焊接材料

(一)手工電弧焊焊接材料

1.焊條的組成

焊條就是涂有藥皮的供電弧焊使用的熔化電極。它是由藥皮和焊芯兩部分組成。

(1)焊芯。焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯。焊接時(shí)，焊芯有兩個(gè)作用：一是傳導(dǎo)焊接電流，產(chǎn)生電弧把電能轉(zhuǎn)換成熱能;二是焊芯本身熔化為填充金屬與母材金屬熔合形成焊縫。

焊條焊接，焊芯金屬占整個(gè)焊縫金屬的一部分，所以焊芯的化學(xué)成分直接影響焊縫的質(zhì)量。因此，作為焊芯用的鋼絲都單獨(dú)規(guī)定了它的牌號(hào)與成分。如果用于埋弧自動(dòng)焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和氣焊等熔焊方法作填充金屬時(shí)，則稱為焊絲。

焊芯的分類是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條》 GB/T 5117-2012、《強(qiáng)熱鋼焊條》GB/T 5118-2012和《不銹鋼焊條》GB/T 983-2012的規(guī)定分類的，用于焊接的焊絲可分為非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊絲、強(qiáng)熱鋼焊絲和不銹鋼焊絲三類。

(2)藥皮。壓涂在焊芯表面的涂層稱為藥皮。藥皮是由各種礦物類、鐵合金、有機(jī)物和化工產(chǎn)品(水玻璃類)原料組成。焊條藥皮的組成成分相當(dāng)復(fù)雜，一種焊條藥皮的配方中組成物有七八種之多。藥皮在焊接過(guò)程中起著極為重要的作用。若采用無(wú)藥皮的光焊條焊接，則在焊接過(guò)程中，空氣中的氧和氨會(huì)大量侵入熔化金屬，將金屬鐵和有益元素碳、硅、錳等氧化和氮化，并形成各種氧化物和氯化物殘留在焊縫中，造成焊縫夾渣或裂紋。而熔入熔池中的氣體可能使焊縫產(chǎn)生大量氣孔，這些因素都能使焊縫的力學(xué)性能(強(qiáng)度、沖擊值等)大大降低，同時(shí)使焊縫變脆。此外，采用光焊條焊接，電弧很不穩(wěn)定，飛濺嚴(yán)重，焊縫成形很差。在光焊條外面涂一層由各種礦物等組成的藥皮，能使電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量得到提高。

藥皮雖然具有機(jī)械保護(hù)作用，但液態(tài)金屬仍不可避免地受到少量空氣侵入并氧化，此外，藥皮中某些物質(zhì)受電弧高溫作用而分解放出氧，使液態(tài)金屬中的合金元素?zé)龤?，?dǎo)致焊縫質(zhì)量降低。因此在藥皮中要加入一些還原劑，使氧化物還原，以保證焊縫質(zhì)量。

由于電弧的高溫作用，焊縫金屬中所含的某些合金元素被燒損(氧化或氮化)，會(huì)使焊縫的力學(xué)性能降低。在焊條藥皮中加入鐵合金或其他合金元素，使之隨著藥皮的熔化而過(guò)渡到焊縫金屬中去，以彌補(bǔ)合金元素?zé)龘p和提高焊縫金屬的力學(xué)性能。此外，藥皮還可改善焊接工藝性能，使電弧穩(wěn)定燃燒、飛濺少、焊縫成形好、易脫渣和熔敷效率高。

總之，藥皮的作用是保證被焊接金屬獲得具有合乎要求的化學(xué)成分和力學(xué)性能，并使焊條具有良好的焊接工藝性能。

2.焊條的分類

焊條可按用途和熔渣特性進(jìn)行分類。

(1)按焊條的用途分類。

1)非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條和強(qiáng)熱鋼焊條(簡(jiǎn)稱結(jié)構(gòu)鋼焊條)。這類焊條的熔敷金屬在自然氣候環(huán)境中具有一定的力學(xué)性能。

2)不銹鋼焊條。這類焊條的熔敷金屬在常溫、高溫或低溫中，具有不同程度的抗大氣或腐蝕性介質(zhì)腐蝕的能力和一定的力學(xué)性能。

3)堆焊焊條。這類焊條是用于金屬表面堆焊的焊條，其熔敷金屬在常溫或高溫中具有一定程度的耐不同類型磨耗或腐蝕等性能。

4)低溫鋼焊條。這類焊條的熔敷金屬在不同的低溫介質(zhì)條件下，具有一定的低溫工作能力。

5)鑄鐵焊條。這類焊條是指專用作焊補(bǔ)或焊接鑄鐵的焊條。

6)鎳及鎳合金焊條。這類焊條用于鎳和鎳合金的焊接、焊補(bǔ)或堆焊。某些焊條可用于鑄鐵焊補(bǔ)和異種金屬的焊接。

7)銅及銅合金焊條。這類焊條用于銅及銅合金的焊接、焊補(bǔ)或堆焊。某些焊條可用于鑄鐵焊補(bǔ)和異種金屬的焊接。

8)鍋及鋁合金焊條。這類焊條用于鋁及鋁合金的焊接、焊補(bǔ)或堆焊。

(2)按焊條藥皮熔化后的熔渣特性分類。

1)酸性焊條。其熔渣的成分主要是酸性氧化物(Si02、Ti02、Fe203)及其他在焊接時(shí)易放出氧的物質(zhì)，藥皮里的造氣劑為有機(jī)物，焊接時(shí)產(chǎn)生保護(hù)氣體。

酸性焊條藥皮中含有多種氧化物，具有較強(qiáng)的氧化性，促使合金元素氧化;同時(shí)電弧氣中的氧電離后形成負(fù)離子與氫離子有很強(qiáng)的親和力，生成氫氧根離子，從而防止氫離子溶入液態(tài)金屬里，所以這類焊條對(duì)鐵銹、水分不敏感，焊縫很少產(chǎn)生由氫引起的氣孔。但酸性熔渣脫氧不完全，也不能有效地清除焊縫的硫、磷等雜質(zhì)，故焊縫的金屬的力學(xué)性能較低，一般用于焊接低碳鋼和不太重要的碳鋼結(jié)構(gòu)。

2)堿性焊條。其熔渣的主要成分是堿性氧化物(如大理石、螢石等)，并含有較多的鐵合金作為脫氧劑和合金劑，焊接時(shí)大理石分解產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體。由于焊條的脫氧性能好，合金元素?zé)龘p少，焊縫金屬合金化效果較好。但由于電弧中含氧量低，如遇焊件或焊條存在鐵銹和水分時(shí)，容易出現(xiàn)氫氣孔。在藥皮中加入一定量的螢石，在焊接過(guò)程中與氫化合生成氟化氫，具有去氫作用。但是螢石不利于電弧的穩(wěn)定，必須采用直流反極性進(jìn)行焊接。若在藥皮中加入穩(wěn)定電弧的組成物碳酸鉀(K2CO3)等，便可使用交流電源。

堿性焊條的熔渣脫氧較完全，又能有效地消除焊縫金屬中的硫，合金元素?zé)龘p少，所以焊縫金屬的力學(xué)性能和抗裂性均較好，可用于臺(tái)金鋼和重要碳鋼結(jié)構(gòu)的焊接。

3.焊條型號(hào)

(1)非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條型號(hào)。碳鋼焊條和耐候鋼焊條列入非合金鋼類焊條，還有部分鎳鋼，鎳鉬鋼焊條、錳鉬鋼、碳鉬鋼等低合金鋼焊條。

按照《非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條》GB/T 5117-2012規(guī)定，非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條型號(hào)根據(jù)熔敷金屬的力學(xué)性能、藥皮類型、焊接位置、焊接電流類型和熔敷金屬化學(xué)成分和焊后狀態(tài)來(lái)確定。字母“E”表示焊條;前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值;第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置，“0”及“1”表示焊條適用于全位置焊接(平焊、立焊、仰焊、橫焊)，“2”表示焊條適用于平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊;第三位和第四位數(shù)字組合時(shí)表示焊接電流類型及藥皮類型。焊后狀態(tài)以“無(wú)標(biāo)記”表示焊態(tài)，“P”表示熱處理狀態(tài)，“AP”表示焊態(tài)和焊后熱處理兩種狀態(tài)均可。可選附加代號(hào)“U”和“HX”，字母“U”表示在規(guī)定試驗(yàn)溫度下，沖擊吸收能量可以達(dá)到47J以上;“HX”為擴(kuò)散氫代號(hào)，其中X代表15、10或5，分別表示每100g熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量的最大值(mL)。

非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條舉例如下：

型號(hào)示例1：E5515 - N5PUHl0。“E”表示焊條;“55”表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值為550MPa;“15”表示藥皮類型為堿性，適用于全位置焊接，采用直流反接;“N5”表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào);“P”表示焊后狀態(tài)代號(hào)，此處表示熱處理狀態(tài);“U”為可選附加代號(hào)，表示在規(guī)定溫度下(-60℃)，沖擊吸收能量47J以上;“Hl0”可選附加代號(hào)，表示熔敷金屬擴(kuò)散氫含量不大于10mL/100g。

型號(hào)示例2：E4303?！癊”表示焊條;“43”表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值為430MPa;“03”表示藥皮類型為鈦型，適用于全位置焊接，采用交流或直流正反接。

(2)熱強(qiáng)鋼焊條型號(hào)。熱強(qiáng)鋼焊條主要為低合金焊條。按照《熱強(qiáng)鋼焊條》GB/T 5118-2012規(guī)定，焊條型號(hào)根據(jù)熔敷金屬的力學(xué)性能、藥皮類型、焊接位置、電流類型和熔敷金屬化學(xué)成分確定。

字母”E”表示焊條;前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值;第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置，“0”及“1”表示焊條適用于全位置焊接(平焊、立焊、伸焊、橫焊)，“2”表示焊條適用于平焊及平角焊;第三位和第四位數(shù)字組合時(shí)表示焊接電流類型及藥皮類型;熔教金屬化學(xué)成分用“×C×M×”表示，標(biāo)識(shí)“C”前的整數(shù)表示鉻(Cr)的名義含量，“M”前的整數(shù)表示鉬(Mo)的名義含量，對(duì)于鉻(Cr)或者鉬(Mo)，如果名義含量少于1%，則字母前不標(biāo)記數(shù)字。如果在鉻(Cr)和鉬(Mo)之外還加入了鎢(W)、釩(V)、硼(B)、鈮(Nb)等合金成分，則按照此順序加于鉻(Cr)和鉬(Mo)之后。

熱強(qiáng)鋼焊條舉例：E6215-2C1MH10?！癊”表示焊條;“62”表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值為620MPa; “15”表示藥皮類型為堿性，適用于全位置焊接，采用直流反接;“2C1M”表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào);“H10”為可選附加代號(hào).表示熔敷金屬擴(kuò)散氫含量不大于10mL/100g。

(3)不銹鋼焊條型號(hào)。按照《不銹鋼焊條》GB/T 983-2012規(guī)定，焊條型號(hào)根據(jù)熔敷金屬的化學(xué)成分、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類確定。字母“E”表示焊條;“E”后面的數(shù)字表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào);如有特殊要求的化學(xué)成分，該化學(xué)成分用元素符號(hào)表示放在數(shù)字后面，后面的兩位數(shù)字表示焊條藥皮類型、焊接位置和焊接電流類型。

不銹鋼焊條舉例如下：E410N1M015?！癊”表示焊條;“41”表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào);“NiMo”表示熔敷金屬中Ni和Mo的含量有特殊要求;“15”表示藥皮類型為堿性，適用于全位置焊接，采用直流反接。

(二)電弧刨割條

電弧刨割條的外形與普通焊條相同，是利用藥皮在電弧高溫下產(chǎn)生的噴射氣流，吹除熔化金屬，達(dá)到刨割的目的。工作時(shí)只需交、直流弧焊機(jī)，不用空氣壓縮機(jī)。操作時(shí)其電弧必須達(dá)到一定的噴射能力，才能除去熔化金屬。

(三)埋弧焊焊接材料

埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時(shí)電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧不外露，埋弧焊由此得名。它是由焊絲和焊劑兩部分組成，所用的金屬電極是不間斷送進(jìn)的光焊絲。

1.焊絲

埋弧焊所用焊絲有實(shí)心焊絲與藥芯焊絲兩種。普遍使用的是實(shí)心焊絲，有特殊要求時(shí)使用藥芯焊絲。焊絲一般由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的送絲滾輪送進(jìn)，隨應(yīng)用的不同，焊絲數(shù)目可以有單絲、雙絲或多絲。

根據(jù)所焊金屬材料的不同，埋弧焊用焊絲有碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲，合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲、高合金鋼焊絲、各種有色金屬焊絲和堆焊焊絲。按焊接工藝的需要，除不銹鋼焊絲和非鐵金屬焊絲外，焊絲表面均鍍銅，以利于防銹并改善導(dǎo)電性能。

焊絲的牌號(hào)表示意義：如H08Mn2SiA。“H”表示焊接用焊絲(實(shí)芯)，“08”表示含碳量約0.8%，“Mn2”表示含錳量約2%，“Si”表示含硅量小于或等于1%，“A”表示優(yōu)質(zhì)品(硫磷含量低)。焊絲的型號(hào)表示的意義：如ER5 582 Mn?！癊R”表示焊絲;“55”表示焊縫金屬的最低值為55MPa;“B2”為化學(xué)成分代號(hào);“Mn”表示焊絲中含有Mn元素。

焊絲直徑的選擇根據(jù)用途而定。半自動(dòng)埋弧焊用的焊絲較細(xì)，一般直徑為1.6mm、2mm、2.4mm。自動(dòng)埋弧焊一般使用直徑3—6mm的焊絲，以充分發(fā)揮埋弧焊的大電流和高熔敷率的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于一定的電流值可使用不同直徑的焊絲。同一電流使用較小直徑的焊絲時(shí)，可獲得加大焊縫熔深、減小熔寬的效果。當(dāng)工件裝配不良時(shí)，宜選用較粗的焊絲。

焊絲表面應(yīng)當(dāng)干凈光滑，焊接時(shí)能順利地送進(jìn)，以免給焊接過(guò)程帶來(lái)干擾。除不銹鋼焊絲和非鐵金屬焊絲外，各種低碳鋼和低合金鋼焊絲的表面鍍銅層既可起防銹作用，也可改善焊絲與導(dǎo)電嘴的電接觸狀況。

2.焊劑

埋弧焊焊劑按用途分為鋼用焊劑和非鐵金屬用焊劑，按制造方法分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和陶質(zhì)焊劑。

(1)對(duì)焊劑的要求。

1)具有良好的冶金性能。是指與選用的焊絲相配合，通過(guò)適當(dāng)?shù)暮附庸に噥?lái)保證焊縫金屬獲得所需的化學(xué)成分和力學(xué)性能以及抗熱裂和冷裂的能力。

2)具有良好的工藝性能。即要求有良好的穩(wěn)弧，焊縫成形和脫渣等性能，并且在焊接過(guò)程中生成的有毒氣體少。

(2)焊劑的分類。

埋弧焊焊劑除按其用途分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑，按制造方法分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和陶質(zhì)焊劑，按化學(xué)成分分為堿性焊劑、酸性焊劑和中性焊劑。

(3)焊劑型號(hào)。

1)熔煉焊劑。熔煉焊劑牌號(hào)為HJ×××，“HJ”表示埋弧焊用熔煉焊劑，后加三個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字分別表示：第一位數(shù)字表示焊劑中Mn0的含量.1、2、3、4代表無(wú)錳、低錳、中錳和高錳焊劑;第二位數(shù)字表示焊劑中Si02、CaF2的含量，1—9依次代表低硅低氟，中硅低氟、高硅低氟，低硅中氟、中硅中氟、高硅中氟、低硅高氟、中硅高氟和其他類型焊劑;第三位數(shù)字表示同一類型焊劑的不同牌號(hào)，按0、1、2、…、9的順序排列;對(duì)同一牌號(hào)焊劑生產(chǎn)兩種顆粒度時(shí)，在細(xì)顆粒焊劑牌號(hào)后面加“X”字。

2)燒結(jié)焊劑。燒結(jié)焊劑由SJ ×××表示埋弧焊用燒結(jié)焊劑，后加三個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字分別表示：第一位數(shù)字表示焊劑熔渣的渣系，1～6依次代表氟堿型、高鋁型、硅鈣型、硅錳型、鋁鈦型和其他型焊劑;第二位、第三位數(shù)字表示同一渣系類型焊劑中的不同牌號(hào)的焊劑，按01、02、…、09順序排。

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