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1、1 第四章焊接材料 2 焊接材料焊接材料包括焊条 焊丝 焊剂 保护气体等一 焊条的分类二 焊条的牌号三 焊条的组成四 焊条的工艺性能五 焊条的型号六 埋弧焊用焊丝和焊剂 3 一 焊条的分类 一 按焊条的用途分1 结构钢焊条2 钼和铬钼耐热钢焊条3 不锈钢焊条4 堆焊焊条5 低温钢焊条6 铸铁焊条7 镍及镍合金焊条8 铜及铜合金焊条9 铝及铝合金焊条10 特殊用途焊条 4 二 按焊接熔渣的碱度分1 酸性焊条2 碱性焊条碱度 B 药皮中碱性氧化物的质量 药皮中酸性氧化物的质量酸性焊条 B1 5 酸性焊条焊接工艺性好 电弧稳定 可交直流两用 飞溅小 熔渣流动性和脱渣性好 熔渣多呈玻璃状 较疏松 脱渣
2、性能好 焊缝外表美观 酸性焊条的药皮中含有较多的二氧化硅 氧化铁及氧化钛 氧化性较强 焊缝金属中的氧含量较高 合金元素烧损较多 合金过渡系数较小 熔敷金属中含氢量也较高 因而焊缝金属塑性和韧性较低 J422 6 碱性焊条主要靠碳酸盐 如CaCO3等 分解出CO2作保护气体 弧柱气氛中的氢分压较低 而且萤石中的氟化钙在高温时与氢结合成氟化氢 HF 降低了焊缝中的含氢量 故碱性焊条抗冷裂纹能力强 J507碱性焊条的缺点是对铁锈 油污和水分较为敏感 产生气孔的倾向较大 工艺性不如酸性焊条好 但若采取焊条严格烘干及坡口清理等工艺措施 其对焊接质量的不利影响是可以避免的 7 三 按焊条药皮的类型分0 不
3、定型1 氧化钛型2 氧化钛钙型 交直两用3 钛铁矿型4 氧化铁型5 纤维素型6 低氢钾型7 低氢钠型 直流反接8 石墨型9 盐基型 直流 8 二 焊条的牌号 一 焊条的牌号 机械工业委员会 1 结构钢焊条2 钼和铬钼耐热钢焊条3 不锈钢焊条4 堆焊焊条5 低温钢焊条6 铸铁焊条7 镍及镍合金焊条8 铜及铜合金焊条9 铝及铝合金焊条10 特殊用途焊条 9 1 结构钢焊条 J422 J 结构钢焊条 第一位及第二位数字 焊缝金属抗拉强度等级 其系列为 42 420MPa 焊缝金属抗拉强度不低于42Kg mm2 50 490MPa 焊缝金属抗拉强度不低于50Kg mm2 55 540MPa60 590
7、 含C 0 04 超低碳 2 牌号编号为22 钛钙型药皮交直两用 21 5 堆焊焊条 D127 第一位数字 堆焊焊条的用途 组织或焊缝金属主要成分 0 不定型1 普通常温用2 普通常温用及常温高锰钢型3 刀具及工具用4 刀具及工具用5 阀门用6 合金铸铁型7 碳化物型8 钴基合金型 22 第二位数字 焊缝金属主要化学成分等级中的不同牌号 对于同一药皮类型焊条 可有10个牌号 由0 1 2 3 9组成 第三位数字 药皮类型 电源种类和极性D127 堆焊焊条 普通常温用 牌号编号2 低氢药皮 直流反接 23 6 铸铁焊条 Z408 第一位数字 焊缝金属主要化学成分组成类型1 碳钢及高钒钢2 铸铁
8、包括球墨铸铁 3 纯镍4 镍铁5 镍铜6 铜铁 24 第二位数字 焊缝金属主要化学成分等级中的不同牌号 对于同一药皮类型焊条 可有10个牌号 由0 1 2 3 9组成 第三位数字 药皮类型 电源种类和极性Z408 铸铁焊条 焊缝金属主要化学成分组成 镍铁合金牌号编号 08 石墨型药皮 交直两用Z116 Z308 z408其它焊条不做介绍 25 三 焊条的组成 一 焊芯GB T3429 2002GB T4241 2006YB T5092 2005 26 1 焊条钢焊芯焊芯用钢与普通钢材不同 是专门冶炼的 要求硫 磷含量很低 有的还需要加入适当的合金元素 以保证焊接冶金和焊缝性能的要求 焊条钢芯简
9、称焊芯 分为碳素结构钢 合金结构钢和不锈钢三类 新国标 非合金钢 低合金钢 合金钢 27 碳素结构钢焊芯的主要化学成分及对焊接的影响 碳是良好的脱氧剂 在高温时与氧生成一氧化碳或二氧化碳气体从熔池中逸出 从而减少焊缝的含氧量 但含碳量过多会引起熔池飞溅并使焊缝产生气孔 同时会明显地提高焊缝强度 降低接头塑性 容易产生裂纹 所以 一般焊条钢芯含碳量限制在0 10 以内 28 锰可以脱氧 也可作为合金剂 能提高焊缝强度 并有脱硫作用 锰的含量在适当的范围内时 能减少焊缝产生热裂纹的倾向 一般焊条钢芯含锰量限制在0 30 0 55 范围内 硅脱氧能力强 但容易产生非金属夹杂 含硅过多时 会使焊缝变脆
12、3H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10NbH1Cr21Ni10Mn6 35 铁素体型不锈钢焊芯H0Cr14H1Cr17马氏体型不锈钢焊芯H1Cr13H1Cr5Mo 36 二 焊条药皮1 焊条药皮的作用 1 保护作用 2 冶金作用 O H N S P 合金元素 气孔 裂纹 焊缝的性能 3 是焊条有良好的工艺性能2 焊条药皮的类型 37 2 焊条药皮的类型 0 不定型1 氧化钛型2 氧化钛钙型 交直两用3 钛铁矿型4 氧化铁型5 纤维素型6 低氢钾型7 低氢钠型 直流反接8 石墨型9 盐基型 直流 38 3 焊条药皮原材料的种类 1 矿物类 钛铁矿 金红石 大理石 白云石 萤石 白泥 云母
13、 2 金属及铁合金类 金属铬 金属镍 锰铁 硅铁 钛铁 钼铁 钒铁 3 化工产品类 钛白粉 纯碱 碳酸钾 碳酸钡 水玻璃 4 有机物类 淀粉 木粉 纤维素 酚醛树脂 39 4 焊条药皮原材料的作用 稳弧剂碳酸钠 大理石 长石等 造渣剂大理石 萤石 钛白粉等 造气剂纤维素 白云石等 脱氧剂锰铁 钛铁 铝粉等 合金剂锰铁 硅铁 钼铁等 粘结剂钾水玻璃 钠水玻璃 成形剂长石 萤石 钛铁矿等 40 四 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 七 焊条药皮发红 八 焊接烟尘 41 五 焊条的型号 1 GB T983 1995不
17、Pa 即55kgf mm2 55 三 GB T983 1995不锈钢焊条其焊条型号基本形式为EXXXX XX 例如 E308 15E410NiMo 20其中 首字母 E 表示焊条 E 后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号 有特殊要求的化学成分 用元素符号表示放在数字的后面 短划 后面的数字表示焊条药皮的类型 焊接位置及焊接电源的种类 见下页 国标中只有5种 56 57 例 E308 15 E 焊条308 表示熔敷金属化学成分分类代号Cr 18 0 21 0Ni 9 0 12 0L 表示熔敷金属含碳量低C 0 04 H 表示熔敷金属含碳量高C 0 04 0 08 R 碳 磷 硅含量较低 E30
23、熔炼焊剂是把各种矿物性原料按配方比例混合配成炉料 然后在电炉或火焰炉中加热到1300 以上熔化 均匀后出炉经过水冷粒化 烘干 筛选得到的焊剂称为熔炼焊剂 94 熔炼焊剂采用的原料主要有锰矿 硅砂 铝矾土 镁砂 萤石 生石灰 钛铁矿等矿物性原料 另外还加入冰晶石 硼砂等化工产品 95 熔炼前所用的原料应进行150 200 的烘干 以清除原料中的水分 由于熔炼焊剂制造中要熔化原料 所以焊剂中不能加碳酸盐 脱氧剂和合金剂 制造高碱度焊剂也很困难 因为熔炼焊剂经熔炼后不可能保持原料的原组分不变 所以熔炼焊剂实质上是各种化合物的组合体 熔炼焊剂是目前我国应用最多的焊剂 96 非熔炼焊剂是把各种粉料按配方
24、混合后加入粘结剂 制成一定粒度的小颗粒 经烘焙或烧结后制成 非熔炼焊剂有陶质焊 即粘结焊剂 和烧结焊剂两类 97 按化学成分分类 按MnO含量分为 1 无锰焊剂 MnO30 98 按Si02含量分为 1 低硅焊剂 SiO230 4 低硅焊剂 SiO230 7 低硅焊剂 SiO230 99 焊剂通常是由上述组分配合而成的 依各自组分含量的多少 把焊剂称为高锰高硅低氟焊剂 中锰中硅中氟焊剂和低锰中硅中氟焊剂等 高锰高硅低氟焊剂属于酸性焊剂 焊接工艺性能良好 适于交直流电源 主要用于焊接低碳钢及对韧性要求不高的低合金钢 100 中锰中硅中氟焊剂属中性焊剂 焊接工艺性能和焊缝韧性均可 多用于低合金钢焊
25、接结构 无锰低硅高氟焊剂属碱性焊剂 焊接工艺性能较差 仅适用于直流电源 焊剂氧化性小 焊缝韧性高 可焊接不锈钢等高合金钢 101 根据焊剂氧化性的强弱分类 氧化性焊剂焊剂对焊缝金属有较强的氧化作用 有两种类型的氧化性焊剂 一种是含有大量SiO2 MnO的焊剂 另一种是含有FeO较多的焊剂 102 惰性焊剂 或称中型焊剂 焊剂里基本不含SiO2 MnO FeO等氧化物 焊剂对焊缝金属基本没有氧化作用 焊剂是由Al2O CaO MgO及CaF2等组成 103 按熔渣的碱度分类碱度是熔渣的最重要的冶金特征之一 其对熔渣 金属相界面处冶金反应 焊接工艺性能和焊缝金属的力学性能有很大影响 104 目前
26、有关焊剂碱度的计算表达式不统一 应用较广泛的是国际焊接学会 11W 推荐的公式B CaO MgO BaO Na2O K20 CaF2 0 5 MnO FeO Si02 0 5 A1203 Ti02 Zr02 式中各组分的含量按质量分数计算 根据计算结果作如下分类 105 酸性焊剂 B 1 0 具有良好的焊接工艺性能 焊缝成形美观 但焊缝金属含氧量高 冲击韧性较低 中性焊剂 B 1 0 1 5 熔敷金属的化学成分与焊丝的化学成分相近 焊缝含氧量较低 106 碱性焊剂 B 1 5 采用碱性焊剂得到的熔敷金属含氧量低 可以获得较高的焊缝冲击韧性 抗裂性好 但焊接工艺性能较差 随着碱度的提高 焊道形状
27、变得窄而高 并容易产生咬边 夹渣等缺陷 按照国际焊接学会推荐公式计算出的部分国产熔炼焊剂碱度值见表2 9 107 108 2 焊剂的牌号焊剂有牌号与型号两种表示方法 型号是按国家标准规定划分 牌号是按 焊接材料产品样本 划分命名 同一型号中可以有多种牌号的焊剂产品 生产中习惯用牌号 109 熔炼焊剂牌号牌号表示形式为 HJXXX HJ431 其中 HJ 表示埋弧焊和电渣焊用熔炼焊剂 第一位数字表示焊剂中MnO的含量 共有4个数字 按MnO含量分为 1 无锰焊剂 MnO30 110 111 第二位数字表示焊剂中SiO2 CaF2的含量1 低硅焊剂 SiO230 低氟焊剂 CaF230 中氟焊剂
28、CaF2 10 30 7 低硅焊剂 SiO230 8 中硅焊剂 Si02 10 30 高氟焊剂 CaF2 30 第三位数字表示同一类型熔炼焊剂的不同牌号序列号 若在第三位数字后加有 X 则表示是细颗粒焊剂 112 113 例如HJ431 4 为高锰 3 为高硅低氟 1 牌号编号为1 故该牌号为高锰高硅低氟焊剂 114 烧结焊剂牌号其表示形式为 SJXXX 其中 SJ 表示埋弧焊用烧结焊剂 其后第一位数字表示熔渣的渣系组成 见表2 12 第二 三位数字表示该渣系焊剂的牌号序 按01 02 09编排 例如SJ402 由表2 12可知 4 表示硅锰渣系 故该牌号称为硅锰型烧结焊剂 115 116 2
29、 3 3烧结焊剂与熔炼焊剂的比较熔炼焊剂是我国生产和应用最多的焊剂 近年烧结焊剂也得到发展和应用 与熔炼焊剂比较 烧结焊剂有许多优点 117 在烧结焊剂里可以加脱氧剂 脱氧充分 而熔炼焊剂不能加脱氧剂 烧结焊剂可以加合金剂 合金化作用强 用普通的低碳钢焊丝配合适当的焊剂可以方便地对焊缝金属合金化 而熔炼焊剂只能配一定成分的焊丝才能对焊缝金属合金化 118 烧结焊剂的碱度调节范围较大 当焊剂碱度大于3时 仍可具有较好的焊接工艺性能 采用高碱度的焊剂有利于获得高韧性的焊缝 烧结焊剂比熔炼焊剂具有更好的抗锈 抗气孔能力 119 但烧结焊剂与熔炼焊剂相比还存在以下缺点 焊接工艺参数的变化会影响到焊剂的
30、熔化量 致使焊缝金属的成分因此而出现波动 烧结焊剂的吸潮性较大 容易增加焊缝的含氢量 其存放条件及焊前烘干的要求比熔炼焊剂严格 120 2 4焊丝焊丝与焊剂或保护气体配用 起导电和填充焊缝金属的作用 对焊缝金属的成分有决定性影响 焊丝的分类方法 121 按照适用的焊接方法 焊丝可分为埋弧自动焊焊丝 电渣焊焊丝 CO2焊焊丝和气焊焊丝等 按被焊材料的不同 可分为碳钢焊丝 低合金钢焊丝 不锈钢焊丝 铸铁焊丝和有色金属焊丝等 122 按制造方法与焊丝的形状 可分为实心焊丝和药心焊丝 实心焊丝是目前最常用的焊丝 系热轧线材经拉拔加工而成 为了防止生锈 须对焊丝 除不锈钢焊丝外 表面进行特殊处理 目前主
31、要是镀铜处理 包括电镀 浸铜及化学镀铜处理等 123 实心焊丝主要有碳钢 低合金钢 耐热钢和不锈钢焊丝 广泛用于埋弧焊 电渣焊 C02气体保护焊 氩弧焊 气焊等 124 实心焊丝的牌号以 HXXXX 表示 其中 H 表示焊接用实心焊丝 其后的一位或两位数字表示含碳量 再后是合金元素符及其含量 含量以百分数整数标注 不足1 时省略 末尾标有 A 时表示优质 其S P 0 03 标有 E 时为高级优质 其S P含量更低 例如H08Mn2MoA 125 实心焊丝的分类方法 埋弧焊和电渣焊用焊丝 H08A 埋弧焊和电渣焊时焊剂对金属起到保护和冶金处理的作用 焊丝主要用作填充金属 同时向焊缝添加合金元素
32、 二者直接参与焊接过程中的冶金反应 焊缝的成分和性能是由焊丝和焊剂共同决定的 126 根据被焊材料的不同 埋弧焊焊丝又可分为 低碳钢焊丝 H08A 低合金钢焊丝 H08MnA 铬钼耐热钢焊丝 H10Mn2MoVA 不锈钢焊丝H00Cr21Ni10低温钢焊丝 表面堆焊焊丝等 127 气体保护焊用焊丝气体保护焊分为惰性气体保护焊和活性气体保护焊 惰性气体主要用氩气 活性气体主要采用二氧化碳 128 根据焊接方法不同 气体保护焊用焊丝分为TIG焊接用焊丝 MIG和MAG焊接用焊丝 二氧化碳用焊丝 129 自保护焊接用实心焊丝利用焊丝中含有的合金元素在焊接过程中进行脱氧 脱氮 以消除从空气中进入焊接熔
34、50 3ER50 4CO2 500MPaER50 5ER50 6ER50 7 132 2 5焊接材料选用2 5 1焊接材料选用要点 焊条的选用原则a 对于用低碳钢及普通低合金钢焊接的承压过程设备 一般按等强度原则 使焊缝金属的强度与母材相等或相近 因此 可依钢材的强度等级来选用强度相当的结构钢焊条 若焊条强度过高 往往有害 133 b 对于低碳钢与普通低合金钢 或普通低合金钢与普通低合金钢之间的异种钢焊接接头 一般选用与强度等级较低的钢相应的焊条 134 c 对同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选用 主要取决于焊接件的结构形状 简单或复杂 钢板厚度 刚度小或大 工作条件 静载荷或动载荷 和钢材
35、的抗裂性能等方面 135 通常对要求塑性好 冲击韧性高 抗裂能力强的焊件 选用碱性焊条 如直流电源有困难 可选用交直流两用碱性焊条 如用碱性焊条与酸性焊条可以同样满足要求 应尽量用酸性焊条 136 d 对于承受高温或腐蚀的耐热钢和不锈钢 钢中合金元素对其耐热和耐腐蚀性起决定性作用 故这类钢在选择焊条时 应以等成分原则为主 使焊缝金属的主要合金成分与母材相近或相同 以保证焊接接头的特殊性能 由于工艺因素的考虑 奥氏体不锈钢多选用酸性药皮焊条 137 埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则在埋弧焊中 应注意焊丝与焊剂中Mn Si含量的适当配合 若焊丝中Mn Si含量较高 则应选配Mn Si含量低的焊剂 反
36、之 应配用Mn Si含量较高的焊剂 138 低碳钢与低合金钢选配无锰焊丝 如H08A配用HJ431等高锰高硅焊剂 用于焊接低碳钢 低锰焊丝 如H08MnA H10MnSi配用HJ330等中锰焊剂 用于焊接低合金钢 对于电渣焊 由于焊剂更新很少 焊缝合金化主要由焊丝提供 故其焊丝中的Mn Si含量 应较同样条件埋弧焊时高 139 不锈钢用焊丝与焊剂选配采用的焊丝成分要与被焊接的不锈钢成分基本一致 焊接铬不锈钢时 采用HOCrl4 H1Crl3 H1Crl7等焊丝 焊接铬 镍不锈钢时 采用HOCrl9Ni9 HOCrl9Ni9Ti等焊丝 140 焊接超低碳不锈钢时 应采用相应的超低碳焊丝 如H00
37、Crl9Ni9等 焊剂可采用熔炼型或烧结型 要求焊剂的氧化性小 以减少合金元素的烧损 目前国外主要采用烧结焊剂焊接不锈钢 我国仍以熔炼焊剂为主 但正在研制和推广使用烧结焊剂 141 气体保护焊对焊丝的要求 TIG 钨极氩弧焊 TIG焊接有时不加填充焊丝 被焊母材加热熔化后直接连接起来 有时加填充焊丝 142 由于保护气体为纯Ar 无氧化性 焊丝熔化后成分基本不发生变化 所以焊丝成分即为焊缝成分 也有的采用母材成分作为焊丝成分 使焊缝成分与母材一致 TIG焊时焊接线能量小 焊缝强度和塑 韧性良好 容易满足使用性能要求 143 MIG 熔化极氩弧焊 和MAG 活性气体保护焊 MIG方法主要用于焊接
38、不锈钢等高合金钢 为了改善电弧特性 在Ar气中加入适量O2或CO2 即成为MAG方法 144 焊接低合金钢时 采用Ar 5 C02可提高焊缝的抗气孔能力 焊接超低碳不锈钢时采用Ar 2 O2混合气体 以防止焊缝增碳 目前低合金钢的MIG焊接正在逐步被Ar 20 C02的MAG焊接所取代 145 MAG焊接时由于保护气体有一定的氧化性 应适当提高焊丝中Si Mn等脱氧元素的含量 其他成分可以与母材一致 也可以有所差别 146 焊接高强钢时 焊缝中C的含量通常低于母材 Mn的含量则应高于母材 这不仅为了脱氧 也是焊缝合金成分的要求 为了改善低温韧度 焊缝中Si的含量不宜过高 147 C02焊焊丝C
39、02是活性气体 主要用于焊低碳钢与低合金钢 由于具有较强的氧化性 因此CO2焊所用焊丝必须含有较高的Mn Si等脱氧元素 C02焊通常采用CMnSi系焊丝 如H08MnSiA H08Mn2SiA H04Mn2SiTiA等 148 CO2焊焊丝直径一般是0 8 1 0 1 2 1 6 2 0mm等 焊丝直径 1 2mm属于细丝CO2焊 焊丝直径 1 6mm属于粗丝C02焊 149 H08Mn2SiA焊丝是一种广泛应用的C02焊焊丝 它有较好的工艺性能 适合于焊接500MPa级以下的低合金钢 对于强度级别要求更高的钢种 应采用焊丝成分中含有Mo元素的H10MnSiMo等牌号的焊丝 150 2 5 2常用钢焊接材料选用过程设备常用钢 在不同焊接方法时的焊接材料选择 如表2 14所示 151 152 153 154
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