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1、,第3章 焊条、焊丝及焊剂,目录,3.1 焊条 3.1.1 焊条的分类 3.1.2 焊条型号和焊条牌号 3.1.3 焊条的组成 3.1.4 焊条的工艺性能 3.1.5 典型焊条的冶金性能分析 3.1.6 焊条设计的要点 3.1.7 焊条制造的工艺流程 3.1.8 焊条的选用要点 3.2 焊丝 3.2.1 焊丝的分类 3.2.2 实心焊丝 3.2.3 药芯焊丝 3.3 焊剂 3.3.1 焊剂的分类 3.3.2 焊剂型号和焊剂牌号、焊剂技术要求 3.3.3 焊剂的性能及用途,焊接时所使用的焊条、焊丝、焊剂及保护气体等消耗材料,统称为焊接材料 。焊条电弧焊使用的焊接材料是焊条。埋弧焊及电渣焊使用的焊
2、接材料是焊丝(或板状电极等填充金属)和焊剂。气体保护焊使用的焊接材料是焊丝和保护气体。 焊条、焊丝是焊接回路的组成部分之一。在焊接过程中,焊条、焊丝不仅传导着电流,而且它是与焊件之间形成电弧的一个电极。并且在电弧热源的作用下,焊条、焊丝受热熔化以熔滴的形式进入熔池,与熔化了的母材共同组成焊缝,起着填充金属的作用。所以,焊条药皮、焊丝、焊剂、药芯焊丝的外皮及药芯,以及保护气体等,在焊接过程中是进行必要的冶金反应和保证焊接质量所必需的重要材料。因此,焊接材料不仅影响着焊接过程的稳定性、焊接接头的性能及质量,还影响着焊接生产率。,3.1 焊条,焊条是涂有药皮的、供焊条电弧焊使用的熔化电极,它由焊芯及
3、药皮两部分组成。,3.1.1 焊条的分类,1.按照焊条的用途分类 (1)结构钢焊条 主要用于焊接碳钢及低合金高强度钢。 (2)钼和铬钼耐热钢焊条 主要用于焊接珠光体耐热钢及马氏体耐热钢。 (3)不锈钢焊条 主要用于焊接不锈钢及热强钢,它可分为铬不锈钢焊条及铬镍不锈钢焊条两类。 (4)堆焊焊条 主要用于堆焊,以获得具有热硬性、耐磨性及耐蚀性的堆焊层。 (5)低温钢焊条 主要用于焊接在低温条件下工作的钢结构,其熔敷金属具有不同的低温工作性能。 (6)铸铁焊条 主要用于焊补铸铁构件。 (7)镍及镍合金焊条 主要用于焊接镍及高镍合金,也可用于异种金属的焊接及堆焊。 (8)铜及铜合金焊条 主要用于焊接铜
4、及铜合金,其中包括纯铜焊条及青铜焊条。 (9)铝及铝合金焊条 主要用于焊接铝及铝合金构件。 (10)特殊用途焊条 用于水下焊接、水下切割等特殊工作需要的焊条。,3.1.1 焊条的分类,2.按照焊接熔渣的碱度分类 (1)酸性焊条 在焊条药皮中含有多量酸性氧化物的焊条。这类焊条的特点是,工艺性能好、焊缝表面成形美观、波纹细密。由于该类焊条药皮中含有较多的FeO、TiO、SiO2等成分,所以熔渣的氧化性较强。酸性焊条一般均可采用交、直流电源施焊。典型的酸性焊条型号为E4303(牌号为J422)。 (2)碱性焊条 在焊条药皮中含有多量碱性氧化物,同时含有氟化钙的焊条。由于该类焊条药皮中含有较多的大理石
5、、萤石等成分,它们在焊接冶金反应中生成CO2和HF,因此降低了焊缝中的含氢量。所以碱性焊条又称为低氢型焊条。采用碱性焊条焊成的焊缝金属具有较好的塑性和冲击韧性。承受动载荷的焊件或刚性较大的重要结构均采用碱性焊条施工。典型的碱性焊条型号为E5015(牌号为J507)。 3.按照焊条药皮的类型分类 按照焊条药皮的类型可分为氧化钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条和低氢型焊条等。,3.1.2 焊条型号和焊条牌号,1.焊条型号 焊条型号是在我国标准或权威性国际组织(例如ISO)的有关技术标准及法规中,根据焊条特性指标进行明确划分及规定的。焊条型号的有关规定是焊条生产、使用、管
6、理及研究等相关单位必须遵照执行的。 我国现行有关焊条的国家标准,主要有以下各项: GB/T 51172012 非合金钢及细晶粒钢焊条 GB/T 51182012 热强钢焊条 GB/T 325332016 高强钢焊条 GB/T 9832012 不锈钢焊条 GB/T 39652012 熔敷金属中扩散氢测定方法 GB/T 138142008 镍及镍合金焊条 GB/T 100442006 铸铁焊条及焊丝 GB/T 9842001 堆焊焊条 GB/T 36692001 铝及铝合金焊条 GB/T 51172012 规定了非合金钢及细晶粒钢焊条的型号、技术要求、试验方法及检验规则等内容。 GB/T 5117
7、2012 适用于抗拉强度低于570MPa的非合金钢及细晶粒钢焊条。 GB/T 51172012 明确规定了焊条型号按熔敷金属力学性能、药皮类型、焊接位置、电流类型、熔敷金属化学成分和焊后状态等进行划分。,3.1.2 焊条型号和焊条牌号,GB/T 51172012规定的非合金钢及细晶粒钢焊条型号由以下五部分组成: 1)第一部分用字母“E”表示焊条。 2)第二部分为“E”后面的紧邻两位数字,表示熔敷金属的最小抗拉强度代号,如“43、50、55、57”,分别代表熔敷金属的最小抗拉强度值为“430MPa、490MPa、550MPa、570MPa”。 3)第三部分为“E”后面的第三和第四两位数字,表示药
8、皮类型、焊接位置和电流类型见表3-1。,3.1.2 焊条型号和焊条牌号,表3-1 非合金钢及细晶粒钢焊条药皮类型及代号,3.1.2 焊条型号和焊条牌号,表3-1 非合金钢及细晶粒钢焊条药皮类型及代号,续表,3.1.2 焊条型号和焊条牌号,4)第四部分为熔敷金属的化学成分分类代号,可为“无标记”或短划“-”后的字母、数字或字母和数字组合,见表3-2。,表3-2 非合金钢及细晶粒钢焊条熔敷金属化学成分分类代号,3.1.2 焊条型号和焊条牌号,5)第五部分为焊后状态代号,其中,“无标记”表示焊态,“P”表示热处理状态,“AP”表示焊态和焊后热处理两种状态均可。 除以上强制分类代号外,根据供需双方协商
9、,可在型号后依次附加可选代号: 1)字母“U”,表示在规定试验温度下,冲击吸收能量可以达到47J以上(详见该标准条文“4.5.3”)。 2)扩散氢代号“HX”,其中,X代表15、10或5,分别表示每100g熔敷金属中扩散氢含量的最大值为15mL、10mL或5mL。,3.1.2 焊条型号和焊条牌号,2.焊条牌号 焊条牌号是对于焊条产品的命名,是由焊条生产厂家制定的。由于各厂家自行制定的焊条牌号编制方法互不相同,对于焊条用户在选用、采购时造成许多不便。同时,对于各厂家的焊条产品的销售与宣传也不利。因此,自1968年起我国焊条行业采用统一牌号,对于符合相同的焊条型号、性能,并且属于同一药皮类型的焊条
10、产品,共同命名为统一的牌号,并且标注“符合GB/T 型”或“相当GB/T 型”,以便于用户根据焊条性能、按照国家标准进行采购及选用。 焊条牌号的编制方法如下: 1)焊条排号最前面的字母表示焊条类别。 2)接下来的第一、二位数字表示各大类焊条中的若干小类。例如,对于结构钢焊条则表示熔敷金属抗拉强度等级。 3)第三位数字表示焊条药皮类型和焊接电源种类。,3.1.3 焊条的组成,焊条是由药皮和焊芯两部分组成的。焊条药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。在焊条制造过程中,由各种粉料和黏结剂,按一定比例配制的、待涂压的药皮原材料,称为涂料。焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。焊条药皮和焊芯(不包括无药皮夹持端)的
11、质量比,称为药皮质量系数Kb。现代工业生产中通常使用的焊条,其药皮质量系数Kb=30%50%。 1.焊芯 进行焊条电弧焊时,在焊接回路中焊芯起着导电作用,在焊条端部与焊件之间形成电弧;当焊芯受焊接热的作用熔化形成熔滴进入熔池,作为填充金属与熔化了的母材液体金属共同组成焊缝。因此,焊芯的化学成分和性能对于焊缝金属的质量具有重要的影响。根据焊件的材料,选择相应牌号的焊丝金属作为焊芯。焊接碳素钢、低合金钢时,通常选用碳素钢焊丝作为焊芯,通过药皮过渡合金元素。常用的焊芯牌号为H08A、H08E等。焊芯牌号中,“H”表示焊接用钢丝的“焊”字汉语拼音的第一个字母；“08”表示焊接用钢丝的平均碳含量为0.0
12、8%(质量分数);“A”表示优质钢;“E”表示特级钢,即对于硫、磷等杂质的限量更加严格。制造焊条常用焊芯的化学成分见表3-5。,3.1.3 焊条的组成,表3-5 常用焊芯的化学成分,3.1.3 焊条的组成,表3-5 常用焊芯的化学成分,续表,3.1.3 焊条的组成,在保证与母材等强度的条件下,低碳钢焊芯中的碳含量应当越少越好。因为焊芯中碳含量的增高,会增大气孔和裂纹的倾向,同时也会增大飞溅,影响焊接过程的稳定性。所以,低碳钢焊芯中碳的质量分数应当低于0.10%。 锰是焊芯中的有益元素。它既能脱氧,又能控制硫的有害作用。对于低碳钢焊芯,其质量分数一般以0.30%0.60%为宜。 焊接过程中,由于
13、硅极易被氧化形成SiO2,使得焊缝中含有较多的夹杂物,严重时还会引起热裂纹。因此,希望焊芯中的硅含量越少越好。 低碳钢焊芯中的镍、铬元素是作为杂质混入的,其含量控制在国家标准所规定的范围以内时,对于焊接冶金过程不会有较大的影响。 硫、磷是钢中的有害元素,可以引起裂纹、气孔等缺欠。因此,应当对它们的含量严格控制。 此外,焊芯的电阻率及焊芯中的夹杂物(例如SiO2、Al2O3等)对于焊条性能都有一定的影响。电阻率大的焊芯在焊接时,因电阻热过大容易使焊条药皮过热而发红,失去应起的焊接冶金及保护作用,并且很容易产生气孔缺欠。当焊芯中含有较多的夹杂物时易产生飞溅,并且影响焊接电弧的稳定性。,3.1.3
14、焊条的组成,2.焊条药皮 (1)焊条药皮的作用 1)保护焊接区。由于电弧的热作用使药皮熔化形成熔渣,在焊接冶金过程中又会产生出某些气体。熔渣和电弧气氛起着隔离空气、保护熔滴、熔池和焊接区的作用,防止氮气等有害气体侵入焊缝。 2)进行冶金反应。焊接过程中,药皮的组成物质在焊接热的作用下而熔化,与金属熔滴接触、混合以及进入到熔池的各阶段中,都在进行着激烈的冶金反应。其作用是去除有害杂质(例如O、N、H、S、P等),并且保护或添加有益的合金元素,使焊缝的抗气孔及抗裂纹的性能优良,并且使焊缝金属满足各项性能的要求。 3)使焊条具有优良的工艺性能。焊条药皮中的某些成分可以使电弧容易引燃,并能稳定地连续燃
15、烧,焊接飞溅小,焊缝成形美观,易于脱渣以及可适用于各种空间位置的施焊。,3.1.3 焊条的组成,(2)焊条药皮的类型 1)氧化钛型。简称钛型。焊条药皮中加入质量分数为35%以上的二氧化钛和相当数量的硅酸盐、锰铁及少量有机物。 2)氧化钛钙型。简称钛钙型。焊条药皮中加入质量分数为30%以上的二氧化钛和质量分数为20%以下的碳酸盐,以及相当数量的硅酸盐和锰铁,一般不加或少加有机物。 3)钛铁矿型。药皮中加入质量分数为30%以上的钛铁矿和一定数量的硅酸盐、锰铁以及少量有机物,一般不加或加少量的碳酸盐。 4)氧化铁型。药皮中加入大量铁矿石和一定数量的硅酸盐、锰铁及少量有机物。 5)纤维素型。药皮中加入
16、质量分数为20%以上的有机物和一定数量的造渣物质及锰铁等。 6)低氢型。药皮中加入大量硅酸盐、萤石、铁合金以及二氧化钛等。 7)石墨型。药皮中加入大量石墨,以保证焊缝金属的石墨化作用。配以低碳钢焊芯或铸铁焊芯可用于制造铸铁焊条。 8)盐基型。焊条药皮由氟盐和氯盐组成,例如氟化钠、氟化钾、氯化钠、氯化锂、冰晶石等,主要用于制造铝及铝合金焊条。,3.1.3 焊条的组成,(3)药皮原材料的种类 典型的结构钢焊条药皮配方见表3-6。从表中可以看出,焊条药皮是由多种原材料组成的。焊条药皮原材料按其来源可分为四大类。 1)矿物类。主要是各种矿石、矿砂等。例如钛铁矿、赤铁矿、金红石、大理石、白云石、萤石、长石、白泥、云母等。 2)金属及铁合金类。例如金属铬、金属镍、铝粉、锰铁、硅铁、钛铁、钼铁、钒铁等。 3)化工产品类。例如钛白粉、碳酸钾、碳酸钡、纯碱,以及起粘结剂作用的水玻璃等。 4)有机物类。例如淀粉、木粉、竹粉、纤维素、酚醛树脂等。 (4)药皮原材料的作用 制造焊条所使用的药皮原材料,据资料统计有近百种
