第三章焊接材料课件.ppt

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Oxford Alloys, 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 170 60 7 35 2722006 中国 比例 63% 22% 2.6% 13%20072005 产量 4.7 12.5 (+TIG焊丝0.23) 10.2 1.7＋2.3 31.82008日本 比例 14.8% 40% 32.1% 12.6%2006 产量 180 80 12 45 317 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 熔化热（电弧过程） 熔合区性能 第一节 焊条一、焊条分类一、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、焊条的型号和牌号二、焊条的型号和牌号 （一）焊条的型号（一）焊条的型号 GB5117—85《《碳钢焊条碳钢焊条》》中，规定的焊条型号中，规定的焊条型号 编制方法编制方法 （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、H08A ②焊芯中的组成元素             C:等强条件下越低越好，C含量高易引起气孔、飞                溅、裂纹等             Mn:用来脱O、S，合金化，含量在0.3-0.55% Si:生成SiO2，易形成夹杂，产生热裂，应加以限 制，越少越好 Ni、Cr：对冶金过程不会有太大的影响 S、P：有害，应加以限制2.药皮 ①作用        机械保护（气、渣配合保护）        冶金（脱氧、合金化）        改善工艺性能（稳弧）    ②原材料        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        造气：有机物、碳酸盐        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 脱氧：亲和力比Fe大的金属及合金，如Mn- Fe、Ti-Fe、Si-Fe、Al等 合金化：铁合金或纯金属等 粘度：水玻璃、钾、钠、铝酸钠等 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 矿物类 铁合金 化工产品：钛白粉、碳酸钾、水玻璃等 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             电源             工艺参数             药皮含有物质：                低电离物质：云母、长石、钛白粉、大理                                     石、水玻璃等                反电离物质：CaF2 2.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 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0.4~0.75 2.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                  Fe的氧化 C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                     先期脱氧             [Mn]+O2 = MnO [Mn]+[FeO] = Fe+MnO [Mn]+CaCO3 = CaO·MnO+CO [Mn]+(SiO2) = (MnO)+[Si] [Si]+2[FeO] = 2[Fe]+ (SiO2) [C]+[FeO] = [Fe]+CO  扩散脱氧 [FeO]  (FeO) ③还原反应 （SiO2）+2[Fe]  [Si]+2(FeO) （SiO2）+2[Mn]  [Si]+2(MnO) ④脱P、S（效果较差） [Mn] + (FeS)= (MnS) + Fe [MnO] + (FeS) = (MnS) + FeO 2P+5FeO=P2O5+5Fe 2Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe 2Fe3P+5FeO=P2O5+11Fe P2O5+3CaO=(CaO)3·P2O5 P2O5+4CaO=(CaO)4·P2O5 ⑤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 ~1.30 Fe2O3-SiO2-MnO 碱度1.02 ~1.4 2.典型配方 钛铁矿、钛白粉 造渣：钛铁矿（TiO2）+Si酸盐 造气：碳酸盐、有机物 脱氧：Mn-Fe 3.冶金反应 氧化反应（置换、扩散） 脱氧反应强烈（合金过渡系数下降） 脱S、P困难，对热裂、冷裂敏感 [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+OOH） ②脱氧：Mn-Fe ③合金化：Mo-Fe 3.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 ~1.8 2.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-Fe 3.冶金反应 ①脱氧反应：             2CO2+Si=SiO2+2CO CaO+SiO2=CaO·SiO2 2CO2+Ti=TiO2+2CO CaO+TiO2=CaO·TiO2  ②脱氢反应             利用萤石脱氢               CaF2+2H=Ca+2HF CaF2+H2O=CaO+2HF 萤石与石英联合脱氢： 2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3 SiF4+3H=SiF+3HF 萤石与水玻璃作用脱氢 Na2O·nSiO2+H2O=2NaOH+nSiO2 2NaOH+CaF2=Ca(OH)2+2NaF 2NaF+H2O+CO2=Na2CO3+2HF 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S ⑤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） 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  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 高硅无锰或低锰焊剂应配合高锰焊丝 高锰中硅焊剂应配合含锰焊丝 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。