焊剂的分类及特点: 目前国产焊剂已有50余种。焊剂的分类方法有很多,可分别按用途、制造方法、化学成分、焊接冶金性能等对焊剂进行分类;也可按焊剂的酸碱性、焊剂的颗粒结构来分类,但每一种分类方法只能从某一方面反映了焊剂的特性,不能概括焊剂的所有特点。了解焊剂的分类是为了更好掌握焊剂的特点,以便进行正确的选择和使用。 1 按焊剂的制造方法分类 根据焊剂的制造方法,可以把焊剂分成熔炼焊剂和非熔炼焊剂(陶质焊剂、烧结焊剂)两大类。 (1)熔炼焊剂 把各种矿物性原料按配方比例混合配成炉料,然后在电炉或火焰炉中加热到1300℃以上熔化,均匀后出炉经过水冷粒化、烘干、筛选得到的焊剂称为熔炼焊剂。熔炼焊剂采用的原料主要有锰矿、硅砂、铝矾土、镁砂、萤石、生石灰、钛铁矿等矿物性原料,另外还加入冰晶石、硼砂等化工产品。熔炼前所用的原料应进行150-200℃的烘干,以清除原料中的水分。由于熔炼焊剂制造中要熔化原料,所以焊剂中不能加硅酸盐、脱氧剂和合金剂,制造高碱度焊剂也很困难。而且,熔炼焊剂经熔炼后不可能保持原料的原组分不变。 熔炼焊剂按其颗粒结构又可分为玻璃状焊剂、结晶状焊剂和浮石状焊剂三种。玻璃状焊剂呈透明状颗粒,结晶状焊剂的颗粒具有结晶体特点,浮石状焊剂是泡沫状颗粒。玻璃状焊剂和结晶状焊剂的结构都较致密,松装密度为1.1-1.8g/mm3,浮石状焊剂的结构比较疏松,松装密度为0.7-1.0g/mm3。 (2)非熔炼焊剂
把各种粉料按配方混合后加入黏结剂,制成一定粒度的小颗粒,经烘焙或烧结后得到的焊剂,称为非熔炼焊剂。 制造非熔炼焊剂所采用的原料与制造焊条的原材料基本相同,对成分和颗粒大小有严格要求。按配方比例配料,混合均匀后加入黏结剂(水玻璃)制成湿料,然后把湿料进行造粒,制成一定尺寸的颗粒(一般为0.5-2mm),造粒之后将颗粒状的焊剂送入干燥炉内固化、烘干、去除水分,加热温度为150-200℃,最后送入烧结炉内烧结。根据烘焙温度的不同,非熔炼焊剂又分类如下。 ①粘结焊剂(亦称陶质焊剂或低温烧结焊剂) 通常以水玻璃作为粘结剂,经350-500℃低温烘焙或烧结得到的焊剂。由于烧结温度低,粘结焊剂具有吸潮倾向大、颗粒强度低等缺点。目前我国作为产品供应量还不多。 ②烧结焊剂 通常在较高的温度(700-1000℃)烧结,烧结后粉碎为一定尺寸的颗粒即可使用。经高温烧结后,焊剂的颗粒强度明显提高,吸潮性大大降低。 与熔炼焊剂相比,烧结焊剂熔点较高,松装密度较小,故这类焊剂适于大能量焊接。烧结焊剂的碱度可以在较大范围内调节而仍能保持良好的工艺性能,可以根据施焊钢种的需要通过焊剂向焊缝过渡合金元素;而且,烧结焊剂适用性高、制造简便,故近年来发展很快。表1列出了熔炼焊剂与烧结焊剂的特点比较。 熔炼焊剂与烧结焊剂的特点比较 根据不同的使用要求,还可以把熔炼焊剂和烧结焊剂混合起来使用,称为混合焊剂。 焊剂的粒度越大,其松装密度(单位体积内焊剂的质量)越小,透气性越大,焊缝金属中含氮量越多,保护效果越差。但是,不应当认为焊剂的松装密度越大越好,因为当熔池中有大量气体析出时,如果松装密度过大,则透气性过小,将阻碍气体的外逸,促使焊缝中形成气孔,使焊缝表面出现压坑等缺陷。所以焊剂应具有适当的透气性。埋弧焊的焊缝中的含氮量一般为0.002%-1.007%,比手工电弧焊的保护效果好。 2 按焊剂的化学成分或渣系分类 (1)按照焊剂的主要成分进行分类,焊剂可分为以下几种类型。 ①按SiO2含量分类可分为高硅焊剂(SiO2>30%)、中硅焊剂(10%<SiO2<30%)、低硅焊剂(SiO2<10%)、无硅焊剂。
②按MnO含量分类可分为高锰焊剂(MnO>30%)、中锰焊剂(15%<MnO<30%)、低锰焊剂(2%<MnO<15%)、无锰焊剂(MnO<2%).
③按CaF2含量分类可分为高氟焊剂(CaF2>30%)、中氟焊剂(10%<CaF2<30%)、低氟焊剂(CaF2<10%)
④按MnO、SiO2、CaF2含量分进行组分类 HJ431可称为高锰高硅低氟焊剂,HJ350可称为中锰中硅中氟焊剂,HJ250可称为低锰中硅中氟焊剂。高锰高硅低氟焊剂属于酸性焊剂,焊接性能良好,适用于交直流电源,主要用于焊接低碳钢及对韧性要求不高的低合金钢。中锰中硅中氟焊剂属于中性焊剂,焊接工艺性能和焊缝韧性均可,可用于低合金钢焊接结构。无锰低硅高氟属于碱性焊剂,焊接工艺性较差,仅适用于直流电源,焊剂氧化性小,焊缝韧性高,可焊接不锈钢等高合金钢。 ⑤按焊剂的主要成分与特性分类分类方法直观性强,易于分辨焊剂的主要成分与特性。我国的烧结焊剂采用这种分类方法。表2列出了按主要成分与特点对焊剂的分类,是国际焊接学会推荐的焊剂分类方法。 按主要成分与特性对焊剂的分类 (2)按焊剂的渣系分类 ①硅酸盐型如氧化锰-二氧化硅型(MnO+SiO2>50%)、氧化钙-二氧化硅型(CaO+MgO+ SiO2>60%)、氧化锆-二氧化硅型(ZrO2+SiO2>35%)。 ②铝酸盐型如氧化铝-二氧化钛型(Al2O3+TiO2>45%)、碱性氧化铝型(Al2O3+CaO+MgO>45%,其中Al2O3≥20%)。 ③碱性氟化物型如含氟化物的焊剂(CaO+MgO+MnO+CaF2>50%,其中SiO2≤20%,CaF2>15%)。 3 按焊剂的化学性质分类 根据焊剂氧化性的强弱,可将焊剂分为以下三种类型: ①氧化性焊剂焊剂对焊缝金属有较强的氧化作用。有两种类型的氧化性焊剂:一种是含有大量SiO2、MnO的焊剂;另一种是含有FeO较多的焊剂。 ②弱氧化性焊剂含SiO2、MnO、FeO等活性氧化物较少。焊剂对焊缝金属有较弱的氧化作用,焊缝金属含氧量较低。 ③惰性焊剂(或称中性焊剂)焊剂中基本不含SiO2、MnO、FeO等氧化物。焊剂对焊缝金属基本没有氧化作用;焊剂是由Al2O3、CaO、MgO、FeO等组成。 4 按熔渣的碱度分类 碱度是熔渣的最重要的冶金特征之一,对熔渣-金属相界面处冶金反应、焊接工艺性能和焊缝金属的力学性能有很大影响。目前,有关焊剂碱度的计算表达式不统一,应用较广泛的是国际焊接学会(IIW)推荐的公式,即 (1)式中,各组分的含量按质量分数计算。根据计算结果作如下分类。 ①酸性焊剂(碱度B<1.0)具有良好的焊接工艺性能,焊缝成形美观,但可使焊缝金属增硅,焊缝金属含氧量高,低温冲击韧性较低。 ②中性焊剂(1.0<碱度B<1.5)熔覆金属的化学成分与焊丝的化学成分相近,焊缝含氧量有所降低。 ③碱性焊剂(碱度B>1.5)采用碱性焊剂得到的熔覆金属含氧量低,可以获得较高的焊缝冲击韧性,抗裂性好,但焊接工艺性能较差。B>2.0的焊剂称为高碱度焊剂,有除硫及降硅的作用,焊缝金属的氧含量很低,低温冲击韧性值高。但是,随着碱度的提高,焊道形状变得窄而高,并容易产生咬边、夹渣等缺陷。 按照国际焊接学会推荐公式计算出的部分国产焊剂碱度值见表3。 部分国产焊剂的碱度 5 按焊剂的用途分类 ①按焊剂的使用用途分类可分为埋弧焊焊剂、堆焊焊剂、电渣焊焊剂。 ②按所焊材料的种类分类可分为低碳钢用焊剂、低合金钢用焊剂、不锈钢用焊剂、镍及镍合金用焊剂、钛及钛合金用焊剂等。 ③按焊接工艺特点分类 a、单道焊或多道焊焊剂,仅适用于单面单道焊、双面单道焊; b、高速焊焊剂,用于焊接速度大于60m/h的焊接场合; c、超低氢焊剂,熔覆金属中的扩散氢含量小于或等于2ml/100g,有利于消除焊接延迟裂纹; d、抗锈焊剂,对铁锈不敏感,有良好的抗气孔性能。 e、高韧性焊剂,焊缝金属的韧性高,适用于焊接低温下工作的压力容器。 f、单面焊双面成形焊剂,使焊缝背面根部成形满足需要,主要在造船业中使用。
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