埋弧焊焊丝焊剂选配.doc

1.2 埋弧焊材料焊丝、焊剂及选配 焊丝和焊剂是埋弧焊的消耗材料，从普通碳素钢到高级镍合金多种金属材料的焊接都可以选用焊丝和焊剂配合进行埋弧焊接。二者直接参与焊接过程中的冶金反应，因而它们的化学成分和物理性能不仅影响埋弧焊过程中的稳定性、焊接接头性能和质量，同时还影响着焊接生产率，因此根据焊缝金属要求，正确选配焊丝和焊剂是埋弧焊技术的一项重要内容。 121 焊丝 埋弧焊使用的焊丝有实心焊丝和药芯焊丝两类，生产中普遍使用的是实心焊丝，药芯焊丝只在某些特殊场合应用。焊丝品种随所焊金属的不同而不同，目前已有碳素结构钢、低合金钢、高碳钢、特殊合金钢、不锈钢、镍基合金钢焊丝，以及堆焊用的特殊合金焊丝。根据国家标准GB T149571994、GBT42411984 焊接用钢丝的规定，表1、表2是典型的碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢锈钢焊丝的化学成分。表1 国产焊丝标准化学成分(GB/T149571994)19 注：表中*号为加入量。 钢种牌号化学成分（质量分数）( % )CMnSiCrNiMoV 其他SP用途碳素结构钢H08H08AH08EH08 MnH08 MnAH15AH15 Mn0.100.100.100.100.100.110.180.110.18 0.300.550.300.550.300.550.801.100.801.100.350.650.801.10 0.030.030.030.070.070.030.070.200.200.200.200.200.200.20 0.300.300.300.300.300.300.30 0.0400.0300.0250.0400.0300.0300.040 0.0400.0300.0250.0400.0300.0300.040用于碳素钢的电弧焊、气焊、埋弧焊、电渣焊和气体保护焊等合金结构钢H10 Mn2H08 Mn2SiH08 Mn2SiAH10 MnSiH10 MnSiMo H10 MnSiMoTiAH08MnMoAH08 Mn2MoAH10 Mn2MoAH08 Mn2MoVAH10 Mn2MoVAH08CrMoAH13CrMoAH18CrMoAH08CrMoVAH08CrNi2MoAH30CrMoSiAH10MoCrA0.120.110.110.140.140.080.120.100.060.110.080.130.060.110.080.13 0.100.110.160.150.220.100.050.100.250.35 0.10 1.501.901.702.101.802.100.801.100.901.201.001.301.201.601.601.901.702.001.601.901.702.000.400.700.400.700.400.700.400.700.500.850.801.100.400.70 0.070.650.950.650.950.600.900.701.100.400.700.250.250.400.250.400.150.350.150.350.150.350.150.350.100.300.901.200.150.35 0.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.801.100.801.100.801.101.001.300.701.000.801.100.450.65 0.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.301.401.800.300.30 0.150.250.200.400.300.500.500.700.600.800.500.700.600.800.400.600.400.600.150.250.500.700.200.400.400.60 0.060.120.600.120.150.35Ti0.050.15Ti0.15(*)Ti0.15(*)Ti0.15(*)Ti0.15(*)Ti0.15(*) 0.0400.0400.0300.0300.0300.0250.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0250.0300.0250.0250.030 0.0400.0400.0300.0400.0400.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0250.0300.030 表 2 国产不锈钢焊丝标准化学成分(GB42411984)19 类别牌号化学成分（质量分数）( % ) CSiMnPSNiCrMo其他奥氏体型H0Cr21Ni10H00Cr21Ni10H1Cr24Ni13H1Cr24Ni13Mo2H1Cr26Ni21H0Cr26Ni21H0Cr19Ni12Mo2H00Cr19Ni12Mo2H00Cr19Ni12Mo2Cu2H0Cr20Ni14Mo3H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10NbH1Cr21Ni10Mn6 0.060.030.120.120.150.080.080.030.030.060.060.080.100.600.600.600.600.20.59 0.600.600.600.600.600.600.600.200.601.002.501.002.501.002.501.002.501.002.501.002.501.002.501.002.501.002.501.002.501.002.501.002.505.007.00 0.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.30 0.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.20 9.0011.009.0011.0012.0014.0012.0014.0020.0022.5020.0022.5011.0014.0011.0014.0011.0014.0013.0015.009.0010.509.0011.009.0011.00 19.5022.0019.5022.0023.0025.0023.0025.0025.0028.0025.0028.0018.0020.0018.0020.0018.0020.0018.5020.5018.5020.5019.0021.5020.0022.00 2.003.002.003.002.003.002.003.003.004.00 Cu1.002.50Ti9C%1.00Nb10C%1.00 铁素体型 H0Cr14H1Cr17 0.060.10 0.300.700.500.300.700.600.300.30 0.300.300.6013.0015.0015.5017.00 马氏体型 H1Cr130.120.500.600.300.3011.5013.50H1Cr5Mo0.120.150.350.400.700.300.300.304.006.000.400.60 焊丝牌号的字母“H”表示焊接实心焊丝。字母“H”后面的数字表示碳的质量分数。化学元素符号及后面的数字表示该元素大致的质量分数值。当元素的含量 w(Me) 小于 1 时，元素符号后面的 1 省略。有些结构钢焊丝牌号尾部标有“A”或“E”字母，“A”为优质晶，即焊丝的硫、磷含量比普通焊丝低；“E”表示为高级优质晶，其硫、磷含量更低。 表3为国产钢焊丝标准直径及允许偏差。焊丝直径的选择依用途而定，手工埋弧焊用焊丝较细，一般为1.62.4mm ， 自动埋弧焊时一般使用36mm 的焊丝。各种直径的普通钢焊丝埋弧焊时，使用的电流范围如表4所示。一定直径的焊丝，使用的流有一定范围，使用电流越大，熔敷率越高。而同一电流使用较小直径的焊丝，可获得加焊缝熔深、减小熔宽的效果，当工件装配不良时，宜选用较粗的焊丝。最好镀铜，镀铜层既可起防锈作用，又可改善焊丝与导电嘴的接触状况。但抗腐蚀和核反应堆材料焊接用的焊丝是不允许镀铜的。 表 3 钢焊丝直径及其允许偏差（单位：mm） 焊丝直径 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.2 4.0 5.0 6.0 6.5 7.0 8.0 9.0 允许偏差 普通 精度 0.07 0.12 0.16 0.20 较高 精度 0.04 0.06 0.08 0.10 表 4 各种直径普通钢焊丝埋弧焊使用的电流范围 焊丝直径mm 1.6 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 电流范围A115-500 125-600 150-700 200-1000 340 1100 400 1300 600 1600 为了使焊接过程稳定进行并减少焊接辅助时间，焊丝通常用盘丝机整齐的盘绕在焊丝盘上，按照国家标准 (GBl3001977) 规定，每盘焊丝应由一根焊丝绕成，焊丝盘的内径和重量如表5所示。表 5 钢焊丝的焊丝盘内径和重量 焊丝直径mm 焊丝盘内径mm 每盘重量kS(不小于 ) 碳素结构钢 合金结构钢 不锈钢 1.620 250 15.0 10.0 6.0 2.535 350 30.0 12.0 8.0 4.060 500 40.0 15.0 10.0 6.590 500 40.0 20.0 12.0 122焊剂 埋弧焊焊剂在焊接过程中起隔离空气、保护焊缝金属不受空气侵害和参与熔池金属冶金反应的作用。 (1)焊剂的分类 埋弧焊焊剂除按用途分为钢用焊剂和有色金属用焊剂外，通常按制造方法、化学成分、化学性质、颗粒结构等分类，如表 6 所示。 表 6 焊剂的分类 (2) 焊剂的型号和牌号的编制方法1) 焊剂的型号 焊剂的型号是按照国家标准划分的，我国的现行GB52931999埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂中规定：焊剂型号划分原则是依据埋弧焊焊缝金属的力学性能。 焊剂型号的表示方法如下：尾部的“H ”表示焊接试板时与焊剂匹配的焊丝牌号，按GBl300 1977 焊接用钢丝的规定选用。表7 焊接型号中的第一位数字的含义 1抗拉强度b/MPa屈服点s/MPa伸长率()341055030322.0414055033022.0548065043722.0表8 焊剂型号中第三位数字的含义 30123456实验温度/0-20-30-40-50-60举例： HJ403一H08MnA ，表示为埋弧焊用焊剂，采用H08MnA 焊丝按照GBT52931985 所规定的焊接工艺参数焊接试板，其试样状态为焊态时焊缝金属的抗拉强度为410550MPa，屈服点不小于330MPa ，伸长率不小于22，在一30时冲击吸收功不小于27J 。(2) 焊剂的牌号 通用的焊剂统一牌号在形式上与焊剂型号相同，但是牌号中数字的含义与焊剂型号是不相同的。因此在使用中极易混淆，应当特别引起注意。 1.2 埋弧焊材料焊丝、焊剂及选配 国产焊剂牌号、成分及使用范围，见表12 、表13 所示。表12 国产熔炼型埋弧焊剂牌号、成分及其应用范围18 牌号成分类型组成成分（质量分数）(%)用途配用焊丝适用电源种类SiO2CaF2CaOMgOAl2O3MnOFeOK2O+Na2OSP其他HJ130无锰高硅低氟354047101814191216020.050.05TiO2711 低碳钢、低合钢H10Mn2交直流HJ131无锰高硅低氟34382.54.54855691.01.53.00.050.08镍基合金(薄板)Ni基焊丝交直流HJ150无锰中硅中氟212325333791328321.030.080.08轧锟堆焊2Cr13直流HJ172无锰低硅高氟364555252835120.830.050.05ZrO224NaF23 高铬铁素体钢相应钢种焊丝直流HJ173无锰低硅高氟44558132022331.00.050.04ZrO224锰、铝高合金钢相应钢种焊丝直流HJ230低锰高硅低氟4046711814101410175101.50.050.05低碳钢、低合钢H08MnA，H10Mn2交直流HJ250低锰中硅中氟182223304812161823581.530.050.05低合金高强度钢相应钢种焊丝直流HJ251低锰中硅中氟1822233036141718237101.00.080.05珠光体耐热钢Cr-Mo钢焊丝直流HJ253低锰中硅中氟20242430131712166101.00.080.05TiO224低合金高强度钢(薄板)相应钢种焊丝直流HJ260低锰高硅中氟293420254715181924241.00.070.07不锈钢，轧锟堆焊不锈钢焊丝直流HJ330中锰高硅低氟44483631620422261.510.080.08重要低碳钢及低合钢H08MnA，H10Mn2交直流HJ350中锰中硅中氟303514201018131814191.00.060.07重要低合金高强度钢Mn-MoMn-Si及含Ni高强度钢焊丝交直流HJ430高锰高硅低氟3845596538471.80.100.10重要低碳钢及低合钢H08A，H08MnA交直流HJ431高锰高硅低氟404436.55.555.7434.5381.80.100.10重要低碳钢及低合钢H08A，H08MnA交直流HJ433高锰高硅低氟4245244314471.80.30.50.150.10低碳钢H08A交直流 国家标准GB/T5293-1999、GB/T12470-1999规定熔炼焊剂型号标注方法为：HJ123H，其中1表示焊缝金属的拉身力学性能；2表示拉身和冲击试样的状态；3表示焊缝金属冲击吸收功不小于27J的最低试验温度；H表示可配用焊丝牌号。但生产厂商的牌号是按成分类型区分的，即HJabc中，a表示含锰量；b表示含硅含氟量；c表示同类不同牌号，实际中应注意辨明。表13 国产烧结焊剂牌号、成分及其使用范围18 牌号渣系类别碱度主要成分(质量分数)(%)配用焊丝用途使用电源种类SiO2+TiO2CaO+MgOAl2O3+MnOCaF2SPSJ101氟碱1.82530252.00.060.08H08MnA，H08MnMoAH08Mn2MoA，H10Mn2 多层焊、多丝焊、窄间隙双单焊AC、DCRPSJ1023.51015354515252030DCRPSJ1042.73035202520252025H08Mn2，H08MnMoTiH08MnA SJ1052.01622303418201825AC、DCRPSJ301硅钙1.0253520302540515H08A ，H08MnAH08MnMoA多层焊、多丝焊双单焊DCRPSJ3021.1202520253040820SJ401硅锰 1451040H08A常规单丝焊SJ4020.735454050515薄板较高速焊SJ4034520200.040.04H08A耐磨堆焊SJ501铝钛0.50.825404560100.060.08H08A，H08MnA，H08MnMoA多丝高速焊SJ50230，可通过焊剂向焊缝中过渡硅，其中含 MnO 高的焊剂有向焊缝金属过渡锰的作用。当焊剂中的 SiO 2 和 MnO 含量加大时，硅、锰的过渡量增加。硅的过渡10(w(SiO2) 为4248时，锰会烧损：当 w(MnO) 从10增加到25 35时，锰的过渡量显著增大：但当 w(MnO)2530后，再增加MnO 对锰的过渡影响不大。锰的过渡量不但与焊剂中 SiO2 含量有关，而且与焊丝的含锰量也有很大关系。焊丝含锰量越低，通过焊剂过渡锰的效果越好。因此，要根据高硅焊剂含MnO量的多少宋选择不同含锰量的焊丝。焊接低碳钢和某些低合金结构钢时，焊剂与焊丝的配用见表12 。2)中硅型熔炼焊剂 由于这类焊剂含酸性氧化物SiO2数量较低，而碱性氧化物 CaO 或 MgO 数量较多，故碱度较高。大多数中硅焊剂属弱氧化性焊剂，焊缝金属含氧量较低，因而韧性较高。这类焊剂配合适当焊丝可焊接合金结构钢。为了减少焊缝金属的含氢量，以提高焊缝金属的抗冷裂的能力，可在这类焊剂中加入一定数量的FeO。这样的焊剂成为中硅氧化性焊剂，是焊接高强钢的一种新型焊剂。3)硅型熔炼焊剂 这种焊剂由CaO、AL2O3、MgO、CaF2 等组成。这种焊剂对焊缝金属基本上没有氧化作用。配合相应焊丝可焊接高合金钢，如不锈钢、热强钢等。可交、直流两用。直流焊时焊丝接正极，最大晖接电流可达 1200A ，所焊焊缝金属具有较高拘低温冲击韧度。配合适当焊丝，可焊接多种低合金结构钢，用于重要的焊接产品，如锅炉压力容器、管道等。可用于多丝埋弧焊，特别适用于大直径容器的双面单道焊。 4)氟碱型烧结焊剂 这是一种碱性焊剂，可交、直流两用。直流焊时焊丝接正级，最大焊接电流可达1200A，所焊焊缝金属具有较高的低温冲击韧度。配合适当焊丝，可焊接多种低合金结构钢，用于重要的焊接产品，如锅炉压力容器、管道等。可用于多丝埋弧焊，特别适用于大直径容器的双面单道焊。5) 硅钙型烧结焊剂 这是一种中性焊剂，可交、直流两用。直流焊时焊丝接正极，最大焊接电流可达1200A。配合适当焊丝，可焊接普通结构钢、锅炉用钢、管线用钢等。可用于多丝高速焊，特别适于双面单道焊，也可焊接小直径管线。6) 硅锰型烧结焊剂 这种焊剂是酸性焊剂，可交、直流两用。直流焊时焊丝接正极。配合适当焊丝，可焊接低碳钢及某些低合金钢。可用于机车车辆、矿山机械等金属结构的焊接。7) 铝钛型烧结焊剂 这是种酸性焊剂，可交、直流两用。直流焊时焊丝接正极，最大焊接电流可达1200A。焊剂具有较强的抗气孔能力，对少量的铁锈膜及高温氧化膜不敏感。配合适当焊丝可焊接低碳钢及某些低合金结构钢，如锅炉、船舶、压力容器等。可用于多丝高速焊，特别适于双面单道焊。 埋弧焊时焊剂与焊丝的选配焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属化学成分和性能的主要因素之一，采用同样的焊丝和同样的焊接参数，而配用的焊剂不同，所得焊缝的性能将有很大的差别。一种焊丝可与多种焊剂合理的组合，无论是在低碳钢还是在低合金钢上都有这种合理的组合。1 对焊剂工艺性能及质量的要求（1）对焊剂的一般要求a、焊剂应具有良好的冶金性能，焊接时配以适当的焊丝和合理的焊接工艺，焊缝金属应能得到适宜的化学成分和良好的力学性能（与母材相适应的强度和较高的塑性、韧性）以及较强的抗冷裂纹和热裂纹的能力。b、焊剂应具有良好的工艺性、电弧燃烧稳定、熔渣具有适宜的熔点、黏度和表面张力。焊道与焊道间及焊道与母材间充分熔合，过渡平滑没有明显咬边，脱渣容易，焊缝表面成形良好，以及焊接过程中产生的有害气体少。c、焊剂要有一定的颗粒度，并且应有一定的颗粒强度，以利于多次回收使用。焊剂的颗粒度分为两种：普通颗粒度焊剂的粒度为2.50.45mm(840目),用于普通埋弧焊和电渣焊；细颗粒度焊剂的粒度为1.250.28mm（1460目），适用于半自动或细丝埋弧焊。其中小于规定粒度60止以下的细颗粒不大于5%，规定粒度14目以上的粗颗粒不大于2%。d、焊剂应有较低的含水量和良好的抗潮性，出厂焊剂含水量的质量分数不得大于0.10%,焊剂在温度25、相对湿度70%的环境条件下,放置24h,其吸潮率不应大于0.15%。e、焊剂中机械夹杂物（碳粒、生料、铁合金凝珠及其他杂质）的含量不得大于焊剂质量分数的0.30%；f、焊剂应有较低的S、P含量，一般为S0.06%,P0.08%。（2）对电渣焊用焊剂的要求对于电渣焊用焊剂，为了使电渣过程能稳定进行并能得到良好的焊接接头，还应有以下特殊要求。a、熔渣的电导率应适宜。若电导率过低，焊接无法进行；若电导率过高，电阻热过低，影响电渣焊过程的顺利进行。b、熔渣的黏度应适宜。黏度过小，流动性过大，易造成熔渣和金属流失，使焊接过程中断；黏度过大、熔点过高，易形成咬边和夹渣。c、熔渣的开始蒸发温度应合适。熔渣开始蒸发的温度取决于熔渣中最易蒸发的成分，例如氟化物的沸点低，使熔渣的开始蒸发温度降低，易产生电弧，导致电渣焊过程的稳定性降低，并易产生飞溅。通常情况下，焊剂中的SiO2含量增多时，电导率降低，黏度增大；氟化物和TiO2增多时，电导率增大，黏度降低。要获得高质量的焊接接头，焊剂除符合以上要求外，还必须针对不同的钢种选用合适牌号的焊剂及配用焊丝。通常主要根据被焊钢材的类别及对焊接接头性能的要求来选择焊丝，并选择适当的焊剂相配合。一般情况下，对低碳钢、低合金高强钢的焊接，应选用与母材强度相匹配的焊丝；对耐热钢、不锈钢的焊接，应选用与母材成分相匹配的焊丝；堆焊时应根据对堆焊层的技术要求、使用性能等，选择合金系统及相近成分的焊丝并选用合适的焊剂。还应根据所焊产品的技术要求（如坡口和接头形式、焊后加工工艺等）和生产条件，选择合适的焊剂与焊丝的组合，必要时应进行焊接工艺评定，检测焊缝金属的力学性能、耐腐蚀性、抗裂性以及焊剂的工艺性能，以考核所选焊接材料是否合适。2 低碳钢埋弧焊焊剂与焊丝的选配选用高锰高硅低氟焊剂时，配合H08A或H08E，目前常用的为H08A+HJ431（HJ430、HJ433、HJ434）组合。焊剂中的MnO和SiO2在高温下与Fe反应，Mn和Si得以还原，过渡到焊接