第五章焊条
焊条就是涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极。它有焊芯和药皮两部分组成。
手弧焊时，焊条（焊丝）既作为电极，熔化后又作为填充金属直接过渡到熔池，与液态的母材熔合后形成焊缝金属。
§5－1焊条的组成及作用
焊条是由焊芯（金属芯）和药皮组成的，在焊条前端的药皮有45度左右的倒角，是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长的1/16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条直径一般是指焊芯的直径。常用的有2－6mm长度一般在250～450mm之间。
1－焊芯2－药皮3－夹持端4－引弧端
一；焊芯
焊条中被药皮包裹的金属芯称为焊芯。
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溶合形成焊缝。
手弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属的50％～70％。所以焊芯的化学成分，直接影响焊缝的质量。
1、焊芯中各合金元素对焊接的影响
（1）碳（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。焊接过程中，碳是一种良好的脱氧剂，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的空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。但含碳量过高，还原作用剧烈，能引起较大的飞溅和气孔。低碳钢焊芯的含碳量一般小于等于0.1％。
（2）锰（Mn）锰在钢中是一种较好的合金剂，随着含锰量的增加，其强度和韧性不断提高。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。一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0.30％～0.55％，特殊用钢的焊芯含锰量可达1.70％～2.10％。
（3）硅（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强度、弹性及抗酸性能，若含量过高，则降低塑性和韧性。焊接过程中，硅具有比锰还强的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，它会提高焊渣的黏度，促进非金属夹杂物的生成，而且增加飞溅，所以，焊芯中的含硅量越少越好，一般限制在0.03％以下。
（4）铬（Cr）铬对钢来说是一种重要合金元素，用它来冶炼合金钢和不锈钢，能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的三氧化二铬，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，使熔渣黏度提高，流动性降低，因此焊芯中的含铬量限制在0.20％以下。
（5）镍（Ni）对低碳钢来说是一种杂质。所以焊芯中的含镍量要求小于0.30％。镍对钢的韧性有比较显著的效果，低温冲击值要求较高时，可以适当掺入一些镍。
（6）硫（S）硫是一种有害杂质，它能使焊缝金属的机械性能降低，主要危害是随着硫含量的增加，焊缝的热裂纹倾向也将增加，因此焊芯中硫的含量不得大于0.04％。重要结构中，硫含量不得大于0.03％。
（7）磷（P）磷是一种有害杂质，它也能使焊缝金属的机械性能降低，主要危害是，焊缝产生冷脆现象，随着磷含量的增加，焊缝金属的韧性、特别是低温冲击韧性都将降低，因此焊芯中磷的含量不得大于0.04％。焊接重要结构时，磷含量不得大于0.03％。
2．焊芯的分类及牌号
（1）焊芯的分类
焊接专用钢丝可分为碳素结构钢合金结构钢不锈钢三类。
（2）焊芯牌号的含义
如
H08MnA
H－焊接用钢丝08－含碳量为0.08％Mn－主要合金元素为锰，含量1％左右A－高级优质钢
H08Mn2Si
H－焊接用钢丝08－含碳量为0.08％Mn2－含锰量为2％左右
Si－含硅量为1％左右
H0Cr19Ni9Si2
H－焊接用钢丝0－含碳量小于等于0.06（低碳）Cr19－含铬量为19％左右Ni9－含镍量为9％左右Si2－含硅量为2％左右
H00Cr19Ni9
H－焊接用钢丝00－含碳量小于等于0.03（超低碳）Cr19－含铬量为19％左右Ni9－含镍量为9％左右
二、药皮
压涂在焊芯表面上的涂料层称为药皮。焊条的药皮在焊接过程中起着极为重要的着用。如果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。而熔入熔池的气体可能使焊缝产生大量气孔，这都使焊缝的机械性能（强度、冲击韧性等）大大降低。同时使焊缝变脆。此外用光焊条焊接，电弧很不稳定，飞溅严重，焊缝成形很差。焊条和药皮应有一个适当的比例，就是药皮与焊芯（不包括夹持端）的重量比，称为药皮的重量系数（Kb）。Kb值一般在40～60％左右。
药皮在焊接过程中起着复杂的冶金反应和物理、化学变化。基本上克服了光焊条在焊接时出现的问题，所以药皮也是决定焊缝金属质量的主要原因。
焊条药皮的作用
（1）机械保护作用
气保护在焊接时，焊条药皮熔化后产生大量的气体l笼罩着电弧区和熔池，基本上把熔化金属与空气隔绝开来。这些气体中绝大部分是还原性气体（CO、H2等），能在电弧区、熔池周围形成一个很好的保护层，防止空气中的氧、氮侵入，起到了保护熔化金属的作用。
渣保护焊接过程中药皮被电弧高温熔化后形成熔渣覆盖着熔滴和熔池金属，这样不仅隔绝空气中的氧、氮，保护焊缝金属，而且还能减缓焊缝的冷却速度，促进焊缝金属中气体的排除，减少生成气孔的可能性，并能改善焊缝的成形和结晶，起到渣保护的作用。
（2）冶金处理渗合金作用
通过熔渣与熔化金属冶金反应除去有害杂质（如氧、氢、硫、磷等）和添加有益的合金元素，是焊缝获得合乎要求的机械性能。
（3）改善焊接工艺性能
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。
药皮的作用是保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能，并使焊条具有良好的焊接工艺性能。
2.焊条药皮的组成
（1）稳弧剂主要作用是改善焊条引弧性能和提高焊接电弧稳定性。
（2）造渣剂主要作用使能形成具有一定物理、化学性能的熔渣，产生良好的机械保护和冶金作用。
（3）造气剂主要作用是造成保护气氛，同时有利于熔滴过渡。
（4）脱氧剂主要作用是对熔渣和焊缝金属脱氧。
（5）合金剂主要作用是向焊缝金属中掺入必要的合金成分，以补偿已经烧损或蒸发的合金元素和补加特殊性能要求的合金元素。
（6）稀释剂主要作用是降低焊接熔渣的粘度，增加熔渣的流动性。
（7）粘结剂主要作用是将药皮牢固的粘结在焊芯上。
（8）增塑剂主要作用是改善涂料的塑性和滑性，使之易于用机器压涂在焊芯上。
§5～2焊条药皮的类型及焊条的分类
焊条药皮的类型
手工电弧焊焊条的药皮主要有
钛型
药皮中以氧化钛为主要组成物（含量在35％以上）的焊条，称为钛型焊条。它适用于全位置焊接，特别是薄板焊接。但焊缝金属塑性和抗裂性能较差。焊接电源为交直流两用。
钛钙型
药皮中含有30％以上氧化钛及小于20％钙或镁的碳酸盐矿石的焊条，称为钙型焊条。适用于全位置焊接，焊接电源为交直流两用。
钛铁矿型
药皮中含有30％以上钛铁矿的焊条，称为钛铁矿型焊条。适用于全位置焊接，交直流两用电源。
4，氧化铁型
药皮中含有多量氧化铁及较多锰铁作氧化剂的焊条，称为氧化铁型焊条。最适宜中厚板的平焊工作，立焊和仰焊操作性能较差，但焊缝金属的抗裂性较好。交直流两用电源。
5，谦维素性
药皮中含有15％以上有机物和30％左右氧化钛的焊条，称为纤维素性焊条。适用于全位置焊接，特别适用于立焊和仰焊，也可进行向下立焊，并可作深熔焊接同时可用作多层焊或单面焊打底焊时采用。交直流两用电源。
6，低氢钠型和低氢钾型
药皮主要有碳酸盐及氟化物等碱性物质组成的焊条。正确使用时，熔敷金属中扩散氢的含量低于规定值，称为低氢型焊条。适用于全位置焊接，具有良好的抗烈性能和机械性能。气孔敏感性较强，所以对焊件坡口2清理要求及药皮干燥要求严格。焊接时要求采用短弧焊，焊接电流比酸性焊条要小些。低氢钠性采用直流反极性焊接电源；低氢钾型由于药皮在低氢钾型的基础上增加适量的稳弧剂，因此可采用交直流电源。
7，石墨型
药皮中含有较多量的石墨，使焊缝获得较高的游离碳或碳化物。这种焊条只适用于平焊工作。如果采用有色金属的石墨型药皮，可适用于全位置焊接。通常这类药皮用于配制部分铸铁焊条和堆焊焊条。交直流两用电源。
8，盐基型
这类药皮主要有氯化物和氟化物组成。焊接时要求电弧很短。一般采用羧甲基纤维素作粘结剂，通常用于配制铝及铝合金焊条。直流焊接电源
上述各种类型药皮的基础上，若药皮中含有30％以上的铁粉，按照基本类型不同，分别称作铁粉XX型，钢焊条加入铁粉后，有改善工艺性能和提高熔敷效率的优点，但焊条中铁粉加入较多，不适于立、仰位置操作。
在钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型及纤维素型的焊条药皮中所含强碱性氧化物较少，酸性氧化物较多，一般将这五中类型的焊条称为酸性焊条。而低氢钠型和低氢钾型焊条药皮中含有较多的大理石和萤石，碱性较强，故称为碱性焊条。
焊条的分类
1、按焊条的用途分
低碳钢和低合金高强度钢焊条（简称结构港焊条）
钼和铬钼耐热钢焊条
不锈钢焊条
堆焊焊条
低温钢焊条
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
按焊条药皮熔化后的熔渣特性分
1）酸性焊条
气熔渣的主要成分是酸性氧化物，这类焊条药皮中含有各种氧化物，具有较强的氧化性，促使合金元素氧化；所以这类焊条对铁锈不敏感，焊缝很少产生由氢引起的气孔，但酸性熔渣的脱氧不完全焊缝的机械性能较低，一般用于焊接低碳钢和不太重要的钢结构中。
2）碱性焊条
气熔渣的主要成分是碱性氧化物，并含有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂。由于焊条的脱氧性能好，合金元素烧损少，焊缝金属合金化效果较好。但对铁锈和水比较敏感，容易出现氢气孔和，而且电弧不稳定，要求必须采用短弧和直流反极性进行操作。若在药皮中加入稳定电弧的组成物碳酸钾等，可使用交流电源。碱性熔渣的脱氧完全，合金元素烧损少，焊缝金属的机械性能和抗裂性均好，可用于合金钢和重要碳钢结构的焊接。
焊条型号的编制方法
1、按国家标准规定碳钢焊条型号的编制方法
字母“E”表示焊条。
前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值。单位为；X10Mp
第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接，“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊
第三位和第四位数字结合时表示焊接电流及药皮类型。
碳钢和低合金钢焊条型号的第三、四位数字组合的意义
焊条型号 药皮类型 焊接位置 电源种类 E××00 特殊性
钛铁矿型
钛钙型
平、立、横、仰 交、直流、正反接 E××01 E××03 E××10 高纤维钠型 直流反接 E××11 高纤维钾型 交、直流反接 E××12 高钛钠型 交、直流正接 E××13 高钛钾型 交、直流正、反接 E××14 铁粉钛型 E××15 低氢钠型 直流反接 E××16 低氢钾型
交、直流反接 E××18 铁粉低氢型 E××20 氧化铁型
平焊、平角焊 交、直流正接 E××22 交、直流正、反接 E××23 铁粉钛钙型 E××24 铁粉钛型 E××27 铁粉氧化铁型 交、直流正接 E××28 铁粉低氢型 交、直流反接 E××48 平、立、横、仰、立向下
如E5015（结507）
E——表示焊条
50——表示熔敷金属抗拉强度的最小值（500Mpa）
1——表示焊条适用于全位置焊接
15——表示焊条药皮为低氢钠型，采用直流反接焊接
焊条型号后面用“—”与前面数字分开，后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号，其中“A”表示碳——钼钢焊条；“B”表示铬——钼钢焊条；“C”表示镍——钢焊条；“NM”表示镍——钼钢焊条；“D”表示锰——钼钢焊条；“G、M或W”表示其它低合金钢焊条；字母后的数字表示同一等级焊条的编号。有附加化学成分时，直接用元素符号表示，用“—”与前面后缀字母分开。
E5018—A1E5515—B3—VWB
E——表示焊条E——表示焊条50——表示熔敷金属抗拉强度的55——表示熔敷金属抗拉强度的最小值
最小值（500Mpa）（550Mpa）
1——表示焊条适用于全位置焊接1——表示焊条适用于全位置焊接
18——表示焊条药皮为铁粉低氢型，15——表示焊条药皮为低氢钠型，采用直流
采用交流或直流反接焊接反接焊接
A——表示熔敷金属化学成分分类代号B3——表示熔敷金属化学成分分类代号
1——表示同一等级焊条中的编号V——表示熔敷金属中含有钒元素
W——表示熔敷金属中含有钨元素
B——表示熔敷金属中含有硼元素
3、按国家标准规定不锈钢焊条型号的编制方法
1），字母“E”表示焊条
2），熔敷金属含碳量用“E”后的一位或二位数字表示，“00”含碳量不大于0.04%；“0”表示含碳量不大于0.10%;“1”表示含碳量不大于0.15％；“2”含碳量不大于0.20%；“3”表示含碳量不大于0.45%。
3），熔敷金属的含铬量以近似值的百分之几表示，并以短化“—”与表示含碳量的数字分开。
4），熔敷金属的含镍量以近似值的百分之几表示，并以短化“—”与表示含铬量的数字分开。
5），若熔敷金属中含有其它重要合金元素，当元素平均含量低于1.5％时，型号中只表明元素符号，而不标注具体含量；当元素平均含量等于或大于1.5％、2,5%、3.5%时，一般在元素符号后面相应标注2、3、4等数字。
6），焊条药皮类型及焊接电流种类在焊条型号后面附加以下代号表示；后缀15表示焊条为碱性药皮，适用于直流反接焊接；后缀16表示焊条为碱性或其它类型药皮，适用于交流或直流反接焊接。
如;E1—23—13Mo2—15（奥317）
E——表示焊条
E1——表示熔敷金属含碳量
23——表示熔敷金属中含铬量的近似值
13——表示熔敷金属中含镍量的近似值
Mo2——表示熔敷金属中含钼量的近似值
15——表示焊条为碱性药皮，适用于直流反接焊接
§5—3焊条的选用及制造过程
焊条的选用
应注意以下原则
1、考虑焊件的机械性能
1），低碳钢、中碳钢和低合金钢可按其强度等级和焊件金属的化学成分来选用相应强度的焊条
2）、焊条的强度确定后再决定选用酸性还是碱性焊条时，主要取决于焊接结构具体形状的复杂性，钢材厚度的大小（即钢性的大小），焊件的载荷情况（静载还是动载）和钢材的抗裂性以及得到直流电源的难易等。
3）、异种钢的焊接如低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条，
2、考虑焊件的工作条件及使用性能
1）、对于工作环境有特定要求的焊件，应选用相应的焊条。
2）、珠光体耐热钢一般选用与钢材化学成分相似的焊条，或根据焊件的工作温度来选取。
3、考虑简化工艺、提高生产率、降低成本
1）、薄板、点焊或不重要的钢结构宜选用“E4313”等酸性焊条，焊件不易烧穿且容易引弧。
2）、在满足焊件适用性能和焊条操作性能的前提下，应选用规格大、效率高的焊条。
3）、在使用性能基本相同时应尽量选用价格低的焊条，降低焊接成本。
二、焊条的检验
1、焊接检验
通过焊接来检验焊条质量好坏。质量好的焊条，焊接时电弧燃烧极为稳定，焊芯和药皮熔化均匀，飞溅很少，焊缝成形好，脱渣容易。
2、药皮强度检验
将焊条平举1米高，自由落到光滑的厚钢板上，如药皮无脱落现象，证明药皮强度合乎质量要求。
3、外表检验
药皮表面应光滑细腻、无气孔和机械损伤，药皮不偏心，焊芯无锈蚀现象。
4、理化检验
焊接重要焊件时，应对焊缝金属进行化学分析及机械性能复验，以检验焊条质量。
5、鉴别焊条变质的方法
1）、将焊条数根放在手掌内相互搓动滚击，如发出清脆的金属声，即为干燥焊条；如有低沉的沙沙声，则为受潮的焊条。
2）、将焊条在焊接回路中短路几秒。如药皮表面出现颗粒状斑点，则为受潮焊条。
3）、受潮焊条的焊芯上常有锈痕。
4）、对于厚药皮焊条，缓慢弯曲120度，如有大块涂料脱落或涂料表面毫无裂纹，都为受潮焊条。干燥焊条在轻弯后，有小的脆裂声，继续弯曲至120度，在药皮受张力的一面有小裂口出现。
5）、焊接时如药皮成块脱落，或产生大量水气而有爆裂现象，说明是受潮的焊条。
受潮的焊条，若药皮脱落，应予报废。虽受潮但并不严重，可以干燥后再用。一般焊条的焊芯有轻微锈点，焊接时基本也能保证质量，但对于重要工程用的低氢型焊条，生锈后不能使用。
三、焊条的制造过程
焊芯准备；除锈、拔丝、切断等。
药皮组成物的配制、配料和拌粉；轧粉（粉碎各种矿石和铁合金）、水玻璃的熔炼、按配方要求配料拌匀。
压涂。
烘培及包装。
复习题
焊条的焊芯有什么作用？焊芯中碳、锰、硅、硫、磷对焊缝金属的影响有那些？
钢焊丝分几类？解释下列焊丝牌号的含义；H08H08MnAH08MnSiAH00Cr19Ni9H1Cr19Ni9Ti？
焊条药皮的作用是什么？
焊条药片按其在焊接过程中所起的作用不同通常有那些剂组成？
焊条药皮的类型有哪几种？钛钙型和低氢钠型各有什么特点？
手弧焊焊条按其用途不同分那几类？
解释下列焊条的含义；E4303E5015E5015—A1E5515-B2-VNbE00-19-10-16E0-19-10Nb-16E1-23-13-15
焊条选用的原则是什么？
如何鉴别焊条变质？
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