第二节焊条

第二节　焊　　条

焊条是涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极。

一、焊条的组成及作用

1.焊条的组成

焊条是由焊芯与药皮两部分组成，其构造如图2－7所示。焊条前端药皮有45°左右的倒角，以便于引弧；其尾部有段裸焊芯，长10～35mm，便于焊钳夹持和导电；焊条长度一般在250～450mm。生产中应用最多的是Φ3.2mm、Φ4mm、Φ5mm三种，长度分别为350mm、400mm和450mm。

图2－7　焊条

2.焊条的作用

手工电弧焊时，焊条既作为电极传导电流而产生电弧，又作为填充金属，熔化后与母材熔合形成焊缝。

（1）焊芯。焊芯的作用有两个：一是传导电流，产生电弧将电能转化为热能；二是熔化后作为填充金属与母材金属熔合形成焊缝。

手工电弧焊时，焊芯在焊缝金属中占50%～70%，所以焊芯的化学成分直接影响焊缝的质量。因此，焊芯用钢是经过特殊冶炼的，如果用于埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊、气焊作填充金属时，则称为焊丝。

焊条用钢的化学成分与普通钢的主要区别在于严格控制磷、硫杂质含量，并限制含碳量，以提高焊缝金属的韧性、塑性和防止焊接缺陷。根据GB/T14957－1994《熔化焊用钢丝》及YB/T5092－1996《焊接用不锈钢焊丝》标准规定，专门用于制造焊芯和焊丝的钢丝可分为：碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。常用焊丝牌号见表2－1。

表2－1　常用焊丝的牌号

焊芯牌号编制方法为：字母“H”表示焊丝；“H”后的一位或两位数字表示含碳量；化学元素符号及其后的数字表示该元素的近似含量，当某合金元素的含量低于1%时，可省略数字，只记元素符号；尾部标有“A”或“E”时，分别表示为“优质品”或“高级优质品”，表明硫、磷等杂质含量更低。

例如：

（2）药皮。焊条药皮是指压涂在焊芯表面上的涂料层。药皮的作用主要有以下几个方面。

一是改善焊接工艺性能作用。焊条药皮中含有稳弧物质，可保证电弧容易引燃和燃烧稳定。二是机械保护作用。焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池，隔绝空气与熔化金属，对熔池金属和熔滴起保护作用。三是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）和添加有益元素，使焊缝获得合乎要求的力学性能。

焊条药皮的组成相当复杂，一般的焊条药皮配方中的组成物都在七八种以上。根据组成物在焊接过程中所起的作用，可将其分为稳弧剂、脱氧剂、造渣剂、造气剂、合金剂、稀释剂、黏结剂与增塑剂8类。

根据药皮中的主要组成物的不同，可将药皮分为若干类型。焊接结构钢用的焊条药皮类型有以下几种。

①钛铁矿型。药皮中含钛铁矿≥30%，熔渣流动性良好，渣覆盖性、脱渣性均良好，熔深较深，飞溅一般，适用于全位置焊接，焊接电流为交、直流均可。

②钛钙型。药皮中含30%以上的氧化钛和20%以下的钙或镁的碳酸盐矿石。熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定，熔深适中，飞溅少，焊波整齐，适用于全位置焊接，焊接电流为交、直流均可，是应用最为广泛的药皮类型之一。

③铁粉钛钙型。适用于平焊和平角焊，焊接电流为交流或直流正、反接。

④高纤维素钠型。适用于全位置焊接，焊接电流为直流反接，可用于管道焊接和打底焊接等。

⑤高纤维素钾型。焊接电流为交流或直流反接。当采用直流反接焊接时，熔深浅，适用于全位置焊接。

⑥高钛钠型。适用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正接，但熔敷金属塑性及抗裂性能较差，适用于焊接薄板及盖面焊等。

⑦高钛钾型。适用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正、反接，适用于焊接薄板及盖面焊等。

⑧铁粉钛型。适用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正、反接。

⑨氧化铁型。不适宜焊薄板，而适用于平焊及平角焊，焊接电流为交流或直流正接。

⑩铁粉氧化铁型。适用于平焊和角焊，焊接电流为交流或直流正接，可采用大电流焊接。

低氢钠型。药皮主要组成物是碳酸盐矿和荧石，碱度较高。熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸出，熔深适中，脱渣性较好，焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊。可全位置焊接，焊接电流为直流反接。熔敷在金属上具有良好的抗裂性和力学性能。低氢钠型焊条是使用最广泛的碱性焊条。

低氢钾型。工艺性能与焊接位置和低氢钠型相似，焊接电流为交流或直流反接，熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能。

铁粉低氢型。焊接电流为交流或直流反接，焊接时应采用短弧，适用于全位置焊接。如以氧化钛为主的药皮称为钛型，以氧化钛和氧化钙为主的药皮称为钛钙型。

二、焊条的分类

1.按用途分类

根据有关国家标准，焊条可分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、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、镍及镍合金焊条等。

2.按焊条药皮熔化后的熔渣特性分类

按焊条药皮熔化后所形成熔渣的酸碱性不同可分为：碱性焊条（熔渣碱度＞1.5）和酸性焊条（熔渣碱度＜1.5）两大类。

（1）酸性焊条。酸性焊条熔渣的主要成分是酸性氧化物，其在焊接过程中容易放出含氧物质以及药皮里的有机物分解时产生保护气体，因此烘干温度不能超过250℃。这类焊条氧化性比较强，容易使合金元素氧化，且电弧中的氢离子容易和氧离子结合生成氢氧根离子，可防止氢气孔，所以这类焊条对铁锈不敏感。酸性焊条不能有效地清除熔池中硫、磷等杂质，热裂纹倾向较高，焊缝金属冲击韧性较低。酸性焊条突出的优点是价格较低，焊接工艺性较好，容易引弧，电弧稳定，飞溅小，对弧长、油污、铁锈不敏感，焊前准备要求低，焊缝成形好，因此广泛用于一般的焊接结构。这类焊条的典型型号有E4303、E5003。

（2）碱性焊条。碱性焊条熔渣的主要成分是碱性氧化物和铁合金，焊条氧化性弱，对油、水、铁锈等很敏感，易产生气孔。但焊缝金属中含合金元素较多，硫、磷等杂质较少，因此焊缝力学性能好，所以这类焊条主要用于焊接重要的焊接结构。其突出的缺点是价格昂贵，焊接工艺性能差，引弧困难，电弧稳定性差，飞溅大，必须采用短弧焊。其焊缝外形稍差，鱼鳞纹较粗。典型型号有E4315、E5015。

三、焊条的型号

焊条型号是国家标准中的焊条代号，按GB/T5117－1995《碳钢焊条》和GB/T5118－1995《低合金钢焊条》规定表示，碳钢焊条和低合金钢焊条型号用一个大写拼音字母和4位数字表示。首位字母“E”表示焊条，此后的前两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。“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平焊、立焊、仰焊、横焊），“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组合表示焊接电流种类及药皮类型。如：E4315表示焊缝金属的σ_b≥43 kgf/mm²，适用于全位置焊接，药皮类型是低氢钠型，电流种类是直流反接。表2－2所示为几种常见碳钢焊条的型号及适用范围。

表2－2　几种常见碳钢焊条的型号及适用范围

焊条牌号是焊条行业中现行的焊条代号。通常用一个大写的汉语拼音字母和三位数字表示，拼音字母表示焊条的类别，牌号中前两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最低值，单位为kgf/mm²，最后一位数字表示药皮类型和电流种类。如J422，“J”表示结构钢焊条，“42”表示焊缝金属抗拉强度不低于43kgf/mm²，“2”表示钛钙型药皮，直流或交流。表2－3所示为常用的焊条型号和牌号对照表。

表2－3　常用焊条型号与牌号对照

三、焊条的选用及保管

1.焊条的选用

（1）按焊件的力学性能、化学成分选用。

①等强度原则。对于承受静载荷或一般载荷的焊件和结构，通常选用抗拉强度与母材相等的焊条，这就是等强度原则。

例如：焊接20钢、Q235等低碳钢和抗拉强度在400MPa左右的低碳或低合金结构钢时就可以选用E43系列焊条。而Q345（16Mn）等抗拉强度在500MPa范围的钢，选用E50系列焊条。

②等同性原则。焊接在特殊环境下工作的焊件或结构，应选用能保证熔敷金属性能与母材相近的焊条，如焊接不锈钢时，应选用不锈钢焊条。

（2）酸、碱性焊条的选用。

①接头坡口表面难以清理干净时，应采用氧化性强，对铁锈、油污等不敏感的酸性焊条。

②在容器内部或通风条件较差的条件下，应选用焊接时析出有害气体少的酸性焊条。

③在母材中碳、硫、磷等元素含量较高时，且焊件形状复杂、结构刚度和厚度大时，应选用抗裂性好的碱性低氢型焊条。

④当焊件承受振动载荷或冲击载荷时除保证抗拉强度外，应选用塑性和韧性较好的碱性焊条。

⑤在酸性焊条和碱性焊条均能满足性能要求的前提下，应尽量选用工艺性能较好的酸性焊条。

2.焊条的保管

（1）焊条的烘干。焊条在存放时会从空气中吸收水分而受潮，其在使用时会使工艺性能变坏，造成电弧不稳、飞溅增大、烟尘增多等不利现象，还会使焊缝产生气孔、裂纹等缺陷。所以焊条（尤其是碱性焊条）在使用前必须烘干。

酸性焊条烘干温度一般规定为75～150℃，保温1～2h；碱性焊条烘干温度较酸性焊条高些，一般为350～400℃，保温1～2h。焊条累计烘干次数一般不超过3次。

（2）焊条的储存和保管。

①焊条必须分类、分型号、分规格存放，避免混淆；

②焊条必须存放在通风良好、干燥的库房内；

③焊条必须放在离地面和墙壁的距离均在0.3m以上的木架上，以防受潮变质。