第4章

焊接材料

4.1焊條4.1.1焊條組成、分類及型號一.焊條的組成焊條是涂有藥皮的供焊條電弧焊用的熔化電極，它由藥皮和焊芯兩部分組成。第四章焊接材料圖4－1焊條的組成及部分名稱1．焊芯（1）作用（2）焊芯的規格尺寸焊芯的長度和直徑也就是焊條的長度和和直徑，是根據焊芯材質、藥皮組成、方便使用、材料利用和生產效率等因素確定。（3）焊芯的化學成分焊芯的長度和直徑也就是焊條的長度和和直徑，是根據焊芯材質、藥皮組成、方便使用、材料利用和生產效率等因素確定。2．藥皮藥皮又稱涂料，是焊條中壓涂在焊芯表面上的涂覆層。它是由礦石、鐵合金、純金屬、化工物料和有機物的粉末混合均勻后粘結到焊芯上的。藥皮的作用：保護冶金處理改善焊接工藝性能藥皮的分類：穩弧劑

造渣劑造氣劑

脫氧劑合金劑

增塑劑黏結劑二.對焊條的基本要求（1）滿足接頭的使用性能要求（2）滿足焊接工藝性能要求（3）自身具有好的內外質量

（4）低的制造成本三.焊條的分類1．按用途分類2．按熔渣性質分類（1）酸性焊條（2）堿性焊條3．按藥皮主要成分分類4．按焊條性能特征分類四、焊條型號與牌號的編制方法1．焊條型號2．焊條牌號4.1.2焊條的主要性能、用途及其選用一.焊條的主要性能和用途表4-10典型結構鋼焊條的主要性能及用途牌號型號藥皮類型電源種類主要力學性能（≥）主要用途σb/MPaσS/MPaδ5（%）Akv/JJ422E4303鈦鈣型交、直流4203302227（）焊接較重要的低碳鋼和同等強度的低合金鋼J507E5015低氫鈉型直流40027（－）用于中碳鋼及Q235（16Mn、09Mn2Si、09Mn2V）等低合金鋼重要產品焊接二.典型焊條的冶金性能分析焊條的冶金性能主要是指脫氧、去氫、脫硫、摻合金、抗氣孔及抗裂紋的能力等。1．鈦鈣型焊條的冶金性能（1）氧化和脫氧能力鐵的氧化、碳的氧化、錳脫氧、硅脫氧（2）合金化鈦鈣型焊條具有相當強的由熔渣向焊縫里過渡硅的能力，保證焊縫所必須的硅。由于熔渣酸度大，氧化性強，故錳的過渡系數很小。（3）去氫（4）脫硫、脫磷必須嚴格限制藥皮材料和焊芯中的硫、磷含量，才能把硫、磷控制在規定數量以下。（5）抗氣孔能力鈦鈣型焊條抗氣孔的能力較強。（6）抗裂紋能力不宜焊接含硫或碳較高的鋼材或偏析嚴重的鋼材。2．低氫型焊條的冶金性能（1）脫氧脫氧能力較強（2）合金化熔敷金屬中錳和硅的含量有較大幅度提高。（3）去氫低氫型焊條熔敷金屬中含擴散氫量是很低的（4）脫硫、脫磷脫硫能力比鈦鈣型焊條強，熔敷金屬的含硫量低于焊芯。（5）抗氣孔能力低氫鈉型焊條對氣孔比較敏感。（6）抗裂紋能力低氫鈉型焊條抗熱裂紋、冷裂紋能力都較強。三.焊條的選用選用依據選

用

要

點力學性能和化學成分（1）對于普通結構鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強度，應選用熔敷金屬抗拉強度等于或稍高于母材的焊條（2）對于合金結構鋼，主要要求焊縫金屬力學性能與母材匹配，有時還要求合金成分與母材相同或接近（3）在被焊結構剛性大、接頭應力高、焊縫容易產生裂紋的不利情況下，可考慮選用與母材強度低一級的焊條（4）當母材中碳及硫、磷等元素的含量偏高時，焊縫容易產生裂紋，應選用抗裂性能好的低氫焊條焊件的使用性能和工作條件要求（1）對于承受動載荷和沖擊載荷的焊件，除滿足強度要求外，主要應保證焊縫金屬具有較高的沖擊韌度和塑性，可選用塑性荷韌性指標較高的低氫焊條（2）接觸腐蝕介質的焊條，應根據介質的性質及腐蝕特征選用不銹鋼類焊條或其他耐腐蝕焊條（3）在高溫或低溫條件下工作的焊件，應選用相應的耐熱鋼和低溫鋼焊條焊件的結構特點和受力狀態（1）對結構形狀復雜、剛性大及大厚度焊件，由于焊接過程中容易產生很大的應力，容易使焊縫產生裂紋，應選用抗裂性能荷的低氫焊條（2）對焊接部位難以清理干凈的焊件，應選用氧化性強，對鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條（3）對受條件限制不能翻轉的焊件，有些焊縫處于非平焊位置，應選用全位置焊接用的焊條施工條件及設備（1）在沒有直流電源，而焊接結構又要求必須使用低氫焊條的場合，應選用交直流兩用低氫焊條（2）在狹小或通風條件差的場合，選用酸性焊條或低塵低毒焊條操作工藝性能在滿足產品性能要求的條件下，盡量選用工藝性能好的酸性焊條經濟效益在滿足使用性能和操作工藝性的條件下，盡量選用成本低、效率高的焊條四.焊條的管理1．倉庫中的管理2．施工中的管理3．對存期長的焊條處理4.2焊絲與焊劑4.2.1焊絲一、焊絲的作用與分類1、作用填充金屬或同時用來傳導焊接電流。2、分類實心焊絲藥芯焊絲二、實心鋼焊絲1．實心焊絲的牌號及其成分（1）鋼焊絲的牌號及其化學成分H

08

Mn2

Si

A

高級優質[w(S)、w(P)均≤0.030％]w(Si)≤0.1％w(Mn)約為2％w(C)約0.08％焊接用實芯焊絲（2）氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲的型號及化學成分ER

55-D2-Ti

焊絲中含有Ti元素焊絲成分分類代號熔敷金屬抗拉強度最低值為550MPa表示氣體保護電弧焊用的焊絲三.藥芯焊絲1．藥芯焊絲的特點優點：（1）對各種鋼材的焊接，適用性強（2）工藝性能好，焊縫成形美觀（3）熔敷速度快，生產效率高（4）可用較大焊接電流進行全位置焊接。缺點：1）焊絲制造過程復雜。2）焊接時，送絲較實心焊絲困難。3）焊絲外表容易銹蝕，粉劑易吸潮，因此對藥芯焊絲保存與管理的要求更為嚴格。2．藥芯焊絲的種類及其焊接特性（1）按焊絲結構分無縫焊絲和有縫焊絲圖4-2

有縫藥芯焊絲的截面形狀（2）按保護方式分藥芯焊絲有外加保護和自保護之分（3）按藥芯性質分如果粉劑中不含造渣劑，則稱無造渣劑藥芯焊絲，又稱“金屬粉”型藥芯焊絲。如果含有造渣劑，則稱有造渣劑藥芯焊絲或“粉劑”型藥芯焊絲。3．藥芯焊絲型號與牌號（1）藥芯焊絲型號由焊絲類型代號和焊縫金屬力學性能兩部分組成（2）藥芯焊絲的牌號以字母“Y”表示藥芯焊絲，第2個字母及其后的3位數字玉焊條牌號編制方法相同。4.2.2焊劑一.焊劑的作用及分類1．焊劑的作用與藥皮作用相似2．焊劑的分類（1）按制造方法分類1）熔煉焊劑熔煉焊劑是將一定比例的各種配料放在爐內熔煉，然后經水冷粒化、烘干、篩選而制成的一種焊劑。2）非熔煉焊劑焊劑所用粉狀配料不經熔煉，而是加入粘結劑后經造粒和焙燒而成。按焙燒溫度不同又分粘法焊劑和燒結焊劑兩類。熔煉焊劑與非熔煉焊劑主要性能比較比較項目熔煉焊劑非熔煉焊劑一般特點焊劑熔點低，松裝密度較大（1.0～1/cm3）,顆粒不規則，但生產中耗電多，成本高，焊接時焊劑消耗量較小。焊劑熔點高，松裝密度較小（1.0～1/cm3），顆粒圓滑呈球狀（可用管道輸送，回收時阻力小），但強度低，可連續生產，成本低，焊接時焊焊劑消耗量較大焊接工藝性能高速焊接性能焊道均勻，不易產生氣孔和夾渣焊道無光澤，易產生氣孔和夾渣大工藝參數焊接性能焊道凸凹顯著，易粘渣焊道均勻，易脫渣吸潮性能比較小，使用前可不必再烘干較大，使用前必須再烘干抗銹性能比較敏感不敏感焊縫性能韌性受焊絲成分和焊劑堿度影響大比較容易得到高韌性成分波動焊接參數變化時成分波動小，均勻焊接參數變化時焊劑熔化不同，成分波動較大，不易均勻多層焊接性焊縫金屬的成分變動小焊縫金屬成分變動較大脫氧能力較差較好合金劑的添加幾乎不可能容易（2）按化學成分分類有一種是按主要成分SiO2、MnO和CaF2單獨的或組合的含量來分類。另一種是按焊劑所屬的渣系來分類。（3）按焊劑（熔渣）的化學性質分類1）按堿度分類①酸性焊劑②中性焊劑③堿性焊劑2）按活度分類高活性焊劑、活性焊劑、低活性焊劑和惰性焊劑。（4）按用途分類1）焊接方法分：埋弧焊用焊劑、堆焊用焊劑和電渣焊用焊劑2）被焊金屬材料分用碳鋼用焊劑、低合金鋼用焊劑、不銹鋼用焊劑和各種非鋼鐵用焊劑等。二.焊劑的型號與牌號1．焊劑的型號表示焊絲牌號表示熔敷金屬沖擊吸收功不小于27J時的最低試驗溫度（見表4-17）表示試件的熱處理狀態（見表4-16）表示焊絲—焊劑組合的熔敷金屬抗拉強度的最小值（表4-15）表示焊劑F

X1

X2

X3

–H×××2．焊劑的牌號（1）熔煉焊劑（2）非熔煉焊劑用漢語拼音字母“SJ”表示埋弧焊用燒結焊劑，后面第一位數字表示焊劑熔渣渣系。焊劑牌號編號，按0，1，……9排列焊劑類型（SiO2和CaF2含量，見表4-19）焊劑類型（MnO含量，見表4-18）埋弧焊及電渣焊用熔煉焊劑HJ

X1

X2

X3

三、對焊劑的要求1．應具有良好的冶金性能2．應具有良好的工藝性能四、焊劑的選用1、必須與選擇焊絲同時進行。2、埋弧焊用的焊劑和焊絲，根據被焊金屬材料及對焊縫金屬的性能要求加以選擇。3、結構鋼要選用與母材強度匹配的焊絲。4、耐熱鋼，不銹鋼，要與母材成分相同。4.3保護氣體及鎢極4.3.1保護氣體一.保護氣體的物理性能氣體名稱ArHeH2N2CO2O2分子量39.9484.00262.0159428.013444.01132.00正常沸點（℃）-185.88-268.94-252.89-195.81-78.51-182密度﹡（kg/m3）1.6560.16670.08411.1611.8331.42比體積﹡（m3/kg）0.60395.99911.890.86130.5405—比密度﹡（空氣為1）1.3800.13890.07000.96761.5271.105比熱容﹡（壓力為常數）（J/kg·k）521.3519214901041846.9—比熱容﹡（容積為常數）（J/kg·k）312.338611077742.2653.4—電離電位（ev）15.76024.587615.4315.5813.7713.6解離能（ev）——4.49.85.5—壓力0.1MPa時的露點（℃）-50以下-50以下-50以下-50以下-35以下-35以下二、保護氣體的化學性能氣體主要化學性能在焊接中的應用氬（Ar）無色無味單原子的惰性氣體，化學性質很不活潑，常溫和高溫下不與其他元素起化學作用，也不溶于金屬在氬弧焊、等離子弧焊、熱切割中作保護氣體，起機械保護作用。用于焊接與切割易氧化的金屬氦（He）無色無味單原子的惰性氣體，化學性質很不活潑，常溫和高溫下不與其他元素起化學作用，也不溶于金屬用途與氬氣相同。由于價格昂貴，僅利用其電弧溫度高，熱量集中的特點，用于厚板，高熱導率或高熔點的金屬、熱敏感材料和高速焊接。與Ar混合使用改善電弧特性氫（H2）無色無臭，可燃，常溫時不活潑，高溫時十分活潑，可作為金屬礦和氧化物的還原劑。焊接時能大量溶入液態金屬，冷卻時析出，易形成氣孔氫原子焊時，作為還原性保護氣體；爐內釬焊時，也作還原性保護氣體；加入少量與Ar混合，提高氬弧熱功率，增加熔深，提高焊接速度氮（N2）化學性質不活潑，加熱能于鋰、鎂、鈦等化合，高溫時與氧、氫直接化合。焊接時熔入液態金屬起有害作用。對銅基本不起反應，可作為保護氣體氮弧焊時用氮作保護氣體，可焊接銅和不銹鋼。氮也常用于等離子切割，作為工作氣體和外層保護氣體；爐內釬焊銅及其合金時作保護氣體二氧化碳（CO2）化學性質穩定，不燃燒，不助燃，在高溫時能分解為CO和O2對金屬有一定氧化性。能液化，液態CO2蒸發時吸收大量熱。能凝固成固態CO2即干冰焊接時配合含脫氧元素的焊絲，可作為保護氣體，如CO2氣體保護焊。與O2或Ar混合的氣體保護電弧焊，可改善焊接工藝性能，減少飛濺，穩定電弧等氧（O2）無色氣體，助燃，在高溫下很活潑，與多種元素直接化合。焊接時，氧進入熔池氧化金屬元素，起有害作用在氣焊氣割中起助燃，獲取高溫火焰。在焊接中與氬、CO2等按比例混合，可進行混合氣體保護焊，改善熔滴過渡和其他工藝性能三、保護氣體在焊接過程中的工藝特點保護氣體種類保護氣體成分（體積分數）弧柱電位剃度電弧穩定性金屬過渡特性化學性能焊縫熔深形狀加熱特性Ar純度99.995％低好滿意—蘑菇形—He純度99.99％高滿意滿意—扁平形對焊件熱輸入比Ar高N2純度99.99％高差差會在鋼中產生氣孔和氮化物扁平形—CO2純度99.99％高滿意滿意有些飛濺強氧化性扁平形熔深較大—Ar＋HeAr＋≤75％He中等好好—扁平形熔深較大—Ar＋H2Ar＋（5～15）％H2中等好—還原性，H2>5％會產生氣孔熔深較大對焊件熱輸入比Ar高Ar＋Ar＋5％CO2低至中等好好弱氧化性扁平形熔深較大（改善焊縫成形）—Ar＋20％CO2中等氧化性Ar＋O2Ar＋（1～5）％O2低好好弱氧化性蘑菇形熔深較大（改善焊縫成形）—Ar＋CO2＋O2Ar＋20％CO2＋5％O2中等好好中等氧化性扁平形熔深較大（改善焊縫成形）—CO2＋O2CO2＋≤20％O2高稍差滿意強氧化性扁平形，熔深大—4.3.2焊接用保護氣體要求及其選用一、保護氣體的技術要求氣

體純度要求不小于（體積分數）容器涂色標記氬（Ar）焊接銅及銅合金、鉻鎳不銹鋼

99.7％焊接鋁、鎂及其合金、耐熱鋼

99.9％焊接鈦及其合金、難熔金屬

99.98％藍灰色氧（O2）99.2％天藍色氫（H2）99.5％深綠色氮（N2）99.7％黑色二氧化碳（CO2）99.5％黑色二、保護氣體的選用1．按焊接方法當有多種氣體可供選用時，首先應根據每種氣體的冶金特性和工藝特性選擇最能滿足接頭質量要求的保護氣體。在同樣能滿足接頭質量的前提下，選用來源容易，價格便宜的氣體。2．按被焊金屬不同的金屬選擇不同的氣體3．