第10讲 焊接材料.docx
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第10讲焊接材料
焊接材料简介
焊接材料是焊接时使用的形成熔敷金属的填充材料、保护熔融金属不受氧化氮化的保护材料、协助熔融金属凝固成形的衬垫材料等等。
包括焊条、焊丝、电极、焊剂、气体、衬垫等。
（1）焊条
焊条由焊芯和药皮组成。
手工焊条电弧焊时，焊条焊芯既是电极，又是填充金属。
1）常用焊条类型及其特点
焊条药皮类型主要有6种，其特点如下：
①低氢型焊条：
——药皮主要由碳酸盐及氟化物等碱性物质组成的碱性焊条，可分为低氢钠型（型号为EXX15碱性，只能用直流电源）和低氢钾型（型号为EXX16碱性，也可以是钛型或钛钙型，可交直流两用）两种。
正确使用时，熔敷金属中的扩散氢的含量低，其冲击韧性和塑性较好。
这类焊条熔渣流动性好，焊接工艺性一般，焊波较粗，飞溅稍大，电弧较短，熔深较深，脱渣一般，适于全位置焊接。
一般用直流电源。
是压力容器用得最多的一种焊条。
②钛钙型焊条：
——（型号为EXX03）药皮中含有质量分数为30%以上氧化钛（金红石或钛白粉）及适量的（质量分数＜20%）的钙和镁碳酸盐矿石的酸性焊条。
这类焊条熔渣流动性好，电弧较稳定，熔深一般，脱渣容易，飞溅少，焊波美观，适于全位置焊接，电源可为交直流。
属于钛钙型焊条的还有铁粉钛钙型（型号为EXX23）。
③钛铁矿型焊条：
——（型号为EXX0l）药皮中含有质量分数为30%以上钛铁矿一定量的碳酸盐的酸性焊条。
这类焊条熔渣流动性良好，电弧稍强，熔深较深，烙渣覆盖良好，脱渣容易，飞溅一般，焊波整齐，适于全位置焊接，可交直流两用。
④高钛型焊条：
——药皮中以氧化钛为主要组成物，其质量分数≥35％的酸性焊条，可分为高钛钠型（型号为EXX12）和高钛钾型（型号为EXX13）两种。
这类焊条电弧稳定，引弧容易，熔深较浅、熔渣覆盖良好、焊波美观、脱渣容易、飞溅少，适于全位置焊接，可交直流焊接。
但熔敷金属的塑性和抗裂性较差。
EXX14、EXX24是铁粉钛型焊条，后者比前者铁粉量更多些。
⑤高纤维素型焊条：
——药皮中含有多量有机物的酸性焊条。
可分为高纤维素钠型（型号为EXX10）和高纤维素钾型（型号为EXX11）两种。
纤维素含量约占药皮总量的20%～30%。
这类焊条的纤维素产生大量气体保护熔敷金属，电弧吹力强，熔深深，熔化速度快，脱渣少，飞溅一般，适于全位置焊接，尤其是立焊和仰焊，也可向下焊，可交直流两用。
⑥氧化铁型焊条：
——（型号为EXX20、EXX22，20不适用于薄板焊接，而22适用于薄板焊接）药皮中含有多量氧化铁及二氧化硅组成物的酸性焊条。
这类焊条熔化速度快，焊接生产率高，电弧稳定，引弧容易，熔深较深，飞溅稍多，最适合中厚板平焊，立焊和仰焊的操作性能较差，熔敷金属抗裂性较好，可交直流两用。
2）国产焊条的分类
一般有三种分类方法：
按焊条用途分（即按《焊接材料产品样本》分类）
①结构钢焊条，以“结”字或“J”表示；
②钼和铬钼耐热钢焊条，以“热”字或“R”表示；
③不锈钢焊条，以“铬”和“奥”字或“G”或“A”表示；
④堆焊焊条，以“堆”字或“D”表示；
⑤低温钢焊条，以“温”字或“W”表示；
⑥铸铁焊条，以“铸”字或“Z”表示；
⑦镍及镍合金焊条，以“镍”或“Ni”表示；
⑧铜及铜合金焊条，以“铜”或“T”表示；
⑨铝及铝合金焊条，以“铝”或“L”表；
⑩特殊用途焊条，以“特”或“TS”表示。
按焊条药皮熔化后熔渣性质分：
①酸性焊条；
②碱性焊条。
按药皮的类型分类见表8.2。
表8.2焊条药皮类型
牌号
药皮类型
焊接电源
牌号
药皮类型
焊接电源
××0
不规定的类型
不规定
××5
纤维素型
交流或直流
××1
氧化钛型
交流或直流
××6
低氢型
交流或直流
××2
氧化钛钙型
交流或直流
××7
低氢型
直流
××3
钛铁矿型
交流或直流
××8
石墨型
交流或直流
××4
氧化铁型
交流或直流
××9
盐基型
直流
3）结构钢焊条牌号
结构钢焊条牌号的表示
表8.3结构钢焊条焊缝强度等级
牌号
焊缝金属抗拉强度等级Mpa（kgf/mm2）
焊缝金属屈服强度等级Mpa（kgf/mm2）
J42×
420（43）
330（34）
J50×
490（50）
410（42）
J55×
540（55）
440（450）
J60×
590（60）
530（54）
J70×
690（70）
590（60）
J75×
740（75）
640（65）
J80×
780（80）
690（70）
J85×
830（85）
740（75）
J90×
880（90）
780（80）
J10×
980（100）
880（90）
表8.4焊条特殊用途符号
特殊用途符号
含义
特殊用途符号
含义
G
管道焊接（只有J422G）
RH
高韧性超低氢
X
立向下焊
GH
有较高低温韧性低氢
GM
盖面
Z
重力
R
高韧性
D
底层焊
XG
管子用立向
H
超低氢
GR
低温高韧性
DF
低尘
CuP
焊接铜磷钢用
LMA
耐吸潮
Fe
铁粉焊条
4）钼钢和铬钼耐热钢焊条牌号
钼钢和铬钼耐热钢焊条牌号的表示：
表8.5耐热钢焊条化学成份等级
牌号
焊缝主要化学成份Cr（%）等级
焊缝主要化学成份Mo（%）等级
热1××
——
0.5
热2××
0.5
0.5
热3××
1—2
0.5—1
热4××
2.5
1
热5××
5
0.5
热6××
7
1
热7××
9
1
热8××
11
1
5）不锈钢焊条牌号
不锈钢焊条牌号表示：
表8.6不锈钢焊缝金属化学成份等级
牌号
焊缝金属主要化学成份Cr（%）组成等级
焊缝金属主要化学成份Ni（%）组成等级
G2××
13
G3××
17
——
A0××
（C含量≤0.04%超低碳）
A1××
18
8
A2××
18
12
A3××
25
13
A4××
25
20
A5××
16
25
A6××
15
35
A7××
铬锰氮不锈钢
A8××
18
18
A9××
待发展
6﹚焊条型号和焊条牌号的对应关系
焊条型号是国家标准中规定的焊条编号，牌号是原国家机械工业委员会在“焊接材料产品样本”中统一规定的焊条行业编号。
它们之间差别在于，牌号中没有区别焊接位置的编号。
型号和牌号之间的对应关系见表8.7。
表8.7国标焊条型号与焊条牌号对照
国家标准
焊接材料产品样本
焊条大类﹙按化学成分分﹚
焊条大类﹙按用途分﹚
标准号
名称
代号
类别
名称
代号
字母
汉字
GB5117-95
碳钢焊条
E
1
J
结
GB5118-95
低合金钢焊条
E
1
结构钢焊条
J
结
2
钼和铬钼耐热钢焊条
R
热
3
低温钢焊条
W
温
GB983-85
不锈钢焊条
E
4
不锈钢焊条
G
铬
A
奥
GB984-85
堆焊焊条
ED
5
堆焊焊条
D
堆
——
——
—
6
铸铁焊条
Z
铸
——
——
—
7
镍及镍合金焊条
Ni
镍
GB3670-83
铜及铜合金焊条
TCu
8
铜及铜合金焊条
T
铜
GB3669-83
TAI
9
铝及铝合金焊条
L
铝
——
——
—
10
特殊用途焊条
TS
特殊
7﹚碳钢焊条型号编号方法
表8.8焊条型号关于焊接位置、药皮类型、焊接电流种类的含义
焊条型号
第三位数字代表的
焊接位置
第三、第四位数字组合代表的
药皮类型
焊接电流种类
E××00
各种位置
﹙平、立、横、仰﹚
特殊型
交流、直流正、反接
E××01
钛铁矿型
E××03
钛钙型
E××10
高纤维素型
直流反接
E××11
高纤维素钾型
交流或直流反接
E××12
高钛钠型
交流或直流正接
E××13
高钛钾型
交流或直流正、反接
E××14
铁粉钛型
交流或直流正、反接
E××15
低氢钠型
直接反接
E××16
低氢钾型
交流或直流反接
E××18
铁粉低氢型
交流或直流反接
E××20
平角焊
氧化铁型
交流或直流反接
E××22
平
交流或直流正、反接
E××23
平、平角焊
铁粉钛钙型
交流或直流正、反接
E××24
铁粉钛型
交流或直流正、反接
E××27
铁粉氧化铁型
交流或直流正接
E××28
铁粉低氧型
E××48
平、立、仰、立向下
铁粉低氢型
交流或直流反接
8﹚不锈钢焊条型号表示方法
不锈钢焊条型号表示方法与碳钢焊条的表示方法基本一样，不同的是“E”后面的一组数字不是表示强度，而是表示不锈钢的化学成分。
常用不锈钢焊条型号GB/T983-1995与GB983-1985的对照表如下：
表8.9不锈钢焊条型号新旧标准对照
GB/T983-1995
GB983-1985
GB/T983-1995
GB983-1985
E308
E019-10
E310
E2-26-21
E308L
E00-19-10
E316
E0-18-12MO2
E309
E1-23-13
E316L
E00-18-12MO2
E309L
E00-23-13
E347
E019-10Nb
﹙2﹚焊丝
1﹚焊丝的种类
实心焊丝是从金属线材直接拉拔而成的焊丝。
药芯焊丝是将薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管的同时，在其中填满一定成份的药粉，经拉制而成的焊丝。
2﹚实芯焊丝牌号编制方法
3﹚药芯焊丝牌号编制方法
表8.10药芯焊丝牌号中保护方法的含义
牌号
焊接时的保护方法
YJ××—1
气保护
YJ××—2
自保护
YJ××—3
气保护自保护两用
YJ××—4
其它保护形式
﹙3﹚钨极
钨极和焊条或埋弧焊、电渣焊、熔化极气体保护的焊丝都是电极，但它是不熔化为填充金属的电极。
钨的熔点为3410℃，沸点为5900℃，是常见金属中最高的，因而是不熔极电弧的最合适的电极材料。
钨极有纯钨、钍钨、铈钨三种。
纯钨极电子逸出功大，电子发射能力差，要求空载电压高，承载电流能力小，目前基本不用。
钍钨极加入氧化钍可降低电子逸出功，提高电子发射能力，可降低空载电压，改善引弧性能和稳弧性能，增大电流许用范围。
但有微量放射性。
牌号有WHh-10﹙含ThO21.0%~1.5%﹚和WHh-15﹙含ThO21.5%~2.0%﹚
铈钨极加入少量氧化铈，比钍钨极更易引弧，电弧损耗更少，放射性剂量也低得多，是目前应用最多的钨极。
牌号为Wce-20﹙含CeO22.0%﹚
﹙4﹚焊剂
埋弧时、电渣焊都用焊剂。
常用焊剂有熔炼焊剂和烧结焊剂。
1﹚熔炼焊剂牌号表示方法
表8.11熔炼焊剂牌号与硅、氟量
牌号
焊剂类型
二氧化硅Si02﹙%﹚
氟化钙CaF2﹙%﹚
HJ×1×
低硅低氟
<10
<10
HJ×2×
中硅低氟
10-30
<10
HJ×3×
高硅低氟
>30
<10
HJ×4×
低硅中氟
<10
10-30
HJ×5×
中硅中氟
10-30
10-30
HJ×6×
高硅中氟
>30
10-30
HJ×7×
低硅高氟
<10
>30
HJ×8×
中硅高氟
10-30
>30
HJ×9×
其他
表8.12熔炼焊剂牌号与氧化锰含量
牌号
焊剂类型
氧化锰Mn0含量﹙%﹚
HJ1××
无锰
<2
HJ2××
低锰
2~5
HJ3××
中锰
15~30
HJ4××
高锰
>30
2﹚烧结焊剂牌号表示方法
焊剂其作用相当于焊条的药皮，它的作用如下：
①保护熔池，防止空气中氧、氮等气体侵入；
②具有脱氧与合金化作用，与焊丝配合可得到所需成分和性能的焊缝金属；
③使焊缝成形良好；
④使熔敷金属的冷却速度减慢，减少气孔、夹渣等缺陷产生；
⑤防止飞溅，减少损失，提高熔敷系数。
熔炼焊剂主要由矿物熔炼后成玻璃状再碎成一定粒度的颗粒，制造时耗能多，焊剂中不能加入脱氧剂和合金剂，但颗粒强度高，不易粉化，耐潮性较好。
烧结焊剂由药粉加粘结剂拌好后造粒烧结而成。
制造时耗能较少，焊剂中可加入脱氧剂和合金剂，有利于提高焊缝质量和性能，但颗粒强度低，易粉化，耐潮性不好。
﹙5﹚中外常用焊条、焊剂对照
表8.13常用焊条、焊剂牌号对照及烘焙要求
牌号
符合（相当）下述标准的焊条型号
烘干温度
（℃）
保温时间
（小时）
GB
AWS
JIS
J442
E4303
D4303
150
1-2
J427
E4315
E6015
350-400
1-2
J502
E5003
D5003
150
1-2
J507
E5015
E7015
D5015
350-400
1-2
A132
E347-16
E347-16
D347-16
150
1-2
A137
E347-15
E347-15
350-400
1-2
A302
E309-16
E309-16
D309-16
150
1-2
A307
E309-15
E309-15
350-400
1-2
HJ350
HJ402-H10Mn2
F6A0-EH14
YSF43-W41
250-350
2
HJ250G
250-350
2
HJ431
HJ401-H08A
F6A2-EL12
YSF42-W11
250-350
2
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