焊接材料基本知識

1、 焊接材料 基本知識 v焊接材料是焊接時所消耗材料的通稱，它包括焊條、焊絲、焊劑、氣體等。手弧焊的焊接材料是焊條。埋弧焊及電渣焊的焊接材料是焊絲(或板狀電極)與焊劑。而氣體保護焊的焊接材料則是焊絲與保護氣體。v焊條、焊絲是焊接回路中的一個組成部分。焊條、焊絲是焊接回路中的一個組成部分。在焊接過程中，它不僅可以傳導(dǎo)電流，而且在焊接過程中，它不僅可以傳導(dǎo)電流，而且作為與焊件產(chǎn)生電弧的一個電極。同時，焊作為與焊件產(chǎn)生電弧的一個電極。同時，焊條和焊絲還起著填充金屬的作用。在焊接熱條和焊絲還起著填充金屬的作用。在焊接熱源的作用下，焊條或焊絲受熱熔化，以熔滴源的作用下，焊條或焊絲受熱熔化，以熔滴的形式進入

2、熔池，并與熔化了的母材共同組的形式進入熔池，并與熔化了的母材共同組成焊縫。焊條藥皮、焊劑以及保護氣體，是成焊縫。焊條藥皮、焊劑以及保護氣體，是進行必要的冶金反應(yīng)和保證焊接質(zhì)量所必需進行必要的冶金反應(yīng)和保證焊接質(zhì)量所必需的重要材料。因此，焊接材料不僅影響焊接的重要材料。因此，焊接材料不僅影響焊接過程的穩(wěn)定性、焊接接頭的性能及質(zhì)量，同過程的穩(wěn)定性、焊接接頭的性能及質(zhì)量，同時也影響著焊接生產(chǎn)率。時也影響著焊接生產(chǎn)率。第一節(jié) 焊條一、焊條的分類v(一) 按焊條的用途分v 1. 結(jié)構(gòu)鋼焊條 主要用于焊接碳鋼和低合金高強鋼。v 2. 鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條 主要用于焊接珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼。v 3. 不

3、銹鋼焊條 主要用于焊接不銹鋼和熱強鋼，可分為鉻不銹鋼焊條和鉻鎳不銹鋼焊條兩類。v 4. 堆焊焊條 主要用于堆焊，以獲得具有熱硬性、耐磨性及耐蝕性的堆焊層。v5. 低溫鋼焊條 主要用于焊接在低溫下工作的結(jié)構(gòu)，其熔敷金屬具有不同的低溫工作性能。v6. 鑄鐵焊條 主要用于焊補鑄鐵構(gòu)件。 v7. 鎳及鎳合金焊條 主要用于焊接鎳及高鎳合金，也可用于異種金屬的焊接及堆焊。v8. 銅及銅合金焊條 主要用于焊接銅及銅合金，其中包括純銅焊條和青銅焊條兩類。v9. 鋁及鋁合金焊條 主要用于焊接鋁及鋁合金。v10. 特殊用途焊條 例如用于水下焊接、水下切割等特殊工作的需要。v在以上各類焊條中，還可按主要性能的不同再

4、細分為若干小類。 v(二) 按焊接熔渣的堿度分v1. 酸性焊條 它是藥皮中含有多量酸性氧化物的焊條。這類焊條的工藝性能好，其焊縫外表成形美觀、波紋細密。由于藥皮中含有較多的FeO、TiO2、SiO2等成分，所以熔渣的氧化性強。酸性焊條一般均可采用交、直流電源施焊。典型的酸性焊條為E4303(J422)。v 2. 堿性焊條 它是藥皮中含有多量堿性氧化物的焊條。由于焊條藥皮中含有較多的大理石、螢石等成分，它們在焊接冶金反應(yīng)中生成CO2和HF，因此降低了焊縫中的含氫量。所以堿性焊條又稱為低氫焊條。堿性焊條的焊縫具有較高的塑性和沖擊韌度值，一般承受動載的焊件或剛性較大的重要結(jié)構(gòu)均采用堿性焊條施工。典型

5、的堿性焊條為E5015 (J507)。 (三) 按焊條藥皮的類型 可分為：氧化鈦型焊條、鈦鈣型焊條、鈦鐵礦型焊條、氧化鐵型焊條、纖維素型焊條、低氫型焊條、石墨型焊條和特殊型焊條等。 二、焊條的型號和牌號 (一) 焊條的型號 v 在GB5117-85碳鋼焊條中，規(guī)定的焊條型號編制方法是；字母“E”表示焊條；第一、二位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為kgf/mm2；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、立、仰、橫)，“2”表示焊條適用于平焊及橫角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊；第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型。完整的焊條型號舉例如下：

6、v國家標(biāo)準GB5117-85所規(guī)定的焊條型號是根據(jù)熔敷金屬的抗拉強度，藥皮類型，焊接位置和焊接電流種類等進行劃分的（見表2-1）。注：1. 焊接位置欄中文字含義：平平焊、立立焊、仰仰焊、 橫橫焊、平角焊水平角焊、立向下向下立焊。 2. 直徑不大于4.0mm的E5014、E5015、E50160和E5018型焊條及直徑不大于5.0mm的其它型號的焊條可適用于立焊和仰焊。 3. E4322型焊條適宜單道焊。(二) 焊條的牌號 v焊條牌號是對于焊條產(chǎn)品的具體命名，是由焊條生產(chǎn)廠家制定的。但是，各廠自定的牌號對于焊條的選用有許多不便之處。因此，自1968年起我國焊條行業(yè)開始采用統(tǒng)一牌號，即屬于同一藥皮

7、類型，符合相同焊條型號、性能的產(chǎn)品統(tǒng)一命名為同一個牌號。并同時標(biāo)注“符合CB型”或“相當(dāng)GB型”，以便于用戶結(jié)合對于焊條性能要求按照標(biāo)準進行選用。例如，通常所使用的“J507”就是焊條牌號(符合GB511785E5015型)，其含義如下： v 焊條牌號的編制方法是J牌號最前面的字母表示焊條各大類；第一、二位數(shù)字表示各大類焊條中的若干小類，例如對于結(jié)構(gòu)鋼焊條則表示焊縫金屬的不同強度級別；第三位數(shù)字表示焊條藥皮類型和焊接電源種類。 三、焊條的組成v 焊條是涂有藥皮的供手弧焊用的熔化電極，它由藥皮和焊芯兩部分組成。焊條藥皮是壓涂在焊芯表面上的涂料層。焊芯是焊條中被藥皮包覆的金屬芯。根據(jù)焊條藥皮與焊芯

8、的重量比即藥皮重量系數(shù)Kb，可以分為厚皮焊條(Kb30%50%)和薄皮焊條(Kbl%2%)兩大類。由于目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的是厚皮焊條，所以這里只討論這一類焊條。 (一) 焊芯 (二) 焊條藥皮 1. 焊條藥皮的作用 v (1) 保護作用 由于電弧的熱作用使藥皮熔化形成熔渣，在焊接冶金過程中又會產(chǎn)生某些氣體。熔渣和電弧氣氛起著保護熔滴、熔池和焊接區(qū)、隔離空氣的作用，防止氮氣等有害氣體侵入焊縫。v (2) 冶金作用 在焊接過程中，由于藥皮的組成物質(zhì)進行冶金反應(yīng)，其作用是去除有害雜質(zhì)(例如O、N、H、S、P等)，并保護或添加有益合金元素，使焊縫的抗氣孔性及抗裂性能良好，使焊縫金屬滿足各種性能要

9、求。v (3) 使焊條具有良好的工藝性能 焊條藥皮的作用可以使電弧容易引燃，并能穩(wěn)定地連續(xù)燃燒卜焊接飛濺小；焊縫成形美觀；易于脫渣以及可適用于各種空間位置的施焊。 2. 焊條藥皮的類型 根據(jù)焊條藥皮組成的不同，可以分為以下八種類型：v(1) 氧化鈦型 簡稱鈦型。焊條藥皮中加入35以上的二氧化鈦和相當(dāng)數(shù)量的硅酸鹽、錳、鐵及少量有機物。 v(2) 氧化鈦鈣型 簡稱鈦鈣型。藥皮中加入30以上的二氧化鈦和20以下的碳酸鹽，以及相當(dāng)數(shù)量的硅酸鹽和錳鐵，一般不加或少加有機物。 v(3) 鈦鐵礦型 藥皮中加入30以上的鈦鐵礦和一定數(shù)量的硅酸鹽、錳鐵以及少量有機物，不加或加少量的碳酸鹽。v(4) 氧化鐵型 藥

10、皮中加入大量鐵礦石和一定數(shù)量的硅酸鹽、錳鐵及少量有機物。v(5) 纖維素型 藥皮中加入15以上的有機物、一定數(shù)量的造渣物質(zhì)及錳鐵等。 v(6) 低氫型 藥皮中加入大量碳酸鹽、螢石、鐵合金以及二氧化鈦等。v(7) 石墨型 藥皮中加入多量石墨，以保證焊縫金屬的石墨化作用。配以低碳鋼芯或鑄鐵焊芯可用于鑄鐵焊條。v(8) 鹽基型 藥皮由氟鹽和氯鹽組成，如氟化鈉、氟化鉀、氯化鈉、氯化鋰、冰晶石等，主要用于鋁及鋁合金焊條。 3. 藥皮原材料的種類 v結(jié)構(gòu)鋼典型焊條的藥皮配方見表2-3。從表中可以看出，焊條藥皮是由多種原材料組成的。藥皮原材料按其來源可分為四大類： v (1) 礦物類 : 主要是各種礦石、礦

11、砂等。如鈦鐵礦、赤鐵礦、金紅石、大理石、白云石、螢石、長石、白泥、云母等。v (2) 金屬及鐵合金類 : 如金屬鉻、金屬鎳、錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鉬鐵、釩鐵等。v (3) 化工產(chǎn)品類 : 如鈦白粉、純堿、碳酸鉀、碳酸鋇，以及起粘結(jié)劑作用的水玻璃等。v (4) 有機物類 : 如淀粉、木粉、纖維素、酚醛樹脂等。 4. 藥皮原材料的作用 當(dāng)前制造電焊條所使用的原材料近百種，而常用的約30余種。藥皮原材料的作用，歸納起來有以下七項：v (1) 穩(wěn)弧 一般含低電離位元素的物質(zhì)都有穩(wěn)弧作用。主要作用是改善焊條的引弧性能和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性。這種藥皮原材料，通常稱為穩(wěn)弧劑。常用的穩(wěn)弧劑有碳酸鉀、大理石、水玻璃

12、、長石、金紅石等。 v (2) 造渣 藥皮中某些原材料受焊接熱源的作用而熔化，形成具有一定物理、化學(xué)性能的熔渣，從而保護熔滴金屬和焊接熔池，并能改善焊縫成形。這種原材料被稱為造渣劑。它們是焊條藥皮中最基本的組成物，常用的是鈦鐵礦、金紅石、大理石、石英砂、長石、云母、螢石等。v (3) 造氣 藥皮中的有機物和碳酸鹽在焊接時產(chǎn)生氣體，從而起到隔離空氣、保護焊接區(qū)的作用。這類物質(zhì)被稱為造氣劑，如木粉、淀粉、大理石、菱苦土等。 v (4) 脫氧 降低藥皮或熔渣的氧化性和脫除金屬中的氧，該原材料稱為脫氧劑。在焊接鋼時，對氧親合力比鐵大的金屬及其合金都可作為脫氧劑。常用的有錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鋁粉等。v (

13、5) 合金化 其作用就是補償焊縫金屬中有益元素的燒損和獲得必要的合金成分。合金劑通常采用鐵合金或金屬粉，如錳鐵、硅鐵、鉬鐵等。 v (6) 粘結(jié) 為了把藥皮材料涂敷到焊芯上，并使焊條藥皮具有一定的強度，必須在藥皮中加入粘結(jié)力強的物質(zhì)。常用的粘結(jié)劑是鈉水玻璃、鉀鈉水玻璃等。v (7) 成形 加入某些物質(zhì)使藥皮具有一定的塑性、彈性及流動性。以便于焊條的壓制，使焊條表面光滑而不開裂。常用的成形劑有白泥、云母、鈦自粉、糊精等。 v焊條藥皮原材料的作用，見表2-4。應(yīng)當(dāng)指出，每種材料在焊條藥皮中會同時有幾種作用。所以在設(shè)計焊條藥皮配方、選擇藥皮的原材料時，必須注意其主要作用，兼顧次要作用。并且還要考慮是

14、否有氧化、增氫、增硫、增磷等冶金方面的作用。 注：A主要作用；B附帶作用。四、焊條的工藝性能v焊條的工藝性能是指焊條在焊接操作中的性能。它是衡量焊條質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。焊條的工藝性能主要包括：焊接電弧的穩(wěn)定性、焊縫成形、在各種位置焊接的適應(yīng)性、飛濺、脫渣性、焊條的熔化速度、藥皮發(fā)紅的程度及焊條發(fā)塵量等。 焊條的工藝性能主要決定于焊條藥皮的組成。因此，為了獲得工藝性能良好的焊條，必須合理地確定焊條藥皮配方。第二節(jié) 焊劑v 焊劑是焊接時能夠熔化形成熔渣和氣體，對熔化金屬起保護和冶金處理作用的一種顆粒狀物質(zhì)。本節(jié)僅就埋弧焊及電渣焊用焊劑，重點講述焊劑的種類、組成、性能及用途，為焊接生產(chǎn)及研究工作打下

15、基礎(chǔ)。v 埋弧焊及電渣焊所使用的焊接材料是焊劑和焊絲(或板極、帶極)。焊絲的作用相當(dāng)于焊條中的焊芯，焊劑的作用相當(dāng)于焊條中的藥皮。在焊接過程中焊劑的作用是：隔離空氣、保護焊接區(qū)金屬使其不受空氣的侵害，以及進行冶金處理作用。因此，焊劑與焊絲配合使用是決定焊縫金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能的重要因素。 一、焊劑的分類 v焊劑有許多分類方法。如按焊劑的用途和制造方法分類；按焊劑的化學(xué)成分、化學(xué)性質(zhì)、顆粒結(jié)構(gòu)等進行分類?，F(xiàn)將焊劑的分類方法如圖2-5所示。 (一) 按焊劑用途分類v1. 根據(jù)被焊材料 可分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑。鋼用焊劑可分為碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼及高合金用焊劑。v2. 根據(jù)焊接工藝方法 可分為埋

16、弧焊焊劑和電渣焊焊劑。 (二) 按焊劑制造方法分類 v 1. 熔煉焊劑 將一定比例的各種配料放在爐內(nèi)熔煉，然后經(jīng)過水冷?；?、烘干、篩選而制成的焊劑。v 2. 非熔煉焊劑 根據(jù)焊劑烘焙溫度不同又分為粘結(jié)焊劑與燒結(jié)焊劑。 二、焊劑的型號和牌號（一）焊劑的型號v 焊劑的型號是根據(jù)國家標(biāo)準進行劃分的。我國的現(xiàn)行國家標(biāo)準GB5293-85（碳素鋼埋弧焊用焊劑）中規(guī)定：焊劑型號劃分原則是根據(jù)埋弧焊焊縫金屬的力學(xué)性能。 “HJ”表示埋弧焊用焊劑，是“焊劑”二字漢語拼音的第一個字母。 第一位數(shù)字X1：表示焊縫金屬的抗拉強度等拉伸力學(xué)性能，如表2-15所示。v第二位數(shù)字X2：表示拉伸試樣和沖擊試樣的狀態(tài)。0表示

17、焊態(tài)；1表示焊后熱處理狀態(tài)。其焊后熱處理的參數(shù)是：裝爐時爐溫不得高于300，升溫速度不得大于220 /h，62015保溫1h，爐冷至300，爐冷速度不得大于175/h；在300以下時，爐冷或空冷均可。v第三位數(shù)字X3：焊縫金屬沖擊吸收功不小于27J時的最低試驗溫度，如表2-16所示。v尾部的“HXXX”表示焊接試板時與焊劑匹配的焊絲牌號，按GBl300-77焊接用鋼絲的規(guī)定選用。 v舉例：HJ403-H08MnA，表示為埋弧焊用焊劑，采用H08MnA焊絲按照GB5293-85所規(guī)定的焊接工藝參數(shù)焊接試板，其試樣狀態(tài)為焊態(tài)時焊縫金屬的抗拉強度為410550MPa，屈服點不小于330MPa，伸長率

18、不小于22，在-30時沖擊吸收功不小于27J (二) 焊劑的牌號 目前通用的焊劑統(tǒng)一牌號在形式上與焊劑型號相同，也是由“HJ”表示，但是其數(shù)字的含義是不相同的。因此在使用中極易混淆，這是應(yīng)當(dāng)引起注意的問題。v 埋弧焊及電渣焊用焊劑的牌號編制方法： 1. 熔煉焊劑 v (1) 牌號前“HJ”表示埋弧焊及電渣焊用熔煉焊劑。v (2) 牌號的第一位數(shù)字：表示焊劑中氧化錳的含量，如表2-17所示。v (3) 牌號的第二位數(shù)字：表示焊劑中二氧化硅、氟化鈣的含量，如表2-18所示。v (4) 牌號的第三位數(shù)字：表示同一類型焊劑的不同牌號，按0、1、29順序排列。v對于同一牌號焊劑生產(chǎn)兩種顆粒度時，在細顆粒

19、焊劑牌號后面加“”字母。 表2-17 焊劑牌號中第一位數(shù)字含義焊劑牌號 焊劑類型 氧化錳含量(%)HJ1 無錳 MnO 30表2-18 焊劑牌號中第二位數(shù)字含義v焊劑牌號 焊劑類型 二氧化硅及氟化鈣含量 (%)vHJ1 低硅低氟 SiO210 CaF210vHJ2 中硅低氟 SiO21030 CaF230 CaF210vHJ4 低硅中氟 SiO230 CaF21030 vHJ7 低硅高氟 SiO230vHJ8 中硅高氟 SiO21030 CaF230 例如：2燒結(jié)焊劑v(1) 牌號前“SJ”表示埋弧焊用燒結(jié)焊劑。v(2) 牌號中第一位數(shù)字：表示焊劑熔渣的渣系，如表2-19所示。v(3) 牌號中

20、第二、三位數(shù)字：表示同一渣系類型焊劑中的不同牌號焊劑，按01、02、09順序編排。例如：熔煉焊劑的配用焊絲及用途于表2-21，可供選用埋弧焊焊接材料時參考。 第三節(jié) 焊 絲 焊絲是焊接時作為填充金屬或同時作為導(dǎo)電的金屬絲，它是埋弧焊、氣體保護焊、自保護焊、電渣焊和氣電立焊等各種工藝方法的焊接材料。隨著焊接工藝方法的迅速發(fā)展，焊絲的生產(chǎn)增長很快。本節(jié)僅就埋弧焊、氣體保護焊及自保護焊工藝，重點介紹氣體保護焊焊絲和藥芯焊絲。一、焊絲的分類 焊絲的分類方法有許多種，通常有以下幾種：v 1. 按照適用的焊接方法 可分為埋弧焊焊絲、CO2焊焊絲、鎢極氬弧焊焊絲、熔化極氬弧焊焊絲、自保護焊焊絲及電渣焊焊絲等

21、。v 2. 按照焊絲的形狀結(jié)構(gòu) 可分為實心焊絲、藥芯焊絲及活性焊絲等。v 3. 按照適用的金屬材料 可分為低碳鋼、低合金鋼用焊絲，硬質(zhì)合金堆焊焊絲，以及鋁、銅與鑄鐵焊絲等。 v (1) 碳鋼藥芯焊絲根據(jù)藥芯類型、是否采用外部保護氣體、焊接電流種類以及單道焊和v多道焊的適用性進行分類。焊絲類型如表2-23所示。 表2-23 藥芯焊絲分類焊絲類型 藥芯類型 保護氣體 電流種類 適用性 EF1 氧化鈦型 二氧化碳 直流，反接 單道焊和多道焊 EF2氧化鈦型二氧化碳直流，反接單道焊EF3氧化鈦型-氟化物型二氧化碳直流，反接單道焊和多道焊 EF4自保護直流，反接單道焊和多道焊EF5自保護直流，正接單道焊

22、和多道焊EFG單道焊和多道焊 EFGS單道焊v 第一部分以英文字母“EF”表示藥芯焊絲代號，代號后面的第一位數(shù)字表示主要適用的焊接位置；“0”表示用于平焊和橫焊；“l(fā)”表示用于全位置焊。代號后面的第二位數(shù)字或英文字母為分類代號(表2-23)。v 第二部分在短橫線后用四位數(shù)字表示焊縫金屬的力學(xué)性能。前面兩位數(shù)字表示最小抗拉強度值。后面兩位數(shù)字表示夏比(V型缺口)沖擊吸收功的溫度代號，其中第一位數(shù)為夏比沖擊吸收功不小于27J所對應(yīng)的試驗溫度代號，第二位數(shù)為夏比沖擊吸收功不小于47J所對應(yīng)的試驗溫度代號，如表2-24所示。表2-24(二) 焊絲的牌號1. 實心焊絲的牌號v(1) 牌號的字母“H”表示

23、焊接用實心焊絲。v(2) 字母“H”后面的一位或兩位數(shù)字表示含碳量。v(3) 化學(xué)元素符號及其后面的數(shù)字表示該元素大致的百分含量數(shù)值。合金元素含量小于1%時，該元素化學(xué)符號后面的數(shù)字1省略。v(4) 在結(jié)構(gòu)鋼焊絲牌號尾部標(biāo)的“A”或“E”時，“A”表示為優(yōu)質(zhì)品，說明該焊絲的硫、磷含量比普通焊絲低；“E”表示為高級優(yōu)質(zhì)品，其硫、磷含量更低。例如：2. 藥芯焊絲的牌號 v (1) 牌號的第一個字母“Y”表示藥芯焊絲。第二個字母及隨后的三位數(shù)字與焊條牌號的編制方法相同。v (2) 牌號中短橫線后的數(shù)字，表示焊接時的保護方法：“1”為氣保護；“2”為自保護；“3”為氣保護自保護兩用；“4”為其他保護形

24、式。v (3) 藥芯焊絲有特殊性能和用途時，則在牌號后面加注起主要作用的元素和主要用途的 字母，一般不超過兩個字。例如：3. 有色金屬及鑄鐵焊絲的牌號v(1) 牌號前兩個字母“HS表示焊絲。v(2) 牌號第一位數(shù)字表示焊絲的化學(xué)組成類型：“1”為堆焊硬質(zhì)合金；“2”為銅及銅合金；“3”為鋁及鋁合金；“4”為鑄鐵。v(3) 牌號第二、三位數(shù)字表示同一類型焊絲的不同牌號。例如： 三、實心焊絲 v 實心焊絲是目前最常用的焊絲。它是由熱軋線材經(jīng)拉拔加工而制成的，廣泛應(yīng)用于各種自動和半自動焊接工藝中。根據(jù)國家標(biāo)準GBl300-77焊接用鋼絲(表2-25)的規(guī)定，可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲、合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲和不銹鋼焊絲三類。(一) 埋弧焊用實心焊絲 v 1. 低錳焊絲 含Mn量為0.20.8，如H08A。配合高錳焊劑應(yīng)用于低碳鋼及強度級別較低的低合金鋼焊接。v 2. 中錳焊絲 含Mn量為0.81.5，如H08