焊接基础知识 (一)

焊接基础知识

一、焊接方法与分类

电焊技术就是采用在金属连接处实行局部电能加热、

加压或加压的同时加热，使被焊金属局部达到液态或接近

液态，来促进原子或分子间相互扩散和进行结合，以达到

固定的连接。近百年来，随着科学技术的不断发展，各种

焊接方法不断出现。按照焊接过程中金属所处的状态和工

艺特点，可以把焊接方法简单按族系法分为三大类，即熔

化焊、固相焊和钎焊。还可进一步进行细分。

(1)熔化焊使被连的构件表面局部加热熔化成液体，

添加填充金属或不添加填充金属，然后冷却结晶成一体的

方法称为熔化焊。为了实现熔化焊，关键是要有一个能量

集中、温度足够的局部加热。其次，为防止局部熔化的高

温焊缝金属因跟空气接触而造成成分、性能的恶化，熔化

过程一般要采取有效的隔离空气的保护措施。常见的电弧

焊、气焊、气体保护焊等，都属于熔化焊范畴。

（2）固相焊利用加压、摩擦、扩散等物理作用克服

两个连接表面的不平度，除去（挤走）氧化膜及其他污染

物，使两个连接面原子相互结合，在固态条件下实现连接

称为固相焊。固相焊通常必须加压，所以也称为压焊。为

了使固相焊容易实现，大都在加压同时伴随加热措施（但

加热温度远低于焊件的熔点，因此，固相焊一般无需保护

措施）。常见的锻焊、电阻对焊、扩散焊、激光焊、电子

束焊、爆炸焊、闪光焊等均属于固相焊范畴。

（3）钎焊利用某些熔点低于被焊构件材料熔点的熔

化金属（钎料）作为连接的媒介物在连接界面上的流散浸

润作用，然后冷却结晶形成结合面的方法称为钎焊。钎焊

时被焊金属本身不熔化。火焰钎焊、盐浴钎焊、感应钎焊、

电子束钎焊等属钎焊范畴。基本焊接方法及分类见表l-lo

表焊接方法族系法分类

—螺柱焊

—焊条电弧焊

—埋瓠焊

—氨弧焊

—二氧化碳电弧焊

—铝极氢弧焊

—原子氢焊

—等离子弧焊

熔化极焊一

熔化焊

基氧-氢焊

本气焊氧-乙快焊

焊空气-乙块焊

接

铝热焊

电渣焊

方电子束焊

激光煌

法电阻点缝焊

电阻对焊

冷压焊

超声波焊

爆炸焊

锻焊

扩散焊

固相焊

火焰钎焊

感应钎焊

炉中钎焊

盐浴钎焊

电子束钎焊

钎焊

二、焊接电弧的基础知识

电弧是一切电弧焊焊接方法的能源，电弧是一种气体

放电现象。

1.电弧的物理特性

焊接电弧是由焊接电源供电的、具有一定电压的两电

极间或电极与焊件间气体介质产生的强烈而持久的放电

现象。通常情况下，气体的分子和原子呈中性，气体中没

有带电粒子，即使在电场作用下，也不会产生气体导电现

象，电弧不能自发产生。要使电弧引弧并稳定地燃烧，就

必须使两电极间的气体电离产生导电粒子O

2.焊接电弧的结构

(1)电弧结构：焊接电弧在长度方向上，由于其气体

导体粒子的特性变化，电弧的阻抗也发生变化。通常将电

弧分成三个区域，靠近阴、阳极分别为阴极区和阳极区，

中间的部分为弧柱区(图1-1)。阴极区的长度非常小，只

有IO"〜[0-6cm,阳极区的长度也只有10"〜10-4cm,而

弧柱区则占据电弧的主要长度。在电弧电压的分布上，阴

极区的压降(UK)为10~20v,弧柱区的压降(Uc)为10-30V,

而阳极区的压降(5)为2〜3V。

阴极压降区一-----孤柱区------HH—阳极压降区

图1-1电弧压降分布

（2）电弧中温度及能量的分布：根据焊接电弧的结构

特点，焊接电弧中各区域温度及能量分布也不均匀。焊接

电弧的温度结构特点，电极材料、气体种类、焊接电流大

小、焊接方法不同而不同。一般情况下，弧柱区的温度较

高，两电极温度较低，这主要是由于电极温度受到电极的

材料种类、焊接性能以及熔点和沸点的限制，而弧柱区则

没有。

（3）电弧周围的磁场：电弧实际上是一种气态导体，

从宏观上看呈中性，而在其内部，正、负电荷分离并以一

定的方向运动形成电流，就像一根通电的导体。与流过电

流的导体一样，电弧周围也产生自身的磁场。电流与磁场

的方向由右手定则确定（图l-2）o这种自身磁场能产生一

定的电磁收缩力，促使熔滴向熔池过渡，俣证熔化深度，

并使电弧具有一定刚度，即电弧抵抗外界干扰，力求保持

沿焊条（丝）轴向流动的能力。

在焊接过程中，由于种种原因，电弧自身所产生的磁

场均匀性的分布可能遭到破坏，使电弧偏离焊条（丝）的

轴线方向，即产生磁偏吹现象，如图1-3所示。电流不仅

在焊条与电弧的空间产生磁场，而且在流过焊件的方向产

生磁场，结果使电弧偏离了焊条(丝)轴线。磁偏吹的产

生还可能由于焊件上的剩磁以及焊件周围其他的磁场所

引起。

(a)一般导体(b)电瓠

图1・2电弧周围磁场图1-3电弧的磁偏吹现象

电弧磁偏吹使焊接电弧飘移和不稳定，甚至会使电弧

熄灭。电弧的不稳定燃烧，使加在熔池上的作用力也不稳

定。熔滴过渡不规则，导致了焊缝成形不规则，从而引起

未焊透、气孔、夹渣等缺陷。要清除磁偏吹的影响，首先

要分析磁偏吹的产生原因，采取调整电弧两侧空间的大

小、小电流短弧焊的措施，外加反向磁场或消磁等方法来

消除磁偏吹对焊接的影响。

（4）电弧的静特性：在电极材料、气体介质和弧长一

定的情况下，电弧稳定地燃烧时，焊接电流与电弧电压变

化的关系称为焊接电弧的静特性。电弧电压将随弧长增大

而增高，在电弧电压一定时，过分地增大弧长将会导致断

弧。

弧长一定时，电弧静特性都呈U形（见图1-4）。在ab

段，电流较小（焊条电弧焊约100A以下，埋弧焊约400A

以下），要求电源提供较高电压，一般要比正常电弧电压

高0.5-1倍才能保证顺利引弧；随着电流的增大，弧柱温

度和电离程度都增加，弧柱压降减小，曲线呈下降形状。

在be段，为中等电流（焊条电弧焊约100〜200A,埋弧

焊约400—-800A）,由于弧柱已充分电离，随着电流的增

加电弧电压基本不变，曲线呈水平形状。在cd段，电流

密度很大，由于弧柱截面受电极截面限制难以增大，电弧

电压随着电流的增加而增高。曲线呈上升形状，实际生产

中，因ab段电流小，电弧不稳，很少应用；主要应用be

段；只有在气体保护焊、水下电弧焊、等离子（压缩电弧）

弧焊或切割时，才用上升的cd段电弧特性，

图1-4焊接电弧静特性曲线

LI、L2、L3一弧长

3.焊接材料的基础知识

（1）焊条。

焊条的组成。焊条是焊条电弧焊使用的焊接材料，焊

条由焊芯和压涂在焊芯表面的药皮组成。不同用途有不同

型号的焊条，在焊条头部有醒目的标记，如图1-5所示。

芯

焊

药皮

//

图1-5焊条的组成

(2)焊芯。焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。焊条

电弧焊时，焊芯的作用一是传导焊接电流，产生电弧生电

弧；二是焊芯熔化形成焊缝中的填充金属。在焊接过程中,

焊芯在电弧高作用下熔化，与焊件金属母材熔合形成焊

缝。焊芯作为填充金属占整个焊缝金属的50%〜70%质量

分数，所以焊芯的化化学成分将会直接影响焊缝金属的成

分和性能。做焊芯的钢丝通常使用平炉冶炼的优质钢，先

将其轧制成盘条，然后再拔制成不同直径的焊芯。熔敷金

属的合金成分主要是从焊芯中过渡的。

焊条的名义直径是按焊芯直径来确定的。常用焊芯直

径为。1.6mm、02.0mm.、02.5mm、03.2mm、04.0mm、。

5.0mm、06mm、C8mm等几种，焊条的长度取决于焊芯

直径、材料和药皮类型等。

（3）药皮。焊芯周围均匀包覆的涂料称为药皮。在焊

接过程的金属反应中，焊条药皮具有以下作用。

稳弧作用。可以提高电弧的稳定性，保证焊接过程能

正常进行。

造气保护作用。利用药皮熔化后产生的气体保护电弧

和熔池，防止空气进入熔池。

造渣保护作用。药皮熔化后形成熔渣，覆盖在液体金

属和凝固后的焊缝表面，保护焊缝金属，同时使焊缝金属

冷却速度减慢，有助于气体逸出，防止气孔的的产生，有

助于改善焊缝的组织和性能。

脱氧、去硫、去磷作用。药皮熔化后，参与了熔池的

冶金反应，可在一定程度上脱氧、还原、去硫、去磷，减

少焊缝中有害元素含量，减少金属元素烧损，从而提高焊

缝质量。

渗合金作用。可以通过药皮将所需要的合金元素渗入

到焊缝中，改进和控制焊缝金属的化学成分，以获得所希

望的性能。

套筒保护作用。药皮在焊接时形成套筒，使熔滴能较

好地向熔池过渡，有利于全位置焊接，同时使电弧热量集

中，减少飞溅，提高金属的熔敷效率。

药皮的类型及其特点。药皮是由各种氧化物、碳酸盐、

氟物、硅酸盐、铁合金、金属粉及有机物等物质组成的。

根据药皮的组成不同，可分为以下八种类型。

氧化钛型。药皮中加入质量分数为35%以上的二氧化

钛和一定数量的硅酸盐、镒铁及少量有机物。这种药皮焊

条最容易引弧，弧极为稳定，飞溅少，脱渣容易，焊缝表

面光滑，熔深小，可进行全位置焊接。特别适用于焊接薄

板，可交、直流两用，但焊缝金属的冲击韧度较低。

氧化钛钙型。药皮中加入质量分数为30%以上的二氧

化钛和以下的碳酸盐，并加入一定数量硅酸盐、锦铁，

般不加或加少量有机物。这种药皮焊条工艺性能稍次于氧

化钛型，电弧稳定，飞溅少，脱渣容易，焊缝表面美观，

适用于全位置焊接。

钛铁矿型。药皮中加入质量分数大于或等于的钛铁矿

和一定数量的硅酸盐、镒铁及少量有机物，不加或少加碳

酸盐，这种焊条熔渣的流动性好，熔深较大，整齐，适用

于全位置焊接，交、直流两用。

氧化铁型。药皮中加入大量铁矿石和相当数量的硅酸

盐、镒铁及少量有机物。这类焊条的熔深较大，生产效率

高，抗锈性较强，飞溅较大，工艺性较差。适用于中厚板

的平焊、立焊、仰焊。熔敷金属的抗裂性较好，可交、直

流两用。

纤维素型。药皮中加入质量分数为15%以上有机物和

相当数量的造渣物质及锦铁等。焊接时有机物分解出大量

气体，电弧穿透力较强，熔深大，熔化速度快，脱渣容易,

适于全位置焊接，也可进行向下立焊及深熔焊接，交、直

流两用。

低氢型。药皮中加入大量硫酸盐和相当数量萤石、铁

合金和少硅酸盐及二氧化钛，该焊条飞溅较大，熔渣脱渣

性较差。施焊时要求短弧操作，直流反接。当药皮中加入

稳弧剂后可使用交流。熔敷金属含氢量低，且力学性能和

抗裂性较好。

石墨型。药皮中加人多量石墨以保证焊缝金属的石墨

化作用，以低碳钢芯或铸铁焊芯用做铸铁焊条。碳钢芯的

石墨焊条，一焊接性能较差，飞溅较多，烟雾较大，熔渣

极少，适用于水平位置焊接。石墨型药皮引弧容易，药皮

强度较差，抗裂性较差。焊条持端后部容易发红，以小电

流为宜。可交、直流两用。

盐基型。药皮由氯盐和氟盐组成，如氯化钠、氟化钠、

氯化、氟化钾、氯化锂、冰晶石等，用于配制铝及铝合金

焊条。其特是熔点低，熔化速度快，焊接工艺性较差。焊

接时要求电弧很短，药皮吸潮性强，焊前需按要求烘干。

熔渣有一定的腐蚀性，焊后应仔细清除熔渣。电源为直流。

焊条的分类及其牌号、型号。

国家标准将焊条按用途分为十类：结构钢焊条，铝和

铭铜耐热钢焊条，不锈钢焊条，堆焊焊条，低温钢焊条，

铸铁焊条，银银合金焊条，铜及铜合金焊条，铝及铝合金

焊条，特殊用途焊条。

按熔渣的酸碱度可分为如下两种：酸性焊条，其熔

渣含有多量酸性氧化物，呈酸性，即其碱度系数BWL5；

碱性焊条，其熔渣含有多量碱性氧化物，呈碱性，即其碱

度系数B>1.5o碱度系数近似为熔渣中所有碱性氧化物的

质量分数与所有酸性氧化物的量分数的比值。

按性能特征分，焊条可分为：低尘焊条，低毒焊条，

超低氢焊条，直流用焊条，交、直流两用焊条，立向下焊

条，底层焊条，高效铁粉焊条，抗潮焊条，水下焊条，重

力焊条。躺焊焊条等。

按药皮类型可分为：氧化钛型，钛钙型，钛铁矿型,

氧化铁型，纤维素型，低氢型，石墨型和盐基型等。.

焊条的牌号。

焊条牌号编制的一般规定：各种类型焊条牌号前加

字母或汉字，表示焊条各大类。汉字后面的三位数字中，

前面两个数字示各大类中的若干小类。第三位数字表示各

种焊条牌号的药皮类型及焊接电源。

结构钢焊条。牌号前加“J”或（结）字，表示结构钢

焊条。第一、第二位数字，表示焊缝金属抗拉强度等级，

见表l-2o三位数字表示各种焊条牌号的药皮类型及焊接

电源，见表l-3o

钥和铭钥耐热钢焊条。牌号前加R字母表示钥和铭钥

耐热钢焊条。牌号第一位数字表示焊缝金属主要化学成分

等级，见表l-4o牌号第二位数字表示同一焊缝金属主要

化学成分组成等级中的不同牌号，对同一类型焊条，有十

个牌号，以0、1、…、9顺序排列。

表L2结构钢焊条抗拉强度等级

焊条牌熔敷金熔敷金焊条牌熔敷金熔敷金

号属抗拉属屈服号属抗拉属屈服

强度强度强度强度

/MPa/MPa/MPa/MPa

J42X420300J70X700500

J50X500350J80X800

J55X550400J90X900

J60X600450J100X1000

表L3焊条药皮类型及电源种类

焊条牌药皮类电源种焊条牌药皮类电源种

号型类号型类

不属规纤维素直流或

XX0不规定XX5

定型型交流

氧化钛直流或低氢钾直流或

XXIXX6

型交流型交流

氧化钛直流或低氢钠

XX2XX7直流

钙型交流型

钛铁矿直流或直流或

XX3XX8石墨型

型交流交流

氧化铁直流或

XX4XX9盐基型直流

型交流

表1・4铝和铭铝耐热钢焊条主要化学成分

熔敷金属化学组

熔敷金属化学组成类型

成类型（质量分

牌号牌号（质量分数）%

数）%

格(Cr)/(Mo)铭(Cr)钥(Mo)

RIXX—0.5R5XX50.5

R2XX0.50.5R6XX71

R3XX10.5R7XX91

R4XX2.51R8XX111

不锈钢焊条。包括格不锈钢焊条和奥氏体不锈钢焊条。

牌号前加“G”字，表示格不锈钢焊条，牌号前加

字，表示奥氏体不锈钢焊条，第一位数字，表示焊缝金属

主要化学成分组成等级，见表1-5,第二位数字表示同一

焊缝金属主要化学成分组成等级中的不同牌号。

表1・5不锈钢焊条化学成分组成

焊条牌号焊缝金属化学成分组成类之世（质量分数）/%

G2XX含Cr约13—

G3XX含Cr约17—

AOXX含Cr约18（超低碳）含Ni约9

A1XX含Cr约18含Ni约9

A2XX含Cr约18含Ni约12

A3XX含Cr约25含Ni约13

A