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(chēng)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(chēng)為焊絲。

焊芯的分類(lèi)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(lèi)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(lèi)。

(2)藥皮。壓涂在焊芯表面的涂層稱(chēng)為藥皮。藥皮是由各種礦物類(lèi)、鐵合金、有機(jī)物和化工產(chǎn)品(水玻璃類(lèi))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В瑢?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(lèi)

焊條可按用途和熔渣特性進(jìn)行分類(lèi)。

(1)按焊條的用途分類(lèi)。

1)非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條和強(qiáng)熱鋼焊條(簡(jiǎn)稱(chēng)結(jié)構(gòu)鋼焊條)。這類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)型磨耗或腐蝕等性能。

4)低溫鋼焊條。這類(lèi)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(lèi)焊條是指專(zhuān)用作焊補(bǔ)或焊接鑄鐵的焊條。

6)鎳及鎳合金焊條。這類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)。

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(lèi)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(lèi)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(lèi)型、焊接位置、焊接電流類(lèi)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(lèi)型及藥皮類(lèi)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(lèi)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(lèi)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。“E”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(lèi)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(lèi)型、焊接位置、電流類(lèi)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(lèi)型及藥皮類(lèi)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。“E”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(lèi)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(lèi)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(lèi)型、焊接位置和焊接電流種類(lèi)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(lèi)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(lèi)型、焊接位置和焊接電流類(lèi)型。

不銹鋼焊條舉例如下：E410N1M015。“E”表示焊條;“41”表示熔敷金屬化學(xué)成分分類(lèi)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(lèi)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。“ER”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(lèi)。

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(lèi)型焊劑;第三位數(shù)字表示同一類(lèi)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(lèi)型焊劑中的不同牌號(hào)的焊劑，按01、02、…、09順序排。

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