焊接材料介绍资料

氧化反应
熔渣的氧化作用主要 是渣中的氧化物与液态金 属之间发生的置换氧化。
（2）脱氧反应 J422属于酸性渣，应以锰脱氧为主，而不是采用Si、Ti脱氧 [Mn] + [FeO] → (MnO) + [Fe] （沉淀脱氧）
生成的MnO进入熔渣，与SiO2等酸性氧化物生成复合化合物
(MnO) + (SiO2) → (MnO ·SiO2)
（4） 脱硫反应
主要靠Mn或MnO脱硫 FeS + Mn → Fe + MnS FeS + MnO → FeO + MnS （5）脱磷反应 J422焊条脱磷效果不佳，主要以限制焊接材料中的磷为主。
J422钛钙型焊条焊接时的冶金反应 （6）合金化：药皮中的锰铁除了脱氧、脱硫外，还可增加焊 缝中的Mn；焊缝中的Si主要靠SiO2的还原所得。
焊条型号 多量元素 E4303 E5015 Fe Fe、F、Na 中等量元素 少量元素 可溶性物质 总量(％) 20.5 49.3 可溶氟 含量（%） 0 9.1
S1、Mn、Na、Ca A1、K、MS Ca、K Mn、Si、Ti
2
低氢焊条E5015（J507）
属CaO-SiO2-CaF2渣系，熔渣的碱度B1＝1.86，属碱性渣。 焊接时气相成分见表1－12。
（字母E：Electrode）
第一、二位数字：抗拉强度（kgf/mm2） 第三位数字：表示适合焊接位置（0、1表示全位置，2表示为平焊，4为 向下焊）。
第四位数字：表示焊接电源极性及药皮类型
例如： E4303 E5015 43 kg 级钛钙型，交直流两用，全位置焊。 50kg 级 低氢型，直流反接，全位置焊。
δ 5 (％) ≥22 22～32
A KV 0℃ ≥27 70～115
(J) －20℃ ≥47
J422钛钙型焊条焊接时的冶金反应（1） （1）氧化反应: 气相中的O、O2、CO2、H2O等都能使焊接金属发生氧化 [Fe] + O → FeO [Fe] + O2 → FeO [Fe] + CO2 → FeO + CO [Fe] + H2O → FeO + H2 其中氧原子的氧化性最强。
Si <0.030 ≤0.25
S
P
N
O － 0.06~0.1
≤0.030 ≤0.030 － ≤0.035 ≤0.040 0.02~0.03
H(总) ML／100g － 46.2
表 2-11 焊缝金属力学性能 试验项目 σ b σ 0.2 (MPa) (MPa) 保证值 一般结果 ≥420 430～490 ≥330 ≥330
(MnO) + (TiO2) → (MnO · TiO2)
复合氧化物降低了熔渣的氧化性。
（3） 还原反应
由于熔渣中有大量的SiO2等酸性氧化物和Mn-Fe，所以发生 置换反应 (SiO2) + [Fe] → [Si] + FeO 和还原反应
[Mn] + (SiO2) → [Si] + (MnO)
结果焊缝金属中含有一定数量的Si。
表 1－12 焊接碳钢时冷至室温起相的成分
焊条和焊剂类型 钛钙型 低氢型 气相成分(%体积) 备 注 CO CO2 H2 H20 50.7 5.9 37.7 5.7 焊条在 110℃烘干 2h 79.8 16.9 1.8 1.5
J507钛钙型焊条焊接时的冶金反应（1） （1）脱氧反应 因是碱性渣，所以脱氧主要靠Si和Ti
焊芯（2）
（3）硅：起脱氧和强化焊缝金属作用，但会增加焊缝中的SiO2 夹杂物，所以焊芯中的含硅量比较低（<0.03％）。 （4）硫、磷：有害元素，容易引起焊缝裂纹和冷脆性。焊芯中 的S、P<0.03。
设计结构钢焊条时，要保证焊缝金属与母材等强度，不必 强调母材等成分。
2 焊条药皮（1）
（1）药皮作用 1） 保护作用：采用气－渣联合保护焊缝金属，以隔离空气。 2） 冶金作用：去除焊缝金属中有害杂质（O、H、S、P等）， 补充焊缝烧损的合金元素，改善焊缝力学性能。
表 2-8 焊条烟尘的化学成分 焊条 焊条 Fe203 Si02 型号 牌号 E4303 J422 48.12 17.93 E5015 J507 24.93 5.62
发尘量 (g/㎏) 6～8 10～20
MnO2 7.18 6.30
TiO2 2.6l 1.22
CaO 0.95 10.34
Na２0 6.03 6.39
考虑到飞溅损失，真正焊接生产率是熔敷系数αH
αH=αP(1－ψ )
式中 ψ -损失系数。
8 焊接烟尘 液态金属和熔渣在电弧高温下造成激烈蒸发，尤其是低氢 焊条发生量大，烟尘中含有有毒物质，危害焊工健康。
表 2-6 不同类型焊条的烟尘 焊条类别 发尘速度 (mg／min) 钛钙型焊条 200～280 低氢型焊条 360～4592
KF － 7.95
NaF － 13.71
五、典型焊条的冶金性能分析
1 钛钙型焊条E4303（J422）
熔渣的碱度B1 = 0.76，属酸性渣。气相主要成分为CO、 H2、CO2、H2O。
P21
J422焊条焊缝的化学成分及力学性能
表 2-10 焊芯及焊缝金属化学成分 化学成分 C Mn 焊芯 焊缝金属 < 0.10 ≤0.12 0.30~0.55 0.3~0.6
焊条的脱渣性主要与 渣的物化性能有关。 （1）熔渣膨胀系数：渣 与金属的膨胀系数相差 越大，越容易脱渣（图 2-2） 。 （ 2 ）渣的氧化性：氧化 性强的渣比较难脱落（图 2-3）。 （3）渣的松脆性：熔渣 越松脆越容易脱渣。
7 焊条的熔化速度αP αP为单位时间内单位电流熔敷在焊件上的金属重量。 αP = g/(A· h)
（3）不锈钢焊条：用于焊接奥氏体和马氏体不锈钢。
（4）堆焊焊条：用于获得耐磨、耐蚀性能的堆焊层。
焊条分类（1）
（5）低温钢焊条：用于焊接在低温下工作的焊缝。 （6）铸铁焊条：用于焊补铸铁构件。 （7）镍及其合金焊条：用于焊接镍及其合金。 （8）铜及其合金焊条：用于焊接铜及其合金。 （9）铝及其合金焊条：用于焊接铝及其合金。 （10）特殊用焊条：如水下焊接、切割用焊条。
4）石墨型： 主要用于铸铁焊条，以保证焊缝金属石墨化。
（3） 药皮的原材料 1）矿物类： 如大理石、白云石（ CaCO3+MgCO3 ）、金红石（ TiO2 ）、 锰矿（MnO2）、钛铁矿等。 2）铁合金类： 如纯铬、镍、Mn-Fe、Si-Fe、Ti- Fe等。 3）化工产品类：
如钛白粉（ TiO2 ）碳酸钡（ BaCO3 ）、水玻璃（ Na2O· SiO2 、 K2O· SiO2）等。
SiF4 + H → SiF + HF↑
CaF2和水玻璃脱氢： Na2O ·nSiO2 + H2O → NaOH + nSiO2
2
焊条牌号
我国常用的牌号：字母（汉字）×××
字母含义：结构钢J（结）、不锈钢A（奥）、堆焊D（堆）等。 第一、二位数字：抗拉强度（kg/mm2） 第三位数字：药皮类型，如1－氧化钛型、2－钛钙型、7－低 氢钠型（直流） 例如： J（结）422 42 kg 级，钛－钙焊条； J（结）507 50 kg 级，低氢焊条，直流。
CO2 + Si → SiO2 + CO
CO2 + Ti → TiO2 + CO 反应产物和CaO生成复合化合物CaO ·SiO2、CaO ·TiO2，降 低了渣的氧化性。
（2） 脱氢反应 利用CaF2脱氢： CaF2 + H2O → CaO + HF↑ CaF2和SiO2脱氢： CaF2 + SiO2 → SiF4 + CaSiO3
3 各种位置焊接的适用性
焊条能否适合各种位置的焊接（平焊、立 焊、仰焊、横焊）。取决于渣的粘度、熔点、 表面张力等，也取决于焊工的水平。
4 飞溅 降低焊条的熔敷效率，增加清理工作量。焊条的飞溅与焊 条的含水量、焊条偏心、焊接工艺参数、电源类型、焊条类型 （钛钙比低氢飞溅小）等有关。
5
脱渣性
第二章
焊接材料
指焊条、焊丝、焊剂、气体等焊接用料。

焊条电弧焊过程 药皮燃烧： 电弧周围气体：CO2、 CO、H2 熔池中熔渣，冷却 形成渣壳 保护熔池中的熔化 金属
第一节 一、焊条分类 1 按用途分：分10大类
焊条
（1）结构钢焊条：主要用于焊接碳钢和低合金高强钢。
（2）耐热钢焊条：用于焊接珠光体和马氏体耐热钢。
焊条分类（3）
3 按焊条药皮类型分： 钛 型 （ TiO2 金 红 石 ） 、 钛 - 钙 型 （ TiO2-CaO ） 、 钛 铁 矿 型 （ TiO2-FeO ） 、 氧 化 铁 型 （ Fe2O3 ） 、 纤 维 素 型 、 低 氢 型 （CaCO3-CaF2）。
二、 焊条的型号和牌号 1 焊条型号 国际ISO标准：E××××
药皮原材料的作用（2）
5 ）合金化：补偿焊缝金属中烧损的合金元素，使焊缝达到 所需的物化性能和机械性能。
6）粘结：将药皮牢固粘结在焊芯上，如水玻璃（Na2O· SiO2、 K2O· SiO2）。
7）成形：便于焊条的压制，如云母、钛白粉、滑石粉。
四、 焊条的工艺性能（1） 1 电弧的稳定性 焊条药皮中加入电离电位低的物质，如Na、K、Ca等，在 焊接过程中可以保持电弧稳定燃烧。 若焊条中有氟化物（CaF2），由于电负性强的F的消电离 作用，在交流焊中电弧就不稳定，只能用直流电源焊接。若 在这类焊条中加入稳定剂（碳酸钾等）时，也可以用交流焊 接（J506）。 电弧稳定性不仅取决于焊条，还和焊接设备、焊工水平等 因素有关。
2
焊接成形（1）
成形不好的焊缝不仅影响外观质 量，而且会造成应力集中，造成焊 缝破坏。
影响焊缝成形因素除操作者的水 平外，还有熔渣的凝固温度、粘度 等。
2
焊接成形（2）
凝固温度过高，容易造成渣压铁 水，气孔不易逸出；凝固温度过低， 熔渣不能均匀覆盖在焊缝表面。 熔渣粘度过大，使焊接冶金反应 缓慢，易产生气孔、夹杂等缺陷； 粘度过小造成熔渣不能均匀复盖在 焊缝表面，保护不好。 研究熔渣的物化状态可以用渣的相图（图2－1）。
（4）药皮原材料的作用 1）稳弧：如大理石、水玻璃、长石（K2O+Na2O+SiO2+Al2O3） 中的低电离位元素。 2 ）造渣：保护熔滴和熔池金属，改善焊缝成形，如 CaO 、 SiO2、MgO等。 3）造气：焊接时，有机物和碳酸盐分解产生气体，用于隔离 空气，保护焊接区域。如CaCO3→CaO + CO2。 4）脱氧：用一些对氧亲和力比铁大的金属或合金元素脱除焊 缝中的氧。
（7）气孔敏感性：用 J422焊条焊接产生的气孔大多是因操作 不当造成的。
（8）焊接烟尘：因药皮中(Mg, Ca)CO3比较少，烟尘量较少， 有害成分也比J507焊条少（表2－7）。 此类焊条焊接工艺性好，用量最大，主要用于焊接低碳 钢和强度较低的低合金钢。
J422钛钙型焊条焊接时的烟尘成分
表 2-7 焊条烟尘中所含化学元素及可溶性物质
3） 保证焊接工艺性能：容易引弧，电弧稳定燃烧，飞溅少，焊 缝成形美观，易于脱渣，适合各种位置焊接。
2 焊条药皮（2）
（2）焊条药皮类型 分为八大类，常用的有：
1）钛型：（>35% TiO2（金红石）+ SiO2）；
2）钛钙型：（30% TiO2+ (Ca , Mg)CO3）；
3）低氢型：（CaCO3 + CaF2）;
三、 焊条的组成
焊条是由焊芯和药皮组成，药皮占整个焊条重量的 30~50%。 药皮重量系数Kb
WS Wb WM
式中：WS－药皮重量；WM－焊芯重量。
1 焊芯（1） 焊条用钢：牌号前加H，如H08A。最后字母A表示优质钢， E表示特级钢，其含硫、磷量比较低。 焊芯中的元素： （1）碳：提高钢的硬度、强度，但会产生气孔、飞溅、裂纹等 问题。一般焊芯的含碳量小于0.1%。 （2）锰：有益元素，起脱氧、脱硫和强化焊缝金属的作用。焊 芯一般含锰0.3~0.55%。
焊接烟尘表26不同类型焊条的烟尘焊条类别发尘速度mgmin钛钙型焊条低氢型焊条200280360450钛钙型焊条e4303j422熔渣的碱度b21表210焊芯及焊缝金属化学成分化学成分mnsiml100g焊芯焊缝金属010012030055030600300250030003500300040462表211焊缝金属力学性能mpa02mpa20保证值一般结果420430490330330222232277011547j422焊条焊缝的化学成分及力学性能1氧化反应
焊条分类（2）
2 按熔渣的碱度 （1）酸性焊条（J422）：药皮中含有较多SiO2、FeO等。这类 焊条工艺性能好，焊缝成形美观，但焊缝的性能不高（尤其是 塑性和韧性）。焊接可用交直流电源。 （2）碱性焊条（J507）：药皮中含有CaCO3、CaF2等。焊缝的 含氢量低，所以又称低氢焊条，碱性焊条的焊缝有较高的塑性 和韧性，可用于焊接较重的焊接结构。