第二章铸造锻压和焊接工艺基础3
材料成型 铸锻焊参考答案
第二章铸造一、思考题1. 什么叫铸造?为什么铸造在机械生产中得到广泛应用?(1)可生产形状复杂的零件2)适应性好3)成本低4)节省金属及切削加工工作量2. 铸件机械性能为何较锻件低?组织粗大，内部常存在缩孔、缩松、气孔、偏析等缺陷3. 铸造工艺图包括哪些内容?浇注位置、分型面、加工余量、拔模斜度、、不铸的孔、槽、型芯的结构个数、芯头结构、尺寸、浇冒口等4. 典型的浇注系统由哪几部分组成?(•外浇口、直浇口、横浇口、内浇口、出气孔)冒口的作用是什么?(补缩)5. 何谓合金的流动性，（熔融金属本身的流动能力。
）影响的因素有哪些?（.合金种类、化学成分、浇注温度）合金流动性不足时，铸件容易产生哪些缺陷?（冷隔、浇不足）6. 何谓合金的收缩?（熔融金属在铸型中凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象）影响收缩的因素有哪些?（1）化学成分2）浇注温度3）铸件结构4）铸型条件7. 何谓铸造内应力，其分布规律如何?（厚臂处承受拉应力，薄臂处承受压应力）8. 根据组织特征划分，常用的铸铁有几种?（白口铁，灰铁，球铁，可铁）各自性能特点如何?9. 为什么说铸铁是脆性材料?（延伸率<o,5%）可锻铸铁可以锻造吗?(不)10. 铸钢的铸造性能如何?（1.钢水流动性差2.收缩大、应力裂纹缩松缩孔倾向大3.熔点高）什么场合宜使用铸钢?（受力大且形状复杂的零件）11. 生产铸铁件，（冲天炉）铸钢件（电弧炉感应电炉）和有色金属铸件（坩埚炉）所用的熔炉有哪些?12. 名词解释浇注位置：浇注时，铸件在铸型中所处的位置分型面：分开的铸型的接触面二、判断题(正确的打√，错误的打×)1. 当过热度相同时，亚共晶铸铁的流动性随含碳量的增多而提高。
(√)2 选择浇注位置时，应使零件的重要工作面朝上。
( ×)3. 熔模铸造不需分型面。
(√)4. 铸钢常用熔炉为电弧炉及感应电炉。
(√)5. 可锻铸铁可以进行锻造。
(×)6. 为了获得铸件内腔，不论砂型铸造、金属型铸造、离心铸造均需使用型芯。
材料成形技术基础第2章铸造.ppt.Convertor
材料成形技术基础第2章铸造.ppt.Convertor原材料：金属材料、非金属材料、复合材料毛坯成形加工：铸造、锻造、冲压、焊接等机械加工、特种加工：切削、磨削、特种加工热处理、表面处理：材料的改性与处理检测与质量监控：必不可少的保证质量的措施装配：零件的固定、连接、调整、检验和产品试验。
装配材料成形中的基本要素及其流动材料、能量和信息三个基本要素的流动及其相互作用形成物质流、能量流和信息流,使毛坯和零件的成形得以实现质量不变过程:铸造、塑性成形、表面处理等质量减少过程:切削加工、热切割、板料冲裁等质量叠加过程:焊接、胶接和机械连接等2．能量流各种能量的消耗和转化过程称为能量流将生产过程中的物质流、能量流和信息流系统化,即“机械制造技术系统”,具有“自动化、柔性化、高效化”的综合效果特征4．材料成形技术的发展趋势(1)优化常规工艺(2)新型加工方法不断出现(3)高新技术与工艺紧密结合产品的加工要求第2章铸造定义：熔炼金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法包括砂型铸造和特种铸造两大类优点：工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸和大小几乎不受限制，常用的合金都能铸造；原材料来源广泛，价格低廉，设备投资较少应用：适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗震或耐磨的零件。
缺点：工艺因素影响较大，铸件易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，组织疏松，晶粒粗大。
质量不稳定，一般情况下，铸件的力学性能远不及塑性成形件L=v×t2.1铸造基础2.1.1金属液的充型能力金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力很大程度上决定了铸件的质量1、金属的流动性：金属液本身的流动能力流动性好则充型能力强，易于获得轮廓清晰、壁薄而形状复杂的铸件，且易于防止各类铸造缺陷。
衡量：螺旋型流动试样长度合金成分：成分不同，结晶方式不同；粘度不同相同温度下，过热度不同：已结晶表面光滑程度不同结论：共晶成分和纯金属最好合金的质量热容、密度和热导率质量热容和密度大，含热量大；热导率小，散热慢2、铸型条件铸型的蓄热系数：铸型的蓄热系数越大，激冷能力越强，金属液保持液态的时间就较短，充型能力越低解决方法：选用蓄热系数小的造型材料；在型腔壁喷涂料铸型温度：铸型的温度越高，金属液冷却就越慢，保持液态时间就越长铸型中的气体：形成影响充型的气体阻力（外部阻力）3、浇注条件浇注温度：浇注温度高，金属液的粘度低，保持液态的时间长。
铸锻成形与焊接工艺
（5）面罩 是为防止焊接时产生的飞溅、弧光的及其他辐射对焊工面部 与颈部的一种遮蔽的工具，有手持式和头盔式两种。
面罩上装有遮蔽焊接有害光线的护目 玻璃。为使护目玻璃不被焊接时的飞溅 损坏，可在外面加上两片无色透明的防 护白玻璃。有时为增加视觉效果可在护 目玻璃后加一片焊接放大镜
2．压力铸造 压力铸造——将熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固而获
得铸件的方法
3．熔模铸造 熔模铸造——又称为失蜡铸造。它是用易熔材料（如蜡料）制成模
样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙 烧，即可浇注的铸造方法
4.离心铸造 离心铸造——是将金属液浇入绕水平、倾斜或二式旋转的铸型，在离
焊条的直径指焊芯的直径，常用的直径有 1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm 、5.0mm、6.0mm等7种，长度范围为 200~550mm。
（3）焊钳 焊钳是用以夹 持焊条（或碳棒）并传导电 流进行焊接的工具。常用的 焊钳有300A、500A两种规格
（4）焊接电缆 焊接电缆的作用是传导焊接电流用的。焊接电缆的型号有 YHH型电焊橡胶套电缆和YHHR型电焊橡胶特软电缆
3．铸造的应用 应用广泛
二、砂型铸造 1．造型
造型——指用型砂及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程。 （1）造型工具
（2）造型方法
造型方法通常 分为手工造型和 机器造型两大类
2．造芯 造芯——指制造型芯的过程。 型芯可以采用手工造芯，也可以采用机器造芯。单件或小批生产 大、中型回转体型芯时，可采用刮板造芯。手工造芯时主要采用型芯 盒造芯
浇包分为人力式和起重吊式两种
7．落砂、清理和检验
落砂是用手工或机械使铸件和型砂 （芯砂）、砂箱分开的操作过程。
《铸造工艺基础》PPT课件
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三、影响充型能力的因素
1.合金性质——合金流动性：决定于合金种类 与化学成分。
合金种类
根据“螺旋型试样长度”实验： 灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好； 铝硅合金其次； 铸钢最差。
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化学成分
同一种合金，化学成分不同，合金流动性也有不同。 因为化学成分不同，合金的结晶温度范围和结晶特性 不同。
❖ 根 据 生 产 经 验 ， 常 用 铸 造 合 金 的 浇 注 温 度 为 ： 铸 铁 1230 ～ 1450C；铸钢1520～1620C；铝合金680～780C。对薄壁及复 杂铸件取浇注温度的上限，对于厚大铸件可以取其下限。
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充型压力
❖ 浇注时，金属所受的充型压力越大，充型能力就越 强。
❖ 非共晶成分的合金的结晶过程是在一定的温度范围之内进行， 凝固时铸件存在两相区，其中既有没有凝固的液态金属，还有 已经凝固的小的树枝状结晶体，称为糊状凝固，树枝状的小晶 体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大， 因此这种合金的流动性较差。合金的结晶范围越宽，则两相区 越宽，合金的流动性也就越差。
合金种类
根据“螺旋型试样长度”实验： 灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好； 铝硅合金其次； 铸钢最差。
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化学成分
同一种合金，化学成分不同，合金流动性也有不同。 因为化学成分不同，合金的结晶温度范围和结晶特性 不同。
❖ 纯金属和共晶成分的合金，结晶是在恒温之下进行，此时金属 液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进，称为逐层凝 固，凝固层的内表面比较平滑，对还没有凝固的液态金属阻力 较小，合金的流动性较好；
锻造铸造焊接工艺学课件(PPT 38页)
课程教学模块四：铸、锻、焊工艺及应用 ——课题1
4.1.3 特种铸造
2、压力铸造
压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力 下凝固的铸造方法。
压铸工艺过程是：向型腔喷射涂料、闭合压型、压射 金属、打开压型顶出铸件。
压铸型是压铸工艺过程的关键装备，是由定型、动型 及金属芯组成的压铸用金属型其性能、精度、表面质量 要求很高，必须用热作模具钢制造，并进行严格的热处 理。
4.1.2 砂型铸造
（3）挖砂造型
（4）假箱造型
（5）活块造型
（6）刮板造型
课程教学模块四：铸、锻、焊工艺及应用 ——课题1
4.1.2 砂型铸造
（7）两箱造型
（8）三箱造型
（9）脱箱造型
（10）地坑造型
课程教学模块四：铸、锻、焊工艺及应用 ——课题1
4.1.2 砂型铸造
（2）机器造型
课程教学模块四：铸、锻、焊工艺及应用 ——课题1
课程教学模块四：铸、锻、焊工艺及应用 ——课题1
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4.1.5 铸造新工艺和新技术简介
2、磁型铸造
磁型铸造是将装有气化模和铁丸的砂箱置于磁场中，铁 丸在磁场作用下相互结合在气化模外形成铸型，当金属液 浇入磁型时，高温金属将气化模逐渐烧失，而占据型腔， 待冷却凝固后撤出磁场，则磁型自然散落，从而获得铸件 的方法
课程教学模块四：铸、锻、焊工艺及应用 ——课题1
4.1.3 特种铸造
3、熔模铸造
课程教学模块四：铸、锻、焊工艺及应用 ——课题1
4.1.3 特种铸造
熔模铸造特点和应用范围
（1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁（0.2mm～ 0.7mm），且无分型面的铸件。 （2）熔模铸造的尺寸精度高（IT10～IT14），表面粗糙度 值低（Ra12.5～1.6μm），可实现少（无）切削加工。 （3）能铸造各种合金铸件，尤其适于铸造高熔点、难切削 加工和利用其他加工方法难以成形的合金，如耐热合金、 磁钢和不锈钢等。 （4）生产批量不受限制，可实现机械化流水线生产。 （5）工艺过程复杂、生产周期较长（4～15天），生产成 本较高。 （6）因蜡模易变形，型壳强度不高等原因，铸件质量一般 不超过25kg。
第02章 铸造、锻压与焊接@
结壳和脱蜡
焙烧和浇注
熔模铸造件
§2.1 铸造
四、常用特种铸造方法
3.压力铸造
指将液态金属在高压下注入铸型，经冷 凝后获得铸件的铸造方法。 压铸机是用于压铸的常用设备，分卧式 和立式两大类，目前应用最多的是卧式冷压 室压铸机。
压铸工艺过程示意图
压力铸造
§2.1 铸造
四、常用特种铸造方法
3.压力铸造 优点：压铸件具有“三高”，即铸件精 度高 (IT11~IT13 ，Ra3.2~0.8μm) 、强度和硬 度高 (σb比砂型铸件高20%~40%) 、生产率高 (50~150件/小时) 。 缺点：铸件存在无法克服的皮下气孔， 且塑性差；设备投资大，应用范围较窄。
§2.2 锻压
三、模型锻造
将坯料臵于模具的型腔中，使坯料 在模腔中受压成形而获得铸件的方法称 为模型锻造。 在模型锻造中，金属只能在模腔中 流动，金属的变形受到模具型腔的限制， 故也称模锻。
连杆的模锻
1.拔长模镗 2.滚压模镗 3.终锻模镗 4.预压模镗 5.弯曲模镗
§2.2 锻压
三、模型锻造
§2.1 铸造
四、常用特种铸造方法
2.熔模铸造
浇注入液态金属，待其冷凝后，毁去外壳即 获得铸件。 特点：熔模铸造所得铸件精度高(IT8~IT10 ， Ra0.8μm) ，表面粗糙度低，减少了金属切削加工 量，实现了少切削、甚至无切削加工。 为此称熔模铸造为精密铸造。
熔模铸造
工艺过程： 压型
制蜡模
金属型铸造
§2.1 铸造
四、常用特种铸造方法
1.金属型铸造
金属型铸造适用于大批量生产中形状比 较简单、壁不太薄的有色合金小型铸件，如 汽车、拖拉机发动机的铝活塞、汽缸体、油 泵壳体，以及铜合金的轴瓦、轴套等。
第二章 铸造、锻造、焊接
结一定厚度的耐火材料，然后将模型熔化而使金属液充满 型腔的一种铸造方法。
工艺过程：
特点和应用：
1、铸件尺寸精度高，表面光洁； 2、可铸造形状复杂零件； 3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高；
4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或
无切削精密铸件。
应用实例：航空发动机等Fra bibliotek晶叶片的制备
工艺过程：
大型压铸机及压铸模
特点和应用：
1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业； 2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；
3、铸件尺寸精度高，表面光洁；
4、凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔； 5、模具成本高，铸件尺寸受限； 6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。
离心铸造：
定义：是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金
定义：将液态金属浇入金属铸型中以获得铸件的方法。
工艺过程：
特点和应用：
1、可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高； 2、铸件精度高，表面粗糙度较低； 3、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；
4、不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。
5、适于生产大批量有色金属铸件。
熔模铸造：
定义：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘
焊接接头形式
对接接头 搭接接头 角接接头 T形接头 坡口形式 I形、V形、X形、带钝边U形、双U形坡口 带钝边
（五）焊缝的空间位置
平焊 立焊 横焊 仰焊
（六） 焊接缺陷与检验
焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有 焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺 陷等。
二、气焊与气割
第二章铸造锻压和焊接工艺基础1
视频：永乐大钟（中国博物馆之镇馆之宝） 青铜钟铸造工艺
在大量生产铸件时都是采用机器造型 机械化造型车间是以各种造型机为核心,配以翻箱
机、合箱机、压铁机、落砂机等辅助设备和砂处 理设备及运输系统组成的机械化和自动化程度较 高的生产流水线
生产率高、质量稳定、劳动强 度低、对工人技术水平要求不 高，适应大量生产
设备费用高、金属模板生产周 期长，只能两箱造型
铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。
但也有许多铸件无需切削加工就能满足 零件的设计精度和表面粗糙度要求，直 接作为零件使用。
2.工艺特点
铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有 些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件 等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：
3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材 料，又省切削加工工时
4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低
5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以 机械化生产
6）生产过程复杂、工序多，废品率高，铸件力学性能差
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，中 国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全 盛期，工艺上已达到相当高的水平。
因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造 型的铸件生产。
活块造型
铸件上妨碍起模的部分（如凸台、筋条等）做成活块， 用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆连接。 起模时先取出模样主体，活块模仍留在铸型中，起模 后再从侧面取出活块的造型方法称为活块模造型。
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29.09大类：结构钢焊条、不锈钢焊条、 铸铁焊条等。
焊条的牌号：结422（J422 ）——表示结构钢焊条，其 最低抗拉强度为420MPa，第三位数字表示药皮种类和电 源种类，2为钛钙类（属酸性焊条1~5）、交直流两用。
牌号末位数字表示具体含义：
0：不规定药皮类型，不规定适用电流类型
焊芯作用：电极、熔化后填充焊缝 焊条药皮作用：气体保护、熔渣保护、还原反应、渗合
金、稳弧。
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焊条按牌号熔渣化学性质分为酸性焊条和碱性焊条 酸性焊条：熔渣呈酸性，焊缝含氧、氮多，脱硫能力差，
含氢较多，焊缝塑性差、韧性差，易产生裂纹。但工艺 性好，可交直流两用。 常用于在求不高的一般结构的焊接。 碱性焊条：熔渣呈碱性，熔渣氧化性小，脱氧、脱硫能 力强，含氢少，抗裂性好。又称为低氢焊条。但对锈、 水、油敏感，易产生气孔。常用直流电。 常用于重要结构的焊接。
第二章 铸造、锻压和焊接工艺基础
2.3 焊接工艺基础
焊接定义：
焊接是将二个分离的金属通过加热、加压（或加热的 同时加压），产生原子的结合与扩散作用而形成永久 性连接的工艺方法。
按焊接原理分类: 熔焊法、压焊法、钎焊法
按焊接操作方法分类： 手工焊、自动焊
视频：焊接概述、 自动焊接机器人
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一般工件金属熔化需 较多热量，故接正极
电焊钳作用是夹持电焊条，焊接时传 导焊接电流的器械。是与手弧焊机配 套使用的，手工电弧焊时，用以夹持 和操纵焊条，并保证与焊条电气连接 的手持绝缘器具。
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二、电焊条
焊条由焊芯及药皮两部分构成。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。
视频：手工电弧焊：对接平焊
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一、焊接过程及其冶金特点
手弧焊时在焊条与工件之间的气体介质中产生强烈而持久 的放电现象。
电弧引燃后，在电场力的作用下弧柱中充满高温电离物质， 放出大量的热能和强烈的弧光。
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视频：焊接用具
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焊接温度高，合金元素强烈 蒸发和烧损，氧化严重，严 重影响焊缝质量。
1：氧化钛型药皮，交直流两用 5：高纤维素型药皮，交直流两用
2：氧化钛钙型药皮，交直流两用 6：低氢钾型药皮，交直流两用
3：钛钙型药皮，交直流两用
7：低氢钠型药皮，交直流两用
4：氧化铁型药皮，交直流两用 8：石墨型药皮，交直流两用
9：盐基型药皮，直流专用
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J422焊条是普通叫法，对应国际标准型号E4303 直径从2.5mm到6.0mm不等，可以进行全位置焊接，交直 流两用，熔敷金属抗拉强度的最小值43kg/mm2 具有优良的焊接工艺性能和力学性能，电弧稳定，飞溅 少，脱渣容易，焊缝成型美观。
如电阻焊、摩擦焊等。
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电阻焊机
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（3）钎焊法
利用低熔点钎料在母材金属中被加热熔化，使之与母材相 互扩散而形成焊接接头的焊接方法。
高频钎焊机
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高频钎焊机的用途： 1、金刚石刀头的焊接，硬质合金锯片的焊 接及金刚石刀具、磨具、钻具的焊接。 2、机械加工用硬质合金刀具的焊接。如车 刀、刨刀、铣刀、铰刀等刃具的焊接。 3、矿山工具的焊接，如“一”字钎头、柱 齿钎头、燕尾型煤钻头、铆杆钻头、各种采 煤机截齿、各种掘进机截齿的焊接。 4、各种木工刀具的焊接，如各种木工刨刀、 铣刀和各种木工钻头的焊接。
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焊接与铆接的比较
生产率高，生产周期短，接头质量好，节省材料，密 封性好，导电、热、磁等。
劳动强度低、便于机械化和自动化操作。
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2.3.1 手工电弧焊（手弧焊）
手弧焊是发展最早、应用最广的一种焊接方法。
它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属，电弧是在 焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。涂料在电弧热作用 下一方面可以产生气体以保 护电弧，另一方面可以产生 熔渣覆盖在熔池表面，防止 熔化金属与周围气体的相互 作用。
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（1）熔焊法
利用局部加热，使焊件接头处熔化并加入填充金属， 待冷却后连接成整体的焊接方法。
如气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、激光焊等。
气 体 保 护 电 弧 焊 机
激光焊机
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（2）压焊法
利用加热或其他方法，使焊件接头处于半熔化或高 塑性状态，在足够的压力下产生塑性变形，通过原 子间的结合连接金属的焊接方法。
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碳钢焊条型号的编制方法： 首位字母“E”表示焊条； 前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值(kgf/mm2)； 第三位数字表示焊条的焊接位置：“0”和“1”表示焊条适 用于全位置焊接；“2”表示焊条适用于平焊及平角焊；“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。 在第四位数字后面附加字母或数字：“R”表示耐吸潮焊条， “M”表示对吸潮和力学性能有特殊规定的焊条，“-1”表示 冲击性能有特殊规定的焊条。
主要用途: 用于焊接较重要的低碳钢结构和强度等级低的低合金钢， 一般用于焊接钢结构和普通碳钢管道的焊接。
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焊条通常用型号和牌号来反 映其主要性能特点及类别。 焊条型号是以焊条国家标准 为依据、反映焊条主要特性的 一种表示方法。 焊条牌号是根据焊条的主要 用途及性能特点，对焊条产品 的具体命名。由焊条厂家制定。
保证质量的措施：保护焊区 使之与大气隔开，还原金属， 清除有害元素，补充被烧损 的合金元素。
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视频：引弧
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用直流电焊接时：
阳极区——43%、2600K 阴极区——36%、2400K 弧柱区——21%、6000~8000K
占总热量百分比和温度
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直流正接：工件接正极，焊条接负极。 直流反接：工件接负极，焊条接正极。 交流电：无正反接之分 引弧电压（空载电压）：50—90V， 工作电压（电弧电压）：16—35V
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焊条选用原则： （1）在焊接低碳钢和低合金钢时采用等强度原则 （2）重要受力零件选用碱性焊条（6~9是碱性焊条） （3）易裂材料焊接选用碱性焊条 （4）选用与母材化学成分相同的焊条