第四章 焊接材料的選用(1)

第四章焊接材料

WeldingConsumables焊條Electrode 重點(diǎn)掌握焊條分類及制備，典型焊條的冶金性能常見焊條、焊劑及焊絲的型號(hào)和牌號(hào)焊劑的性能用途氣保焊絲和藥芯焊絲概述1.焊接材料定義

焊接材料是焊接時(shí)所消耗材料的通稱(焊條、焊絲、焊劑、氣體等）2.焊接材料作用

焊條、焊絲是焊接過(guò)程的一個(gè)電極焊條、焊絲作為填充金屬藥皮、焊劑及保護(hù)氣體，保證焊接質(zhì)量及進(jìn)行必要的冶金反應(yīng)。3、世界焊接材料發(fā)展

1892年俄國(guó)人斯拉維揚(yáng)諾夫金屬電弧焊1904瑞典人凱吉爾伯格第一個(gè)焊條廠1910瑞典人礦物型厚藥皮焊條1917年機(jī)械化方法壓涂和生產(chǎn)焊條1919年美國(guó)人用紙纏繞在焊芯上，提出了纖維素型焊條雛形1921年英國(guó)用大理石－瑩石制造焊條藥皮1927年美國(guó)機(jī)械化大量生產(chǎn)焊條，許多新型藥皮焊條1964年日本“無(wú)害”焊條、低塵焊條、超低氫焊條和難吸潮焊條。我國(guó)焊接材料發(fā)展第一階段：建國(guó)初期至1965年，主要是手工電弧焊焊條白手起家、發(fā)展階段第二階段：1966－1990年主要是手工電弧焊條迅速發(fā)展和完善的階段第三階段：1990－

今主要是調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開發(fā)優(yōu)質(zhì)高效焊接材料焊條1、焊條分類按焊條用途分：（1）結(jié)構(gòu)鋼焊條（2）鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條（3）不銹鋼焊條（4）堆焊焊條（5）低溫鋼焊條（6）鑄鐵焊條（7）鎳及鎳合金焊條（8）銅及銅合金焊條（9）鋁及鋁合金焊條（10）特殊用途焊條按焊接熔渣的堿度按焊條藥皮的類型

氧化鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫型等酸性焊條（SiO2、MnO等）

堿性焊條（CaO、FeO等）

焊條的型號(hào)是按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)確定的。2、焊條的型號(hào)與牌號(hào)

用來(lái)區(qū)別各種焊條熔敷金屬的力學(xué)性能、化學(xué)成分、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類。標(biāo)有型號(hào)的焊條，其技術(shù)要求、性能指標(biāo)、檢驗(yàn)方法都應(yīng)該按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中通常只規(guī)定該種焊條最基本的要求。（1）型號(hào)以結(jié)構(gòu)鋼為例，型號(hào)編制法（GB/T5118-1995）

字母“E”表示焊條第一、二位表示熔敷金屬最小抗拉強(qiáng)度第三位數(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（即可平、立、仰、橫焊），“2”表示平焊及平角焊，“4”表示向下立焊）

第三、四位數(shù)字表示焊接電流種類及藥皮類型。焊條藥皮的類型藥皮中含氧化鈦30%以上，鈣或鎂的碳酸鹽礦20%以下，此外還有硅鋁酸鹽和錳鐵熔渣的流動(dòng)性良好、電弧穩(wěn)定，熔深適中、脫渣容易、飛濺少，焊波整齊。主要用于焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)。市場(chǎng)上大量供應(yīng)和工廠中大量使用的是E4303(J422)，E5003(J502)，其產(chǎn)量約占我國(guó)焊條總產(chǎn)量的80%以上?！?3”

鈦鈣型“15”低氫鈉型

藥皮主要組成為碳酸鹽礦（大理石、菱苦土等）和瑩石，還有石英砂或鋁酸鹽，并有鐵合金作脫氧劑。熔渣堿度較高，焊接工藝性一般，焊波較粗，熔深中等。熔敷金屬力學(xué)性能和抗裂性能良好。主要用于焊接重要低碳鋼結(jié)構(gòu)，或與焊條熔敷技術(shù)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摻Y(jié)構(gòu)。但焊接處要求潔凈，特別是對(duì)氫敏感，不能有水分、油污和鐵銹。焊前焊條烘干，焊接時(shí)要求采用短弧焊。只能使用直流反接?！盓4315（J427）”、“E5015（J507）”焊條型號(hào)舉例如下：E 43 0 3表示焊條藥皮為鈦鈣型，并可交、直流焊接表示焊條適用于全位置焊接表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值（kgf/mm2）表示焊條焊條牌號(hào)是焊條制造廠對(duì)作為產(chǎn)品出廠的每種焊條標(biāo)的特定編號(hào)，用來(lái)區(qū)別不同焊條熔敷金屬的力學(xué)性能、化學(xué)成分、藥皮類型和焊接電流種類。與焊條型號(hào)相比，牌號(hào)中沒(méi)有區(qū)別焊接位置的編號(hào)，但增加了特殊性能的符號(hào)(如超低氫、高韌性、打底焊等)。（2）牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼焊條牌號(hào)編制法，結(jié)XXX

第1、2位數(shù)：代表熔敷金屬抗拉強(qiáng)度第3位數(shù)代表藥皮類型、焊接電流要求

有特殊性能和用途的，則在牌號(hào)后面加注起主要作用的化學(xué)元素符號(hào)或主要用途的拼音字母。

J422，其中：J—結(jié)構(gòu)鋼焊條42—熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度大于等于420MPa2—藥皮類型（鈦鈣型）和電源種類（交直流）焊縫金屬抗拉強(qiáng)度等級(jí)焊條牌號(hào)焊縫金屬抗拉強(qiáng)度等級(jí)MPaKgf/mm2J42×J50×J55×J60×J70×J75×J80×J85×J90×J10×420490540590690740780830880980435055607075808590100J 5 0 7

CuP低氫型藥皮、直流熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不低于490MPa結(jié)構(gòu)鋼焊條

以J507CuP焊條為例：用于焊接銅磷鋼，有抗大氣和耐海水腐蝕的特殊用途

鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條牌號(hào)前加“R”/“熱”第1位數(shù)字，表示熔敷金屬主要化學(xué)成分組成等級(jí)第2位數(shù)字，表示同一熔敷金屬主要化學(xué)成分組成等級(jí)中的不同牌號(hào)，同一組成等級(jí)有十個(gè)牌號(hào)，按0、1、2、……9順序編排，以區(qū)別鉻鉬之外的其他成分的不同第3位數(shù)字，表示藥皮類型和焊接電源種類。

R347低氫鈉型藥皮，直流電源牌號(hào)分類編號(hào)為4熔敷金屬主要化學(xué)成分等級(jí)為鉻含量約1%，鉬含量約0.5%耐熱鋼焊條低溫鋼焊條

“W”/“溫”，前兩位數(shù)字，表示低溫鋼焊工作溫度等級(jí)。第三位數(shù)字，表示藥皮類型和焊接電源種類。如：W707不銹鋼焊條

“G”/“鉻”或“A”/“奧”，表示鉻不銹鋼焊條或奧氏體鉻鎳不銹鋼焊條。第1位數(shù)，熔敷金屬主要化學(xué)成分組成等級(jí)。第2位數(shù)，同一熔敷金屬主要化學(xué)成分組成等級(jí)中的不同牌號(hào)。第三位數(shù)，藥皮類型和焊接電源種類。如G202、A022堆焊焊條“D”/“堆”，前2位數(shù)字表示堆焊焊條的用途或熔敷金屬的主要成分類型等牌號(hào)，第3位數(shù)字表示藥皮類型和焊接電源種類。如D256等鑄鐵焊條

“Z”/“鑄”，第1位數(shù)字，表示熔敷金屬主要化學(xué)成分組成類型。第2位數(shù)字，表示同一熔敷金屬主要化學(xué)成分組成類型中的不同牌號(hào)。第3位數(shù)字，藥皮類型及焊接電源種類有色金屬焊條

“Ni“/鎳”、“T”/“銅”、“L”/“鋁”，表示鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條。第1、2、3位數(shù)字描述同鑄鐵焊條特殊用途焊條

“TS”/“特”，第1位數(shù)字表示焊條的用途。第2位數(shù)字表示同一用途中的不同牌號(hào)。第3位數(shù)字，藥皮類型及焊接電源種類作電極傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生電弧作填充金屬（調(diào)整成分）機(jī)械保護(hù)作用(氣體和熔渣)冶金處理（熔渣）改善焊接工藝性（引弧容易燃燒穩(wěn)定）（1）焊條的組成:焊芯的作用：藥皮的作用：專用焊接金屬絲由多種礦石粉鐵合金配成3、電焊條的組成引弧端焊芯材料用量最多的是H08、H08A和H08E。堿性焊條和酸性焊條的特性不含有機(jī)物，機(jī)械性能好（韌性高，抗裂性好）；焊接工藝性能差；（用直流電）對(duì)油污、銹、水敏感性大，易產(chǎn)生飛濺和CO氣孔；（清洗、烘干）排出有毒煙塵HF。（通風(fēng)良好）堿性焊條：酸性焊條與堿性焊條相反（2）藥皮組成原料及作用①造渣劑：造成具有一定物理性能、化學(xué)性能的熔渣，起到保護(hù)作用和改善焊縫成型。如：鈦鐵礦、金紅石、螢石、長(zhǎng)石、白云石等。

②穩(wěn)弧劑：改善引弧性能和提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，原材料為易電離或電離勢(shì)低的物質(zhì)。如：菱苦土、大理石、長(zhǎng)石、鉀水玻璃③造氣劑：造氣保護(hù)

有機(jī)物、碳酸鹽；有機(jī)物如：木粉、淀粉、析出氣體CO、H，碳酸鹽析出氣體CO2，高溫時(shí)產(chǎn)生CO。④脫氧劑：降低藥皮或熔渣的氧化性和脫除金屬中的氧。鐵合金：錳鐵、鈦鐵、硅鐵、RE等。⑤合金劑：使焊縫補(bǔ)償燒損和獲得必要的合金成分。合金、純金屬等。⑥粘結(jié)劑：將涂料牢固的粘在焊芯上，參加冶金反應(yīng)，如鈉水玻璃、鉀水玻璃與鈉水玻璃混合。⑦增塑劑：便于用機(jī)器壓制焊條，額外加入一些能改善涂料塑性或滑潤(rùn)性物質(zhì)。如云母、白泥、滑石等。各類藥皮組成高Ti型（氧化鈦型）：Ti>35%（TiO2）；硅酸鹽~30%；Fe-Mn

：10-15%；有機(jī)物：3-5%；碳酸鹽3-6%鈦鈣型：Ti>30%；硅酸鹽25~30%；Fe-Mn

：12-14%；有機(jī)物：0-3%；大理石10-20%鈦鐵型：

鈦鐵礦>30%；一定量硅酸鹽、Fe-Mn、有機(jī)物、碳酸鹽氧化鐵型：藥皮中含有大量的鐵礦石和一定量硅酸鹽、Fe-Mn及少量有機(jī)物纖維素型：有機(jī)物>15%；一定量造渣劑及Fe-Mn低氫型：大理石~45%；CaF220-25%；Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Ti~20%；TiO2<8%;SiO2<5%;

石墨型：藥皮中加入大量石墨，以保證焊縫金屬的石墨化作用，焊芯主要為低碳鋼芯或鑄鐵焊芯，用于鑄鐵焊條。鹽基型：主要由KF、NaF、NaCl、LiCl，冰晶石（Na2SiF6）等組成，主要用于焊接鋁及鋁合金。藥皮原料天然礦物：大理石、鈦鐵礦、白泥、長(zhǎng)石等；化工原料：鈦白粉、水玻璃、堿等；鐵合金：

Fe-Mn、Fe-Ti、Fe-Si等有機(jī)物：淀粉、纖維素、酚醛樹脂等（1）焊接電弧的弧定性/穩(wěn)弧性

指電弧保持穩(wěn)定燃燒的程度。（不斷弧、漂移和磁偏吹）

影響因素：焊條藥皮成分，電源特性，焊接規(guī)范等。如：

焊條偏芯—電弧不穩(wěn)；藥皮熔點(diǎn)過(guò)高或藥皮太厚，易形成較長(zhǎng)套筒—易產(chǎn)生熄??；

若藥皮中含低電離勢(shì)元素，U↓穩(wěn)弧性↑某些元素的電離勢(shì)元素KNaBaCaTiMnFeSiCHOFCO2電離勢(shì)

4.325.125.166.086.817.407.837.9411.2213.5313.5618.614.34、焊條的焊接性能堿性焊條：結(jié)507，低氫型，電弧穩(wěn)定性不好原因：藥皮中含螢石較多，氟電離勢(shì)高（18.6v），與電子親和力大，奪取電弧中的電子，形成負(fù)離子，惡化電弧的穩(wěn)定性。直流電源。

J506（E5016）加入了低電離勢(shì)物質(zhì)，K、Na則可用交、直流。但K、Na與F的親和力大，KF、NaF有毒。酸性焊條：SiO2、TiO2、CaO、云母、長(zhǎng)石中含K2O、Na2O等，穩(wěn)弧性好。穩(wěn)弧性判定：①測(cè)最大燃燒電弧長(zhǎng)度LmaxLmax↑穩(wěn)弧性↑；斷弧長(zhǎng)度越大，穩(wěn)弧性越好。②示波器，觀察電流，電弧電壓波形的變化情況（2）表面成形

與操作技術(shù)和熔渣的物理性質(zhì)有關(guān)，如：熔滴過(guò)渡、熔渣的熔點(diǎn)、粘度、表面張力等。熔滴過(guò)渡低氫型焊條粗滴短路過(guò)渡，J423，J424以短路過(guò)渡為主，J421，J422以噴射過(guò)渡，焊縫成型美觀.

熔渣的表面張力和粘度材料溫度℃表面張力(N/m)粘度(泊)鐵1575～15901.0～1.20.019堿性渣≈14000.28～0.352.0～7.0酸性渣≈

14000.35～0.401.2～2.0熔渣的粘度η過(guò)高，表面成型不良，易產(chǎn)生氣孔，夾雜。過(guò)低，對(duì)焊縫覆蓋不均勻，保護(hù)作用差。一般T=1500℃，渣η＝1～2泊適中。鐵水η=0.019泊

表面張力σ↓覆蓋性好，但不能過(guò)小，σ↑熔渣易成球形，覆蓋性不好。（3）在各種位置焊接適應(yīng)性

焊縫位置：平焊縫、立焊縫、仰焊縫、橫焊縫一般焊條均可進(jìn)行平焊

立、仰、橫焊難點(diǎn)在于:①重力作用下焊條熔滴不易向熔池過(guò)渡;②熔池金屬和熔渣向下流。解決方法:①適當(dāng)增加電弧吹力，調(diào)整藥皮熔點(diǎn)和厚度，使焊條端部產(chǎn)生適當(dāng)長(zhǎng)度的套筒，藥皮中加入一定數(shù)量造氣劑.②熔渣的物理性能適應(yīng)熔滴的凝固溫度

焊條類型凝固溫度℃凝固溫度范圍℃纖維素型1200-1290

90鈦型1320-1420

100鈦鐵礦型1130-1260130氧化鐵型1180-1350

170

凝固溫度范圍窄，粘度和表面張力隨溫度變化，使熔渣能在較短時(shí)間內(nèi)迅速凝固，才能立、仰橫焊，凝固溫度范圍↑，不易橫、仰、立焊。

氧化鐵型不適應(yīng)于橫、立、仰焊，長(zhǎng)渣凝固溫度范圍大，其它種類焊條可進(jìn)行全位置焊接。（4）脫渣性

直接影響焊工的勞動(dòng)條件、焊接生產(chǎn)率和焊縫質(zhì)量等。一般酸性渣脫渣性較好，如J422比J426脫渣性好。（5）焊縫的熔深

藥皮的組成和厚度影響焊縫熔深。厚藥皮焊條熔深較大。厚鋼板對(duì)接焊時(shí)可以不開坡口或小坡口，提高生產(chǎn)率。（6）焊接飛濺的大小

飛濺大小增加焊后清理時(shí)間，浪費(fèi)焊條。主要與焊條藥皮類型、焊機(jī)性能、極性等有關(guān)。藥皮受潮，飛濺增大。（1）考慮焊件材料的物理性能、力學(xué)性能和化學(xué)成分：①對(duì)結(jié)構(gòu)鋼焊條等按等強(qiáng)度的原則，選擇滿足接頭力學(xué)性能要求的焊條。

■例：Q235，按等強(qiáng)度的原則應(yīng)選用J42×焊條，而不應(yīng)選用J50×焊條。②耐熱鋼、不銹鋼等使熔敷金屬合金成分接近母材?！隼?5CrMo必須選用R307焊條（1Cr-0.5Mo），而不能選用R207焊條（0.5Cr-0.5Mo)。③當(dāng)母材化學(xué)成分中碳或硫、磷等有害雜質(zhì)較高時(shí)，應(yīng)選擇抗裂性和抗氣孔能力較強(qiáng)的焊條。如低氫型焊條等。5、電焊條的選用（2）考慮焊件的工作條件和使用性能：

①對(duì)承受動(dòng)載荷和沖擊載荷的情況，對(duì)沖擊韌性、塑性均有較高要求。應(yīng)選用低氫型、鈦鈣型或氧化鐵型焊條。

■例：16Mn鋼用于非重要結(jié)構(gòu)時(shí)可選用J502、J503等酸性焊條；而當(dāng)用于重要結(jié)構(gòu)時(shí)，則應(yīng)選用J506、J507等堿性焊條。

②焊件在腐蝕介質(zhì)中工作時(shí)，必須分清介質(zhì)種類、濃度、工作溫度以及腐蝕類型。

■例：焊接1Cr18Ni9不銹鋼時(shí)，要求焊縫與母材金屬成分相同，對(duì)于腐蝕要求不高的條件，可選A102、A107焊條；溫度低于300℃而耐腐蝕要求較高時(shí)，則選A132、A137或A002焊條。③在低溫或高溫下工作的焊件，應(yīng)選擇能保證低溫或高溫力學(xué)性能的焊條?！隼?2CrMo在400℃下工作，應(yīng)選R207，而不能選J507。

16MnDR在-40℃下工作，焊接應(yīng)選J507RH（-40℃），而不能用J507、J507Mo、J507H等焊條（-30℃）。（3）考慮焊件的復(fù)雜程度和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊接接頭型式等：

①形狀復(fù)雜或大厚度的焊件，由于其焊縫金屬在冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋。因此，必須采用抗裂性好的焊條，如低氫型焊條，和高韌性焊條。

②對(duì)于某些坡口較小的接頭，或?qū)Ω亢竿缚刂茋?yán)格的接頭，應(yīng)選用具有較大熔深或熔透能力的焊條。■例：長(zhǎng)輸管線用鋼X42焊接，為保證根部焊透又不至于有過(guò)大的焊瘤，常采用纖維素型焊條E6010進(jìn)行向下立焊操作。

③難以清理干凈的部位，就應(yīng)考慮選用氧化性強(qiáng)，容易脫渣，對(duì)鐵銹、氧化皮和油污反應(yīng)不敏感的酸性焊條，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。（4）考慮焊縫的空間位置：①對(duì)于仰焊、立焊縫較多的焊件，應(yīng)選用鈦鈣型、鈦型、低氫型或鈦鐵礦型的全位置焊條。②焊接部位所處的位置不能翻轉(zhuǎn)時(shí)，必須選擇能進(jìn)行全位置焊接的焊條。（5）考慮施焊工作條件：①?zèng)]有直流焊機(jī)的場(chǎng)合，應(yīng)選用交直流兩用的焊條。②某些鋼材（如珠光體耐熱鋼）需進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，但受設(shè)備條件限制或本身結(jié)構(gòu)限制而不能進(jìn)行時(shí)，應(yīng)選用與母材金屬化學(xué)成分不同的焊條（如奧氏體不銹鋼焊條），可以免進(jìn)行焊后熱處理。③應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，如野外操作、焊接工作環(huán)境等來(lái)合理選用焊條。（6）考慮改善焊接操作環(huán)境和保證工人身體健康：①盡量選用發(fā)塵量小、產(chǎn)生有害氣體少的焊條。②由于堿性焊條對(duì)操作技術(shù)及施工準(zhǔn)備要求高，故應(yīng)盡量采用酸性焊條。③盡量采用低塵低毒焊條。（7）考慮焊接的經(jīng)濟(jì)性：①在保證使用性能的前提下，盡量選用價(jià)格低廉的焊條，如鈦鐵礦型焊條（×××3型）。②對(duì)性能有不同要求的主次焊縫，可采用不同焊條，不要片面追求焊條的全面性能。8、考慮焊接效率：①對(duì)焊接工作量大的結(jié)構(gòu)，盡量采用高效率焊條，如鐵粉焊條、高效率不銹鋼焊條、重力焊條、底層焊條、立向下焊條之類的專用焊條。②