Transcript 焊接材料

第二章
焊接材料
Chapter 2 welding consumables
1
Contents

Electrode焊条
 welding flux 焊剂
welding wire
焊丝
Chapter 2 welding consumables
2
重点内容
1、焊条分类及制备
2、焊条、焊剂及焊丝的型号和牌号
3、典型焊条的冶金性能
4、焊剂的性能用途
5、气保焊丝和药芯焊丝
Chapter 2 welding consumables
3
Introduction
1、definite of welding consumables
焊接材料是焊接时所消耗材料的通称.
(焊条、焊丝、焊剂、气体等）
2、function of welding consumables

焊条、焊丝是焊接过程的一个极

焊条、焊丝作为填充金属

药皮、焊剂及保护气体，保证焊接质量及
进行必要的冶金反应。
Chapter 2 welding consumables
4
1892年俄国人斯拉维扬诺夫研究成攻金属电弧焊
1904瑞典人凯吉尔伯格建立了世界上第一个涂
焊条厂（ESAB公司）
1910 瑞典人发明了矿物型厚药皮焊条
1917年开始机械化方法压涂和生产焊条；同期
欧、美各国也对焊条药皮进行大量研究
世界焊
接材料
发展
1919年美国人发明用纸缠绕在焊芯上，提出了
纤维素型焊条初型
1921年英国提出用大理石－莹石制造焊条药皮
1927年美国开始机械化方式大量生产焊条，出
现了许多新型药皮焊条
1964年日本成功研制“无害”焊条，又开发低
尘焊条，超低氢焊条和难吸潮焊条。
Chapter 2 welding consumables
5
我国焊接材料生产
和消耗的概况
及
存在的主要问题
Chapter 2 welding consumables
6
第一阶段：建国初期至1965年，这个阶段
主要是手工电弧焊焊条白手起家、发展阶
段
我国焊接
材料发展
第二阶段：1966－1990 主要是手工电弧焊
条迅速发展和完善的阶段
第三阶段：1990－2005 主要是调整产品结
构、开发优质高效焊接材料
Chapter 2 welding consumables
7
我国焊接材料产量统计表（万吨）
年
焊
实芯
药芯
埋弧
年总
自动化率
份
条
焊丝
焊丝
焊丝
产量
（%）
1995
55.0
5.6
0.05
2.3
62.95
20%
5.6
0.10
3.55
81.40
19%
87.0
(86%)
7.0
0.4
0.30
0.99
5.0
99.40
100.8
20%
21.6%
~90
(84%)
~10
0.55
0.30
0.95
5.0
105.3
106.8
23%
25.8%
~90
(82%)
~11
0.65
0.40
1.1
6.0
107.4
109.2
25%
30.8%
（87%）
1997
72.5
（89%）
1998
1999
2000
Chapter 2 welding consumables
8
180
160
140
120
焊条
CO2焊丝
药芯焊丝
100
80
60
40
20
0
2000
2002
2004
我国焊条和各种焊丝产量统计图
Chapter 2 welding consumables
9
埋弧焊丝
药芯焊丝
焊条
焊
接
自
动
化
率
78%
CO2焊丝
51% 51%
353t/24691t=0.0143
73家特大、大、中型工厂耗用焊材的比例
Chapter 2 welding consumables
10
%
企业类型与 CO2焊丝用量关系
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
特大
2
大型
3
中型
CO2焊丝用量/CO2焊丝+焊条总重量
Chapter 2 welding consumables
11
120%
不同行业中焊丝用量比例
（CO2焊丝用量/CO2焊丝+焊条总重量）
100
80
60
汽
车
零
件
集
装
箱
工
程
机
械
40
20
一
般
机
械
铁
路
车
辆
重
型
机
械
造
船
锅
炉
金
属
结
构
0
1
2
3
4
6
7
8
Chapter
25 welding
consumables
9
10
12
日本25年来焊接材料总产量及各种材料所占比例统计图
70
0.99; 1.05; 0.98;
0.97; 1.05;
60
焊条%
产量（万吨/ % ）
50
实心焊丝%
40
总产量
30
20
埋弧焊丝%
10
药芯焊丝%
0
73
1
2
3
4
76
5
6
79
7
8
9
82
10
11
12
85
13
14
15
16
88
17
18
91
19
Chapter 2 welding consumables
20
21
94
22
23
24
97
25
年
13
250000
（吨）
42.29
200000
40.25
36.47
35.54
150000
32.36
35.54
35.15
36.16
31.88
实心焊丝
28.69
药芯焊丝
100000
焊条
50000
埋弧焊丝
0
焊剂
TIG丝
90
1
91
2
3
92
93
4
94
5
95
6
96
7
97
8
98
9
日本焊接材料总产量及各种材料的产量统计图
Chapter 2 welding consumables
99
10
14
100%
80%
系列6
焊剂
药芯
系列5
焊丝
TIG丝
系列4
实心
系列3
焊丝
埋弧
系列2
焊丝
60%
40%
系列1
焊条
20%
0%
1
90
2
91
3
92
4
93
5
94
6
95
7
96
8
97
9
98
10
99
日本焊接材料种类分布百分数统计图
Chapter 2 welding consumables
年
15
80%
70%
60%
中国
日本
美国
西欧
台湾地区
50%
40%
30%
20%
10%
0%
焊条
实芯
焊丝
药芯焊丝
埋弧
焊丝
各国焊接材料比较
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16
80%
70%
60%
德国
日本
美国
俄罗斯
中国
50%
40%
30%
20%
10%
0%
焊接自动化
各国自动化水平对比
Chapter 2 welding consumables
17
Lecture 1
焊条
Chapter 2 welding consumables
18
焊接过程示意图
焊条外形示意图
引弧剂
Chapter 2 welding consumables
19
一．焊条分类
１.焊条用途分 ：
1、结构钢焊条 2、钼和铬钼耐热钢焊条
3、不锈钢焊条
4、堆焊焊条
5、低温钢焊条
6、铸铁焊条
7、镍及镍合金焊条
8、铜及铜合金焊条
9、铝及铝合金焊条 10、特殊用途焊条
Chapter 2 welding consumables
20
(二)按焊接熔渣的碱度分
1、酸性焊条
2、碱 性焊条
(三)按焊条药皮的类型
氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧
化铁型、纤维素型、低氢型等
Chapter 2 welding consumables
21
二、焊条的型号与牌号
1、焊条的型号
焊条的型号是按国家有关标准与
国际标准确定的。以结构钢为例，
型号编制法为字母“E”表示焊条，
第一、二位表示熔敷金属最小抗拉
强度，第三位数字表示焊条的焊接
位置，第三、四位数字表示焊接电
流种类及药皮类型。
Chapter 2 welding consumables
22
E
焊条型号举例如下：
4 3
0 3
表示焊条药皮为钛钙型，
并可交、直流焊接
表示焊条适用于全位
置焊接
表示熔敷金属抗拉强度
的最小值（kgf/mm2）
表示焊条
Chapter 2 welding consumables
23
“03”代表钛钙型 药皮中含氧化钛30%以上，钙或
镁的碳酸盐矿20%以下，此外还有硅铝酸盐和锰铁。
熔渣的流动性良好、电弧稳定，熔深适中、脱渣
容易、飞溅少，焊波整齐。主要用于焊接较重要的低
碳钢结构。
市场上大量供应和工厂中大量使用的是E4303
(J422)，E5003 (J502)，其产量约占我国焊条总产量
的80%以上。以往，这类焊条药皮中使用大量钛白粉
（TiO2）和金红石(TiO2)，价格昂贵。
目前，各大、小焊条厂都采用价格比较便宜的还
原钛铁（TiO2>52%,FeO<9,C<0.20,S<0.035,P<0.04）
矿替代大部分钛白粉和金红石。
24
Chapter 2 welding consumables
“15”代表低氢钠型
药皮的主要组成为碳酸盐矿（大理石、菱苦土等
）和莹石，还有一定数量的石英砂或铝酸盐，并有铁
合金作脱氧剂。熔渣碱度较高，焊接工艺性一般，焊
波较粗，熔深中等。熔敷金属力学性能和抗裂性能良
好。
主要用于焊接重要的低碳钢结构，也可焊接与
焊条熔敷技术强度相当的低合金钢结构。但这种焊条
焊接时，焊接处要求洁净，特别是对氢敏感，不能有
水分、油污和铁锈。焊前焊条烘干，焊接时要求采用
短弧焊。只能使用直流反接。”E4315（J427）”、
“E5015（J507）”
Chapter 2 welding consumables
25
2、焊条的牌号
以结构钢为例：牌号,编制法。结XXX,
结为结构钢焊条,第3个数字,代表药皮
类型,焊接电流要求,第1、2数:代表焊
缝金属抗拉强度 。
Chapter 2 welding consumables
26
J 507 焊条为例
J
5
0
7
低氢型药皮、直流
焊缝金属抗拉强
度不低于490MPa
结构钢焊条
Chapter 2 welding consumables
27
三、焊条的组成
１、 焊芯—焊丝
作用：导电、填充金属、
焊芯材料有选择性:用量最多的是H08、
H08A，还有H08E。
2、 药皮
作用：①机械保护作用
②冶金处理作用
③工艺性能良好
Chapter 2 welding consumables
28
药皮组成
1、原料的作用
①稳弧剂 :改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定
性，原材料为易电离或电离势低的物质。如：
菱苦土、大理石、长石、钾水玻璃
②造渣剂:造成具有一定物理性能、化学性能的
熔渣，起到保护作用和改善焊缝成型。
如：钛铁矿、金红石、萤石、长石、白云石等。
③造气剂:造气保护
有机物、碳酸盐；有机
物如：木粉、淀粉、析出气体CO、H，碳酸盐析
出气体CO2，高温时产生CO。
Chapter 2 welding consumables
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④脱氧剂:降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属
中的氧。铁合金：锰铁、钛铁、硅铁、Re等。
⑤合金剂:使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分
。合金、纯金属、一般Mn-Fe、Si-Fe要纯化发醇
加５％高锰酸钾纯化 .
⑥粘结剂:将涂料牢固的粘在焊芯上，参加冶金
反应，如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。
⑦增塑性:便于用机器压制焊条，额外加入一些能
改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥、滑
石等。
Chapter 2 welding consumables
30
2、各类药皮组成
高Ti型（氧化钛型）：Ti>35%（TiO2）；硅
酸盐~30%； Fe-Mn ：10-15%；有机物：35%；碳酸盐3-6%
钛钙型：Ti>30%；硅酸盐25~30%；Fe-Mn ：
12-14%；有机物：0-3%；大理石10-20%
钛铁型： 钛铁矿>30%；一定量硅酸盐、FeMn、有机物、碳酸盐
氧化铁型：药皮中含有大量的铁矿石和一定量
硅酸盐、Fe-Mn及少量有机物
Chapter 2 welding consumables
31
2、各类药皮组成
纤维素型：有机物>15%；一定量造渣剂及FeMn
低氢型：大理石~45%；CaF220-25%；Fe-Mn
、Fe-Si、Fe-Ti~20%；TiO2<8%;SiO2<5%;
 石墨型：药皮中加入大量石墨,以保证焊缝金属
的石墨化作用,焊芯主要为低碳钢芯或铸铁焊芯,
用于铸铁焊条.
盐基型：主要由KF、NaF、NaCl、LiCl，冰晶
石（Na2SiF6）等组成，主要用于焊接铝及铝
合金。
Chapter 2 welding consumables
32
3、药皮原料
 天然矿物：大理石、钛铁矿、白泥、长石等；
 化工原料：钛白粉、水玻璃、碱等；
 铁合金： Fe-Mn、Fe-Ti、Fe-Si等
 有机物：淀粉、纤维素、酚醛树脂等
Chapter 2 welding consumables
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三、焊条的工艺性能
1.焊接电弧的弧定性(稳弧性)
指电弧保持稳定燃烧的程度。（不断弧、漂移和磁偏吹）
影响因素：焊条药皮成分,电源的特性,焊接规范等
药皮的影响：

焊条偏芯——电弧不稳；

药皮熔点过高或药皮太厚，易形成较长套筒—
易产生熄弧；
若药皮中含低电离势元素,U↓稳弧性↑
某些元素的电离势
元素
电离势
K
Na Ba Ca Ti Mn Fe
Si
C
H
O
F CO2
4.32 5.12 5.16 6.08 6.81 7.40 7.83 7.94 11.22 13.53 13.56 18.6 14.3
Chapter 2 welding consumables
34
碱性焊条:结507,低氢型,电弧稳定性不好
原因:药皮中含萤石较多,CaF2氟电离势高（
18.6v）,与电子亲和力大,夺取电弧中的电子
,形成负离子,恶化电弧的稳定性。
J506(E5016)加入了低电离势物质,K、Na则可
用交,直流.但K、Na与F的亲和力大,KF、NaF
有毒.
酸性焊条:SiO2、TiO2、CaO、云母、长石中
含K2O、Na2O等，稳弧性好。
Chapter 2 welding consumables
35
判定稳弧性：
①测最大的燃烧电弧长度Lmax
Lmax↑稳↑；断弧长度越大,稳弧性越好.
②示波器,观察电流,电弧电压波形的变化
情况
Chapter 2 welding consumables
36
控制低氢型焊条稳弧性方法：
a)CaCO3/CaF2比例控制并加入K1.6～2.5、K2CO3
K<1.5 钾、钠水玻璃
b)添加10～20%纯铁粉和少量Al-Mg合金粉.
c)用MgF2代CaF2不仅提高稳弧性,还可改善焊缝
成型和脱渣.
d)加入少量CsCO3(0.1～1.0%)铯电离势比K小,
还可加石墨0.5～3.0%，熔点低，套筒长度
Chapter 2 welding consumables
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2.表面成型
操作技术有关,取决熔渣熔点,粘度与表
面张力,还与熔渣的物理性质有关.
1）熔渣的熔点
2）熔渣的粘度
3）表面张力


4）熔滴过渡
Chapter 2 welding consumables
38
T↑
η↓
η过高,表面成型不良,易产生气孔,夹杂.
过低,对焊缝敷盖不均匀,保护作用差.
适中,一般T=1500℃，渣η1～2泊。铁水
η=0.019泊,熔渣的粘度也决定于熔渣的化
学成分.
表面张力
σ↓复盖性好，但不能过小，σ↑熔渣易成
球型,复盖性不好.
Chapter 2 welding consumables
39
熔渣的表面张力和粘度
材料
温度℃
表面张力(N/m)
粘度(泊)
铁
1575～1590
1.0～1.2
0.019
碱性渣
≈1400
0.28～0.35
2.0～7.0
酸性渣
≈ 1400
0.35～0.40
1.2～2.0
Chapter 2 welding consumables
40
熔滴过渡
低氢型焊条粗滴短路过渡，J423,J424以短路过
渡为主,J421,J422以喷射过渡,焊缝成型美观.
Chapter 2 welding consumables
41
3.在各种位置焊接适应性
焊缝位置：
平焊缝、立焊缝、仰焊缝、横焊缝
一般焊条均可进行平焊,但不是所有焊条
均可立、仰、横焊。
立、仰、横焊难点在于:
①重力作用下焊条熔滴不易向熔池过渡;
②熔池金属和熔渣下流.
Chapter 2 welding consumables
42
解决方法:
1）适当增加电弧吹力,调整药皮熔点和厚度,使焊条端部
产生适当长度的套筒,药皮中加入一定数量造气剂.
2）熔渣的物理性能适应
熔滴的凝固温度
焊条类型
凝固温度℃
纤维素型
1200-1290
90
钛
1320-1420
100
钛铁矿型
130-126
130
氧化铁型
1180-1350
170
型
凝固温度范围℃
Chapter 2 welding consumables
43
凝固温度范围窄,粘度表面张力随温度变化,使熔
渣能在较短时间内迅速凝固,才能立、仰横焊,凝
固温度范围↑,不易横、仰、立焊.
粘度（η）、表面张力（σ）
长渣:粘度与表面张力随时间变化而发生缓慢凝
固的渣.
短渣:粘度与表面张力随时间变化而发生快速凝
固的渣.
氧化铁型不适应于横.立.仰焊,长渣凝固温
度范围大,其它种焊条可进行全位置焊接.
Chapter 2 welding consumables
44
4.脱渣性
脱渣性:焊后熔渣从焊缝表面清除的难易程度。
影响因素:
1）熔渣的线膨胀系数
2）熔渣的松脆性
3）熔渣氧化性
Chapter 2 welding consumables
45
几种焊条熔渣和低碳钢的线膨胀系数与温度的关
系
Chapter 2 welding consumables
46
1)熔渣的线膨胀系数和松脆性,
金属与熔渣的线膨胀系数相差越大,收缩不同产生内
应力越大,脱渣性好,钛型焊条,脱渣性最好,低氢型
焊条脱渣性最差.
疏松度:指渣中孔隙所占的面积的百分数.
对于角焊缝,深坡口底层焊缝,熔渣夹在钢板之
间,脱渣困难。渣的硫松度影响很大，渣越松脆,越
易脱。钛型焊条疏松度不如氧化铁型及钛铁矿型,在
角焊缝及深坡口中脱渣,以氧化铁型,钛铁矿型为好.
钛钙型渣松脆。CaO是黄白色质松而不脆，CaF２多,
色黑而硬,均不利于脱渣.
Chapter 2 welding consumables
47
2)熔渣氧化性
熔渣氧化性太强,脱渣难。
原因是:
①氧化性太强,使焊缝表面氧化,生成氧化膜。
FeO晶格结构体心立方，焊缝金属—Fe体心立方.
②晶格与—Fe搭接
③熔渣中尖晶石型化合物Al2O3、Cr2O3等形成体心
立方晶格结构的尖晶石型化合物。
④尖晶石化合物与FeO晶格结合，使之很难脱渣，
FeO膜相当胶粘剂，连接焊缝金属与熔渣。
Chapter 2 welding consumables
48
5.飞溅
飞溅：焊接过程中由熔滴或熔池中飞出的金属颗粒
产生原因:
1）熔池内部气体的熔池中逸出引起
2）熔滴爆炸
3）电弧作用力,
4）短路过渡时,电弧再燃时产生飞溅
影响因素:
①粘度↑飞溅↑②I↑飞溅↑③药皮水分↑飞溅↑
④U↑飞溅↑⑤电源种类,交流飞溅>直流飞溅
Chapter 2 welding consumables
49
６.焊条的熔化速度
1）焊条的熔化速度
焊接过程中,焊条的熔化速度反映着焊
接生产率的高低,也是工艺性能方面的一
个重要指标.
αH=αP(1-ψ)
Chapter 2 welding consumables
50
ⅰ）药皮成分的影响
药皮成分对电弧电压有影响,电弧电离电位越低,
电弧电压越低,产生热量少，αP小。U↑ αP ↑
药皮成分对熔滴过渡形态有影响,增多硅酸盐减
少碳酸盐,细化熔滴,使短路过渡U↓,颗粒过渡U↑,射
流过渡, αP最大.
焊条熔化与药皮的导电性和导热性有关,以TiO2
为主,渣导热性差,导电性好,电阻热作用,导致药皮
易于发红,钛型、钛钙型，若药皮中加入发热剂,氧
化铁型加速药皮熔化大,氧化铁型αP ↑.
Chapter 2 welding consumables
51
药皮成分中含有进行放热反应的物质时,加速焊
条熔化αP ↑ ,为了提高生成率,铁粉焊条提高
αP ↑
熔敷效率是指熔敷金属量与熔化的填充金属量的
百分比。例：J422－Fe160 表示加纯铁粉熔敷效
率为160%的J422.
ⅱ）电流种类与极性：直流正接:电弧电压和熔
化系数变化很大,此时焊条接阴极,药皮成分对阴
极压降影响较大,药皮成分的改变直接影响着电
弧电压变化,使也发生变化.直流反接:电弧电压
和熔化系数变化最小.交流:处于中间状态.
Chapter 2 welding consumables
52
７、药皮发红问题
指焊条焊列后半段时,由于焊条药皮温升过
高而发红,开裂脱落的现象,JXX1、JXX2导热
性差,导电性好,不锈钢最为严重.
解决办法:
提高电弧能量↑,减少熔化时间,
减少电阻热.加入发热剂,促进药皮熔化.
例JXX4。
Chapter 2 welding consumables
53
8、焊条发尘量
气体的毒性分为两种
一种是细微的蒸发锰产生的毒性,称为锰中毒.
另一种是氟中毒,即当药皮中含有大量莹石时,在焊接
过程中会有HF气体析出,这种毒气作用较快,亦有人认为
,不是HF而且NaF、KF更易使人中毒致病.
Chapter 2 welding consumables
54
改善方法
１.
２.
减小发尘量
减小尘中致毒物质数量
具体措施:
①减少药皮中萤石的含量
②减小水玻璃
③减少电弧的过热程度.
Chapter 2 welding consumables
55
五、焊条的冶金性能
（一）. 钛钙型焊条E4303（J422）
渣系：TiO2-SiO2-CaO
酸性焊条:熔渣碱度为0.76,属于酸性渣，
气渣联合保护 .
典型的焊条配方:
人造金红石:27%;钛白粉：7%，白云石：10%；钛铁矿：
9%；白泥：4%；云母：10%；锰铁14%；大理石：10%;
长石:20%
焊芯及焊缝金属化学成分
化学成分
C
焊芯
<0.10
焊缝金属
0.12
Mn
S
P
N
O
H(总）
0.30-0.55 <0.030
0.030
0.030
－
－
－
0.25
0.035
0.040 0.02-0.03
0.06-0.1
46.2
0.3-0.6
Si
Chapter 2 welding consumables
56
电弧气相成分：CO 50.7% CO2 5.9%；
H2 37.7% H2O 5.7％
1、氧化和脱氧反应
1）、铁的氧化:
2）、脱氧
①锰脱氧
②硅脱氧
③碳的氧化与脱氧
Chapter 2 welding consumables
57
铁的氧化:
1
Fe

O  FeO
[Fe] O  (FeO)
2
① 氧直接使铁氧化
② CO2 使铁氧化
[Fe] CO2  [ FeO]
③水蒸气使铁氧化 [Fe] H2O气  [FeO]  H 2
④渣中 SiO2 氧化物使Fe氧化
由SiO2 还原引起
(SiO2 )  2[ Fe]  [Si]  2FeO
(MnO)  [ Fe]  [Mn]  FeO
Chapter 2 welding consumables
58
脱氧反应
先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧
1、Mn的脱氧反应
先期脱氧
CaCO3+Mn=CaO+MnO+CO↑
2Mn+O2=2MnO
 沉淀脱氧
[Mn]+[FeO]=（MnO）+[Fe]
2、Si的脱氧反应
[Si]+2[FeO]=2[Fe]+（SiO2）
3、碳的脱氧反应
[C]+[FeO]=[Fe]+CO
↑
Chapter 2 welding consumables
59
2、还原反应
2[Mn]  (SiO2 )  [Si]  2(MnO)
使焊缝增硅
3、脱硫
S从0.017%增到0.019%
FeS  Mn  MnS  Fe
FeS  MnO  FeO  MnS
4、脱Ｐ
从0.019%增到0.035%
由于渣中CaO、MnO量少, TiO2、SiO2含量
较高,难以进行脱Ｐ.Ｓ反应,严格限制原
材料含Ｓ.Ｐ量.
Chapter 2 welding consumables
60
5、 合金化
锰铁主要是脱氧、脱硫，合金化必需
是另外加入所需元素
6、气孔敏感性
焊皮中加入大量造渣,造气剂,焊后产
生相当数量的熔渣和气体,具有较强的隔
绝空气能力,Ｎ量不多.熔渣氧化↑、CO气
孔↑，调整氧化性防止产生两大类气孔。
7、焊接烟尘
Chapter 2 welding consumables
61
（二）、低氢焊条
CaO  CaF2  SiO2
渣系，
碱度高达1.89。
典型的焊条配方:
大理石：44%; 钛白粉：7%;CaF2:24%;石英：7%；钛铁
：13%；Fe-Mn：4%；低度硅铁：2.5%；纯碱1%；
焊芯及焊缝金属化学成分
化学成分
C
焊芯
<0.10
焊缝金属
0.12
Mn
Si
0.30-0.55 <0.030
1.6
0.75
S
P
N
O
H(总）
0.030
0.030
－
－
－
0.035
0.040
0.01
0.02-0.03
6.8
Chapter 2 welding consumables
62
电弧气相成分：CO 79.8%
H2 1.8%
CO2 16.9%；
H2O 1.5％
1、氧化反应控制:
由于CaO 强碱性氧化物,主要是钛、硅锰联合脱氧。
焊接区气氛的氧化性强,熔渣的氧化性小 [O] ↓
总含氧量为0.03%.
脱氧反应:
2CO2+Si=SiO2+2CO↑
CaO+SiO2=CaOSiO2
2CO2+Ti=TiO2+2CO↑
CaO+TiO2=CaOTiO2
Chapter 2 welding consumables
63
2、对氢的控制:
[ H ]  8ml / 100g 含氢量少.
原因:a)碱性焊条不加或少加含氢物质
b)氧化性能, P ↑、 PO↑、 P↓H
c) CaF2去氢作用
含氢量低故抗冷裂纹性能好.
CO2
2
Chapter 2 welding consumables
2
64
脱氢反应:
（1)萤石石脱氢
CaF2+2H=Ca+2HF↑
CaF2+H2O=CaO+2HF ↑
（2)萤石和石英联合去氢
2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3
SiF4+3H=SiF+HF↑
(3)萤石与水玻璃联合作用去氢
Na2OnSiO2+H2O=2NaOH+nSiO2
2NaOH+CaF2=Ca(OH) 2+2NaF
2NaF+H2O+CO2=NaCO3+2HF ↑
Chapter 2 welding consumables
65
3、对硫.磷的控制
脱Ｓ效果好, 含量高,Ｓ由0.02%降到0.011%
(CaO)  [ FeS]  (CaS)  ( FeO)
脱磷效果较差.Ｐ0.01%增到0.021%.
4、合金过渡
Fe-Ti全部氧化；
Fe-Si部分氧化、部分过渡
Fe-Mn过渡量最大
焊芯中Mn0.3-0.55%;Si<0.03%;而焊缝中Mn1.2-1.6%;Si0.40.55
合金元素的氧化性与熔渣的酸碱性相同时,有利于提高该元素的
合金过渡系数。
Chapter 2 welding consumables
66
5、烟尘
由于氟中毒，危害较大，是低氢型焊条研究的重要课题。
该类焊条，机械性能比钛钙型焊条好,尤其韧性好，硫、
磷、氧、氢量少，用于焊接重要结构,各种合金钢。但工
艺性能差主要是稳弧性、脱渣性差，烟尘大。
Chapter 2 welding consumables
67
工艺性能
氧化性
夹杂
脱 脱H
氧
脱S
合金过 焊缝
度系数 冲击
Mn
韧性
J/mm2
良 良 良 少极
好 好 好
好
[FeO]
(SiO2)
不 不出
现
充 H2
分 气孔
Mn
低
60110
良 差 差 多较
好
好
极少
充 低H
分
Mn
CaO
MgO
高
90230
稳
弧
性
E4
30
3
E5
01
5
冶金性能
脱
渣
性
成
型
性
飞 全
溅 位
置
Chapter 2 welding consumables
68
六、.焊条的设计
（一）设计原则
满足设计任务要求、达到各项技术指标、工艺
上切实可行、兼顾经济效益和卫生、健康指标。
（二）设计依据
（1）被焊母材的化学成分与力学性能指标
（2）焊件的工作条件
（3）施工现场的焊接设备情况
（4）电焊条制造的生产工艺条件
Chapter 2 welding consumables
69
（三）设计方法
1.在传统配方基础上的改进与创新
2.计算化学成分配比
3.焊条配方的优化设计法
Chapter 2 welding consumables
70
（四）设计步骤
1.选定焊芯
2.选 定药皮类型、渣系及药皮配方
1）根据被焊金属使用性能，拟定焊缝金属合
金系统
2）根据焊件焊接性，确定焊缝金属化学成分
3）确定焊缝金属合金系统，确定药皮类型、
渣系
4）确定合金剂种类数量，选定药皮原材料
5）通过具体试验进行配方调整
Chapter 2 welding consumables
71
七、焊条的制造
（一）焊芯制备
（二）焊条药皮材料制备
（三）水玻璃的制备
化学式R 2O.nSiO2. R 2O为碱金属氧化物
1.模数m m  SiO2 %  
R2O%
 -----系数，对于钠水玻璃为1.032
Chapter 2 welding consumables
72
2.浓度
水玻璃的浓度有两种表示方法
（1）波美浓度 Be `
（2）密度
Be`

145(   1)

145

145  Be `
螺旋式
制造酸性焊条
m=2.5-2.7 钾钠水玻璃 39ºBe’
油压式
制造碱性焊条
m=2.8-3.0 钠水玻璃
Chapter 2 welding consumables
50ºBe’
73
3.粘度
随液体水玻璃的模数、浓度和温度的变化
粘度影响焊条涂料的塑性、压涂性能、焊条
的烘干、焊条药皮的外观质量及吸潮性等。
T↑→↓
m↑→↑
 过大或过小都不能获得好的粘结性能。
Chapter 2 welding consumables
74
（四）配料、混拌及压涂
（五）焊条烘焙
高纤维素 <120 ºC
有机物（少量）<250 ºC
酸性焊条220-300 ºC
碱性焊条350-400 ºC
（六）经过检验，质量合格的焊条可包
装、入库、出厂
Chapter 2 welding consumables
75
§2-2
焊剂
Chapter 2 welding consumables
76
一.
焊剂的类型
焊剂和焊丝都是埋弧焊，电渣焊时使
用的焊接材料。焊剂相当于焊条药皮，焊
丝相当于焊条药芯。
埋弧焊、电渣焊多用于焊接钢，少数
用于焊接有色金属。
Chapter 2 welding consumables
77
钢用焊剂分类
１. 按制造方法分类
(１)熔炼焊剂 (２)非熔炼焊剂
非熔炼焊剂特点：
•
•
•
•
•
•
•
•
（相当于焊条药皮的组成和结构）
（1）特点：
1）可制成酸性、碱性、高碱性
2）可加脱氧剂、合金剂、抗锈、合金能力强；
（2）缺点：吸潮性强，不易保存
（3）分类
粘结焊剂：粉状组分→加水玻璃粘合→成团→粒化
→经约400℃烘干
烧结焊接：粉状组分→加水玻璃粘合→成团→粒化
→经约1000℃烘干
Chapter 2 welding consumables
78
熔炼焊剂特点：
（占总量90%）
•
（1）形成：块状组分→电弧炉1500-1550℃
熔炼→熔融态倒入冷水→炸裂→粉碎→过筛
•
（2）特点：
• 多数为MnO、SiO2、CaF2为主的酸性、中性
焊剂、工艺性能好；
• 不能含脱氧剂和合金剂→合金化能力差；
• 抗潮性极强，可长期保存，用前不烘干。
（3)分类
Chapter 2 welding consumables
79
熔炼焊剂化学成分分类
(1)按氧化物性质分
酸性
中性
碱性
(2)按SiO2含量分
高硅（SiO2>30%)
中硅 （SiO2 10-30%)
低硅 （SiO2<10%)
(3)按MnO含量分
高Mn（MnO>30%)
中Mn （MnO 15-30%)
低Mn （MnO 2-15%)
无Mn （MnO<2%)
(4)按CaF2含量分
高F（CaF2>30%)
中F （CaF2 10-30%)
低F （CaF2<10%)
Chapter 2 welding consumables
80
3.按焊剂化学性质分
(1)氧化性焊剂
(2)弱氧化性焊剂
(3)中性焊剂
4.按焊剂颗粒结构分
(1)玻璃状焊剂
(2)结晶状焊剂
(3)浮石状焊剂
Chapter 2 welding consumables
81
二. 焊剂型号编制方法
型号前加“HJ”两字表示埋弧焊用焊剂。
型号第一数字X1表示焊缝金属的拉伸力学性能

第二位数字X2表示拉伸试样和冲击试样的状态

第三位表示焊缝金属冲击吸收功不小于27J的最低
实验温度
－Hxxx 表示与之匹配的焊丝牌号
如HJ403-H08MnA
Chapter 2 welding consumables
82
三. 焊剂牌号编制方法
熔炼焊剂
1.牌号前加“HJ(焊剂)”两字表示埋弧
焊及电渣焊用熔炼型焊剂。
2.牌号第一数字表示焊剂中MnO含量
HJ１××
HJ２××
HJ３××
HJ４××
无锰
低锰
中锰
高锰
Chapter 2 welding consumables
83
3.牌号第２位数字表示焊剂中氧化硅、氟
化钙含量
焊剂×１×低硅低氟
焊剂×２×
中硅低氟
焊剂×３×高硅低氟
焊剂×４×
低硅中氟
焊剂×５×中硅中氟
焊剂 ×６× 高硅中氟
焊剂×７×低硅高氟
焊剂×８×
焊剂×９×
中硅高氟
待发展
Chapter 2 welding consumables
84
4.牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不
同牌号
按０、１、２、３、４、５、６、７、
８、９顺序排列
5.对同一牌号焊剂生产两种粒度时，在细
粒产品后加一个细字。
例如、焊剂４３１表示埋弧焊及电渣焊所用焊
剂，高锰高硅低氟型
Chapter 2 welding consumables
85
焊剂质量要求
 良好的冶金性能
化学成分、力学性能、抗气孔、抗裂性
 良好的工艺性能 电弧稳定 焊缝成形 脱渣性 有毒气体
颗粒粒度 普通颗粒粒度为 8-40目(<40目≯ 5%;>8目≯ 2%)
细颗粒粒度为60-14目 (<60目 ≯5%;>14目≯2%)
 含水量≯0.10%
机械夹杂物≯0.3%
含S ≯0.06%;P ≯0.08%
Chapter 2 welding consumables
86
三. 焊剂的性能和用途
(一).熔炼焊剂
１.高硅焊剂
 以硅酸盐为主 SiO2 >30%。 SiO2 高,
有通过焊剂向焊缝里过渡硅作用。
 高硅焊剂又可分为高硅高锰焊剂，高
硅中锰焊剂、高硅低焊剂、高硅无锰
焊剂
Chapter 2 welding consumables
87
２.中硅焊剂
含 SiO2 数量较低， CaO,FeO,Mgo量
较多，碱度较高属于弱氧化性焊剂。
中硅焊剂配合适当焊丝焊接合金结构钢
，弱氧化性中硅焊剂，焊缝金属含Ｈ量高
，抗冷裂纹能力弱。
在中硅焊剂中加相当数量FeO,氧化性↑Ｈ
↓这种焊剂为中硅氧化性焊剂，焊缝金属中
又具有相当高的韧性，用于焊接高强钢。
Chapter 2 welding consumables
88
３.低硅焊剂
焊剂由 MgO-CaF2-Al2O3-CaO 组成，焊剂对基本金
属无氧化作用，配合相应焊丝,焊接高合金钢如不锈钢
等
4.熔炼焊剂的冶金性能
以MnO、SiO2、CaF2为主，配以CaO、MgO、Al2O3形
成一系列酸碱性渣
SiO2与MnO搭配→造渣
（SiO2）+（MnO）=（MnO·SiO2）
（FeO）

高温还原 SiO2+[Fe]=Si+FeO

[FeO]
Chapter 2 welding consumables
89
国产焊剂与配用焊丝
焊剂
类型
配用焊丝
HJ130
无锰高硅低氟
HJ230
低锰高硅低氟 H08MnA,H10Mn2
HJ260
低锰高硅中氟
H10Mn2
用途
低碳、低合金钢 如16Mn
低碳、低合金钢
Cr9Ni9
不锈钢、轧辊
HJ330 中锰高硅低氟 H08MnA、H08Mn2、H10MnSi Q235、20g、16Mn、15MnTi
HJ430 高锰高硅低氟
HJ431高锰高硅低氟
H08A、H10Mn2A、H10MnSi1
H08A、H10Mn2A、H10MnSi1
低碳、低合金钢
低碳、低合金钢
Chapter 2 welding consumables
90
国产焊剂与配用焊丝
 高硅高锰焊剂＋低碳钢焊丝（或低Mn钢丝）
HJ431(430,433)+H08A(H08MnA)
焊缝：低C、某些低合金钢结构
 高硅中锰低氟焊剂＋低Mn或中Mn焊丝
HJ330+H08MnA(H08Mn2A) 焊接低合金结构钢或C钢重要构件
 高硅无锰（或低锰）低氟＋高锰焊丝
HJ130(HJ230)＋H10Mn2
低合金重要结构
 中硅若氧化性焊剂＋合金钢丝
HJ150+H2Cr13 耐磨堆焊
低硅碱性焊剂（高氟）＋高合金钢丝
HJ172+H19-9 Cr-Ni不锈钢焊接
Chapter 2 welding consumables
91
(二).烧结焊剂
“SJ”系列烧结焊剂是采用硅酸盐、碳酸盐
、金属氧化物、氟化物及铁合金、纯金属等粉
剂按照焊接冶金要求配成不同酸碱度焊剂。
通过成粒，低温干燥和高温烧结等工艺制
成烧结型焊剂。
烧结型焊剂不但具有优良的焊接工艺，最
大的有点是通过焊剂向焊缝金属中渗合金，从
而降低了对焊丝化学成分的成本，是当前世界
上广泛采用的一种新型焊接材料 。
Chapter 2 welding consumables
92
烧结焊剂
1.牌号前加“SJ(焊剂)”两字表示埋弧焊及电渣焊用烧结
型焊剂。
2.牌号第一数字表示焊剂熔渣的渣系
SJ１××
氟碱型
SJ２××
高铝型
SJ３××
硅钙型
SJ４××
硅锰型
SJ５××
铝钛型
SJ６××
其它型
3.第二、三位数字表示同一渣系中的不同牌号，01、02、
…….09
如SJ501
Chapter 2 welding consumables
93
烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。
１.烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中
则不能加脱氧剂。
２.加合金剂、合金化强。
３.抗气孔能力比熔炼焊剂强。
４.对焊接参数变动敏感,会引起焊缝化学成分不
均匀
５.吸湿性大，易增加焊缝含氢量，必须焊前烘干
。
６.生产成本低、节能、生产效率高。
Chapter 2 welding consumables
94
目前有五种类型
SJ 101氟碱型
SiO2+TiO2=25% CaO+MgO=30% CaF2 20%
Al2O3+MnO=25% 配合H08MnA、H08MnMoA H10Mn2等
焊接低合金结构钢用于锅炉、压力容器等重要构件，
焊缝具有较高的低温冲击韧度。
SJ 301硅钙型
SiO2+TiO2=40% CaO+MgO=25% CaF2 10%
Al2O3+MnO=25% 配合H08MnA、H08MnMoA H10Mn2等
焊接普通结构钢、锅炉等重要构件，适合双面单道焊。
SJ 401硅锰型
SiO2+TiO2=25% CaO+MgO=10% Al2O3+MnO=40%
配合H08A 焊接低碳、低合金钢，用于矿山机械及机车车辆
等构件，工艺性好、抗气孔性强。
SJ 501铝钛型
SiO2+TiO2=30% Al2O3+MnO=55% CaF2=5%配合H08A
、H08MnA，焊接低碳钢、16Mn、15MnV，用于船舶、锅
炉等构件，抗气孔性强，对少量铁锈、高温氧化膜不敏感。
SJ 502铝钛型
SiO2+TiO2=45% Al2O3+MnO=30% CaO+MgO=10%
CaF2=5% 配合H08A，焊接低碳钢、低合金结构钢等重要
等构件，锅炉、压力容器等、焊接质量好。
Chapter 2 welding consumables
95
§2-3
焊丝
药芯焊丝
Chapter 2 welding consumables
96
一、焊丝的分类
1.按照适用的焊接方法 埋弧焊焊丝、CO2
焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、自保焊焊丝
及电渣焊焊丝
2.按照焊丝的形状结构 实心焊丝、药芯
焊丝及活性焊丝
3.按照适用的金属材料 低碳钢、低合金
钢焊丝、硬质合金堆焊焊丝，以及铝、
铜与铸铁焊丝等
Chapter 2 welding consumables
97
二、焊丝的型号和牌号
（一）焊丝的型号
（二）焊丝的牌号
实心焊丝
H08Mn2SiA
药芯焊丝
YJ422-1
有色金属、铸铁焊丝
HS221
Chapter 2 welding consumables
98
三、实心焊丝
(一)埋弧焊用实心焊丝
1.低锰焊丝
2.中锰焊丝
3.高锰焊丝
4.Mn—Mo焊丝
,Mo=0.3-0.7%
H08A
含Mn 0.2%~0.8%
H08MnA,H10MnSi
含Mn 0.8%~1.5%
H10Mn2,H08Mn2SiA
含Mn 1.5%~2.2%
H08MnMo1,H08Mn2MoA 含Mn 1%以上
Chapter 2 welding consumables
99
(二)CO2焊实心焊丝
H08Mn2SiA
氧化性
合金元素烧损，易形成CO气孔
飞溅：
采用活性焊丝 K、Cs等电离势低物质
作用：
电弧弧柱横向尺寸↑
减小阻碍熔滴脱落的电磁力
电弧稳定性增加，电弧斑点稳定在电极端部
熔滴温度升高，表面张力减小，易脱落
Chapter 2 welding consumables
100
(二)CO2焊实心焊丝
H08Mn2SiA
（三）其他用途的实心焊丝
1.电渣焊焊丝
2.氩弧焊焊丝
Chapter 2 welding consumables
101
四、药芯焊丝
（一）药芯焊丝的分类
1.按其外层结构分 有缝、无缝
2.按其内部填充材料分
有造渣剂 、无造渣剂
3.按渣的碱度分
钛型、钛钙型 钙
型
Chapter 2 welding consumables
102
(二)药芯焊丝的特征
1.焊接飞溅小
2.焊缝 成形美观
3.熔敷速度高于实心焊丝
4.可进行全位置焊接
Chapter 2 welding consumables
103
Chapter 2 welding consumables
104
本章小节
以焊条为重点内容，在焊接化学冶金
学的基初上分析典型焊条的冶金性能
，讨论焊条的工艺性能用焊条的配方
设计原则及设计程序，对于焊剂及焊
丝也进行简要的介绍，焊丝部分重点
介绍气体保护药芯焊丝。
Chapter 2 welding consumables
105
思考题
1.焊条的工艺性能包括哪些方面?
2.综合分析碱性焊条药皮中CaF2的作用及
对焊缝的性能的影响。
3.在酸性焊条药皮中，加入碱金属氧化物
和碱土金属氧化物对于溶渣的粘度有何
影响？为什么？
4.试分析低氢型碱性焊条降低发尘量及毒
性的主要途径。
Chapter 2 welding consumables
106
5、试对比分析酸性焊条及碱性焊条的工艺
性能、冶金性能和焊缝金属的力学性能
6、低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水
份很敏感？
7.、埋弧焊时如何考虑焊丝与焊剂匹配？
9、药芯焊丝的焊接冶金特点是什么？
Chapter 2 welding consumables
107