第7-2节 埋弧焊焊接材料.ppt

第七章 埋弧焊,明确埋弧焊的特点及应用； 掌握焊丝和焊剂的选配； 熟悉埋弧焊机的典型结构和工作原理； 了解埋弧焊技术的发展。,学习目标,主要内容,7.1 埋弧焊原理、特点及应用 7.2 埋弧焊用焊接材料 7.3 埋弧焊设备 7.4 埋弧焊焊接工艺 7.5 埋弧焊的其它方法,第七章 埋弧焊,7.2 埋弧焊的焊接材料,一. 焊 丝,二. 焊 剂,自动埋弧焊焊接材料,焊 丝,自动埋弧焊焊接材料,焊 剂,国产埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂已列入国家标准gb/t52931999.,埋弧焊的焊接材料包括焊丝和焊剂，它们相当于焊条的焊芯和药皮。,一、焊丝,3.按被焊材料不同可分为:,碳钢焊丝,低合金钢焊丝,不锈钢焊丝,铸铁焊丝,有色金属焊丝,2.按焊接方法不同可分为:,埋弧焊焊丝,气保焊焊丝,电渣焊焊丝,气焊焊丝,1.按焊丝结构不同可分为：,实芯焊丝,药芯焊丝,（二）、焊丝的分类,（一）焊丝的作用 ：,（三）焊丝的牌号,1.h08a,2.h08mn2sia,3.h0cr19ni9,4.h00cr19ni9,复习的内容,碳钢焊丝,合金钢焊丝,不锈钢焊丝,不锈钢焊丝,焊丝直径通常为1.66mm，焊丝表面应当干净光滑，合金含量作一定的限制。应限制哪些合金的量呢？除不锈钢和有色金属外，各种低碳钢和低合金钢焊丝的表面最好镀铜。镀铜层不但可以防锈而且还可改善导电性能。,对焊丝的要求,二、焊剂 （一）.焊剂的作用及对其要求,1.焊剂的作用,保护电弧和熔池,冶金作用 ：过渡有益的合金元素，改善化学成分； 提高焊缝金属 力学性能,促使良好焊缝成形,2.对焊剂的要求,保证电弧的稳定燃烧,硫、磷含量要低、析出的有害气体少,对锈、油及其它杂质的敏感性要小,合适的熔点 、适当的粘度、良好的脱渣性,足够的颗粒结合强度 、吸潮性小,（二）焊剂的分类,1.按制造方法分,熔炼焊剂,将按配比混合的原材料经火 焰或电弧加热熔炼后制成的,制造方法,强度高、化学成分均匀、抗潮性好、成本低、,焊剂中加合金困难，脱氧不完全。,优 点,缺 点,烧结焊剂,混料、造粒、经 400500低温或700900度高温烧结,制造方法,焊剂中易加合金,强度低、化学成分不均匀、抗潮性差,优 点,缺 点,应 用,常用于焊接碳钢、低合金钢,应 用,常用于焊接高合金钢或堆焊,低温烧结焊剂 也叫粘结焊剂， 曾称为陶质焊剂,也称为非熔炼焊剂,2.按熔渣碱度分,b1.0,b1.0,b1.0,酸性焊剂,中性焊剂,碱性焊剂,iiw推荐碱度公式,3.按化学成分分,无锰焊剂,（mno30）,（mno=1030）,（mno10）,低锰焊剂,（mno2）,中锰焊剂,根据mno的含量,高锰焊剂,高硅焊剂,（sio230）,（sio2=1030）,（sio210）,根据sio2的含量,中硅焊剂,低硅焊剂,高氟焊剂,（caf230）,（caf2=1030）,（caf210）,根据caf2的含量,中氟焊剂,低氟焊剂,我国熔炼焊剂则按mno、sio2、caf2含量组合反映酸碱度。 我国熔炼焊剂的牌号及含义,hj x1 x2 x3,0、1、2、3,1、2、3、4、5、6、7、8,1、2、3、4、,sio2、caf2含量等级,mno含量等级,不同牌号,例：hj360 中锰高硅中氟 熔炼焊剂,（三）、焊剂的牌号,焊剂,8,中,实际上常按主要成分特征来间接反映焊剂的酸碱性,国际焊接学会推荐按表5-5分类方法确定焊剂成分类型特征。我国烧结焊剂牌号已参照此分类方法。,烧结焊剂的牌号及含义,sj601,sj101,sj201,sj501,sj301,sj401,我国焊丝-焊剂组合的熔敷金属力学性能，热处理状态进行分类,f x1 x2 x3 - h x4 x5 x6,用数字表示熔敷金属冲击吸收功 不小于27j时的最低试验温度,用字母表示试件热处理的状态,用一位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值,（四）、焊剂的型号,焊剂,表示焊丝的牌号,熔敷金属力学性能,常用焊丝与焊剂的选用,焊剂的种类、焊剂的成分对焊缝形状有影响，最为明显的是熔炼焊剂与烧结焊剂的差别，通常熔炼焊剂熔深更大。 熔炼焊剂有各种粒度，对粒度的选择应与焊接电流相适应。如果大电流下使用粗粒度焊剂，后方的波纹会很粗，外观不好。如果小电流下使用细粒度焊剂，气体的放出不顺利，焊缝尺寸不均，容易产生气孔。通常使用粗粒度焊剂可以得到熔深大、熔宽窄的焊缝；使用细粒度焊剂，可以得到熔深浅、熔宽大的焊缝。,(a) 熔炼焊剂 (b) 烧结焊剂,焊剂的散布方法,焊剂散布方式有散布到电弧的前方和与焊丝同轴散布两种，小电流焊接、熔池较小情况下，两种散布方法都是可以的，焊接上不会产生问题。但在厚板大电流焊接时，以把焊剂散布到电弧的前方为好，如果采用与焊丝同轴散布方式，落下来的焊剂直接压到熔池上面，所形成的焊缝不均匀，不能得到良好的结果。 如果焊剂散布量过多，气体的放出是间断的，也容易形成不均匀焊缝、气孔等。,例题：,1.hj431,2.hj360,3.hj170,4.hj250,扩散氢含量/(ml/100g) 16、8、4、2,高锰高硅低氟焊剂,中锰高硅中氟焊剂,无锰低硅高氟焊剂,低锰中硅中氟焊剂,5.sj501,铝钛型烧结焊剂,6.sj301,硅钙型烧结焊剂,7.f4a2-h08a,8.f5p6-h08mna,9.f55a4-h08mnmoa-h16,三、焊剂的选择原则,1. 对于低碳钢焊接接头的力学性能，接头的抗拉强度必须等于或大于母材标准规定的抗拉强度的下限值，韧性指标则取决于焊接结构的最低工作温度及负载的性质。 2.在低合金钢结构埋弧焊时，为防止冷裂纹的产生，首先应选择碱度较高的的低氢型焊剂。 其次，为保证接头的强度和韧性不低于母材的相应指标，也应选用硅锰还原反应较弱的高碱度焊剂。 3.不锈钢埋弧焊时，主要考虑防止合金元素的过量烧损，因此，首先应选用氧化性低的焊剂。,四、焊丝与焊剂的选配,（一）焊剂 1.采用高锰高硅焊剂和低锰或含锰焊丝相配合，常用于低碳钢和低合金钢的焊接。 2.采用低锰或无锰高硅焊剂或高锰焊丝相配合，也可用于低碳钢我低合金钢的焊接。 3.强度级别较高的低合金钢要选用中锰中硅或低锰中硅型焊剂。 4.低温钢、耐热钢、耐蚀钢等要选用中硅型或低硅型焊剂。 5.铁素体、半铁素体、奥氏体等高合金钢，一般选用碱度较高的熔炼焊剂及烧结、陶质型焊剂，以降低合金元素烧损及添加较多的合金元素。 （二）焊丝 1.（ ）保证力学性能 相符 2.（ ）应尽可能保证化学成分相符 3.对于碳钢与低合金钢或不同强度级别的低合金钢之间的异种钢焊接接头，一般可按强度较低的钢材选用抗裂性较好的焊接材料。,对于碳钢和低合金钢,对于铬钼钢和不锈耐酸等合金钢钢,教材153页,宜采用低锰或含锰焊丝，配合高锰高硅焊剂，如hj431、hj430配h08a,焊接重要结构配h08mna焊丝； 或采用高锰焊丝配合无锰高硅或低锰高硅焊剂，如hj130、hj230配h10mn2焊丝。 焊接有特殊要求的合金钢如低温钢、耐热钢、耐蚀钢等，通常是化学成分相符合。要选用相应的合金钢焊丝，配合碱性较高的中硅、低硅型焊剂。,2.影响焊缝化学成分的因素： 1）、焊丝成分 2）、母材成分 3）、冶金过程 4）、焊缝熔合比：焊接坡口及焊接规范参数,四、焊剂的保管和使用,1.保存时注意防止受潮，搬去焊剂时防止包装破损。 2.使用前，必须按规定温度烘干并保温 酸性焊剂在250-300烘干1-2h； 碱性焊剂在300-400烘干1-2h。 焊剂烘干后应立即使用。 3.使用回收的焊剂，应清除掉其中的渣壳，碎粉及其他杂物，与新焊剂混合均匀并按规定烘干后使用。使用直流电源时，均采用直流反接。,课堂小结,埋弧焊的焊丝： 种类和牌号 埋弧焊的焊剂： 分类、牌号、型号 埋弧焊的焊丝和焊剂的选配 合理选配 埋弧焊焊剂的保管和使用 烘干,布置作业,1.教材166页第9题. 解释hj431、hj360、hj170 h08mn2 h00cr19ni12mo2 f55a4-h08mnmoa-h8 2.焊剂使用的注意事项有哪些？,四、自动埋弧焊的冶金特点 （一）埋弧焊冶金过程的一般特点,1.空气不易侵入电弧区,2.冶金反应充分,3.焊缝金属化学成分稳定,（二）低碳钢埋弧焊的主要冶金反应,埋弧焊时所形成熔渣除了对电弧和熔池有机械隔离保护作用外，还产生冶金反应。,1.锰、硅的还原反应及其影响因素,锰、硅是低碳钢埋弧焊时焊缝金属中最主要的合金成分。提高锰含量有助于降低热裂倾向和改善焊缝金属的力学性能；硅能镇静熔池，提高焊缝的致密度。,高锰高硅“hj430、hj431、与h08、h08a、或h08mn、h08mna焊丝配用焊接低碳钢时，mno-sio2型渣系的熔渣与熔融液态金属将产生下列还原反应：,影响硅、锰过渡量大小主要取决于以下三个因素,（1）焊剂的成分,焊剂中sio2和mno含量增大时，si和mn的过渡将增加。,当采用sio2含量低于1520%的焊丝和和不含si 的焊丝进行焊接时，si的过渡量si为零，当sio2含量增加到40%50%时，si的过渡量si可达0.100.12%。,焊剂中含mno10%(含sio2为42%46%)时，mn会烧损；mno增加到25%30%时，mn的过渡量mn显著增大；但再增加mno，mn的过渡量增加则趋于饱和。,mno含量一定时，sio2含量高的焊剂，mn的过渡量减小. sio2 含量一定时， mno 含量高的焊剂，si的过渡量减小.,（2）焊丝和母材中硅、锰的原始浓度,熔池中si和mn的原始浓度越低，则si、mn就越大；反之，则si、mn就减小，甚至会造成si、mn的氧化烧损。 mn的原始反应浓度高，会使si增加；si的原始浓度高，则mn增加。,（3）焊剂碱度 焊剂碱度提高，mn的过渡量增加，si的过渡量减小.,焊剂碱度,自由的mno,自由的sio2,自由的氧化物才能参与冶金反应,（4）. 焊接工艺参数 当其它条件一定的情况下，焊接工艺参数对si、mn过渡的影响可从以下方面分析：,焊剂的熔化量,熔滴存在时间,熔池冷却速度,母材熔化量,增加,si、mn,增加,si、mn,增加,si、mn,减小,si、mn,i,si、mn,u,si、mn,?,?,总结：在上述诸因素综合影响下，高锰高硅低氟焊剂焊接低碳钢时，通常的过渡量si=0.1%0.3%，mn=0.1%0.4%。在实际生产中，总是通过对上述诸因素的控制和调节来达到所需要的过渡量。,2. 碳的烧损,3. 脱氢,（1）生成hf,（2）生产oh,4. 硫、磷的限制,焊剂中的s、p含量均应限制在0.10%以下,（三）碱性焊剂埋弧焊过程中的冶金反应 合金高强度钢焊缝金属高韧性要求而发展起来的。大量研究证明，采用碱性焊剂，随着焊剂中cao含量提高，焊缝金属中含氧量降低，焊缝金属的低温韧性即随之提高，但这种影响还与所采用电源极性、焊剂中caf2含量有关。,对于上述结果，有学者从电化学冶金反应角度作了解释,（四）烧结焊剂埋弧焊中的冶金反应 烧结焊剂未经熔炼，作为原料的caco3在焊接时可分解出co2使焊缝含氧量增加。 且烧结焊剂中可加入合金粉等作脱氧剂，在电弧高温进行有效脱氧，也可以加入其它合金细化晶粒，改善组织性能，使焊缝金属达到所要求的高韧性、抗腐蚀性能等。 除此之外，前述述冶金反应都是同样会发生的。,第二节 自动埋弧焊实施方法、工艺参数及发展 一、单丝自动埋弧焊 （一）焊前准备,1.坡口设计及加工,根据单丝埋弧焊采用的电流范围，坡口形式和尺寸可依据相关标准设计和加工,b14mm可以不开坡口，但装配时可预留适当间隙,b=1422mm时，v形坡口 b=2250mm时，x形坡口 通常：a=605,重要接头，如锅炉汽包等压力容器 开u形或双u形坡口,2.焊前清理,3.装配点固,严重的锈斑、油污、氧化皮会造成气孔等缺陷，焊前应用喷砂等方法清除。,为保证间隙均匀性和减少错边，装配时定位焊常常是必要的。直缝还需加引弧板及熄弧板。,（二）实施方法及工艺参数,1.平板对接焊缝,常规单丝自动埋弧焊均采用双面焊接以保证焊透。主要困难是第一面焊接时既需保证足够熔深，又要防止熔池流溢或烧穿。具体实施方法有：,（1）悬空焊接法,反面不加任何衬托装置，一般用于间隙小于1mm且不开坡口的焊接。正面焊接电流应小于反面焊接电流，焊速则相反。表5-14为推荐的焊接工艺参数（除非另注明，所列均为交流电源）。,例：拟定材料16mn，板厚b=14mm，i形坡口的悬空双面自动埋弧焊接工艺参数，并选择焊丝与焊剂（熔炼焊剂）。,间隙：c=01 焊丝牌号：h08mna 焊剂牌号： hj431,母材与坡口情况,母材为16mn，坡口不同,a、焊丝h08a+hj431 b、焊丝h08mna+hj431 c、焊丝h08mna+hj130 d、焊丝h08a+hj130,a、焊丝h08a+hj431 b、焊丝h08mna+hj431 c、焊丝h08mna+hj130 d、焊丝h08a+hj130,？,？,（2）焊剂垫法,这是双面自动埋弧焊比较好的方法，为使焊剂均匀贴紧焊件，可依靠焊件自重、气压、皮带张紧等方法，如图5-16所示。焊剂垫可允许焊件预留较大间隙进行第一面焊接，其焊接电流也可取得较大，以使其熔深达到板厚的60%70%。反面焊接时应注意清除根部熔渣，重要产品常由施工文件规定要挑焊根及清渣。,焊剂垫带坡口的双面双面自