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焊条

焊条(covered electrode)气焊或电焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条。焊条的材料通常跟工件的材料相同。

焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极,它是由药皮和焊芯两部分组成的。根据国家标准“焊接用钢丝”(GB 1300-77)的规定分类的,用于焊接的专用钢丝可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。

焊条(coveredelectrode),是在金属焊芯外将涂料(药皮)均匀、向心地压涂在焊芯上。焊芯即焊条的金属芯,为了保证焊缝的质量与性能,对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定,特别是对有害杂质(如硫、磷等)的含量,应有严格的限制,优于母材。焊条由焊芯及药皮两部分构成。其种类不同,焊芯也不同。焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分和性能,所以焊芯中的有害元素要尽量少。焊接碳钢及低合金钢的焊芯, 一般都选用低碳钢作为焊芯,并添加锰、硅、铬、镍等成分(详见焊丝国家标准G1300一77)。采用低碳的原因一方面是含碳量低时钢丝塑性好,焊丝拉拔比较容易,另一方面可降低还原性气体CO含量,减少飞溅或气孔,并可增高焊缝金属凝固时的温度,对仰焊有利。加入其他合金元素主要为保证焊缝的综合机械性能,同时对焊接工艺性能及去除杂质,也有一定作用。高合金钢以及铝、铜、铸铁等其他金属材料,其焊芯成分除要求与被焊金属相近外,同样也要控制杂质的含量,并按工艺要求常加入某些特定的合金元素。焊条就是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极,它是由药皮和焊芯两部分组成的。在焊条前端药皮有45°左右的倒角,这是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯,约占焊条总长1/16,便于焊钳夹持并有利于导电。焊条的直径实际上是指焊芯直径)通常为2、2.5、3.2或3、4、5或6mm等几种规格,最常用的是小3.2、小4、小5三种,其长度“L”一般在200~550 mm之间。

焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊接时,焊芯有两个作用:一是传导焊接电流,产生电弧把电能转换成热能,二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。焊条焊接时,焊芯金属占整个焊缝金属的一部分。所以焊芯的化学成分,直接影响焊缝的质量。因此,作为焊条芯用的钢丝都单独规定了它的牌号与成分。如果用于埋弧自动焊、电渣焊、气体保护焊、气焊等熔焊方法作填充金属时,则称为焊丝。

1)(C)碳是钢中的主要合金元素,当含碳量增加时,钢的强度、硬度明显提高,而塑性降低。在焊接过程中,碳起到一定的脱氧作用,在电弧高温作用下与氧发生化合作用,生成一氧化碳和二氧化碳气体,将电弧区和熔池周围空气排除,防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响,减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高,还原作用剧烈,会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响,低碳钢焊芯的含碳量一般为0. 1-。2)(Mn)锰在钢中是一种较好的合金剂,随着锰含量的增加,其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中,锰也是一种较好的脱氧剂,能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中,从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0. 30-~0. 55-,焊接某些特殊用途的钢丝,其含锰量高达1 .70-一2. 10-。3)(Si )硅也是一种较好的合金剂,在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能;若含量过高,则降低塑性和韧性。在焊接过程中,硅也具有较好的脱氧能力,与氧形成二氧化硅,但它会提高渣的粘度,易促进非金属夹杂物生成。4)(Cr)铬能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说,铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化,形成难熔的氧化物三氧化二铬(Cr203),从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后,能使熔渣粘度提高,流动性降低。5)(Ni)镍对钢的韧性有比较显著的效果,一般低温冲击值要求较高时,适当掺入一些镍。6)(S)硫是一种有害杂质,随着硫含量的增加,将增大焊缝的热裂纹倾向,因此焊芯中硫的含量不得大于0. 04-。在焊接重要结构时,硫含量不得大于0. 03-。7)(P)

焊芯是根据国家标准“焊接用钢丝”(GB 1300-77)的规定分类的,用于焊接的专用钢丝可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。

焊条药皮是指涂在焊芯表面的涂料层。药皮在焊接过程中分解熔化后形成气体和熔渣,起到机械保护、冶金处理、改善工艺性能的作用。药皮的组成物有:矿物类(如大理石、氟石等)、铁合金和金属粉类(如锰铁、钛铁等)、有机物类(如木粉、淀粉等)、化工产品类(如钛白粉、水玻璃等)。焊条药皮是决定焊缝质量的重要因素,在焊接过程中有以下几方面的作用一、提高电弧燃烧的稳定性。无药皮的光焊条不容易引燃电弧。即使引燃了也不能稳定地燃烧。在焊条药皮中,一般含有钾、钠、钙等电离电位低的物质,这可以提高电弧的稳定性,保证焊接过程持续进行。二、保护焊接熔池。焊接过程中,空气中的氧、氮及水蒸气浸入焊缝,会给焊缝带来不利的影响。不仅形成气孔,而且还会降低焊缝的机械性能,甚至导致裂纹。而焊条药皮熔化后,产生的大量气体笼罩着电弧和熔池,会减少熔化的金属和空气的相互作用。焊缝冷却时,熔化后的药皮形成一层熔渣,覆盖在焊缝表面,保护焊缝金属并使之缓慢冷却、减少产生气孔的可能性。三、保证焊缝脱氧、去硫磷杂质。焊接过程中虽然进行了保护,但仍难免有少量氧进入熔池,使金属及合金元素氧化,烧损合金元素,降低焊缝质量。因此,需要在焊条药皮中加入还原剂(如锰、硅、钛、铝等),使已进入熔池的氧化物还原。四、为焊缝补充合金元素。由于电弧的高温作用,焊缝金属的合金元素会被蒸发烧损,使焊缝的机械性能降低。因此,必须通过药皮向焊缝加入适当的合金元素,以弥补合金元素的烧损,保证或提高焊缝的机械性能。对有些合金钢的焊接,也需要通过药皮向焊缝渗入合金,使焊缝金属能与母材金属成分相接近,机械性能赶上甚至超过基本金属五、提高焊接生产率,减少飞溅。焊条药皮具有使熔滴增加而减少飞溅的作用。焊条药皮的熔点稍低于焊芯的焊点,但因焊芯处于电弧的中心区,温度较高,所以焊芯先熔化,药皮稍迟一点熔化。这样,在焊条端头形成一短段药皮套管,加上电弧吹力的作用,使熔滴径直射到熔池上,使之有利于仰焊和立焊。另外,在焊芯涂了药皮后,电弧热量更集中。同时,由于减少了由飞溅引起的金属损失,提高了熔敷系数,也就提高了焊接生产率。另外,焊接过程中发尘量也会减少。六、药皮在焊接过程中起着极为重要的作用。若采用无药皮的光焊条焊接,则在焊接过程中,空气中的氧和氮会大量侵入熔化金属,将金属铁和有益元素碳、硅、锰等氧化和氮化形成各种氧化物和氮化物,并残留在焊缝中,造成焊缝夹渣或裂纹。而熔入熔池中的气体可能使焊缝产生大量气孔,这些因素都能使焊缝的机械性能(强度、冲击值等)大大降低,同时使焊缝变脆。此外采用光焊条焊接,电弧很不稳定,飞溅严重,焊缝成形很差。人们在实践过程中发现如果在光焊条外面涂一层由各种矿物等组成的药皮,能使电弧燃烧稳定,焊缝质量得到提高,这种焊条叫药皮焊条。随着工业技术的不断发展,人们创制出了广泛应用的优质厚药皮焊条。七、焊条药皮类型及主要特点。按照药皮的主要成分可以确定焊条的药皮类型。由于药皮配方组成不同,致使各种药皮类型焊条的熔渣特性、焊接工艺性能以及焊缝金属力学性能有很大差别。即使是同一类型药皮,但不同牌号的焊条也因为药皮成分和配比不同,焊条的工艺性能等也会出现明显的差别。

(1)药皮类型:钛型 ‖药皮主要成分 :氧化钛≥35- ‖焊接电源: 直流或交流(2)药皮类型:钛钙型 ‖药皮主要成分 :氧化钛30-以上,碳酸盐20-以下 ‖焊接电源:直流或交流(3)药皮类型:钛铁矿型 ‖药皮主要成分 :钛铁矿≥30- ‖焊接电源:直流或交流(4)药皮类型:氧化铁型 ‖药皮主要成分 :多量氧化铁及较多的锰铁脱氧剂 焊接电源: 直流或交流(5)药皮类型:高纤维素钠型 ‖药皮主要成分 : 有机物15-以上,氧化钛30-左右 ‖焊接电源:直流(6)药皮类型:高纤维素钾型 ‖药皮主要成分 : 有机物15-以上,氧化钛30-左右 ‖焊接电源:直流或交流(7)药皮类型:低氢钠型 ‖药皮主要成分 :钙、镁的碳酸盐和萤石 ‖焊接电源:直流(8)药皮类型:低氢钾型 ‖药皮主要成分 : 钙、镁的碳酸盐和萤石 ‖焊接电源: 直流或交流(9)药皮类型:铁粉低氢型 ‖药皮主要成分 :钙、镁的碳酸盐、萤石和铁粉 ‖焊接电源:直流或交流(10)药皮类型:石墨型 ‖药皮主要成分 :多量石墨 ‖ 焊接电源:直流或交流(11)药皮类型:盐基型 ‖药皮主要成分 :氯化物和氟化物 ‖焊接电源:直流

(1)药皮类型:不属已规定的类型 电源种类:不规定 主要特点:在某些焊条中采用氧化锆、金红石碱性型等,这些新渣系目前尚未形成系列(2)药皮类型:氧化钛型 电源种类:直流或交流 主要特点:含多量氧化钛,焊条工艺性能良好,电弧稳定,再引弧方便,飞溅很小,熔深较浅,熔渣覆盖性良好,脱渣容易,焊缝波纹特别美观,可全位置焊接,尤宜于薄板焊接,但焊缝塑性和抗裂性稍差。随药皮中钾、钠及铁粉等用量的变化,分为高钛钾型、高钛钠型及铁粉钛型等(3)药皮类型:钛钙型 电源种类: 直流或交流 主要特点:药皮中含氧化钛30-以上,钙、镁的碳酸盐20-以下,焊条工艺性能良好,熔渣流动性好,熔深一般,电弧稳定,焊缝美观,脱渣方便,适用于全位置焊接,如J422即属此类型,是目前碳钢焊条中使用最广泛的一种焊条。(4)药皮类型:钛铁矿型 电源种类: 直流或交流 主要特点:药皮中含钛铁矿305,焊条熔化速度快,熔渣流动性好,熔深较深,脱渣容易,焊波整齐,电弧稳定,平焊、平角焊工艺性能较好,立焊稍次,焊缝有较好的抗裂性。(5)药皮类型:氧化铁型 电源种类: 直流或交流 主要特点:药皮中含多量氧化铁和较多的锰铁脱氧剂,熔深大,熔化速度快,焊接生产率较高,电弧稳定,再引弧方便,立焊、仰焊较困难,飞溅稍大,焊缝抗热裂性能较好,适用于中厚板焊接。由于电弧吹力大,适于野外操作。若药皮中加入一定量的铁粉,为铁粉氧化钛型。(6)药皮类型:纤维素型 电源种类: 直流或交流 主要特点:药皮中含15-以上的有机物,30-左右的氧化钛,焊接工艺性能良好,电弧稳定,电弧吹力大,熔深大,熔渣少,脱渣容易。可作立向下焊、深熔焊或单面焊双面成形焊接。立、仰焊工艺性好。适用于薄板结构、油箱管道、车辆壳体等焊接。随药皮中稳弧剂、黏结剂含量变化,分为高纤维素钠型(采用直流反接)、高纤维素钾型两类(7)药皮类型:低氢钾型 (低氢钠型) 电源种类:直流或交流 (直流) 主要特点:药皮成分以碳酸盐和萤石为主。焊条使用前须经300~400℃烘焙。短弧操作,焊接工艺性一般,可全位置焊接。焊缝有良好的抗裂性和综合力学性力。适于焊接重要的焊接结构。按照药皮中稳弧剂量、铁粉量和黏结剂不同,分为低氢钠型、低氢钾型和铁粉低氢型等(8)药皮类型:石墨型 电源种类:直流或交流 主要特点:药皮中含有多量石墨,通常用于铸铁或堆焊焊条。采用低碳钢焊芯时,焊接工艺性能较差,飞溅较多,烟雾较大,熔渣少,适于平焊。采用有色金属焊芯时,能改善其工艺性能,但电流不易过大。(9)药皮类型:盐基型 电源种类:直流 主要特点: 药皮中含多量氯化物和氟化物,主要用于铝及铝合金焊条。吸潮性强,焊前要烘干。药皮熔点低,熔化速度快。采用直流电源,焊接工艺性较差,短弧操作,熔渣有腐蚀性,焊后需用热水清洗。此外,对于药皮中含有多量铁粉的焊条,可以称为铁粉焊条。这时,按照相应焊条药皮的主要成分,又可分为铁粉钛型、铁粉钛铁矿型、铁粉氧化铁型、铁粉低氢型等,构成了铁粉焊条系列。

(1)容易引弧,保证电弧稳定,在焊接过程中飞溅小。(2)药皮熔化速度应慢于焊芯熔化速度,以造成喇叭状的套简(套筒长度应小于焊芯直径),有利于熔滴过渡和造成保护气氛;(3)熔渣的比重应小于熔化金属的比重,凝固温度也应稍低于金属凝固温度,渣壳应易脱掉;

(4)具有掺合金和冶金处理作用;(5)适应各种位置的焊接。

根据不同情况,电焊条有三种分类方法:按焊条用途分类、按药皮的主要化学成分分类、按药皮熔化后熔渣的特性分类。按照焊条的用途,有两种表达形式,一为原机械工业部编制的的,可以将电焊条分为:结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍和镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条以及特殊用途焊条。二为国家标准规定,为碳钢焊条,低合金焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条。二者没有原则区别,前者用商业牌号表示,后者用型号表示。如果按照焊条药皮的主要化学成分来分类,可以将电焊条分为:氧化钛型焊条、氧化钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条、低氢型焊条、石墨型焊条及盐基型焊条。如果按照焊条药皮熔化后,熔渣的特性来分类,可将电焊条分为酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条药皮的主要成分为酸性氧化物,如二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁等。碱性焊条药皮的主要成分为碱性氧化物,如大理石、萤石等。电焊条的分类方法很多,可分别按用途、熔渣的碱度、焊条药皮的主要成分、焊条性能特征等不同角度对电条进行分类。按用途分类我国现行的焊条分类方法,主要是根据焊条国家标准和原机械工业部编制的《焊接材料产品样本》。焊条型号按国家标准分为8类,焊条牌号按用途分为10类。

主要是根据焊接熔渣的碱度,即按熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物的比例来划分。

药皮中含有大量的TiO2、SiO2等酸性造渣物及一定数量的碳酸盐等,熔渣氧化性强,熔渣碱度系数小于1。酸性焊条焊接工艺性好,电弧稳定,可交、直流两用,飞溅小、熔渣流动性和脱渣性好,熔渣多呈玻璃状,较疏松、脱渣性能好,焊缝外表美观。酸性焊条的药皮中含有较多的二氧化硅、氧化铁及氧化钛,氧化性较强,焊缝金属中的氧含量较高,合金元素烧损较多,合金过渡系数较小,熔敷金属中含氢量也较高,因而焊缝金属塑性和韧性较低。

药皮中含有大量的碱性造渣物(大理石、萤石等),并含有一定数量的脱氧剂和渗合金剂。碱性焊条主要靠碳酸盐(如CaCO3等)分解出CO2作保护气体,弧柱气氛中的氢分压较低,而且萤石中的氟化钙在高温时与氢结合成氟化氢(HF),降低了焊缝中的含氢量,故碱性焊条又称为低氢型焊条。采用甘油法测定时,每100g熔敷金属中的扩散氢含量,碱性焊条为1~8mL,酸性焊条为17~50mL。碱性渣中CaO数量多,熔渣脱硫的能力强,熔敷金属的抗热裂纹的能力较强。而且,碱性焊条由于焊缝金属中氧和氢含量低,非金属夹杂物较少,具有较高的塑性和冲击韧性。碱性焊条由于药皮中含有较多的萤石,电弧稳定性差,一般多采用直流反接,只有当药皮中含有较多量的稳弧剂时,才可以交、直流两用。碱性焊条一般用于较重要的焊接结构,如承受动载荷或刚性较大的结构。

按性能分类的焊条,都是根据其特殊使用性能而制造的专用焊条,如超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、躺焊焊条、打底层焊条、高效铁粉焊条、防潮焊条、水下焊条、重力焊条等。

焊条的选用须在确保焊接结构安全、可行使用的前提下,根据被焊材料的化学成分、力学性能、板厚及接头形式、焊接结构特点、受力状态、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接施工条件和技术经济效益等综合考查后,有针对性地选用焊条,必要时还需进行焊接性试验。

①考虑焊缝金属力学性能和化学成分对于普通结构钢,通常要求焊缝金属与母材等强度,应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢,有时还要求合金成分与母材相同或接近。在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下,应考虑选用比母材强度低的焊条。当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时,焊缝中容易产生裂纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢型焊条。②考虑焊接构件使用性能和工作条件对承受载荷和冲击载荷的焊件,除满足强度要求外,主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性,可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质的焊件,应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊接件,应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。③考虑焊接结构特点及受力条件对结构形状复杂、刚性大的厚大焊接件,由于焊接过程中产生很大的内应力,易使焊缝产生裂纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条。对受力不大、焊接部位难以清理干净的焊件,应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。对受条件限制不能翻转的焊件,应选用适于全位置焊接的焊条。④考虑施工条件和经济效益在满足产品使用性能要求的情况下,应选用工艺性好的酸性焊条。在狭小或通风条件差的场合,应选用酸性焊条或低尘焊条。对焊接工作量大的结构,有条件时应尽量采用高效率焊条,如铁粉焊条、高效率重力焊条等,或选用底层焊条立向下焊条之类的专用焊条,以提高焊接生产率。

①强度级别不同的碳钢+低合金钢(或低合金钢+低合金高强度钢)一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度,选用的焊条熔敷金属的强度应能保证焊缝及接头的强度不低于强度较低铡母材的强度,同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差铡母材的性能。因此,可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。但是,为了防止焊接裂纹,应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺,包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。②低合金钢+奥氏体不锈钢应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条,一般选用铬和镍含量较高的、塑性和抗裂性较好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条,以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹。但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。③不锈复合钢板应考虑对基层、复层、过渡层的焊接要求选用三种不同性能的焊条。对基层(碳钢或低合金钢)的焊接,选用相应强度等级的结构钢焊条;复层直接与腐蚀介质接触,应选用相应成分的奥氏体不锈钢焊条。关键是过渡层(即复层与基层交界面)的焊接,必须考虑基体材料的稀释作用,应选用铬和镍含量较高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条。

1、铬不锈钢具有一定的耐蚀(氧化性酸、有机酸、气蚀)、耐热和耐磨性能。通常用于电站、化工、石油等设备材料。铬不锈钢焊接性较差,应注意焊接工艺、热处理条件及选用合适电焊条。2、铬13不锈钢焊后硬化性较大,容易产生裂纹。若采用同类型的铬不锈钢焊条(G202、G207)焊接,必须进行300℃以上的预热和焊后700℃左右的缓冷处理。若焊件不能进行焊后热处理,则应选用铬镍不锈钢焊条。3、铬17不锈钢,为改善耐蚀性能及焊接性而适当增加适量稳定性元素Ti、Nb、Mo等,焊接性较铬13不锈钢好一些。采用同类型的铬不锈钢焊条(G302、G307)时,应进行200℃以上的预热和焊后800℃左右的回火处理。若焊件不能进行热处理,则应选用铬镍不锈钢焊条4、铬镍不锈钢焊条具有良好耐腐蚀性和抗氧化性,广泛应用于化工、化肥、石油、医疗机械制造。5、铬镍不锈钢焊接时,受到重复加热析出碳化物,降低耐腐蚀性和力学性能。6、焊条使用时应保持干燥,钛钙型应经150℃干燥1小时,低氢型应经200-250℃干燥1小时(不能多次重复烘干,否则药皮容易开裂剥落),防止焊条药皮粘油及其它脏物,以免致使焊缝增加含碳量和影响焊件质量。7、为防止由于加热而产生晶间腐蚀,焊接电流不宜太大,比碳钢焊条较少20-左右,电弧不宜过长,层间快冷,以窄焊道为宜。8、铬镍不锈钢药皮有钛钙型和低氢型。钛钙型可用于交直流,但交流焊时熔深较浅,同时容易发红,故尽可能采用直流电源。直径4.0及以下可用于全位置焊件,5.0及以上用于平焊及平角焊。

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