接時，藥皮能對溶化金屬形成良好的保護，防止了焊接區(qū)周圍空氣侵入焊縫的可能性，從而保證了焊縫金屬的化學成分，提高了力學性能 。2保護方式厚藥皮焊條對熔化金屬的保護方式有三種類型：（）氣保護型。（）渣保護型。（）渣氣聯(lián)合保護型。3保護的機理和形成特點（）氣保護的形

12、成及特點。焊條藥皮的造氣劑是形成保護氣體的主要物質。有機物類的造氣劑為碳氫水等化合物。當溫度達到250攝氏度以上時，就能燃燒和分解，形成一氧化碳，（CO）、氫氣（H2）、水蒸氣等保護性氣氛。礦物類的造氣劑受熱分解，形成大量的二氧化碳（CO2）保護性氣體，有效地排擠掉焊接區(qū)周圍的空氣，避免了焊縫金屬發(fā)生氧化現(xiàn)象。 這些氣氛中，有的氣體是還原性氣體（如一氧化碳），幾乎不與熔化金屬發(fā)生作用，所以能有效地保護焊縫金屬。還有一些氧化很強的氣體（如二氧化碳，水蒸氣等）和空氣中的氧一樣，能使焊縫金屬產生極為有害的氧化作用。加外，氫氣是屬于作用明顯，但氫氣侵入焊縫金屬中，則有害作用將占上風，會急劇地增大焊接接

13、頭脆性，致使焊縫金屬產生氣孔、裂紋、白點等缺陷。（）熔渣保護的形成及特點。焊條藥皮里的造渣劑是形成熔渣保護的主要物質。在焊接電弧的高溫作用下，焊條藥皮熔化，形成黏狀的熔渣，其保護作用主要表現(xiàn)在以下兩個方面：（a）焊接熔渣包覆著鐵水熔滴，防止熔滴在通過電弧空間向熔池過渡時，有害氣體的侵入。（b）焊接熔渣覆蓋在熔池表面上，熔化金屬與周圍空氣隔絕，使焊縫金屬的結晶處于緩慢冷卻的保護之中，改善了焊縫結晶及成形條件。（c）熔渣量太少時，保護效果不甚理想；熔渣量太大會給焊接操作帶來很大的不便，甚至產生夾渣等缺陷。 4、酸性渣與堿性渣（）酸性熔渣。熔渣內多含有二氧化硅、二氧化鈦、三氧化二鐵等酸性氧化物，故這

14、類焊條為酸性焊條。酸性熔渣對焊縫金屬具有顯著的氧化能力。（）堿性熔渣。熔渣內多含有氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉等堿性氧化物，故這類焊條為堿性焊條。堿性渣中一般均含有氟化鈣（即螢石），是一種很好的稀渣劑，和焊縫金屬間幾乎不發(fā)生任何作用，堿性渣中一般不含有氧化性強的物質，所以，、對焊縫金屬的保護作用非常好。目前，絕大多數(shù)采用渣一氣聯(lián)合保護型的焊條多數(shù)是以熔渣保護為主，輔以少量的氣保護。三、脫氧1、脫氧目的在焊條藥皮中加入脫氧劑熔融在焊接熔渣里，通過熔渣與熔化金屬間進行的一系列脫氧冶金反應，實現(xiàn)脫氧目的。鐵的氧化物有氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵等外種形態(tài)，唯有氧化鐵能熔于鋼中，所以，焊縫的脫氧過

15、程應理解為，從焊縫金屬中除去以氧化鐵狀態(tài)存在的氧。2對脫氧劑的要求脫氧劑對氧的親合力必須大于鐵，這樣才能從熔池和熔滴中奪取氧將氧化鐵還原成純鐵，脫氧劑所形成的新化合的則上浮到熔渣中。按照金屬元素脫氧能力的強弱，可排成下列序列：鋁-鈦-硅-釩-錳-鉻-鉻-鉬-鎳-銅脫氧能力按箭頭指示方向逐漸減弱，位于鐵之前的各元素與氧的親合力比鐵強，可作為脫氧劑而位于鐵后的各元素與氧的親合力弱，故不能作為脫氧劑。3脫氧反應（）碳。碳與氧化鐵反應，奪去氧，形成一氧化碳氣體。由于一氧化碳不溶解于鋼，而以氣體的形式排出，故熔池產生沸騰現(xiàn)象。在高溫時碳的脫氧反應最激烈，隨著溫度的降低，碳的脫氧能力逐漸堿弱，熔池溫度降至

16、鋼的結晶溫度時，碳的脫氧能力低于硅、錳等合金元素。焊接熔池處于高溫時，碳的脫氧反應雖然很強烈，但因液態(tài)金屬的黏度很小，一氧化碳氣體完全能排出熔池之外，不會形成氣孔。形成氣孔的最危險時刻，是在焊接熔池結晶凝固的瞬間，這時，鋼水的黏度增加，一氧化碳氣體不易排出熔池，就會形成氣孔。防止熔池臨近結晶產生一氧化碳氣孔的方法是：在焊條藥皮中加進錳、硅等脫氧劑，當熔池快要結晶凝固時，錳、硅的脫氧反應便會很有效的削弱碳的脫氧反應，減少一氧化碳的生成避免一氧化碳氣孔的產生。（）硅。硅的脫氧反應按下式進行二氧化硅和其他氧化物反應形成硅酸鹽，以熔渣方式浮至熔池表面。（）錳。錳的脫氧反應按下式進行氧化錳不溶于鋼水，與

17、二氧化硅等反應形成硅酸鹽，迅速上浮，進入熔渣中。利用錳脫氧，可以預防熱裂紋的產生，故廣泛采用。（）鋁。鋁是最強的脫氧劑，但形成的三氧化二鋁熔點極高，很難熔化，極易在焊縫金屬中形成夾渣，并易引起飛濺，所以，用鋁做脫氧劑時，用量不宜過多。（）鈦。鈦的脫氧能力極強，但易被燒損故不經濟。鈦和氮形成穩(wěn)定的氮化鈦，不熔于是鋼水，能迅速上浮入渣，故可排除氮的有害影響，鈦還能細化晶粒，改善焊縫的力學性能。4綜合脫氧常以錳鐵、硅鐵、鈦鐵等外3種脫氧劑進行綜合脫氧。四除氫、脫硫、脫磷的冶金反應焊接熔渣的冶金處理作用除脫氧反應外，除氫、脫硫、脫磷等冶金反應也有作用，通過這些冶金處理作用吸收雜質，凈化焊縫金屬。五摻合

18、金將某些合金元素以一定的方式摻入到焊縫金屬之中，叫焊縫合金化。1焊縫金屬合金化的目的(1) 補償合金元素在焊接過程中的燒損及蒸發(fā)；(2) 形成具有特殊性能的功能。2摻合金的方式(1) 通過焊芯(2) 通過藥皮(3) 上述兩種方式同時兼有通過合金鋼焊芯使縫金屬合金化方式的效果是最好、最可靠的。但有些高合金鋼焊芯，因撥制困難和焊條工藝性能不甚理想，故多以藥皮摻入合金方式實現(xiàn)。3合金劑的過渡系數(shù)合金元素過渡系數(shù)應理解為摻入焊縫金屬中合金元素的含量與該元素在焊條中的原始總含量之比。影響合金元素過渡系數(shù)的因素很多，主要是熔渣的酸堿度和合金元素本身與氧的親合力。為提高合金元素的過渡系數(shù)，就應該在焊條中加入

19、比該元素具有更強脫氧能力的脫氧劑，使該元素得到保護，順利地向熔池過渡，并避免燒損。4合金劑與脫氧劑的關系一般在焊條藥皮中，合金劑與脫氧劑常是密不可分的。同一種元素有時既起到脫氧劑的作用，同時又起到合金劑的作用。第四節(jié)焊條的工藝性能焊條的焊接工藝性能是判定焊條質量的重要標志，一般從焊條穩(wěn)弧性、各種空間位置的適用性、焊縫的成型性和脫渣性、熔敷系數(shù)及飛濺程度和熔深等方面評價其優(yōu)劣。一、穩(wěn)弧性及極性焊接過程中，有時出現(xiàn)電弧突然熄滅或是搖搖晃晃，有時引燃異常困難，這些現(xiàn)象都可用穩(wěn)弧性這一概念來評定。1穩(wěn)弧性的標志（）穩(wěn)弧性好的焊條。電弧燃燒平穩(wěn)、柔和，沒有噪聲，不滅弧，熔滴細小，以“霧狀”向熔池中噴射，

20、操作者有輕松的感覺。（）穩(wěn)弧性差的焊條。電弧燃燒時，常帶有“劈叭”聲響、晃動、飛濺大、易斷弧等現(xiàn)象，不但影響焊縫外觀，影響生產率，同時也給操作者添了困難。2影響穩(wěn)弧性因素焊條的穩(wěn)弧性，主要取決于藥皮中穩(wěn)弧劑的種類和數(shù)量，且與電焊機的性能和類型有關。此外，還要考慮下列因素：（）焊接電弧的長短。電弧拉長時，穩(wěn)定性差，電弧較短時，穩(wěn)定性好。（）焊條藥皮的熔點。藥皮熔點不易熔化，并在焊條端頭形成過長的“套筒”，燃燒的電弧極易媳滅。（）極性。使用直流反接法施焊時，如果極性接錯，電弧極不穩(wěn)定，且出現(xiàn)過大的飛濺。3電源極性的鑒別使用直流焊機時，焊條極性選擇是很重要的。一般在焊條說明書中對焊條極性都特別加以說

21、明，不可用錯，使用前一定要仔細細查明。二、適用的焊接位置焊條對焊接位置的適用性，是焊接工藝性能的一個重要標志。每種類型的焊條所適用的焊接位置，通常在說明書中都有標注，如：只適用平焊、立焊、仰焊較為困難或可進行合位置焊接等。焊條適用的焊接位置，主要與藥皮組成物所生成熔渣的物理性能有關。1熔渣黏度焊接熔渣的黏度，是隨熔渣溫度的下降，由稀狀逐漸變成黏稠狀，最后凝固成很硬的渣殼，覆蓋在焊縫上，藥皮組成物不同，熔點不一樣，熔渣凝固的速度也有很大差別，有的凝固快，有的則很慢。2長渣與短渣（）短渣。熔化的藥皮凝固時間短的稱之為“短渣”。藥皮中含有螢石、鈦白粉或金紅石的熔渣都屬于短渣。短渣的特點是：高溫時，渣

22、的黏度小，流動性強，故冶金效果好。隨著溫度的降低，黏度迅增加，在很短的時間里，就會凝固成渣殼。仰焊時，這種渣殼就像鑄模一樣，托住尚處于液態(tài)或半液態(tài)的鐵水，有效地防止了鐵水的流散，保證了仰焊過程的順序進行。因此，短渣焊條能適用用于全位置焊接。（）長渣。溶化的藥皮凝固時間較長的稱為“長渣”。藥皮中，含有大量的硅酸鹽類礦物、錳礦、赤鐵礦的熔渣都屬于“長渣”。高溫時，渣的黏度比較大，溫度降低時，黏度慢慢地增加，拖長了凝固時間。進行立焊、仰焊時，渣殼處在黏黏糊糊的軟狀態(tài)，包覆不住鐵水，鐵水因自重作用而流散掉。所以，長渣焊條不宜用作立焊、仰焊等焊接位置，只適用于平焊。三、焊縫的成型性及脫渣性1焊縫的成型性

23、焊縫的成型性與焊接熔渣特性有關。含有大量金紅石、鈦白粉等藥皮的短渣焊條，焊縫成型特別好、焊波美觀。焊縫的成型與熔渣的凝固溫度和熔渣在高溫時的黏度關系很大，如果熔渣在高溫時黏度很大，凝固開始的溫度又很高，就會產生熔渣壓鐵水的現(xiàn)象，使焊縫成型變壞。2焊條的脫渣性每焊完一道或一層焊縫時，必須除盡渣殼，否則，將影響焊縫質量。影響脫渣性的因素主要有兩個方面： （1）藥皮成分。熔渣中，如氧化鐵（FeO）含量多，對脫渣性有很大的影響，氧化鐵不但能溶解于焊縫金屬中，而且又能溶合在焊渣里，結果，把熔渣與焊縫金屬表面密切連結在一起，使渣殼不易從焊縫上脫掉。 （2）焊縫金屬與渣殼的膨脹系數(shù)。焊縫金屬和渣殼的膨脹系數(shù)差異越大，渣殼越易于脫落。四、焊條的熔深熔深是指在焊縫金屬的橫斷面中，母材被熔化的深度。 1、對熔深的要求 由于藥皮組成物特性不同，焊接工藝參數(shù)變化大，其熔化深度也不相同，因此，對熔化深度的掌握要根據(jù)不同的情況區(qū)別對待。 （1）焊接厚部件對接焊縫時，一般希望用熔深度較大的焊條。當裝配部件或焊部件邊緣不太規(guī)整時，因對坡口間隙很難調整均勻，焊接時易燒穿，就不能采用熔深大的焊條。 （2）焊接易淬炎鋼和鑄鐵時，因熔深太大易形成裂紋等缺陷，故應控制其熔深。 （3）焊接需控制焊縫金屬成