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第三章焊接材料本讲稿第一页，共三十六页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%。本讲稿第二页，共三十六页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（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。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 本讲稿第三页，共三十六页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）本讲稿第四页，共三十六页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 12万吨本讲稿第五页，共三十六页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：药芯焊丝本讲稿第六页，共三十六页 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 1.72.3 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%本讲稿第七页，共三十六页焊接材料对接头性能的影响组成焊缝影响组织及缺陷影响热影响区 熔化热（电弧过程）熔合区性能 本讲稿第八页，共三十六页第一节 焊条一、焊条分类一、焊条分类 1.根据用途分 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 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、钛钙型焊条等本讲稿第九页，共三十六页二、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 GB511785碳钢焊条中，规定的焊条型号碳钢焊条中，规定的焊条型号 编制方法编制方法（如图）字母“E”表示焊条 第一、二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值 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 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 本讲稿第十页，共三十六页（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）牌号最前面的字母表示焊条各大类 第一、二位数字表示各大类焊条中的若干小类 第三位数字表示焊条药皮类型和焊接电源种类 本讲稿第十二页，共三十六页二、焊条的组成 1.焊芯 按照国家标准GB130077、GB342982、GB424184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 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，应加以限制本讲稿第十四页，共三十六页2.药皮 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）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，改善成形本讲稿第十五页，共三十六页 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 有机物本讲稿第十六页，共三十六页 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盐基型氟化物等本讲稿第十七页，共三十六页三、焊条的工艺性能 1.电弧的稳定性 直接影响焊接过程和焊接质量 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 要求：表面光滑、纹细密、过渡圆滑、无咬 边、余高符合要求 影响因素：熔渣熔点和粘度、表面张力等本讲稿第十八页，共三十六页3.全位置焊接性 提高电弧和气体吹力，使溶滴顺利过渡到熔池，阻 止下流 提高熔渣表面张力 提高熔渣熔点，降低凝固时间4.飞溅 需要清理 产生飞溅的原因：水分多，渣粘度大 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：熔渣与金属线胀系数的差异（钛型最 大，低氢型最小）熔渣的氧化性 熔渣的松脆性本讲稿第十九页，共三十六页6.焊条熔化速度 一般用熔敷系数（H)来表示 纤维素型焊条H 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 本讲稿第二十页，共三十六页四、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0.40.75 2.典型配方：金红石、钛白粉、还原钛铁矿、Mn-Fe等 3.冶金反应 氧化反应 Fe的氧化本讲稿第二十一页，共三十六页 C的氧化 C+O=CO 易出现气孔，增加Mn可抑制该反应 脱氧反应 先期脱氧 Mn+O2=MnO Mn+FeO=Fe+MnO Mn+CaCO3=CaOMnO+CO Mn+(SiO2)=(MnO)+Si Si+2FeO=2Fe+(SiO2)C+FeO=Fe+CO 扩散脱氧 FeO (FeO)本讲稿第二十二页，共三十六页 还原反应 （SiO2）+2Fe Si+2(FeO)（SiO2）+2Mn Si+2(MnO)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)3P2O5 P2O5+4CaO=(CaO)4P2O5 焊缝金属合金化 加入碳锰铁的主要作用是脱氧、脱硫本讲稿第二十三页，共三十六页 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 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 b420MPa，0.2330MPa，522%AKV：0 275 ，-20 47 本讲稿第二十四页，共三十六页（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.工艺性能一般本讲稿第二十五页，共三十六页（三）纤维型焊条 1.气保护焊条，辅助渣保护 造气：木粉+碳酸盐 造渣：钛铁矿 2.渣氧化性较大 目的：为避氢危害（H+OOH）脱氧：Mn-Fe 合金化：Mo-Fe 3.特点 产气量大，穿透力大，用于打底或切割 本讲稿第二十六页，共三十六页（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 造渣：萤石 造气：大理石 脱氧：Ti-Fe 3.冶金反应 脱氧反应：2CO2+Si=SiO2+2CO CaO+SiO2=CaOSiO2 2CO2+Ti=TiO2+2CO CaO+TiO2=CaOTiO2 本讲稿第二十七页，共三十六页 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 Na2OnSiO2+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，严格烘干本讲稿第二十八页，共三十六页 脱硫反应 提高碱度有利于脱S 脱磷反应 合金化：Mn、Si向焊缝中的过渡 焊接烟尘（危害最大的是NaF、KF）4.工艺性（工艺性不太好）本讲稿第二十九页，共三十六页五、焊条的配制 1.配方设计 合金系统的设计 渣系设计 实验调整 2.焊条制造 本讲稿第三十页，共三十六页 第二节 焊 剂一、焊剂分类（如图）二、焊剂型号 1.表示方法（如图）”HJ”表示埋弧焊用焊剂 第一位数字1：表示焊缝金属的抗拉强度等拉 伸力学性能（如表2-15）第二位数字2：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）第三位数字3：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）本讲稿第三十一页，共三十六页二、焊剂性能 1.高硅焊剂 氧化性较大，一般用于焊低碳低合金钢 焊缝夹杂物可能较多 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，可焊高硅钢本讲稿第三十五页，共三十六页 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、镀铜本讲稿第三十六页，共三十六页