焊接材料简要论述

课题四 焊接材料 第一节焊条的基本概述手工电弧焊接是以熔化焊条和被焊金属边缘使之连成一体，形成牢固焊接接头为特点的一种工艺。焊条和焊接工艺过程与焊缝金属组织和性能是密切相关的，因此，熟悉焊条特性，正确、合理地选用焊条及妥善保管焊条，是焊工应具备的基本知识。一、焊条的组成在钢丝表面均匀地包覆着具有一定功能和厚度的涂料叫做焊条，中间的钢丝叫做焊芯，包覆在钢丝周围的涂料叫药皮。1焊芯的功能电弧焊时，焊芯有两个功用：一是作为电极产生电弧；二形成焊缝的填充金属，与部分熔化的母材混合形成焊缝。2药皮的功用焊条药皮在熔焊过程中，是决定焊接质量的重要因素。主要功用是：（）机械保护作用：造渣、造气保护焊缝金属。（）冶金处理作用：脱氧和掺合金，改善焊缝金属的性能。（）改善焊条工艺性能。二、焊条的规格焊芯的直径是反映焊条规格的主要标志，焊条规格均指焊芯而言，焊条的长度以焊芯长度为准，一般为200-450MM之间。焊条长度的确定，主要取决于焊芯的直径、材质和药皮类型等。直径粗的焊条，因电阻小，施焊中药皮不易因焊芯发热而脱落，所以一般都做得较长些，反之，做得短些。如奥氏体不锈钢等合金钢焊条，因合金钢焊芯电阻大，焊接时焊芯易发热，致使药皮脱落，故普遍做得短些。三、对焊条的基本要求（）焊缝金属应具有规定的化学成分和良好的力学、物理性能；（）焊缝没有气孔、裂缝、夹渣等焊接缺陷；（）容易引弧、保证电弧稳定燃烧；（）焊接过程中飞溅小；（）药皮熔化速度与焊芯熔化速度相适应，药皮熔化稍慢于焊芯，以造成“喇叭口”状的套筒，有利于熔滴过渡和造成保护气氛；（）药皮在熔化中没有成块脱落现象；（）焊渣的密度应小于熔化金属的密度，以便于浮，凝固温度也应稍低于金属凝固温度，流动性或黏度应适当，能均匀覆盖在焊缝金属上，凝固的渣壳易于脱掉；（）具有掺合金和冶金处理作用；（）操作方便，适应各种焊接电源和各种焊接位置；（）焊条成本应尽可能低，原材料便宜，来源容易；第二节焊芯和药皮的组成物及功能一、焊芯的成分及对焊接的影响1碳焊接过程中，碳是一种良好的脱氧剂，在高温下具有很强的还原作用，与氧化合成CO、CO2气体，气体从熔池中逸出，这样，可以排开熔池周围的空气，减少或防止空气中氧、氮与熔池的作用。含碳量过高，会使焊缝金属的凝固温度降低，所以，常用的低碳钢焊芯含碳量0.10%。2 锰焊接过程中，锰是一种较好的合金剂，刚中锰含量在2%以下时，随着含锰量的增加，刚的强度和任性增加。锰是也一种较好的脱氧剂，能减少焊缝金属中的含氧量。锰还是一种常用的脱硫剂，与硫化合成硫化锰，形成熔渣浮于熔池表面，以减少焊热缝裂倾向。一般碳素钢焊芯的含锰量为0.30%0.55%，合金钢焊芯的含锰量更高些。3 硅焊接过程中，硅有较强的脱氧能力，比锰还强，与氧形成二氧化硅，过多的二氧化硅在高温下，使熔渣变稠，增加黏度，造成脱氧困难，还会引起飞溅现象，并易造成夹渣，降低焊缝的塑性。在焊芯中，含硅量应尽量少，一般要求在0.03%以下。4铬它是一种重要的合金元素，含铬量高的合金钢，能提高钢的硬度、耐磨和耐蚀性。含铬量0.30%时，还可提高塑性。5钼钼能提高钢材的强度，尤其是高温强度。加入的钼使钢的高温蠕变强度提高，少量的钼能增加焊缝金属的韧性，含量超标时，钢的淬硬性增大，焊接冷裂纹敏感性增加，应采取焊前预热措施，防止形成冷裂纹。6镍镍可提高钢材强度和韧性，含镍量0.30%时，对焊接基本没有影响，超过时，增加晶粒长大倾向，韧性下降。7钒钒是一种强烈的碳化物形成元素，可细化晶粒，提高钢的常温和高温强度。钒与铬、钼元素同时存在时，会形成复杂的碳化物，降低塑性和韧性，增加裂纹和敏性，含量必须严格控制。8硫焊接过程中，硫在高温的条件下，与铁化合成硫化亚铁，这是一种低熔点的化合物，集结在晶粒边界上，使焊缝在高温下产生裂纹，俗称热裂。一般规定：焊丝中含硫量0.04%。9磷焊接过程中，磷与铁易形成磷化铁，使熔化金属的流动性增大。凝固后，使金属变脆，导致焊缝产生冷脆现象。磷还能和其他物质形成低熔点共晶体，使钢产生冷裂缝。一般规定焊丝中含磷量0.04%。二、焊条药皮的组成及功能1药皮组成物的分类（）矿物类。焊条药皮中的主要作用是为造渣剂。（）铁合金和金属类。是良好的脱氧剂和合金剂。（）有机物类。是很好的造气剂。（）化工产品类。钛白粉是很好的黏塑剂；重铬酸钾、高锰酸钾可改善电弧燃烧的稳定性；水玻璃既是良好的稳弧剂，又是黏结剂、黏塑剂。2药皮组成物的作用按药皮组成物的功用可分为：稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、稀渣剂、黏结剂、增塑剂等。（）稳弧剂。主要作用是改善焊条的引弧性能和提高电弧的燃烧稳定性，一般多采用碱金属及碱土金属的化合物。常用的有碳酸钾、碳酸钠、钾硝石、水玻璃及大理石或石灰石、花岗岩、长石、钛白粉等。（）造渣剂。主要作用是能形成具有一定物理、化学性能的熔渣，产生良好的机械保护和冶金处理作用。常用的有钛铁、赤铁矿、金红石、长石、大理石、花岗岩、萤石、菱苦土、锰矿、钛白求粉等。（）造气剂。主要作用是造成电弧与周围空气隔离的人护气氛，有利于熔滴向熔池过渡。常用的有碳酸盐类矿物。（）脱氧剂。主要采用一些与氧结合能力强的物质，对焊缝金属和熔渣进行脱氧。常用的脱氧剂有锰铁、硅铁、铝铁、石墨等。（）合金剂。主要作用是使焊缝金属在焊接过程中被烧损或蒸发的合金元素得到补充和增加特殊性能要求的合金元素。常用的合金剂有铬、钼、锰、钛、钨、钒的铁合金和金属铬、金属锰等纯金属。（）稀渣剂。此类物质可降低焊接熔渣的黏度，增加熔渣的流动性。常用的稀渣剂有萤石、长石、钛铁矿、钛白粉、金红石、锰矿等。（）黏结剂。主要作用是将药皮牢固地黏结在焊芯上。常用的黏结剂是水玻璃，也有用树胶之类的物质的。（）增塑剂。主要作用是改善涂料的塑性和润滑性，便于用机器压涂焊条药皮。常用的有云母、白泥、钛白粉等。药皮组成物中实际上有多种组成物是一身具有多种功用的。三、常用焊条药皮类型和特点焊条药皮类型决定了焊条的使用范围和工艺特点，主要有4种类型。1钛钙型药皮中含30%以上的氧化钛和20%以下的钙或镁的碳酸盐矿石。该型熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定，熔深适中，飞溅少，焊波整齐，适用于全位置焊接。2氧化铁型药皮中含有较多的氧化铁及锰铁脱氧剂。该型电弧吹力大，熔深教深，电弧稳定，熔化速度快，焊缝致密，略带凹度，飞溅稍大。适合于焊接平、衡。不适宜焊薄板。3低氢钠型 主要组成物是碳酸盐矿物和氟石，碱度较高，该型熔敷金属有良好的抗裂性能和力学性能。工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸出，脱渣性较差。焊接时焊条干燥，短弧焊接，适合于全位置。直流反接。4低氢钾型 在低氢钠型的基础上添加了钾水玻璃等稳弧剂。交流或直流反接。此外，还有一种为特殊型（非规定型）焊条，该焊条药皮视其组成物而确定，故为特殊型。国家标准E××00属此类。第三节 焊条药皮的冶金作用一、稳弧为保证焊接过程顺利，首要条件必须具有一个不摇摆、不间断、能稳定燃烧的电弧。电弧稳定燃烧，必须促使电弧空间的气体电离，气体越易电离，电弧燃烧就越稳定。为达到这一目的，在焊条药皮中加入稳弧剂，以提高电弧燃烧的稳定性。1稳弧剂凡能改善焊条引弧性能、降低电弧电压、易电离的特均称稳弧剂。2不同类型药皮的稳弧性（）酸性熔渣。使电弧的稳定性更好。（）碱性熔渣。由于含有萤石一氟化钙这一反电离物质，氟（F）具有高的电离势（16.9eV）,使电弧空间气体电离条件恶化，电弧燃烧稳定性降低，加入一些强稳弧剂，可改善稳弧性，所以限用直流电源施焊。二、防止空气侵害1保护的必要性为了保护熔化金属不被空气中的氧、氮侵害，减少有益元素烧损，保证力学性能，而创制了优质厚药皮焊条。这类焊条焊接时，药皮能对溶化金属形成良好的保护，防止了焊接区周围空气侵入焊缝的可能性，从而保证了焊缝金属的化学成分，提高了力学性能 。2保护方式厚药皮焊条对熔化金属的保护方式有三种类型：（）气保护型。（）渣保护型。（）渣气联合保护型。3保护的机理和形成特点（）气保护的形成及特点。焊条药皮的造气剂是形成保护气体的主要物质。有机物类的造气剂为碳氢水等化合物。当温度达到250摄氏度以上时，就能燃烧和分解，形成一氧化碳，（CO）、氢气（H2）、水蒸气等保护性气氛。矿物类的造气剂受热分解，形成大量的二氧化碳（CO2）保护性气体，有效地排挤掉焊接区周围的空气，避免了焊缝金属发生氧化现象。 这些气氛中，有的气体是还原性气体（如一氧化碳），几乎不与熔化金属发生作用，所以能有效地保护焊缝金属。还有一些氧化很强的气体（如二氧化碳，水蒸气等）和空气中的氧一样，能使焊缝金属产生极为有害的氧化作用。加外，氢气是属于作用明显，但氢气侵入焊缝金属中，则有害作用将占上风，会急剧地增大焊接接头脆性，致使焊缝金属产生气孔、裂纹、白点等缺陷。（）熔渣保护的形成及特点。焊条药皮里的造渣剂是形成熔渣保护的主要物质。在焊接电弧的高温作用下，焊条药皮熔化，形成黏状的熔渣，其保护作用主要表现在以下两个方面：（a）焊接熔渣包覆着铁水熔滴，防止熔滴在通过电弧空间向熔池过渡时，有害气体的侵入。（b）焊接熔渣覆盖在熔池表面上，熔化金属与周围空气隔绝，使焊缝金属的结晶处于缓慢冷却的保护之中，改善了焊缝结晶及成形条件。（c）熔渣量太少时，保护效果不甚理想；熔渣量太大会给焊接操作带来很大的不便，甚至产生夹渣等缺陷。 4、酸性渣与碱性渣（）酸性熔渣。熔渣内多含有二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁等酸性氧化物，故这类焊条为酸性焊条。酸性熔渣对焊缝金属具有显著的氧化能力。（）碱性熔渣。熔渣内多含有氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠等碱性氧化物，故这类焊条为碱性焊条。碱性渣中一般均含有氟化钙（即萤石），是一种很好的稀渣剂，和焊缝金属间几乎不发生任何作用，碱性渣中一般不含有氧化性强的物质，所以，、对焊缝金属的保护作用非常好。目前，绝大多数采用渣一气联合保护型的焊条多数是以熔渣保护为主，辅以少量的气保护。三、脱氧1、脱氧目的在焊条药皮中加入脱氧剂熔融在焊接熔渣里，通过熔渣与熔化金属间进行的一系列脱氧冶金反应，实现脱氧目的。铁的氧化物有氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁等外种形态，唯有氧化铁能熔于钢中，所以，焊缝的脱氧过程应理解为，从焊缝金属中除去以氧化铁状态存在的氧。2对脱氧剂的要求脱氧剂对氧的亲合力必须大于铁，这样才能从熔池和熔滴中夺取氧将氧化铁还原成纯铁，脱氧剂所形成的新化合的则上浮到熔渣中。按照金属元素脱氧能力的强弱，可排成下列序列：铝-钛-硅-钒-锰-铬-铬-钼-镍