焊條配方的設(shè)計(jì)

1、焊接材料的選用：第 3 章 電焊條（焊條制造及藥皮配方設(shè)計(jì) ）3.4 焊條制造及藥皮配方設(shè)計(jì)3.4.1 焊條的制造工藝流程 電焊條的制造工藝過程主要包括三部分，即焊芯加工、涂料制備及焊條壓涂。（1）焊芯制備及原材料準(zhǔn)備目前焊條廠使用的盤條外徑多為直徑0 6.5mm。經(jīng)剝殼、酸洗去除盤條表面氧化皮后，在拉絲機(jī)上拉拔到所需的直徑 M（ 26.5） mm，再在校直切斷機(jī)上按要求的長(zhǎng)度進(jìn)行校直和切斷。塊狀的鐵合金和礦石先經(jīng)破碎機(jī)破碎成 20mm 左右的小塊， 然后用磨粉機(jī)、 球磨機(jī)或錕式粉碎機(jī)磨成 粒度為 60 325 目的細(xì)粉。（ 2）藥皮配料及壓涂 將各種焊條藥皮用粉料（礦石、鐵合金及化工產(chǎn)品等）

2、按焊條配方比例進(jìn)行配料，可以用人工稱重或 電子計(jì)算機(jī)控制電子秤進(jìn)行自動(dòng)稱重。配好的料在攪拌機(jī)中進(jìn)行干混使之均勻，然后慢慢倒入適量的水玻 璃（作為黏結(jié)劑） ，攪拌成具有一定黏性的涂料，即可送到壓涂機(jī)上壓制焊條。焊條壓涂機(jī)是一種聯(lián)合設(shè)備，它的作用是將攪拌好的濕涂料壓涂到焊芯上，并對(duì)焊條夾持端及引弧端 進(jìn)行加工，使之具有焊條的外形。焊條壓涂機(jī)有以下兩種。 螺旋式壓涂機(jī)通過螺旋軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的推力，將涂料擠壓出來。由于螺旋式壓涂機(jī)的推力較小，因此要求涂料有較好的滑性和塑性，通常用來生產(chǎn)J421、J422等酸性藥皮的焊條。 油壓式壓涂機(jī)活塞的推力為10002000tf （ 9.8X 1061.96X 10

3、7n），目前最高的可達(dá) 4500tf （4.41 X 107N）,涂料在粉缸中要承受80100MPa的壓力。由于壓力高，這種設(shè)備可用來壓涂各種類型的焊條，如結(jié)構(gòu)鋼焊條 J507、不銹鋼焊條 A102等。用機(jī)器壓涂焊條，每分鐘可壓涂5001000 根，目前大型設(shè)備最高每分鐘可壓涂1200根以上。（ 3 ）烘焙 壓涂出來的焊條可以經(jīng)過自然干燥（或低溫晾干）后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙，也可直接進(jìn)入連續(xù)式 烘干爐直接烘干。烘干爐的熱源可用熱風(fēng)循環(huán)、電阻絲直接加熱或遠(yuǎn)紅外加熱，也可通過柴油或天然氣燃 燒來加熱。烘焙溫度與時(shí)間隨焊條的種類而異，一般酸性結(jié)構(gòu)鋼焊條烘焙溫度為200250C,堿性焊條為350C左

4、右，超低氫或高強(qiáng)鋼焊條的烘焙溫度可高達(dá)450C。上述焊條制造工藝是目前國(guó)內(nèi)外大量采用的， 即鋼絲拉成一定規(guī)格后， 經(jīng)調(diào)直切斷成一根一根的焊芯， 再送入壓涂機(jī)中壓涂成焊條， 這種工藝稱為 “先切后涂” 工藝。 這種工藝的不足之處是當(dāng)壓涂力不均勻時(shí)， 焊條偏心不穩(wěn)定，尤其是對(duì)小直徑焊條，鋼絲直徑細(xì)小，剛度不足，送絲不順利，造成壓涂困難。近年來，國(guó)內(nèi)發(fā)明了“先涂后切”焊條制造工藝，即拉拔到一定規(guī)格的焊絲，送調(diào)直機(jī)校直后不經(jīng)切 斷而直接由兩個(gè)送絲輪連續(xù)地送到壓涂機(jī)去壓涂，壓涂出來的焊條通過圓盤切割機(jī)或鏈條切斷機(jī)被切割成 一定長(zhǎng)度的電焊條濕坯，再經(jīng)過磨頭、磨尾、烘干制成焊條成品。這種制造工藝的特點(diǎn)是焊條

5、同心度好且 穩(wěn)定，可連續(xù)生產(chǎn)。由于發(fā)明并采用了這種工藝，為特細(xì)焊條直徑0 （0.61.8） mm的生產(chǎn)開辟了一各新路。3.4.2 焊條的設(shè)計(jì)原則、依據(jù)和方法 電焊條設(shè)計(jì)原則是技術(shù)可行，符合相關(guān)國(guó)家規(guī)定的各項(xiàng)性能要求，能進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益好， 衛(wèi)生指標(biāo)先進(jìn)，符合環(huán)保要求。電焊條設(shè)計(jì)的依據(jù)是被焊母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、被焊件的工作要求（如抗氧化性、耐熱性、低溫韌性、耐磨性、耐腐蝕性等） 、現(xiàn)場(chǎng)施工條件（如交、直流焊接） 、焊條制造 成本、制造工藝及使用工藝要求等。為了便于焊條藥皮配方的調(diào)整，在焊條設(shè)計(jì)上可選擇直徑4mm的焊條為突破口，其他規(guī)格的焊條可以在直徑4mm焊條的配方基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。

6、當(dāng)前，焊條配方設(shè)計(jì)除了繼承傳統(tǒng)的優(yōu)秀配方加以創(chuàng)新外， 還采用了計(jì)算機(jī)成分配比優(yōu)選計(jì)算和正交設(shè)計(jì)等試驗(yàn)方法。但無論采用哪種方法，對(duì)藥皮設(shè)計(jì)配方進(jìn)行充 分的實(shí)驗(yàn)、調(diào)整和性能測(cè)試仍是不可缺少的。3.4.3焊條藥皮的設(shè)計(jì)步驟（1）焊芯的選定根據(jù)焊條熔敷金屬設(shè)計(jì)成分的要求，盡可能選用與設(shè)計(jì)成分相近的焊芯。就我國(guó)當(dāng)前實(shí)際情況來看， 除了不銹鋼、鎳基合金、有色金屬、少數(shù)鑄鐵和堆焊焊條外，大多數(shù)品種的焊條都選用了H08A焊芯，通過藥皮過渡合金元素，實(shí)現(xiàn)合金化，獲得各種不同類型或不同用途的焊條（我國(guó)已定型生產(chǎn)的焊芯成分見 表 3.5）。（2 ）藥皮配方的確定焊條藥皮配方的確定，主要是根據(jù)焊條設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，例如

7、力學(xué)性能、化學(xué)成分、工藝性能指標(biāo)及 其他特殊性能的要求等，來選定適宜的藥皮類型，如鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低 氫型、石墨型、鹽基型等。1）藥皮類型及原材料的選擇在焊條藥皮類型的確定中，除了探索新渣系、新黏結(jié)劑外，一般在多數(shù)情況下是沿著幾種典型的藥皮 類型進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)。 常用的幾種結(jié)構(gòu)鋼典型焊條藥皮的物料組成和成分范圍見表3.53和表3.54。典型低碳鋼焊條藥皮的化學(xué)成分見表3.55。表3.53結(jié)構(gòu)鋼典型焊條藥皮的物料組成原材料藥皮組成/%鈦型鈦鈣型鈦鐵礦型氧化鐵型纖維素型低氫型硅酸鹽20 3525 4030 4535 4510 15723碳酸鹽412152201803352

8、555二氧化鈦45 6035 45012012580 5鐵合金10 1210 15132024 3014 20> 15有機(jī)物0 9030 50 525 35鈦鐵礦02525 4020 30鐵礦石29 35氟化物1530表3.54結(jié)構(gòu)鋼典型焊條藥皮的成分范圍原材料藥皮組成/ %鈦型鈦鈣型鈦鐵礦型氧化鐵型纖維素型低氫型SiO215 3126.5233835 4020 26525CaO< 1010.648< 3< 2826TiO224 4828.110 18< 111 15< 22MnO5710 1916 186827FeO4227.372530 35212220

9、MgO518< 535<5Al2O34 639< 4910< 12CaF21023揮發(fā)物< 12210< 2210< 20表3.55典型低碳鋼焊條藥皮的化學(xué)成分/%藥皮類型及焊條牌號(hào)化學(xué)成分鈦型鈦鐵礦型纖維素型低氫型鐵粉氧化鐵型J421J423J425J427J424Fe焊SiO219.1424.8811.504.9024.26條TiO242.9011.4513.203.25藥Al 2。34.503.402.013.643.14皮CaCO34.975.9149.300.23CaF217.95Fe2O30.779.020.861.771.86FeO0.4

10、710.961.532.96MgO3.612.365.200.102.15Mn9.2111.648.311.559.76Fe1.672.801.6316.1745.28C0.770.240.931.060.48Si0.140.090.724.67K2O2.381.900.761.07有機(jī)物6.2025.01.32h2o1.096.080.411.01水SiO25.403.6710.766.315.75玻Na?。1.712.114.514.121.53璃K2O0.967.811.762）焊條藥皮基礎(chǔ)配方的擬定焊條藥皮通常是由幾種或十多種物料組成，其作用和相互間的制約錯(cuò)綜復(fù)雜。擬定焊條藥皮的初步配

11、方，需有必要的焊接冶金知識(shí)和一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一般情況下可用模擬法或計(jì)算方式來擬定焊條藥皮組成的 試驗(yàn)基礎(chǔ)（初步）配方。 模擬法根據(jù)所研制焊條的技術(shù)指標(biāo)要求、選定的焊芯、藥皮類型、合金系和過渡方式等，尋找已有成功的和相近似的焊條藥皮配方，運(yùn)用焊接冶金理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行認(rèn)真分析，找出異同，必 要時(shí)也可輔以計(jì)算（如合金成分的過渡），進(jìn)行補(bǔ)充和完善，擬定試驗(yàn)基礎(chǔ)配方。此法簡(jiǎn)便易行，但需要一定的技術(shù)儲(chǔ)備和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 計(jì)算法 焊條藥皮中幾乎每種原料都由多種化學(xué)元素或化合物組合在一起。因此在設(shè)計(jì)焊條藥皮 初步配方時(shí)，只能抓住主要的化學(xué)成分，得出單項(xiàng)原料的主要化學(xué)成分在配方中的占有值，然后將各種原 料的同

12、類項(xiàng)化學(xué)成分逐一相加，其總和即為該配方的主要組成成分。對(duì)不符合或沒有實(shí)用價(jià)值的成分應(yīng)改 變藥皮配方進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到要求。脫氧劑及合金成分的加入量一般可根據(jù)合金元素的過渡系數(shù)進(jìn)行計(jì) 算，求得所需加入量。（3 ）試驗(yàn)調(diào)整一般情況下，焊條藥皮基礎(chǔ)配方設(shè)計(jì)只能算是初步設(shè)計(jì)，總會(huì)與預(yù)定目標(biāo)有一定差距，有時(shí)差距可能 很大。因此焊條藥皮配方必須通過試驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)整。在藥皮配方調(diào)整試驗(yàn)中，有先調(diào)工藝性能為主后調(diào)理化性能指標(biāo)的，由于通常工藝性能調(diào)整比理化性 能調(diào)整容易，且調(diào)整理化性能時(shí)也將進(jìn)一步影響工藝性能，故這種試驗(yàn)方法使用較多，特別是用于靠藥皮 過渡合金成分較少的焊條（如 E4303焊條）。低碳鋼焊條的典型

13、藥皮配方見表3.56。表3.56低碳鋼焊條的典型藥皮配方/%藥皮組成/原材料鈦型鈦鈣型鈦鐵礦型氧化鐵型纖維素型低氫型r鐵粉鈦型鈦鐵礦43226赤鐵礦33金紅石342830617二氧化鈦8851054石英132長(zhǎng)石149512花崗石1232白泥814131145云母81084螢石 大理石 白云石88.51462117822483中碳錳鐵131419305.53.5高碳錳鐵5硅鐵3鈦鐵16鐵粉60木粉31.524淀粉25錳粉123注：焊芯均為H08A，黏結(jié)劑為水玻璃。藥皮配方調(diào)整試驗(yàn)中，也有先調(diào)理化性能后調(diào)工藝性能的，多用于靠藥皮過渡合金成分較多的焊條（如碳鋼芯不銹鋼焊條等）。也有工藝性能和理化性

14、能同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整的，這可根據(jù)具體情況和實(shí)際條件去 選用。在焊條藥皮試驗(yàn)配方調(diào)整過程中，根據(jù)需要可單組元或多組元進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整。當(dāng)各項(xiàng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 達(dá)到預(yù)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求時(shí)，可通過試產(chǎn)、試用、技術(shù)鑒定和批量生產(chǎn)。3.4.4典型焊條藥皮的配方設(shè)計(jì)（1）E4303焊條藥皮的配方設(shè)計(jì)在我國(guó)E4303碳鋼焊條的藥皮配方設(shè)計(jì)中，主體材料最早是引進(jìn)澳大利亞的天然金紅石，后來充分利 用國(guó)產(chǎn)資源（鈦鐵礦），形成了以“人造金紅石、還原鈦鐵礦、鈦鐵礦+鈦白粉”為主體材料的 3個(gè)體系。這3個(gè)體系的E4303焊條的藥皮配方設(shè)計(jì)各有特點(diǎn)，所用原材料的配比范圍見表3.57。表3.57E4303焊條藥皮參考配方范圍 /

15、%藥皮材料人造金紅石體系還原鈦鐵礦體系鈦鐵礦+鈦白粉體系人造金紅石12 29612717還原鈦鐵礦10 1528 45鈦鐵礦61601010 30鈦白粉71831510 30大理石415412616白云石219212416菱苦土0 40 6白土子350 4白泥12 14813314云母612610314長(zhǎng)石512610612中碳錳鐵12 1591310 15木粉0.5 10.5212鈦鐵232 2.528石英030 1.513淀粉01國(guó)產(chǎn)E4303焊條最初是人造金紅石體系所占的比例較大，但由于還原鈦鐵礦的生產(chǎn)成本低，焊條中含 有鐵粉等特點(diǎn)，近年來應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大。目前3個(gè)體系的配方有相互滲透的

16、趨勢(shì)，一是為了改善焊接工藝性能，二是為了降低生產(chǎn)成本。該類型焊條藥皮配方的調(diào)整幅度范圍是很寬的，在制造和生產(chǎn)上得到了 廣泛的應(yīng)用。隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，在上述3個(gè)體系的基礎(chǔ)上，又相繼廣泛采用了以還原鈦鐵礦、大理石為主體，以人造金紅石、鈦鐵礦（少用或不用鈦白粉）為輔的多種材料所形成的新體系，使碳鋼焊 條的藥皮配方不斷更新，焊條產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)也相應(yīng)提高。（2）低氫型焊條藥皮的配方設(shè)計(jì)低氫型焊條藥皮以大理石、螢石為基礎(chǔ)，采用硅、錳、鈦聯(lián)合脫氧，由于藥皮配方設(shè)計(jì)選材簡(jiǎn)單，渣-氣聯(lián)合保護(hù)性好，焊接熔敷金屬中的氫、氧、氮、硫、磷等雜質(zhì)含量低，焊縫力學(xué)性能良好，抗裂性好， 用途廣泛。低氫型藥皮除

17、了用于E5015、E5016等結(jié)構(gòu)鋼焊條外，還推廣應(yīng)用在耐熱鋼、不銹鋼、低溫鋼和堆焊焊條上。低氫型結(jié)構(gòu)鋼焊條 E5015仍以H08A作焊芯，以大量的大理石、螢石作為造氣造渣劑，焊接熔渣屬堿 性渣系。E5015低氫型焊條藥皮的參考配方設(shè)計(jì)范圍見表3.58。對(duì)于$ 4mm x 400mm規(guī)格的焊芯，藥皮外徑控制范圍為 $ (6.16.3.mm。表3.58E5015低氫型焊條藥皮的參考配方設(shè)計(jì)范圍藥皮配方設(shè)計(jì)范圍/%典型焊接熔渣的成分/%藥皮配方設(shè)計(jì)范圍/%典型焊接熔渣的成分/%大理石30 48SiO224.1低度硅鐵36CaO35.8螢石14 30TiO27鈦鐵10 15Na2O0.8鈦白粉36A

18、l 2O31.5石英215K2O0.8純堿0.5 1FeO4固體鈉水玻璃04CaF220.3中碳錳鐵46MnO3.5固體鈉水玻璃約25低氫型焊條焊接時(shí)的氣體成分主要是CO和C02。低氫型焊條藥皮成分中含有較多的大理石(CaCO3),因此脫硫、磷效果優(yōu)于鈦鈣型碳鋼焊條。低氫型焊條還有較強(qiáng)的去氫作用，能起到降低熔池金屬中氫含量 和氫氣孔的作用。國(guó)產(chǎn)低氫型結(jié)構(gòu)鋼焊條的焊接發(fā)塵量通常在10.5020.45g/kg范圍內(nèi)，可溶性氟為8.58%13.40%。引起發(fā)塵的主要因素是焊條藥皮配方中的Mn、Fe和鐵合金的氧化物及其他化合物，以及螢石、石英、水玻璃等在焊接化學(xué)冶金反應(yīng)中析出的氟和氟化物等。(3) 典

19、型不銹鋼焊條的配方設(shè)計(jì)不銹鋼焊條的設(shè)計(jì)主要是保證熔敷金屬的化學(xué)成分，而化學(xué)成分的獲得以相應(yīng)的不銹鋼芯為主，以藥 皮過渡合金元素為輔。不銹鋼焊條藥皮類型一般都是沿用鈦型、鈦鈣型和低氫型。鈦型或鈦鈣型藥皮由于 電弧穿透力較弱，適于薄板平焊。不銹鋼焊芯電阻系數(shù)大，交流弧焊比直流弧焊更易使焊條發(fā)紅，因此在 藥皮配方設(shè)計(jì)上宜采用低氫型藥皮，以適應(yīng)全位置中厚度不銹鋼板的焊接。采用H08A焊芯，靠藥皮過渡大量合金元素的不銹鋼焊條，是一種價(jià)格低、熔化速度快的新型不銹鋼 焊條，熔敷金屬中的 Cr和Ni主要靠在藥皮中加入金屬鉻和金屬鎳來實(shí)現(xiàn)。為了減少合金元素在焊接過程 中的燒損，合金粉末的顆粒度宜選在60200目

20、之間。低碳鋼芯不銹鋼焊條藥皮的參考配方見表3.59。表3.59低碳鋼芯不銹鋼焊條藥皮的參考配方藥皮材料藥皮配方設(shè)計(jì)范圍/%藥皮材料藥皮配方設(shè)計(jì)范圍/%Cr18Ni9 焊條Cr18Ni9Nb 焊條Cr18Ni9 焊條Cr18Ni9Nb 焊條金紅石20 2518 22金屬鉻25 3025 30鈦白粉2525鎳粉10 1310 13大理石2435氟化稀土2323長(zhǎng)石913913低度鈮鐵24冰晶石4646純堿0.5 10.5 1金屬錳3434其余55(4)鑄鐵焊條的配方設(shè)計(jì)根據(jù)鑄鐵的種類和特性，鑄鐵焊條藥皮的配方設(shè)計(jì)可考慮向焊縫中過渡適量的碳、硅等石墨化元素， 保證在相應(yīng)的焊接工藝條件下使焊縫成分石墨

21、化，避免和減少出現(xiàn)脆硬的Fe3C白口組織。也有的藥皮配方設(shè)計(jì)盡可能降低熔敷金屬中的含碳量，使焊縫金屬硬度低、塑性高，具有良好的抗裂性和切削加工性。 也有的鑄鐵焊條采用塑性優(yōu)異的異種金屬作焊接材料，提高鑄鐵焊縫金屬的抗裂性。鑄鐵焊條的藥皮配方設(shè)計(jì)大多采用石墨型、低氫型、氧化鐵型或鈦鈣型等，一些常用的鑄鐵焊條藥皮 的參考配方見表 3.60。表3.60常用的鑄鐵焊條藥皮的參考配方/%藥皮材料鑄110鑄116鑄117鑄208鑄238鑄248鑄308鑄408鑄508鑄607鑄612H08AH08AH08AH08A鑄鐵焊芯純NiNi 55%Fe 45%Ni 70%Cu 30%紫銅Cu 85% 鋼15%大理

22、石3222012 3002210 2518 2018 3519 2017 3450螢石34081883802110 12014515830鈦白粉47040320碳酸鋇0401072830 3525 3232 35鱗片石墨12 3018 2815 403521237藥皮材料鑄110鑄116鑄117鑄208鑄238鑄248鑄308鑄408鑄508鑄607鑄612H08AH08AH08AH08A鑄鐵焊芯純NiNi 55%Fe 45%Ni 70%Cu 30%紫銅Cu 85% 鋼15%泥狀石墨0127881961475硅鐵02445硅鐵0412 3615 36055956中碳錳鐵340101001004

23、0504金屬錳10釩鐵40 72鋁鐵0301103453545鋁粉030120751204鐵粉銅粉191091015鐵砂020334 35長(zhǎng)石01001403215云母0306白土5020202白泥0208純堿010201010101碳酸鉀01006硅稀土0402403硅鈣合金03010020鈦鐵1005013石棉0202鎂砂011稀土鈣 氧化鐵紅02001005赤鐵礦 磷酸鋇 碳酸鋇 白云石 紅釩鉀 冰晶石500100401060 0.207木粉010301注：黏結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀鈉混合水玻璃（5）鐵粉焊條的配方設(shè)計(jì)在焊條藥皮中加入 30%以上的鐵粉或熔敷效率在110%以上的焊條稱為鐵粉焊條。鐵粉焊條比一般普通焊條的熔敷效率高 0.32.5倍，有改善焊接性能、提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)。鐵粉焊條的配方設(shè)計(jì)關(guān)鍵是鐵 粉的質(zhì)量。鐵粉焊條對(duì)鐵粉質(zhì)量的要求包括化學(xué)成分和物理性能兩個(gè)方面：前者對(duì)鐵含量要求高，而硫、 磷含量越低越好；后者主要是鐵粉的顆粒度、形狀、松裝密度等應(yīng)適應(yīng)焊條壓制工藝要求和熔敷效益的提 高。典型鐵粉焊條（E4323、E5018）藥皮的參考配方見表 3.61。表3.61 鐵粉焊條（E4323、E5018）藥皮的參考配方藥皮材料E4323 藥皮配方/%原材料名稱E5018 藥皮配方/%藥皮材料E4323 藥皮配方/