焊接材料

1、1.2 焊接材料,學習目標：能夠正確選擇和使用碳鋼焊條。,一、焊條的組成及分類,1．焊條的組成及作用 焊條電弧焊中使用的涂有藥皮的熔化電極稱為焊條。它是由焊芯和藥皮兩部分組成。 (1)焊芯焊條中被藥皮包覆的金屬芯叫焊芯。焊芯的作用是在焊接時傳導電流產(chǎn)生電弧并熔化。成為焊縫的填充金屬。為保證焊縫的質(zhì)量，對焊芯的質(zhì)量要求很高。焊芯金屬的各合金元素的含量有一定的限制，以保證在焊后焊縫各方面的性能不低于基本金屬。焊芯的質(zhì)量應符

2、合國家標準GB／T 14957—94《熔化焊用鋼絲》的要求。,,平常所說的焊條直徑實際是指焊芯的直徑。焊芯的規(guī)格見表1-1, 焊芯直徑、焊芯材料的不同，決定了焊條允許通過的電流密度不同。焊芯的長度也有一定的限制。,表1-1 焊條尺寸規(guī)格,,(2)藥皮,壓涂在焊芯表面上的涂料層叫藥皮。其主要作用如下： 1)提高焊接電弧的穩(wěn)定性 電弧焊的根本問題是穩(wěn)定電弧，維持電弧的連續(xù)燃燒。由于焊條藥皮中加入了電離電位低的物質(zhì)(如鉀、鈉、鈣等

3、)，因此能提高電弧的穩(wěn)定性。 2)保護熔化金屬不受外界空氣的影響 焊接時，藥皮對熔化金屬的保護作用有兩種形式：一是氣體保護；二是熔渣保護。①氣體保護是指藥皮里的有機物及某些碳酸鹽無機物在電弧高溫作用下產(chǎn)生大量的中性或還原性氣體籠罩著電弧區(qū)和熔池，在電弧區(qū)和熔池周圍形成一個很好的保護層，防止空氣侵入，以達到保護熔敷金屬的目的。,(2)藥皮,②熔渣保護是指焊接過程中，藥皮中的某些物質(zhì)被電弧高溫熔化，形成一層熔點低、黏度適中、密度

4、輕的熔渣，覆蓋在焊道表面，可避免熔敷金屬和空氣的直接接觸，防止焊道氧化。并使焊縫金屬緩慢冷卻，有益于焊縫金屬中氣體的逸出，減少了產(chǎn)生氣孔的可能性。 3)脫氧精煉焊接過程中，雖然對焊縫金屬彩取了保護，但仍會混入一些氧、氮、硫、磷等有害雜質(zhì)，需要進一步去除雜質(zhì)。藥皮中的某些合金元素具有強烈的脫氧、脫氮、脫硫、脫磷等精煉作用，可使焊縫中的有害元素降到最小程度。4)添加合金提高焊縫性能在焊接過程中，用藥皮添加合金有兩個目的：一是為了補

5、償焊芯中合金元素的燒損，在藥皮中加入適當?shù)暮辖疬^渡到焊縫中去；另一個是完全依靠藥皮中的合金元素過渡達到焊縫中所需成分的目的，以提高焊縫的性能。 5)改善焊接工藝性能藥皮在焊接時形成喇叭狀套管，使電弧熱量集中，并可減少飛濺，有利于熔滴向熔池過渡，提高了熔敷系數(shù)。適當調(diào)整藥皮的黏度、熔點和密度能用于各種空間位置的施焊。同時熔化后的熔渣還起美觀焊縫的作用。合理地配制藥皮成分，還能改善熔渣的脫渣性和減小發(fā)塵量等。,2．焊條的分類及型號,

6、(1)焊條的分類1)按焊條的用途分類：碳鋼焊條……2)按焊條藥皮熔化后的熔渣特性分類：①酸性焊條 其熔渣的成分主要是酸性氧化物。這類焊條的優(yōu)點是工藝性好，容易引弧，并且電弧穩(wěn)定，飛濺小，脫渣性好，焊縫成型美觀，容易掌握施焊技術。因熔渣含有大量酸性氧化物，焊接時易放出氧，因而對工件上的鐵銹、油等污物不敏感，焊接時產(chǎn)生的有害氣體少。酸性焊條可用交流、直流焊接電源，適用于各種位置的焊接，焊前焊條的烘干溫度較低。 酸性焊

7、條的缺點是焊縫金屬的力學性能差，尤其是焊縫金屬的塑性和韌性均低于堿性焊條形成的焊縫。酸性焊條的另一主要缺點是抗裂紋性能不好，主要是酸性焊條藥皮氧化性強，使合金元素燒損較多，以及焊縫金屬含硫量和擴散氫含量較高。由于上述缺點，酸性焊條僅適用于一般低碳鋼和強度等級較低的普通低合金鋼結(jié)構鋼的焊接，而不用于焊接低合金鋼。,②堿性焊條,其熔渣的成分主要是堿性氧化物和鐵合金。這類焊條的優(yōu)點是焊縫中含氧量較少，合金元素很少氧化，焊縫金屬合金化效

8、果好。堿性焊條藥皮中堿性氧化物較多，故脫氧、脫硫、脫磷的能力比酸性焊條強。此外，藥皮中的螢石有較好的去氫能力，故焊縫中含氫量低。使用堿性焊條，焊縫金屬的塑性、韌性和抗裂性都比酸性焊條高，所以這類焊條適用于合金鋼和重要的碳鋼結(jié)構焊接。 堿性焊條的主要缺點是工藝性差，對油、銹及水分等敏感性。焊接時工藝不當，容易產(chǎn)生氣孔。因此，除了焊前要嚴格烘干焊條并且仔細清理焊件坡口外，在施焊時應始終保持短弧操作。堿性焊條電弧穩(wěn)定性差，不加穩(wěn)弧劑時

9、只能采用直流電源焊接。在深坡口焊接中，脫渣性不好。焊接時產(chǎn)生的灰塵量較多，使用時應注意保持焊接場所通風和防塵保護，以免影響人體健康。,(2)焊條型號的表示方法,碳鋼焊條型號是以國家標準《碳鋼焊條》(GB／T 5117-1995)為依據(jù)，規(guī)定焊條的表示方法。碳鋼焊條型號根據(jù)熔敷金屬的力學性能、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類來劃分的。具體方法如下： 1)字母“E”表示焊條。 2)前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為MPa

10、。 3)第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置?！?”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平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊。,,4)第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類和藥皮類型。 5)第四位數(shù)字后附加“R”表示耐吸潮焊條；附加“M”表示耐吸潮和力學性能有特殊規(guī)定的焊條，附加“-1”表示沖擊性能有特殊規(guī)定的焊條。,,,(3)焊條型號與牌號的關系 1)焊條牌號的表示方法

11、碳鋼焊條的牌號是依據(jù)原國家機械工業(yè)委員會編制。《焊接材料產(chǎn)品樣本》中的規(guī)定來表示的。碳鋼焊條是根據(jù)熔敷金屬的抗拉強度、藥皮類型和電流種類來劃分的，具體方法如下： ①字母“J”或漢字“結(jié)”表示結(jié)構鋼焊條； ②前兩位數(shù)字表示熔敷金屬的抗拉強度的最小值，單位為MPa； ③第三位數(shù)字表示焊接電流種類和藥皮類型。,,2)型號與牌號的對照,常用碳鋼焊條的型號與牌號的對照以及用途見表1-2，以便選用。,表1-2常用碳鋼焊條的型號與牌號的對

12、照以及用途,二、碳鋼焊條的選擇和使用,1．碳鋼焊條的選用原則 對于碳鋼和某些低合金鋼來說，在選用焊條時應注意以下一些原則： (1)等強度原則 碳鋼和某些低合金鋼焊條的選擇，一般是按焊縫與母材等強度的原則選用，但是要注意以下問題： 1)一般鋼材按屈服點來確定等級(如Q235)，而碳鋼焊條是按熔敷金屬抗拉強度的最低值來定強度等級的，因此不能混淆，應按照母材的抗拉強度等級來選擇抗拉強度等級相同的焊條。

13、2)對于強度級別較低的鋼材，基本上是按等強度原則。但對于焊接結(jié)構剛性大、受力情況復雜的工件，選用焊條時，應考慮焊縫塑性，可選用比母材低一級抗拉強度的焊條。 (2)酸性焊條和堿性焊條的選用 在焊條的抗拉強度等級確定后，再決定選用酸性焊條或堿性焊條時，一般要考慮以下幾方面的因素：,(2)酸性焊條和堿性焊條的選用,1)當接頭坡口表面難以清理干凈時，應采用氧化性強、對鐵銹、油污等不敏感的酸性焊條。2)在容器內(nèi)部或通風條件較差的

14、條件下，應選用焊接時析出有害氣體少的酸性焊條。3)當母材中碳、硫、磷等元素含量較高時，且焊件形狀復雜、結(jié)構剛性大和厚度大時，應選用抗裂性好的堿性低氫型焊條。4)當焊件承受振動載荷或沖擊載荷時，除保證抗拉強度外，應選用塑性和韌性較好的堿性焊條。 5)在酸性焊條和堿性焊條均能滿足性能要求的前提下，應盡量選用工藝性能較好的酸性焊條。,(3)焊條的焊接位置,(3)焊條的焊接位置 焊接部位為空間任意位置時，必須選用能進行全位置

15、焊接的焊條，焊接部位始終是向下立焊時，可以選用專門向下立焊的焊條或其他專門焊條。對于一些要求高生產(chǎn)率的焊件時，可選用高效的鐵粉焊條。,2．碳鋼焊條的使用,2．碳鋼焊條的使用 為了保證焊縫的質(zhì)量，碳鋼焊條在使用前須對焊條的外觀進行檢查以及烘干處理。(1)焊條的外觀檢查 對焊條進行外觀檢查是為了避免由于使用了不合格的焊條，而造成焊縫質(zhì)量的不合格。外觀檢查包括： 1)偏心是指焊條藥皮沿焊芯直徑方向偏心的程度，如圖1

16、-1所示。焊條若偏心，則表明焊條沿焊芯直徑方向的藥皮厚度有差異。這樣，焊接時焊條藥皮熔化速度不同，無法形成正常的套筒，因而在焊接時產(chǎn)生電弧的偏吹，使電弧不穩(wěn)定，造成母材熔化不均勻，影響焊縫質(zhì)量。因此應盡量不使用偏心的焊條。 焊條的偏心度可用下式計算：,,,式中 T1--焊條斷面藥皮最大厚度+焊芯直徑，mm； T2--同一斷面藥皮層最小厚度+焊芯直徑，mm。 根據(jù)國家標準的規(guī)定： ①直徑不大于2．5 mm

17、焊條，偏心度不應大于7％； ②直徑為3．2 mm和4 mm焊條，偏心度不應大于5％； ③直徑不小于5 mm焊條，偏心度不應大于4％。,,2)銹蝕是指焊條芯是否有銹蝕的現(xiàn)象。一般來說，若焊芯僅有輕微的銹跡，基本上不影響性能。但是如果焊接質(zhì)量要求高時，就不宜使用。若焊條銹跡嚴重就不宜使用，至少也應降級使用或只能用于一般結(jié)構件的焊接。 3)藥皮裂紋及脫落藥皮在焊接過程中是起著很重要的作用，如果藥皮出現(xiàn)裂紋甚至脫落，則直接影響

18、焊縫質(zhì)量。因此，對于藥皮脫落的焊條，則不應使用。,(2)焊條的烘干,(2)焊條的烘干1)烘干目的在焊條出廠時，所有的焊條都有一定的含水量，它根據(jù)焊條的型號不同而不同。焊條出廠時具有含水量是正常的，對焊縫質(zhì)量沒有影響。但是焊條在存放時會從空氣中吸收水分，在相對濕度較高時，焊條涂料吸收水分很快。普通堿性焊條裸露在外面一天，受潮就很嚴重。受潮的焊條在使用中是很不利的，不僅會使焊接工藝性能變壞，而且也影響焊接質(zhì)量，容易產(chǎn)生氫致裂紋、氣孔等缺陷

19、，造成電弧不穩(wěn)定、飛濺增多、煙塵增大等不利影響。 因此，焊條(特別是低氫型堿性焊條)在使用前必須烘干。,,2)烘干溫度不同焊條品種要求不同的烘干溫度和保溫時間。在各種焊條的說明書中對此均作了規(guī)定，這里介紹通常情況下，碳鋼焊條的再烘干溫度和時間。 ①酸性焊條 酸性焊條藥皮中，一般均有含結(jié)晶水的物質(zhì)和有機物，再烘干時，應以除去藥皮中的吸附水，而不使有機物分解變質(zhì)為原則。因此，烘干溫度不能太高，一般規(guī)定為75～150℃，保溫1～

20、2 h。 ②堿性焊條 由于堿性焊條在空氣中極易吸潮，而且在藥皮中沒有有機物，在烘干時更需去掉藥皮中礦物質(zhì)中的結(jié)晶水。因此烘干溫度要求較高，一般需350～400℃，保溫1～2 h。,3)烘干方法及要求,3)烘干方法及要求 ①焊條烘干應放在正規(guī)的遠紅外線烘干箱內(nèi)進行烘干，不能在爐子上烘烤，也不能用氣焊火焰直接燒烤。 ②烘干焊條時，禁止將焊條直接放進高溫爐內(nèi)，或從高溫爐中突然取出冷卻，以防止焊條因驟冷驟熱而產(chǎn)生藥皮開裂

21、脫落。應緩慢加熱、保溫、緩慢冷卻。經(jīng)烘干的堿性焊條最好放入另一個溫度控制在80～100 ℃的低溫烘箱內(nèi)存放，隨用隨取。 ③烘干焊條時，焊條不應成垛或成捆地堆放，應鋪成層狀，φ4 mm焊條不超過三層，φ3．2 mm焊條不超過五層。否則，焊條疊起太厚造成溫度不均勻，局部過熱而使藥皮脫落，而且也不利于潮氣排除。,,④焊接重要產(chǎn)品時，每個焊工應配備一個焊條保溫筒，施焊時，將烘干的焊條放入保溫筒內(nèi)。筒內(nèi)溫度保持在50～60 ℃ ，還可放入一些硅

22、膠，以免焊條再次受潮。 ⑤焊條烘干一般可重復兩次。據(jù)有關資料介紹，對于酸性焊條的碳鋼焊條重復烘干次數(shù)可以達到五次，但對于酸性焊條中的纖維素型焊條以及低氫型的堿性焊條，則重復烘干次數(shù)不宜超過三次。,,3．碳鋼焊條的保管 焊條管理的好壞對焊接質(zhì)量有直接的影響。因此，焊條的儲存、保管也是很重要的。 (1)各類焊條必須分類、分型號存放，避免混淆。 (2)焊條必須存放在通風良好、干燥的庫房內(nèi)。重要焊接工程使用的焊條