焊接材料

1、1.2 焊接材料,學(xué)習(xí)目標(biāo)：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(shí)傳導(dǎo)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(duì)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(yīng)符

2、合國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 14957—94《熔化焊用鋼絲》的要求。,,平常所說的焊條直徑實(shí)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(hù)熔化金屬不受外界空氣的影響 焊接時(shí)，藥皮對(duì)熔化金屬的保護(hù)作用有兩種形式：一是氣體保護(hù)；二是熔渣保護(hù)。①氣體保護(hù)是指藥皮里的有機(jī)物及某些碳酸鹽無機(jī)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(gè)很好的保護(hù)層，防止空氣侵入，以達(dá)到保護(hù)熔敷金屬的目的。,(2)藥皮,②熔渣保護(hù)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(diǎn)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(duì)焊縫金屬彩取了保護(hù)，但仍會(huì)混入一些氧、氮、硫、磷等有害雜質(zhì)，需要進(jìn)一步去除雜質(zhì)。藥皮中的某些合金元素具有強(qiáng)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(gè)目的：一是為了補(bǔ)

5、償焊芯中合金元素的燒損，在藥皮中加入適當(dāng)?shù)暮辖疬^渡到焊縫中去；另一個(gè)是完全依靠藥皮中的合金元素過渡達(dá)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(shí)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(dāng)調(diào)整藥皮的黏度、熔點(diǎn)和密度能用于各種空間位置的施焊。同時(shí)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(hào),

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(diǎn)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(shù)。因熔渣含有大量酸性氧化物，焊接時(shí)易放出氧，因而對(duì)工件上的鐵銹、油等污物不敏感，焊接時(shí)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(diǎn)是焊縫金屬的力學(xué)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(diǎn)是抗裂紋性能不好，主要是酸性焊條藥皮氧化性強(qiáng)，使合金元素?zé)龘p較多，以及焊縫金屬含硫量和擴(kuò)散氫含量較高。由于上述缺點(diǎn)，酸性焊條僅適用于一般低碳鋼和強(qiáng)度等級(jí)較低的普通低合金鋼結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(qiáng)。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(gòu)焊接。 堿性焊條的主要缺點(diǎn)是工藝性差，對(duì)油、銹及水分等敏感性。焊接時(shí)工藝不當(dāng)，容易產(chǎn)生氣孔。因此，除了焊前要嚴(yán)格烘干焊條并且仔細(xì)清理焊件坡口外，在施焊時(shí)應(yīng)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(shí)

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(shí)產(chǎn)生的灰塵量較多，使用時(shí)應(yīng)注意保持焊接場所通風(fēng)和防塵保護(hù)，以免影響人體健康。,(2)焊條型號(hào)的表示方法,碳鋼焊條型號(hào)是以國家標(biāo)準(zhǔn)《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(hào)根據(jù)熔敷金屬的力學(xué)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(qiáng)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(shí)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(xué)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(hào)與牌號(hào)的關(guān)系 1)焊條牌號(hào)的表示方法

11、碳鋼焊條的牌號(hào)是依據(jù)原國家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)編制?！逗附硬牧袭a(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(qiáng)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(gòu)鋼焊條； ②前兩位數(shù)字表示熔敷金屬的抗拉強(qiáng)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(hào)與牌號(hào)的對(duì)照,常用碳鋼焊條的型號(hào)與牌號(hào)的對(duì)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(hào)與牌號(hào)的對(duì)

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(duì)于碳鋼和某些低合金鋼來說，在選用焊條時(shí)應(yīng)注意以下一些原則： (1)等強(qiáng)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(qiáng)度的原則選用，但是要注意以下問題： 1)一般鋼材按屈服點(diǎn)來確定等級(jí)(如Q235)，而碳鋼焊條是按熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最低值來定強(qiáng)度等級(jí)的，因此不能混淆，應(yīng)按照母材的抗拉強(qiáng)度等級(jí)來選擇抗拉強(qiáng)度等級(jí)相同的焊條。

13、2)對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較低的鋼材，基本上是按等強(qiáng)度原則。但對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)剛性大、受力情況復(fù)雜的工件，選用焊條時(shí)，應(yīng)考慮焊縫塑性，可選用比母材低一級(jí)抗拉強(qiáng)度的焊條。 (2)酸性焊條和堿性焊條的選用 在焊條的抗拉強(qiáng)度等級(jí)確定后，再?zèng)Q定選用酸性焊條或堿性焊條時(shí)，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(dāng)接頭坡口表面難以清理干凈時(shí)，應(yīng)采用氧化性強(qiáng)、對(duì)鐵銹、油污等不敏感的酸性焊條。2)在容器內(nèi)部或通風(fēng)條件較差的

14、條件下，應(yīng)選用焊接時(shí)析出有害氣體少的酸性焊條。3)當(dāng)母材中碳、硫、磷等元素含量較高時(shí)，且焊件形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)剛性大和厚度大時(shí)，應(yīng)選用抗裂性好的堿性低氫型焊條。4)當(dāng)焊件承受振動(dòng)載荷或沖擊載荷時(shí)，除保證抗拉強(qiáng)度外，應(yīng)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(yīng)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(shí)，必須選用能進(jìn)行全位置

15、焊接的焊條，焊接部位始終是向下立焊時(shí)，可以選用專門向下立焊的焊條或其他專門焊條。對(duì)于一些要求高生產(chǎn)率的焊件時(shí)，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(duì)焊條的外觀進(jìn)行檢查以及烘干處理。(1)焊條的外觀檢查 對(duì)焊條進(jìn)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(shí)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(shí)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(yīng)盡量不使用偏心的焊條。 焊條的偏心度可用下式計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定： ①直徑不大于2．5 mm

17、焊條，偏心度不應(yīng)大于7％； ②直徑為3．2 mm和4 mm焊條，偏心度不應(yīng)大于5％； ③直徑不小于5 mm焊條，偏心度不應(yīng)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(shí)，就不宜使用。若焊條銹跡嚴(yán)重就不宜使用，至少也應(yīng)降級(jí)使用或只能用于一般結(jié)構(gòu)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(duì)于藥皮脫落的焊條，則不應(yīng)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(shí)，所有的焊條都有一定的含水量，它根據(jù)焊條的型號(hào)不同而不同。焊條出廠時(shí)具有含水量是正常的，對(duì)焊縫質(zhì)量沒有影響。但是焊條在存放時(shí)會(huì)從空氣中吸收水分，在相對(duì)濕度較高時(shí)，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(yán)重。受潮的焊條在使用中是很不利的，不僅會(huì)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(shí)間。在各種焊條的說明書中對(duì)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(shí)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(jī)物，再烘干時(shí)，應(yīng)以除去藥皮中的吸附水，而不使有機(jī)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(jī)物，在烘干時(shí)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(yīng)放在正規(guī)的遠(yuǎn)紅外線烘干箱內(nèi)進(jìn)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(shí)，禁止將焊條直接放進(jìn)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(yīng)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(gè)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(shí)，焊條不應(yīng)成垛或成捆地堆放，應(yīng)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(shí)，每個(gè)焊工應(yīng)配備一個(gè)焊條保溫筒，施焊時(shí)，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(fù)兩次。據(jù)有關(guān)資料介紹，對(duì)于酸性焊條的碳鋼焊條重復(fù)烘干次數(shù)可以達(dá)到五次，但對(duì)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(fù)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(duì)焊接質(zhì)量有直接的影響。因此，焊條的儲(chǔ)存、保管也是很重要的。 (1)各類焊條必須分類、分型號(hào)存放，避免混淆。 (2)焊條必須存放在通風(fēng)良好、干燥的庫房內(nèi)。重要焊接工程使用的焊條