机械设计制造及自动化 焊接材料的特点及应用文档格式.docx

1、从此开启了焊接技术在中国工业发展的辉煌。焊接技术简单说就是在高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。焊接技术作为制造业中传统的基础工艺和技术，虽然应用到工业中的历史并不长，但是发展却非常迅速。短短几十年间，焊接已被广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、高层建筑、造船以及海洋钻探等许多重要的工业领域，并且为促进工业的经济发展做出了重要的贡献，使得焊接已经成为一个重要的制造技术和材料科学的重要专业学科。焊接材料作为焊接技术不可或缺的一部分，多年来一直是重要的研究课题。为工业社会发展提供强有力的支持，并在世界上取得傲人成绩。关键词： 焊接

2、 焊接材料 应用1 绪论11.1 焊接技术研究的意义 11.2 焊接材料发展前景12 焊接12.1 焊接的概念12.2 焊接方法22.3 焊接方法的选择23 焊接材料 33.1 焊接材料的分类33.2 焊材的选用原则 84 焊接技术及焊接材料应用8总结 9参考文献10致谢：111 绪论1.1 焊接技术研究的意义 未来中国焊接材料产品的发展战略逐步转移，由自动化程度较高的高效优质产品逐步替代手工型产品，手工焊条产品逐步向高强、高韧、低氢、环保方向发展，以满足不同品种、不同焊接结构、不同服役条件下不同焊接技术要求。想要实现焊接技术的改革与发展必须深入研究焊接工艺。发觉焊接材料在特定条件下的极限值。

3、降低升本，提高生产效率；降低焊接不良因素的产生，提高材料或产品性能。1.2 焊接材料发展前景 不得不承认中国焊接材料的质量与国外相比差距不大，但是部分特种焊接材料还是不能自给。因此我们不得不投入更多的力量研究新型焊接材料，以满足中国科技发展的步伐。2 焊接2.1焊接的概念通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件到达原子间结合的一种方法。焊接也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、

4、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。19世纪末之前，唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在19世纪末，先是弧焊和氧燃气焊，稍后出现了电阻焊。20世纪早期，随着第一次和第二次世界大战开战，对军用器材廉价可靠的连接方法需求极大，故促进了焊接技术的发展。今天，随着焊接机器人在工业应用中的广泛应用，研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，以进一步提高焊接质量。焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压。2.2 焊接方法：常见的焊接方法有熔焊，压焊和

5、钎焊三种，详细的焊接方法如下图所示：2.2.1 熔焊 熔化焊接是利用外加热源使焊件局部加热至熔化状态，一般还同时溶入填充金属（可加可不加），然后冷却结晶成一体的焊接方法。2.2.2 钎焊一般都需要加入填充金属，与熔化焊的另一个区别是焊件不需要加热至熔化，只需要把填充材料加热至溶化，然后利用焊件和填充金属的毛细作用形成焊缝。2.2.3 压焊一般不需要加入填充材料（一般称作焊料），在外加压力的作用下，使焊件发生明显的塑性变形，并且在电阻焊中，还利用电阻热使焊件局部熔化，冷却之后形成冶金作用的不可拆卸的焊接接头。2.3 焊接方法的选择钎焊一般都需要加入填充金属，与熔化焊的另一个区别是焊件不需要加热至

6、熔化，只需要把填充材料加热至溶化，然后利用焊件和填充金属的毛细作用形成焊缝。而加压焊接一般不需要加入填充材料（一般称作焊料），在外加压力的作用下，使焊件发生明显的塑性变形，并且在电阻焊中，还利用电阻热使焊件局部熔化，冷却之后形成冶金作用的不可拆卸的焊接接头。3 焊接材料焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、焊剂等。3.1 焊接材料的分类焊接材料的分类方法有很多，我们通常说的焊材按使用方法和结构特性分为：焊条、焊丝、焊带、焊剂、焊接其他等。举例如下：3.1.1 焊条焊条由焊芯和药皮（涂料）两部分组成。焊芯的作用是导电和填充焊缝金属;药皮的作用是稳定电弧、造气保护、造渣保护、脱氧、脱

7、硫去磷、过渡合适的化学成分，使焊缝具有一定的化学成分和力学性能。焊条是在金属焊芯外将涂料（药皮）均匀、向心地压涂在焊芯上。焊芯保证焊缝的质量与性能，对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定，特别是对有害杂质（如硫、磷等）的含量，应有严格的限制，优于母材。焊条由焊芯及药皮两部分构成。其种类不同，焊芯也不同。焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分和性能，所以焊芯中的有害元素要尽量少。焊接碳钢及低合金钢的焊芯， 一般都选用低碳钢作为焊芯，并添加锰、硅、铬、镍等成分。采用低碳的原因一方面是含碳量低时钢丝塑性好，焊丝拉拔比较容易，另一方面可降低还原性气体CO含量，减少飞溅或气孔，并可增高焊缝金属凝固时的温度，对

8、仰焊有利。加入其他合金元素主要为保证焊缝的综合机械性能，同时对焊接工艺性能及去除杂质，也有一定作用。高合金钢以及铝、铜、铸铁等其他金属材料，其焊芯成分除要求与被焊金属相近外，同样也要控制杂质的含量，并按工艺要求常加入某些特定的合金元素。焊条就是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极，它是由药皮和焊芯两部分组成的。在焊条前端药皮有45左右的倒角，这是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长1/16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条的直径实际上是指焊芯直径）通常为2、2.5、3.2或3、4、5或6mm等几种规格，最常用的是小3.2、小4、小5三种，其长度“L”一般在200550 mm之间。1）焊

9、条的分类 焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极，它是由药皮和焊芯两部分组成的用于焊接的专用钢丝。电焊条的分类方法很多，可分别按用途、熔渣的碱度、焊条药皮的主要成分、焊条性能特征等不同角度对电条进行分类。焊条药皮：焊条药皮是指涂在焊芯表面的涂料层。药皮在焊接过程中分解熔化后形成气体和熔渣，起到机械保护、冶金处理、改善工艺性能的作用。药皮的组成物有：矿物类（如大理石、氟石等）、铁合金和金属粉类（如锰铁、钛铁等）、有机物类（如木粉、淀粉等）、化工产品类（如钛白粉、水玻璃等）。焊条药皮是决定焊缝质量的重要因素。2）焊条在焊接过程中有以下几方面的作用：A）提高电弧燃烧的稳定性。无药皮的光焊条不容易

10、引燃电弧。即使引燃了也不能稳定地燃烧。在焊条药皮中，一般含有钾、钠、钙等电离电位低的物质，这可以提高电弧的稳定性，保证焊接过程持续进行。B）保护焊接熔池。焊接过程中，空气中的氧、氮及水蒸气浸入焊缝，会给焊缝带来不利的影响。不仅形成气孔，而且还会降低焊缝的机械性能，甚至导致裂纹。而焊条药皮熔化后，产生的大量气体笼罩着电弧和熔池，会减少熔化的金属和空气的相互作用。焊缝冷却时，熔化后的药皮形成一层熔渣，覆盖在焊缝表面，保护焊缝金属并使之缓慢冷却、减少产生气孔的可能性。C）保证焊缝脱氧、去硫磷杂质。焊接过程中虽然进行了保护，但仍难免有少量氧进入熔池，使金属及合金元素氧化，烧损合金元素，降低焊缝质量。因

11、此，需要在焊条药皮中加入还原剂（如锰、硅、钛、铝等），使已进入熔池的氧化物还原。D）为焊缝补充合金元素。由于电弧的高温作用，焊缝金属的合金元素会被蒸发烧损，使焊缝的机械性能降低。因此，必须通过药皮向焊缝加入适当的合金元素，以弥补合金元素的烧损，保证或提高焊缝的机械性能。对有些合金钢的焊接，也需要通过药皮向焊缝渗入合金，使焊缝金属能与母材金属成分相接近，机械性能赶上甚至超过基本金属。E）提高焊接生产率，减少飞溅。焊条药皮具有使熔滴增加而减少飞溅的作用。焊条药皮的熔点稍低于焊芯的焊点，但因焊芯处于电弧的中心区，温度较高，所以焊芯先熔化，药皮稍迟一点熔化。这样，在焊条端头形成一短段药皮套管，加上电弧

12、吹力的作用，使熔滴径直射到熔池上，使之有利于仰焊和立焊。另外，在焊芯涂了药皮后，电弧热量更集中。同时，由于减少了由飞溅引起的金属损失，提高了熔敷系数，也就提高了焊接生产率。另外，焊接过程中发尘量也会减少。F）药皮在焊接过程中起着极为重要的作用。若采用无药皮的光焊条焊接，则在焊接过程中，空气中的氧和氮会大量侵入熔化金属，将金属铁和有益元素碳、硅、锰等氧化和氮化形成各种氧化物和氮化物，并残留在焊缝中，造成焊缝夹渣或裂纹。而熔入熔池中的气体可能使焊缝产生大量气孔，这些因素都能使焊缝的机械性能（强度、冲击值等）大大降低，同时使焊缝变脆。此外采用光焊条焊接，电弧很不稳定，飞溅严重，焊缝成形很差。人们在实

13、践过程中发现如果在光焊条外面涂一层由各种矿物等组成的药皮，能使电弧燃烧稳定，焊缝质量得到提高，这种焊条叫药皮焊条。随着工业技术的不断发展，人们创制出了广泛应用的优质厚药皮焊条。G）焊条药皮类型及主要特点。按照药皮的主要成分可以确定焊条的药皮类型。由于药皮配方组成不同，致使各种药皮类型焊条的熔渣特性、焊接工艺性能以及焊缝金属力学性能有很大差别。即使是同一类型药皮，但不同牌号的焊条也因为药皮成分和配比不同，焊条的工艺性能等也会出现明显的差别根据焊接熔渣的碱度（熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物的比例）可将焊条分为酸性焊条和碱性焊条。3.1.2 焊丝焊丝是作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料。在气

14、焊和钨极气体保护电弧焊时，焊丝用作填充金属；在埋弧焊、电渣焊和其他熔化极气体保护电弧焊时，焊丝既是填充金属，同时焊丝也是导电电极。焊丝的表面不涂防氧化作用的焊剂。一）焊丝的分类A）轧制类大多数焊丝属于此类，包括碳钢焊丝、低合金结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝和有色金属焊丝等。B）铸造类有些合金，如钴铬钨合金，不能锻、轧和拔丝，而用铸造方法制成。它主要用于工件表面的手工堆焊，以满足如抗氧化、耐磨损和高温下耐腐蚀等特殊性能要求。采用连续浇注和液态挤压可制造出长达数米的钴铬钨焊丝，用于自动填丝钨极气体保护电弧焊，以提高焊接效率和堆焊层质量，同时还能改善劳动条件。铸铁补焊有时也采用铸造焊丝。C）

15、药芯类用薄钢带卷成圆形或异形钢管，内填一定成分的药粉，经拉制成的有缝药芯焊丝，或用钢管填满药粉拉制成的无缝药芯焊丝（见图）。用这种焊丝焊接熔敷效率高，对钢材适应性好，试制周期短，因而它的使用量和使用范围不断扩大。这种焊丝主要用于二氧化碳气体保护焊、埋弧焊和电渣焊。药芯焊丝中的药粉成分一般与焊条药皮相似。含有造渣、造气和稳弧成分的药芯焊丝焊接时不需要保护气体，称自保护药芯焊丝，适用于大型焊接结构工程的施工。3.1.3 焊剂焊剂也叫钎剂，定义广泛，包括熔盐、有机物、活性气体、金属蒸汽等，即除去母材钎料外泛指第三种用来降低母材和钎料界面张力的所有物质。1 焊剂的分类方法焊剂的分类方法很多，有按照用途

16、、制造方法、化学成分、焊接冶金性能等分类，也有按照焊剂的酸碱度、焊剂的颗粒度分类。无论哪一种分类方法，都只是从某一方面反映焊剂的特性，不能包含焊剂的所有特点。按照焊剂中添加脱氧剂、合金剂分类，可分为中性焊剂、活性焊剂和合金焊剂，也是ASME标准里国外常用的分类方法。1） 中性焊剂 中性焊剂是指在焊接后，熔敷金属化学成分与焊丝化学成分不产生明显变化的焊剂，中性焊剂用于多道焊，特别适用于焊接厚度大于25mm的母材。中性焊剂有以下特点：a、焊剂里基本不含SiO2、MnO、FeO等氧化物。b、焊剂对焊缝金属基本没有氧化作用。c、焊接氧化严重的母材时，会产生气孔和焊道裂纹。2）活性焊剂 活性焊剂指加入少

17、量的Mn、Si脱氧剂的焊剂。能提高抗气孔能力和抗裂纹能力。活性焊剂有以下特点：a、由于含有脱氧剂，熔敷金属中Mn、Si将随电弧电压的变化而变化。由于Mn、Si增加将提高熔敷金属的强度、降低冲击韧性。因此，多道焊时，应严格控制电弧电压。b、活性焊剂具有较强的抗气孔能力。3）合金焊剂 合金焊剂中添加较多的合金成分，用于过渡合金元素，多数合金焊剂为烧 结焊剂。合金焊剂主要用于低合金钢和耐磨堆焊的焊接。4）熔炼焊剂 熔炼焊剂是将各种矿物的原料按照给定的比例混合后，加热到1300 度以上，熔化搅拌均匀后出炉，再在水中急冷以使粒化。再经过烘干、粉碎、过筛、包装使用。国产熔炼焊剂牌号采用“HJ表示，其后面第

18、一位数字表示MnO的含量，第二位数字表示SiO2和CaF2的含量，第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号。5）烧结焊剂 按照给定的比例配料后进行干混合，然后加入黏结剂（水玻璃）进行湿混合，然后造粒，再送入干燥炉固化、干燥，最后经500度左右烧结而成。国产烧结焊剂的牌号用“SJ”表示，其后的第一位数字表示渣系，第二位和第三位数字表示同一渣系焊剂的不同牌号。2. 焊剂功能与被覆焊条相同，药芯焊丝的制造商对焊剂成份均为其特有的配方，随着焊材适用的功能不同，焊剂成份组成亦各不同。焊剂成份的基本功能略述如下：除氧剂与除氮剂由于氮与氧可使焊道金属造成气孔或脆化，焊剂中必须添加锰与硅等除氧剂，至于自保护药芯焊

19、丝，焊剂中另需添加AL为除氮剂。以上添加除氧剂及除氮剂目的均在于净化熔填金属。焊渣形成剂钙、钾、钠或硅等均为焊渣形成剂，添加在焊剂中可以有效保护熔池不受大气污染，焊渣可使焊道具较佳的外观而且快速冷却后又可以支撑全姿势焊接时的熔池。焊渣的覆盖更可缓和熔填金属冷却速率，此功能对低合金钢的焊接尤其重要。电弧稳定剂钠及钾可以使电弧保持柔和顺畅而且降低飞溅。合金元素钼、铬、碳、锰、镍及钒等合金元素的添加，可以提高（改善）熔填金属的强度、延性、硬度及韧性等。3.2 焊材的选用原则1）焊条选用原则焊条的选用须在确保焊接结构安全、可行使用的前提下，根据被焊材料的化学成分、力学性能、板厚及接头形式、焊接结构特点

20、、受力状态、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接施工条件和技术经济效益等综合考查后，有针对性地选用焊条，必要时还需进行焊接性试验。2）焊丝的选用原则焊丝的选择要根据被焊钢材种类、焊接部件的质量要求、焊接施工条件（板厚、坡口形状、焊接位置、焊接条件、焊后热处理及焊接操作等）、成本等综合考虑。3） 焊剂的选用原则焊剂的选用原则则要考虑与之匹配的焊丝或焊带性能成分，及工件设计所需要求等诸多因素。4 焊接技术及焊接材料应用梳理国内外钢材及焊接的应用现状不难发现我国的钢产量已经跃居全球第一，但与中国钢产量全球第一形成鲜明的对比的是中国也是钢材进口大国，尤其是特种性能、高强度钢材的大量进口，因此中国钢材巨大

21、产量，并没有给中国带来巨大的经济效益。焊接材料是焊接技术发展的基础，所以焊接材料的应用和发展影响着焊接技术的发展。焊接自动化程度和焊丝的使用量是衡量一个国家焊接技术发展程度的重要指标。焊接材料的应用在各个领域所占比重越来越多，也希望通过不断探索研究是中国从焊接材料大国转变为焊接材料强国。总 结随着工业化步伐快速发展，许许多多新型材料如雨后春笋般萌发。为了满足新型材料的使用性能，不可缺少的会大量使用焊接技术已达到设计需求。这为焊接材料的研究点燃了希望的灯塔，不过，宏图有多伟大，困难和险阻就有多大，焊接技术或焊接材料想要适应工业化的步伐就只能不断改进推陈出新。我们研究焊接技术和焊接材料的最终目的是

22、满足迅速发展工业需求。希望通过浅薄的努力归纳总结出焊接材料的发展方向，使焊接材料真正意义的得到更广泛的应用，从而为各个行业提供支持。推动中国焊接技术不断发展。参考文献1 国家标准G1300一772国家标准GB 1300-773焊接材料选用4 焊接的型号与牌号（中国焊接网）5 焊剂的重要性和控制的可操作性（中国百科网）致 谢 历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，从课题的选择到论文的最终完成，都是在老师孜孜不倦的指导下完成的。她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！ 最后，再次对那些在论文完成过程中给与我帮助、关心的同学和朋友们表示衷心的感谢！