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2. 过程设备用焊接材料焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。过程设备制造中最常用的焊接材料为手工电弧焊焊条、自动焊焊丝及焊剂。21 焊接冶金过程对焊接材料的要求 所谓“焊接冶金过程”是指熔化焊时,焊接区金属被加热熔化并与焊接区内各物质之间在高温下相互作用的过程。其中不仅包括化学变化,而且包括物质在作用相之间的迁移和分布过程。这些过程对焊缝金属的成分、性能、焊接缺陷(如气孔、裂缝等)以及焊接工艺性能都有很大影响。各种焊接材料的配制、发展、选用,在很大程度上是根据焊接过程中冶金特点所提出的要求来决定的。因此,了解焊接冶金过程和焊缝金属性能之间的关系,才能正确地选用焊接材料，合理地控制和调整焊缝金属成分和性能,以保证获得质量优良的焊缝。下面以锅炉常用的电弧焊焊接低碳钢为重点来说明焊接冶金的一般规律。211 焊接冶金过程特点 焊接冶金过程实质上是金属在焊接条件下的再熔炼过程,它在一定程度上与炼钢过程相似,但又具有下列一些特点： (1)电弧反应区温度高电弧焊时,弧柱温度可达6000以上,熔滴温度可达1800-2400,熔池平均温度也在1770100左右。在这样高的温度下,工件焊接区局部金属熔化形成熔池,焊条也熔化，通过电弧进入熔池。熔池上部充满大量气体,熔池中有一定量熔渣。在这个高温的焊接区，不仅有气体分子,而且存在受热分解的气体原子及受激发的气态离子。气体的状态不同,在金属中的溶解度也不同。以原子、离子状态存在的气体，其化学活性显著增加,在金属中的溶解度也随之增加。因此,电弧焊时,熔化金属吸收的气体量常常超过它的标准溶解度,从而严重影响焊缝金属的成分和性能。 (2)熔池体积小,冷却速度快 电孤焊时,熔池体积最大只有30立方厘米,重量不超过100克（铸锭可达儿吨、几十吨），而且熔池周围被冷金属包围,冷却速度较快，平均冷速约为4-100/秒,与铸锭冷速相差几千倍铸锭平均冷速约为（3-150）10-4/秒。因此,冶金反应时间较短,有时反应不能达到平衡,化学成分不太均匀,凝固后使合金元素存在偏析现象。液态时金属吸收的气体有时来不及逸出而形成气孔。一些非金属夹杂物也可能来不及浮出而留在焊缝金属中造成缺陷 (3)铁水进入熔池的特点 电弧煤时，焊条熔化后以滴状进入熔池填充焊缝,因此,熔化金属与气体、熔渣的接触面积比正常炼钢时要大得多。这使冶金反应速度加快,增加合金元素的蒸发、烧损。气体熔入金属的机会也大大增加。 除以上特点外,熔池中心和边缘极大的温度梯度还使焊缝柱状晶得到发展。焊接过程中的工艺因素及外界条件,也或多或少会影响焊接冶金反应的进行。212 气体对焊缝金属的影晌 焊接区内的气相成分,随焊接方法、工艺参数、药皮或焊剂的种类而变化,主要有O2、N2、H2、CO、CO2、H2O等,其中对焊接质量影响最大的是O2、N2和H2。 (1)氧对焊缝金属的影响 焊接时氧的来源主要是： 空气中存在的氧； 焊条药皮或焊剂在焊接时析出的氧； 被焊金属表面各种杂质受热分解产生的氧； 母材及焊条金属冶炼过程中冶金反应结果而存在的氧。焊接区内的氧,在电弧高温作用下分解,0220,当温度为5000k时,其分解度可达96.5%,可见,氧在电弧中主要是以原子状态存在的。而在焊缝金属中以溶解状态及氧化物夹杂(FeO)两种形式存在。 焊缝中的氧不论以何种形式存在,对焊缝性能都有很大影响。 随含氧量增加,钢的强度、塑性、韧性全面下降。如图2-1为氧对低碳钢机械性能的影响。图21 氧对低碳钢机械性能的影响 由于焊缝金属中溶有氧和氧化物夹杂，在晶界上产生金属氧化物与硫化物的共晶体,引起焊缝金属的热脆性。 引起时效硬化,提高脆性转变温度。使焊缝的抗腐蚀性、导电性、导磁性下降。溶解在熔池中的氧与碳作用,生成不溶于金属的CO,在溶池结晶时,如来不及逸出，就形成气孔。熔滴中含氧量过多,易在焊接时造成飞溅,影响焊接过程稳定进行。使焊缝中有益的合金元素烧损，改变焊缝金属的成分和性能。为了控制焊缝中的含氧量，应加强对焊接过程的保护，选择合适的焊接材料及焊接方法，并注意对焊件的清理工作。 （2）氮对焊缝金属的影响 焊缝中的氮主要来源于空气。氮能以原子、NO或离子溶于金属中。在碳钢焊缝中,氮是有害的杂质。 氮对低碳钢焊缝金属的不利影响主要表现在以下几个方面：图22 氮对低碳钢机械性能的影响焊缝中含氮量增加,焊缝强度增高,但塑性和韧性剧烈地降低。因为高温下氮在铁素体内的溶解度高于室温,如在焊接过程中焊缝金属溶入了较多的氮,焊后冷却速度很快,氮来不及逸出,一部分过饱和固溶在铁素体中,还有一部分以针状氮化物(Fe4N)形式逸出，分布在晶界及固溶体内,使焊缝强度、硬度增高，塑性、韧性下降。图2-2表示氮对低碳钢性能的影响。 使焊缝金属产生时效脆性,因为过饱和固溶在铁素体中的氮处于不稳定状态,焊后在室温下经过一段时间,过饱和的氮将逐渐析出,形成稳定针状氮化物(Fe4N),因雨使金属塑性、韧性下降。 使焊缝产生气孔。应当指出，氮不总是有害的,有时它也可作为合金元素加入钢中,因为氮可与某些合金元素形成稳定氮化物并以细小颗粒弥散分布,这样,既可提高强度又不降低韧性。 氮与氧不同,一旦进入焊缝,脱氮非常困难。困此,目前控制焊缝金属含氮量的最主要和最有效的方法是加强保护,防止空气与液体金属发生作用。（3）氢对焊缝金属的影响 焊接时氢的主要来源是： 潮湿的焊条药皮、焊剂在焊接时析出的水分； 焊条药皮中的有机物在焊接过程中分解产生的氢； 焊件和焊丝表面的杂质、油污等受热后析出的氢； 空气中的水分。 水蒸汽不溶于钢中,在焊接区内水蒸汽分解成氢和氧。在焊接过程中,由于电弧高温使氢分解成原子和离子,并溶入液态溶池，其中一部分,在结晶过程中可以逸出。由于焊后冷速太快,还有相当多的氢来不及逸出而残留在固态金属中。氢在金属晶格中的扩散能力很强,甚至在室温下还可以明显地进行扩散。焊缝金属中的氢,大部分是以原子状态存在的。这一部分溶解的氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩徽,甚至扩散到金属表面逸出,故称“扩散氢”。还有一部分氢扩散聚集到金属的晶格缺陷、显微裂缝和非金属夹杂物的空隙中,形成氢分子,因而半径增大,不能再自由扩散,称为“剩余氢”。由于氢可以扩散,所以焊后焊缝中的含氢量是随时间变化的。随焊后放置时间的增加,焊缝中扩散氢减少,剩余氢增加,而总氢量下降。氢对焊缝金属的不利影响如下：形成气孔 当温度降低时,氢在铁中的溶解度下降。如果熔池在高温时吸收了较多的氢,在冷却结晶过程中,由于冷却速度极快,使大部分氢来不及逸出,就易形成气孔。表21 氢对焊缝金属拉伸性能的影响形成白点 在碳钢、特别是低合金钢焊缝中,由于过饱和氢扩散聚集,造成局部压力增大(当钢中含氢量为ll毫升/100克时,可产生140公斤力/毫米2的压力),可以在金属中产生微裂缝，在折断面上出现银白色斑点,通称“白点”。 白点中心常有非金属夹杂存在,看上去像鱼眼睛,所以又称“鱼眼”。白点使焊缝金属的塑性(特别是弯曲角)降低很多,对疲劳强度也有影晌。 引起氢脆性 溶解在焊缝金属晶格中的氢将影响金属的塑性变形,使金属脆化。当受拉伸时,焊缝金属的强度几乎不受影响,但塑性显著下降。表2-1为氢对低碳钢焊缝拉伸性能的影响。从表中可以看出,含氢量降低,焊缝塑性可大大提高。形成冷裂纹 焊缝金属中的氢含量是形成冷裂纹的三大因素之一，其机理见第三章冷裂纹成因。由于氢的上述有害作用，应当尽量减少焊缝金属中的含氢量。控制氢的主要措施是：限制焊缝金属中的含氢量。除了通过烘陪去掉焊条、焊剂中吸附的水分外，在制造焊接材料过程中，应尽量排除各种原材料中的结晶水。清除焊件及焊丝表面的杂质。在焊接材料中加入氟化钙等物质，使之与氢生成不溶于钢液的稳定化合物氟化氢，以降低焊缝中含氢量。采用合理的焊接规范。焊后进行消氢处理。不同焊接方法脱除O、N、H的比较见表22。（母材为0Cr18Ni12Mo2Ti）表22 不同焊接方法时焊缝中气体含量比较焊接方法焊缝中的气体元素含量（%）ONH埋弧焊0.00830.00690.00054氩弧焊0.00170.00180.00045二氧化碳保护焊0.02140.0150.00027从上表可看出：氩弧焊对O、N脱除最好；二氧化碳保护焊脱除H效果最好。2.1.3 有害元素的脱除与合金化（1）O、S、P的脱除 焊接过程中虽然进行了保护,但仍不可避免有少量氧进入熔池,使金属及合金元素氧化，降低焊缝质量。因此,需要在焊条药皮中加入脱氧剂(如锰、硅、钛、铝等),使已进入熔池的氧化物还原。 例如,用锰铁或硅铁脱氧使焊缝中氧化亚铁还原的反应式为： FeO+MnMnO+Fe 2FeO+Si_Si02+2Fe锰、硅本身被氧化生成MnO和,SiO2，使铁还原。MnO和SiO2不溶于铁水,最后形成复合化合物进入熔渣浮在焊缝表面,焊后被除去。 为了减少焊缝中含硫量,如同脱氧一样,可在药皮中加入对硫亲和力强的元素或氧化物脱硫。如用Mn和CaO脱硫的反应为 Mn+FeSMnS+Fe CaO+FeSCaS+FeO反应生成的MnS和CaS不溶于铁水而进入渣中。 脱磷反应分二步,首先使磷氧化生成P2O5,然后使它与碱性氧化物(如CaO)作用生成复合化合物进入熔渣。 （2）补充合金元素 由于电弧高温作用，焊缝金属有益的合金元素会被蒸发烧损,因此,必需通过药皮向焊缝金属补充适当合金元素,以保证或提高焊缝性能。对有些合金钢的焊接,也需要通过药皮向焊缝渗合金,使焊缝金属与母材金属成分相近。2.1.4 焊接冶金过程对焊接材料的要求由前述焊接冶金过程的特点来看,对过程设备常用的低碳结构钢和低合金结构钢来说为了保证焊缝质量,在焊接过程中,至少应具备以下两方面条件：(1)限制空气侵入焊接区表2-3 低碳钢无保护焊接（光焊丝）时焊缝性能 电弧焊时,焊丝通常是由杂质很少的优质低碳钢制成。如用光焊丝焊接,虽然也可以填充焊缝,但工艺性很差，特别是空气会大量侵入焊接区，使熔滴和熔池发生强烈的氮化和氧化。用光焊条焊接时,焊缝中含氧、氮量可比焊丝中含氧、氮量高几十倍,因此,使焊缝金属机械性能恶化。表2-3为光焊丝焊接低碳钢时焊缝与母材机械性能的比较。由表中可以看出,如焊缝未受保护,焊缝机械性能比母材差得多。 由此可见,无保护的焊接是不能得到合格焊缝的。焊接冶金的首要任务,就是要加强对熔化焊的保护,这也是对焊接材料的基本要求。各种焊接材料(如惰性保护气体、焊条药皮、焊剂)都是在此基础上发展起来的。 (2)保证焊缝合理的化学成分如前所述,由于焊接过程的高温及气体侵入,焊缝中的含金元素将被蒸发、烧损。最终改变了焊缝的化学成分,从而改变了焊缝的各种性能。表2-4为相同成分的母材及焊丝进行光焊条焊接时产焊丝及焊缝金属几种化学成分的比较。由表中可见,无保护焊时合金元素损失很大,使焊缝金属中合金无素的含量比原焊丝降低很多。表24 低碳钢无保护焊时焊缝化学成分因此,为了使焊缝具有一定的性能(如机械性能、耐高温性能等),应采用合适的焊接材料来防止合金元素烧损,并根据需要,通过焊丝或药皮向焊缝渗入合金元素,以便对焊缝成分进行适当的调整和补充。22 手工电弧焊条 在手工电弧焊时焊条作为一个极，一方面起传导电流和引燃电弧的作用，另一方面又作为填充金属与熔化的母材形成焊缝。焊条由钢芯和药皮组成。2.2.1焊条钢焊芯 焊芯用钢与普通钢材不同，是专门冶炼的。要求碳含量和硫、磷含量很低，有的还需要加入适当的合金元素，以保证焊接冶金和焊缝性能的要求。焊条钢芯简称焊芯，分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三类。1.碳素结构钢焊芯的主要化学成分及对焊接的影响 碳是良好的脱氧剂，在高温时与氧生成一氧化碳或二氧化碳气体从熔池中逸出，从而减少焊缝的含氧量。但含碳量过多会引起熔池飞溅并使焊缝产生气孔，同时会明显地提高焊缝强度，降低接头塑性、容易产生裂纹。所以，一般焊条钢芯的含碳量限制在0.10以下。 锰可以脱氧，也可作为合金剂，能提高焊缝强度，并有脱硫作用。锰的含量在适当的范围内时，能减少焊缝产生热裂纹的倾向。一般焊芯含锰量在0.300.55范围内。 硅脱氧能力强，但容易产生非金属夹杂。含硅过多时，会使焊缝变脆，并引起飞溅。一般含硅量控制在0.03以下。 硫和磷是有害杂质，使焊缝金属的机械性能降低，产生裂纹。一般焊条钢芯中要求硫和磷的含量不超过0.03，用于重要结构时不得大于0.02。2.钢焊芯焊接用各种钢芯应符合GB1300-77的要求。焊条芯牌号表示方法为:焊xx(Hxx)。牌号前的“焊”或“H”字表示焊接用钢芯。第一、第二位数字表示含碳量范围,如焊08(H08)表示该焊条钢芯的平均含碳量为0.08%。第三位以后的数宇表示该焊条钢芯的主要合金元素名称和含量范围。若合金元素名称后面没有数宇,表示该合金元素平均含量在l%左右,数字为“2”则表示其平均含量为2%左右。如牌号焊08锰(H08Mn)表示平均含碳量为0.08%、含锰为l%左右的焊接钢芯。带有字母“高”(“A”)的牌号表示其硫、磷含量较少,不超过0.03%。例如H08A或H08MnA等。222 药皮（1） 药皮的作用与类型 焊条药皮是焊条的重要组成部分，是完成焊接冶金反应的主要成分并直接影响焊接工艺和焊缝金属的性能。 1.焊条药皮的作用如下。 提高电弧稳定性。药皮中加有稳弧剂，提高电弧燃烧的稳定性，使焊条能使用直流焊机或交流焊机进行正常焊接。 保护熔化金属不受空气的侵袭。焊接时，药皮在高温作用下产生大量气体笼罩着电弧和熔池，使熔化金属和空气隔离，起到保护作用。药皮熔化后形成焊渣，覆盖在焊缝的表面保护焊缝金属。与此同时，它还降低焊缝金属的冷却速度，使焊缝中的气体有充分时间逸出。 对焊缝金属进行脱氧。焊接过程中总会有少量氧气进入熔池，药皮中加入一些还原剂，使金属氧化物被还原，以保证焊缝质量。 对焊缝金属渗合金元素。电弧高温下会使某些合金元素烧损，为了弥补损失，可以在药皮中加入一些合金剂。合金剂随药皮一起熔化而进入焊缝金属使之合金化，以提高焊缝金属的性能。 提高焊接生产率。焊接时，药皮的熔化速度通常比焊条钢芯慢，从而在焊条端形成一小段药皮套筒，使熔滴有方向地喷到熔池上，减少了飞溅，提高了单位时间内焊接金属量。此外，焊条钢芯涂药皮后，使电弧热量集中，提高了焊接生产率。2.焊条药皮的类型及特点 焊条药皮的组成颇为复杂，每种药皮的配方中，一般都有7一9种以上的原料。这些原料多数是矿物质，也有少量有机物。根据药皮原料的作用可以分为； 稳弧剂；碳酸纳、大理石、长石等。 造渣剂；大理石、莹石、钛白粉等。 造气剂；纤维素、白云石等。 脱氧剂；锰铁，钛铁、铝粉等。 合金剂：锰铁、硅铁、钼铁等。 粘结剂；钾水玻璃、钠水玻璃。 稀释剂；长石、莹石、钛铁矿等。 3.酸性焊条和碱性焊条的区别 酸性焊条的特点是药皮中含有以酸性氧化物为主的涂料成分。由于氧化性较强，药皮中合金元素烧损量很大。因此，焊缝金属的机械性能，特别是冲击韧性较碱性焊条低。另外，酸性焊条对铁锈、油污敏感性小；抗气孔性高；稳弧性好，可交直流两用。具有工艺性好，焊缝成型美观，脱渣性好等优点。 碱性焊条的特点是药皮中含有以碱性氧化物为主的成分，如，大理石和莹石，并有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂，所以药皮有足够的脱氧性。莹石中的氟可与氢化合生成氟化氢，具有脱氢抗裂的作用。 碱性焊条焊接的焊缝金属机械性能好，特别是冲击韧性高。适用于压力容器等重要结构的焊接。碱性焊条的缺点是产生气孔的倾向较大。但是，采取一定的工艺措施，如焊条的严格烘干（一般在300450，烘干2h）,清除坡口上铁锈、油污和水分，采用短弧焊等，气孔的产生是可以避免的。223 焊条的型号与牌号焊条型号指的是国家标准规定的各类标准焊条；焊条指的是有关工业部门或生产厂家实际生产的焊条产品。1.焊条的分类焊条除按药皮类型分类外，还可按用途分类。按照GB 980的规定，焊条可以分为10类： 结构钢焊条 主要用来焊接低碳钢和低合金高强钢； 钼及铬钼耐热钢焊条 主要用于焊接珠光体耐热钢； 不锈钢焊条 主要用于焊接不锈钢和热强钢； 堆焊焊条 主要用于获得红硬性、耐磨性、耐蚀性的堆焊层； 低温钢焊条 此来焊条的熔融金属具有不同的低温工作能力，主要用于焊接各种在低温条件下工作的结构； 铸铁焊条 主要用于焊补各种铸铁件； 镍及镍合金焊条 主要用于焊接镍及其合金，有时也用于堆焊、焊补铸铁、焊接异种金属等； 铜及铜合金焊条 主要用于焊接铜及铜合金、异种金属、铸铁等； 铝及铝合金焊条 主要用于焊接铝及其合金； 特殊用途焊条。2.焊条的型号焊条型号是根据熔融金属的化学成分、力学性能、药皮类型、焊接位置及电流种类划分的。 碳钢焊条型号的编制方法根据GB/T5117的规定，碳钢焊条型号编制方法为：用字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊条的焊接位置，“o”及“1”表示焊条适用于全位置焊接(平、立、仰、横)，“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时表示焊接电流种类及药皮类型。在第四位数字后附加“R”表示耐吸潮焊条；附加“M”表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条；附加“-1”表示冲击性能有特殊规定的焊条。 低合金钢焊条型号的编制方法根据GB5718的规定，低合金钢焊条编制方法与碳钢焊条编制方法基本相同：用字母“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，“o”及“1”表示焊条适用于全位置焊接(平焊、立焊、仰焊及横焊)，“2”表示焊条适用于平焊及平角焊；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的化学成分分类代号，并以短划“”与前面数字分开，若还具有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并以短划“”与前面后缀字母分开。对于E50XXX、E55XXX、E60XXX型低氢焊条的熔敷金属化学成分分类后缀字母或附加化学成分后面加字母“R”时，表示耐吸潮焊条。 不锈钢焊条型号的编制方法根据GB/T983的规定，不锈钢焊条的编制方法采用与碳钢焊条编制方法相近的方式，编制方法为：用字母“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，如有特殊要求的化学成分，该化学成分用元素符号表示放在数字的后面。短划“”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。（4）焊条牌号的应用实例 结构钢焊条标注示例 不锈钢焊条标注示例224 焊条选用原则（1）焊条的选用原则 要保证获得与母材等强度的、质量优良的焊缝,必须选用合适的焊条。通常是根据钢板的化学成分、机械性能、抗裂性能,以及焊接结构形状、工作条件、受力情况和焊接设备等进行综合考虑。必要时可进行焊接性试验来选择焊条和确定必需的工艺措施。对于用低碳钢及普通低合金钢焊接的锅炉元件,一般都耍求焊缝金属与母材等强度。因此,可依钢材的强度等级来选用相应的焊条,只要焊缝等于或稍高于母材强度即可。焊缝强度过高,往往有害(但要注意,钢材是按屈服强度定等级,而结构钢焊条的等级是指其抗拉强度的最低保证值)。此外,还需根据钢材的焊接性、母材成分、焊接结构的尺寸、形状、坡口和受力情况等影响进行全面考虑。在焊缝冷却速度较大,焊接接头容易产生裂缝的不利情况下,往往可以选择比母材强度低一点的焊条。如果厚板多层焊或焊后进行正火处理,则需防止焊缝强度过低。 对同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选用,主要取决于焊接件的结构形状(简单或复杂)、钢板厚度(刚度小或大)、工作条件(静载荷或动载荷)和钢材的抗裂性能等方面。通常对要求塑性好、冲击韧性高、抗裂能力强的焊件,选用碱性焊条。如直流电源有困难,可选用交直流两用碱性焊条。如用碱性焊条与酸性焊条可以同样满足要求,应尽量用酸性焊条。 对于低碳钢与普通低合金钢,或普通低合金钢与普通低合金钢之间的异种钢焊接接头,一般选用与强度等级较低的钢相应的焊条。过程设备常用的珠光体耐热钢中含有铬、钼、钒、铌等合金元素。在选用焊条时,不要求焊缝金属化学成分与母材完全相同,但要求焊缝全属的主要合金成分与母材相近或相同,以保证焊接接头的高温性能。 对于不锈钢焊条,应根据焊件的工作条件(工作温度及介质种类等)妥善选择。 (2)焊条的保管过程装备元件焊接中大量使用各种焊条,必须对焊条的储存保管进行监督。否则，由于保管不当，焊条受潮变质,将直接影响焊缝质量,有时甚至造成严重后果,影响压力容器安全运行。 焊条的储存方法： l)焊条必须分类、分牌号存放,避兔混乱。 2)焊条必须存放在通风良好、干燥的地方。 3)焊条需垫高0.3米以上分别堆放,保证上下左右通风。 4)焊条堆放距墙应大于0.3米,以兔受潮变质。 5)低氢型焊条最好存放在专用仓库,库内保持一定的温度和湿度。 焊条使用前烘干方法 l)碱性低氢型焊条在使用前必须烘千,以降低焊条含氢量。否则,将在焊缝中引起气孔、裂缝、白点等缺陷。 低氢型焊条烘干温度愈高,焊缝中含氢量愈少,但温度过高,易引起药皮中碳酸盐分解而影响药皮的保护作用所以一般烘干温度采用250-400,烘1-2小时。经烘干的低氢型焊条应放入80-100的低温烘箱中存放,随时取用。如无烘箱,焊前必须重新烘干。 (2)酸性焊条最好每包开启后及时用完,如开启后存放时间过长,使用前也需烘干。烘干温度-般为70-150,烘l小时。 (8)过期焊条应经过严格的工艺和机械性能试验以决定是否可以使用。焊芯有锈迹的低氢型焊条在过程装备受压元件焊接时不应采用。231 焊剂的作用、分类、牌号与型号（1） 焊剂的作用 保证电弧稳定燃烧。 保证焊缝金属得到所需的化学成分和性能。 保证有较强的抗气孔能力，对铁锈，油污，水分等引起气孔的敏感性小。 焊接时放出的有害气体少。 焊剂熔化后粘度，流动性适中，能获得良好的焊缝成型。焊剂应有一定的颗粒度和强度，以便多次使用。（2）焊剂的分类 焊剂的分类方法很多,我国是根据制造方法和化学成分分类的。 按制造方法可分为熔炼焊剂和非熔炼焊剂。 熔炼焊剂是将原材料配合好后在炉中熔炼而成。焊剂呈玻璃状,颗粒强度高,化学成分均匀,防潮性能强。但因高温熔炼时合金元素烧损,所以不易向焊缝金属添加合金无素,过程设备制造中焊接低碳钢、低合金钢及高强钢目前常用的都是这类焊剂。 非熔炼焊剂根据烘焙温度不同,可分为陶质焊剂和烧结焊剂二种。陶质焊剂是用矿石、铁合金及粘结剂按一定比例配制成颗粒状混合物,经300-400干燥固结而成。烧结焊剂是将原材料配好后直接烧结,再粉碎成颗粒。这二类焊剂可向焊缝金属补充或添加合金元素,以细化晶粒、改善韧性并脱硫,因此抗气孔、抗裂缝能力较强,但颗粒强度低,易吸潮。陶质焊剂可用于焊接高强钢和不锈钢,有发展前途,但我国目前应用尚不普遍。 按焊剂化学成分分类时,可根据氧化物性质分为酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂,也可按SiO2含量分为高硅焊剂(焊剂含Si0230%)、中硅焊剂(含SiO2为10-30%)、低硅焊剂(含SiO230%)、中锰焊剂(含MnO为15-30%)、低锰焊剂(含MnO为2-%15)、无锰焊剂(含Mn030%)、中氟焊剂(含CoF2为10-30%)、低氟焊剂(含CaF210%)。另外，焊剂还可根据氧化性的强弱分为以下三类： l)氧化性焊剂 焊剂对焊缝金属有较强的氧化作用。有两种类型的氧化性焊剂,一种是含有大量SiO2、MnO的焊剂,另一种是含有FeO较多的焊剂。 2)弱氧化性焊剂 焊剂含SiO2、MnO、FeO等活性氧化物较少。焊剂对焊缝金属有较弱的氧化作用,焊缝金属含氧量较低。 3)惰性焊剂(或称中型焊剂) 焊剂里基本不含SiO2、MnO、FeO等氧化物,焊缝金属基本没有氧化作用，焊剂是由Al2O3、CaO、MgO及CaF2等组成。(3) 焊剂牌号 焊剂目前尚无国家标准,根据原一机部焊接材料产品样本-77规定焊剂编号方法为： l）牌号前加“焊剂”二字,表示埋弧自动焊及电渣焊用熔炼型、烧结型和陶质型焊剂。 2）牌号第一位数字表示焊剂中氧化锰的含量。 3）牌号第二位数字表示焊剂中二氧化硅、氟化钙的含量。 4）牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号。按O、l、2.9顺序排列。 5）对同一牌号焊剂生产两种颗粒度时,在细颗粒度产品后加一细字。 6）牌号表示意义举例:（4）焊剂型号 焊剂型号的表示方法为：“HJ”表示埋弧焊用焊剂，它们分别为“焊剂”两个字汉语拼音的第一个字母。第一位数字3、4或5，表示焊缝金属的抗拉强度等拉伸力学性能，抗拉强度、屈服强度及伸长率的指标规定见表2-8。按本标准所规定的试验方法焊接试板、制取拉伸试样及进行拉伸试验，试验结果应符合表2-8中对相应型号焊剂所规定的三项要求。 第二位数字为0或1，表示拉伸试样和冲击试样的状态，见表2-9。第三位数字表示焊缝金属冲击值不小于3.5kgfmcm时的最低试验温度，见表2-10。尾部“H x x x”表示焊接试板所用焊丝牌号，按CB/T14957的规定。表2-8焊缝金属拉伸力学性能要求第一位数字的含意焊剂型号抗拉强度（kgf/mm2）屈服强度（kgf/mm2）伸长率 %HJ3XX-Hxxx42.056.031.022.0HJ4XX-Hxxx33.6HJ5XX-Hxxx49.066.040.6表2-9 试样状态第二位数字的含意焊 剂 型 号试 样 状 态HJX0X焊 态HJX1X焊后热处理状态注：热处理状态按GB5293中3.1.7要求。表2-10 焊缝金属冲击值要求第三位数字的含意焊 剂 型 号试 验 温 度 （）冲 击 值 kgfm/cm2HJXX0-Hxxx-无要求HJXX1-Hxxx03.5HJXX2-Hxxx-20HJXX3-Hxxx-30HJXX4-Hxxx-40HJXX5-Hxxx-50HJXX6-Hxxx-60例如:HJ03H08 MnA,它表示这种埋弧焊用焊剂采用H08MnA焊丝按本标准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4256kgfmm2,屈服强度不小于33.6kgfmm2,伸长率不小于,在30时冲击值不小于3.5kgfmcm。 低合金钢埋弧焊用焊剂 低合金钢埋弧焊用焊剂型号编制的原则是：根据埋弧焊焊缝金属机械性能、焊剂渣系划分焊剂的型号。焊剂型号的表示方法如下： F X1 X 2 X 3 X 4 H X X X“F”表示埋弧焊用焊剂。熔敷金属的拉伸性能代号X1分为5、6、7、8、9及10六类，每类均规定了抗拉强度、屈服强度及伸长率三项指标，见表2-11。试样状态代号X 2用“0”或“1”表示，见表2-12。熔敷金属冲击吸收功代号X3分为0、1、2、3、4、5、6、8及10九级，见表2-13。焊剂渣系代号X4的分类见表2-14。H X X X为试件焊接用典型焊丝牌号，按GB/T14957之规定。表2-11 拉伸性能代号及要求拉伸性能代号（X1）抗拉强度 b(MPa)屈服强度 s(MPa)伸长率 5 %548065038022.0655069046020.0762076054017.0869082061016.0976090068015.01082097075014.0表2-12 试样状态代号试 样 状 态 代 号（X2）试 样 状 态0焊 态1焊后热处理状态表2-13 熔融金属V型缺口冲击吸收功分级代号及要求冲击吸收功代号（X3）试验温度 吸收功 J0无要求10272-203-304-405-506-608-8010-100表2-14 焊剂渣系分类及分组渣 系 代 号（X4）主 要 组 分渣 系1CaO+MgO+MnO+CaF250% SiO220% CaF215%氟碱型2 Al2O3+CaO+MO45% Al2O320%高铝型3 CaO+MgdO+SiO260%硅钙型4 MnO+SiO250%硅锰型5 Al2O3+TiO245%铝钛型6不作规定其他型 例如：F5121一H08MnMoA，它表示这种焊剂采用H08MnMoA焊丝按GB12470所规定的焊接工艺参数焊接试件，其试样经焊后热处理后，熔敷金属的抗拉强度为480650 MPa，屈服强度不低于380MPa，伸长率不低于22.0%，在 20时V型缺口冲击吸收功大于或等于27J，焊剂渣系为氟碱型。232 焊剂的选配 无论自动焊或电渣焊,选用焊剂必须配合选用适当的焊丝，才能获得质量好的焊缝。对过程装备常用的钢材,焊剂可参考以下原则选用： (1)一般情况下,低碳结构钢可选用高锰高硅型焊剂,配合H08或H08MnA焊丝,或选用低锰型、无锰型焊剂,配合H08MnA和H10Mn2焊丝,都能获得满意的机械性能。 (2)对35-40公斤力/毫米2级别的普低钢,如16Mn、15MnV等可选用高锰型、低锰型焊剂,配合H08Mn、H10Mn2和锰-钼焊丝,强度级别较高的低合金钢可选用中锰中硅型或低锰中硅型焊剂配合适当焊丝。 (3)对于要求特殊性能的低合金钢,如耐热钢等,选用中硅型或低硅型焊剂配合相应的焊丝。 (4)奥氏体、铁素体等高合金钢,一般选用碱度较高的中硅型、低硅型熔炼焊剂或烧结型、陶质型焊剂配合相应的焊丝,以降低合金无素的烧损和补充合金元素。 (5)电渣焊时，由于焊剂更换很少,焊剂与金属作用较弱,所以选择焊剂应多考虑电渣稳定性。对焊缝成分的调节主要通过合适的焊丝来保证。24 焊接用保护气体的选用熔化焊保护气体主要有Ar、Ar+Co2、Ar+O2和Co2等。 焊接用气体包括焊接、切割用气体和气体保护焊时用的气体。焊接用气体的选择主要取决于焊接、切割方法,除此之外,还与被焊金属的性质、焊接接头质量要求、焊件厚度和焊接位置有关。 2.4.1 焊接方法与气体的选用 根据在施焊过程所采用的焊接方法的不同,焊接、切割或气体保护焊用的气体也不相同，焊接方法与焊接用气体的选择列于表2-5中。表25 焊接方法与焊接用气体的选用 2.4.2 被焊材料与保护气体的选用 在气体保护焊中,除了自保护焊丝外,无论是实芯焊丝还是药芯焊丝,均有一个与保护气体(介质)适当组合的问题。这一组合带来的影响比较明确,没有焊丝-焊剂组合那样复杂，因为保护气体只有惰性气体与活性气体两类。 惰性气体(Ar)保护焊时,焊丝成分与熔敷金属成分相近,合金元素基本没有什么损失；而活性气体保护焊时,由于CO2气氛的强氧化作用,焊丝合金过渡系数降低,熔敷金属成分与焊丝成分产生较大差异。保护气氛中CO,气体所占比例越大,氧化性越强,合金过渡系数越低。因此,采用CO2作为保护气体时,焊丝中必须含有足够量的脱氧合金元素,满足Mn、Si联合脱氧的要求,以保证焊缝金属中合适的含氧量,改善焊缝的组织和性能。 保护气体须根据被焊金属性质、接头质量要求及焊接工艺方法等因素选用。对于低碳钢、低合金高强钢、不锈钢和耐热钢等,焊接时宜选用活性气体(如CO2、Ar十CO2或Ar十O2)保护,以细化过渡熔滴,克服电弧阴极斑点飘移及焊道边缘咬边等缺陷。有时也可采用惰性气体保护。但对于氧化性强的保护气体,须匹配高锰高硅焊丝,而对于富Ar混合气体,则应匹配低硅焊丝。 保护气体必须与焊丝相匹配。含较高Mn、Si含量的CO2焊焊丝用于富氩条件时,熔敷金属合金含量偏高,强度增高;反之,富氩条件所用的焊丝用COo气体保护时,由于合金元素的氧化烧损,合金过渡系数低,焊缝性能下降。从生产效率方面考虑,在Ar气中加入HE、N2、Ho、C2或O2等气体可增加母材的热量输入,提高焊接速度。例如,焊接大厚度铝板,推荐选用Ar十He混合气体;焊接低碳钢或低合金钢时,在CO2气体中加入一定量的O2或者在Ar中加入一定量的CO2或O2可产生明显效果。采用混合气体保护,还可增大熔深,消除未焊透、裂纹及气孔等缺陷。 应指出,保护气体的电离势(即电离电位)对弧柱电场强度及母材热输入等影响是轻微的，起保护作用的是保护气体的传热系数、比热容和热分解等性质。一般说来熔化极反极性焊接时,保护气体对电弧的冷却作用越大,母材输入热量也越大。2.5 过程设备用钢焊接材料选用过程设备常用的焊接材料选择如表2-13、表2-14、表2-15、表2-16所示。学习提示题1O、N、H对焊缝金属有何不良影响？如何控制？2焊缝金属中存在哪些有害杂质元素？有何危害？如何脱除？3焊条药皮有何功用？4酸性和碱性焊条有何区别？焊条的选用原则是什么？5焊剂有哪几种？如何选用？应用思考题1 解释J422，J427，R207和A132各符号及数字的含义。2为下列过程装备选择焊接材料，并说明理由。 材料为20g，直径为400的分汽缸； 材料为Q235-B，直径2000的无塔供水罐； 材料为16MnR，直径2600的液氨贮罐； 材料为0Cr18Ni9,直径1200壁厚6mm的塔节，塔节法兰材料为Q235-B； 材料为18MnNiMoNbR，内直径为800，壁厚36mm的筒体。焊条电弧焊埋 弧 焊电 渣 焊c02气保焊氩弧焊钢 号焊 条焊丝钢号焊 剂焊丝钢号焊 剂焊丝钢号焊丝钢号型 号(标准号)牌号示例(标准号)型 号(标准号)牌号示例(标准号)型 号(标准号)牌号示例(标准号)(标准号) Q235一AF Q235A 10(管) 20(管) E4303(GBT 5117) J422 H08A H08MnA(GBT 14957)HJ401H08A(GBT 5293) HJ431 H08MnSi(GBT14958) Q235B Q235C 20G，20g E4316(GBfF 5117) J426 H08A H08E H08MnAHJ401H08A(GBT 5293) HJ431 H08MnSi20R，20(锻) E4315(GBT5117) J427(GBT14957)(GBT14958) 09MnD E5015一G(GBT 5118)W607 09MnNiD 09MnNiDR W707 16Mn 16MnRE5016(GBT 5117)J506 H10MnSi H10Mn2HJ401H08A(GBT 5293)HJ402H10Mn2 HJ431 HJ350 H08MnMoA H08Mn2SiAHJ401H08A HJ431 H08Mn2SiAH10MnSi E5015(GBT5117) J507(GB/T14957) (GB/T 5293)HJ404H08MnA (GB/T5293) SJl01(GBT14957)(GB/T 5293)(GBT14958)(GBT 14957)表2-13 常用钢号推荐选用焊接材料焊条电弧焊埋弧焊电渣焊C(气保焊氩弧焊钢号焊条焊丝钢号焊剂焊丝钢号焊剂焊丝钢号焊丝钢号型号(标准号)牌号示例(标准号)型号(标准号)牌号示例(标准号)型号(标准号)牌号示例(标准号)(标准号)16MnDE5016一G(GBT 5118)J506RH*_*_16MnDRE5015一G(GB/T5118)J507RH15MnNiDRE5015一G(GB/T 5118)W607_15MnNbRE5516一G(GBT 5118)J556RH*HJ404H08MnASJl01_*_E5515一G(GBT 5118)J557(GBT 5293)15MnVRE5515一G(GB/T 5118)J557H08MnMoAH10MnSiH10Mn2(GBT 14957)HJ401H08A(GBT5293)HJ402H10Mn2(GB/T 5293)HJ404H08MnA(GBT 5293)HJ431HJ350SJ101_H08MN2Si