二、金属焊接材料

焊接材料目录概述焊条焊丝焊剂和保护气体焊接材料的管理概述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等等。常用的焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。焊接材料的选用是否合理，不仅影响焊接过程的稳定性、焊接接头的性能和质量，同时也影响着焊接的生产率和产品成本。一、焊条焊条是指在一定长度的金属丝外表层均匀涂敷一定厚度的具有特殊作用涂料的焊接材料，简称为“焊条”。焊条广泛应用于机械制造、造船、建筑、石油化工、桥梁、锅炉及压力容器等各工业领域。焊条的组成焊条由焊芯和涂料药皮两部分组成。（1）焊芯焊芯是指焊条用的被药皮包覆的金属芯。焊芯有两个作用：一是传导电流，产生焊接电弧；二是焊芯本身熔化形成焊缝中的填充金属。焊条直径实际上是指焊芯直径，单位为mm，通常有2mm、2.5mm、3.2mm或3mm、4mm、5mm、5.8mm或6mm等几种，常用的是φ2.5mm、φ3.2mm、φ4mm、φ5mm等几种。焊条的长度一般在250～450mm之间。（2）药皮焊条药皮是指具有不同物理和化学性质的细粒状物质经粘结均匀包覆在焊芯表面的涂料层。药皮的作用：1）机械保护作用：气保护、渣保护2）冶金处理作用：通过熔渣与熔化金属产生冶金反应，除去有害杂质(如氧、氢、硫、磷)和添加有益的合金元素，使焊缝获得合乎要求的机械性能。3）改善焊接工艺性能：药皮可以使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高等。药皮的分类：焊条药皮的类型：氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢钠型和低氢钾型、石墨型盐基型焊条分类（1）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。焊条型号焊条牌号序号焊条分类代号序号焊条分类(按用途分类)代号汉字(字母)l2碳钢焊条低合金钢焊条EE123结构钢焊条钼及铬钼耐热钢焊条低温钢焊条结(J)热(R)温(W)3不锈钢焊条E4不锈钢焊条①铬不锈钢焊条②铬镍不锈钢焊条铬(G)奥(A)45678堆焊焊条铸铁焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合金焊条EEEETal56789l0堆焊焊条铸铁焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合金焊条特殊用途焊条堆(D)铸(Z)镍(Ni)铜(T)铝(L)特(YS)（2）按焊条药皮熔化后熔渣性质分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。1）酸性焊条药皮中含有大量的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l。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，因而焊缝金属的塑性和韧性较低。2）碱性(低氢型)焊条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。碱性渣中的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。焊条的型号和牌号焊条型号指的是国家标准规定的各类标准焊条；焊条牌号指的是有关工业部门或生产厂家实际生产的焊条产品。焊条的型号焊条型号是以焊条国家标准为依据，反映焊条主要特性的一种表示方法。焊条型号包括以下含义：焊条类别、焊条特点(如焊芯金属类型、使用温度、熔敷金属化学组成或抗拉强度等)、药皮类型及焊接电源。不同类型焊条的型号表示方法也不同。（1）碳钢焊条型号划分根据GB／T5117-95《碳钢焊条》标准规定，碳钢焊条型号根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类进行划分。碳钢焊条型号编制方法为：字母E表示焊条；E后面的两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最小值，单位为10MPa；第三位数字表示焊接位置；第三和第四位数字组合表示焊接电流的种类及药皮类型。碳钢焊条型号举例：碳钢焊条型号按熔敷金属抗拉强度、药皮类型、焊接位置和焊接电源种类的划分见表3碳钢焊条型号划分。（2）低合金钢焊条型号划分根据标准规定，低合金钢焊条型号根据熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置及电流种类划分。首字母“E”表示焊条；前二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊条的焊接位置；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型；后缀字母为熔敷金属化学成分的分类代号，并以短画“-”与前面数字分开。如还有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并以短画“-”与前面后缀字母分开。低合金钢焊条型号划分见表4。低合金钢焊条型号举例：（3）不锈钢焊条型号划分根据标准规定，不锈钢焊条根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置及焊接电流种类划分型号。首位字母“E”表示焊条，“E”后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号，有特殊要求的化学成分，用元素符号表示放在数字的后面。短画“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类。不锈钢焊条型号举例：不锈钢焊条型号后面附加的后缀(15、16、17、25、26)表示焊条药皮类型及焊接电源种类。后缀15表示焊条为碱性药皮，直流反极性焊接；后缀16表示焊条可以是碱性药皮，也可以是钛型或钛钙型药皮，交直流两用；后缀17是药皮类型16的变型，表示焊条为钛酸型药皮(用SiO2代替药皮类型16中的一些TiO2)，焊接熔化速度快，抗发红性能优良，可交直流两用。后缀25和26焊条的药皮成分和操作特征与药皮类型15和16的焊条类似，药皮类型15和16焊条的说明也适合于药皮类型25和26。焊条的牌号焊条牌号是根据焊条的主要用途、性能特点对焊条产品的具体命名。我国焊条牌号是按照国家标准GB980-76《焊条分类及型号编制方法》制订的。1985年后，参照国际标准修订的新国标(GB／T5117-95、GB／T5118-95、GB／T983-95和GB984-85等)颁布，同时废止了相应的旧的焊条国家标准。焊条型号编制本应按照新的焊条国家标准执行，由于目前国内焊条国标尚不全，而国内各行各业对原有的焊条牌号及编制方法沿用已久，已成习惯，故新编制的《焊接材料产品样本》中仍保留了原焊条牌号，将新国标中的焊条型号与原牌号对照并加以标注。焊条的牌号共分为十大类，如结构钢焊条(包括低合金高强钢焊条)、耐热钢焊条、不锈钢焊条等，见表1焊条大类的划分。焊条牌号通常以一个汉语拼音字母(或汉字)与三位数字表示。拼音字母(或汉字)表示焊条各大类，后面的三位数字中，前面两位数字表示各大类中的若干小类，第三位数字表示各种焊条牌号的药皮类型及焊接电源。焊条牌号中第三位数字的含义列于表6中，其中盐基型主要用于有色金属焊条(如铝及铝合金焊条等)，石墨型主要用于铸铁焊条及个别堆焊焊条中。数字后面的字母符号表示焊条的特殊性能和用途(见表7)，对于任一给定的焊条，只要从表中查出字母所表示的含义，就可以掌握这种焊条的主要特征。（1）结构钢焊条(包括低合金高强钢焊条)焊条牌号首字母“J”(或汉字“结”)表示结构钢焊条。牌号前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值；牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电源种类。药皮中铁粉含量约为30％或熔敷效率105％以上，在牌号末尾加注“Fe”字及二位数字(以效率的1／10表示)。有特殊性能和用途的结构钢焊条，在牌号后面加注起主要作用的元素或主要用途的拼音字母(一般不超过二个)，如J507MoV、T507CuP。例如，J507(结507)焊条：“J’’(结)表示结构钢焊条，牌号中前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值为490MPa，第三位数字“7’’表示药皮类型为低氢钠型，直流反接电源。按照国标GB／T5117-95，它应符合E5015型焊条要求。（2）钼和铬钼耐热钢焊条焊条牌号首字母“R”(或汉字“热”)表示铝和铬钼耐热钢焊条。牌号第一位数字表示熔敷金属主要化学成分组成(见表8耐热钢焊条熔敷金属主要化学成分组成等级)，牌号第二位数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同牌号。对同一组成等级的焊条，可有十个序号，按0、1、2、…、9顺序编排，以区别铬钼之外的其他成分。牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电流种类(见表6焊条牌号中第三位数字的含义)。（3）不锈钢焊条焊条牌号首位字母“G”(或汉字“铬”)或“A”(或汉字“奥”)，分别表示铬不锈钢焊条或奥氏体铬镍不锈钢焊条。牌号第一位数字表示熔敷金属主要化学成分组成，见表9；牌号第二位数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同牌号。对同一组成等级的焊条，可有十个序号，按0、l、2、…、9顺序编排，以区别铬、镍之外的其他成分；牌号第三位数字，表示药皮类型和焊接电源种类。焊条的选用焊条的选用必须在确保焊接结构安全、可靠使用下，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察后，有针对性地选用焊条，必要时还需进行焊接性能试验。1.同种钢材焊接时焊条选用要点（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）焊接构件使用性能和工作条件对承受动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。接触腐蚀性介质的焊件，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）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）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，或选用打底层焊条、立向下焊条之类的专用焊条，以提高焊接生产率。2.异种钢焊接时焊条选用要点(1)强度级别不同的碳钢+低合金钢(或低合金钢+低合金高强钢)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侧母材的强度，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侧母材的性能。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、镍含量较高的、塑性、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)不锈钢