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焊接材料
(一)手工电弧焊焊接材料
1.焊条的组成
焊条就是涂有药皮的供电弧焊使用的熔化电极。它是由药皮和焊芯两部分组成。
(1)焊芯。焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊接时，焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能;二是焊芯本身熔化为填充金属与母材金属熔合形成焊缝。
焊条焊接，焊芯金属占整个焊缝金属的一部分，所以焊芯的化学成分直接影响焊缝的质量。因此，作为焊芯用的钢丝都单独规定了它的牌号与成分。如果用于埋弧自动焊、电渣焊、气体保护焊和气焊等熔焊方法作填充金属时，则称为焊丝。
焊芯的分类是根据国家标准《非合金钢及细晶粒钢焊条》 GB/T 5117-2012、《强热钢焊条》GB/T 5118-2012和《不锈钢焊条》GB/T 983-2012的规定分类的，用于焊接的焊丝可分为非合金钢及细晶粒钢焊丝、强热钢焊丝和不锈钢焊丝三类。
(2)药皮。压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。药皮是由各种矿物类、铁合金、有机物和化工产品(水玻璃类)原料组成。焊条药皮的组成成分相当复杂，一种焊条药皮的配方中组成物有七八种之多。药皮在焊接过程中起着极为重要的作用。若采用无药皮的光焊条焊接，则在焊接过程中，空气中的氧和氨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，并形成各种氧化物和氯化物残留在焊缝中，造成焊缝夹渣或裂纹。而熔入熔池中的气体可能使焊缝产生大量气孔，这些因素都能使焊缝的力学性能(强度、冲击值等)大大降低，同时使焊缝变脆。此外，采用光焊条焊接，电弧很不稳定，飞溅严重，焊缝成形很差。在光焊条外面涂一层由各种矿物等组成的药皮，能使电弧燃烧稳定，焊缝质量得到提高。
药皮虽然具有机械保护作用，但液态金属仍不可避免地受到少量空气侵入并氧化，此外，药皮中某些物质受电弧高温作用而分解放出氧，使液态金属中的合金元素烧毁，导致焊缝质量降低。因此在药皮中要加入一些还原剂，使氧化物还原，以保证焊缝质量。
由于电弧的高温作用，焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损(氧化或氮化)，会使焊缝的力学性能降低。在焊条药皮中加入铁合金或其他合金元素，使之随着药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素烧损和提高焊缝金属的力学性能。此外，药皮还可改善焊接工艺性能，使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。
总之，药皮的作用是保证被焊接金属获得具有合乎要求的化学成分和力学性能，并使焊条具有良好的焊接工艺性能。
2.焊条的分类
焊条可按用途和熔渣特性进行分类。
(1)按焊条的用途分类。
1)非合金钢及细晶粒钢焊条和强热钢焊条(简称结构钢焊条)。这类焊条的熔敷金属在自然气候环境中具有一定的力学性能。
2)不锈钢焊条。这类焊条的熔敷金属在常温、高温或低温中，具有不同程度的抗大气或腐蚀性介质腐蚀的能力和一定的力学性能。
3)堆焊焊条。这类焊条是用于金属表面堆焊的焊条，其熔敷金属在常温或高温中具有一定程度的耐不同类型磨耗或腐蚀等性能。
4)低温钢焊条。这类焊条的熔敷金属在不同的低温介质条件下，具有一定的低温工作能力。
5)铸铁焊条。这类焊条是指专用作焊补或焊接铸铁的焊条。
6)镍及镍合金焊条。这类焊条用于镍和镍合金的焊接、焊补或堆焊。某些焊条可用于铸铁焊补和异种金属的焊接。
7)铜及铜合金焊条。这类焊条用于铜及铜合金的焊接、焊补或堆焊。某些焊条可用于铸铁焊补和异种金属的焊接。
8)锅及铝合金焊条。这类焊条用于铝及铝合金的焊接、焊补或堆焊。
(2)按焊条药皮熔化后的熔渣特性分类。
1)酸性焊条。其熔渣的成分主要是酸性氧化物(Si02、Ti02、Fe203)及其他在焊接时易放出氧的物质，药皮里的造气剂为有机物，焊接时产生保护气体。
酸性焊条药皮中含有多种氧化物，具有较强的氧化性，促使合金元素氧化;同时电弧气中的氧电离后形成负离子与氢离子有很强的亲和力，生成氢氧根离子，从而防止氢离子溶入液态金属里，所以这类焊条对铁锈、水分不敏感，焊缝很少产生由氢引起的气孔。但酸性熔渣脱氧不完全，也不能有效地清除焊缝的硫、磷等杂质，故焊缝的金属的力学性能较低，一般用于焊接低碳钢和不太重要的碳钢结构。
2)碱性焊条。其熔渣的主要成分是碱性氧化物(如大理石、萤石等)，并含有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂，焊接时大理石分解产生的二氧化碳气体作为保护气体。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。但由于电弧中含氧量低，如遇焊件或焊条存在铁锈和水分时，容易出现氢气孔。在药皮中加入一定量的萤石，在焊接过程中与氢化合生成氟化氢，具有去氢作用。但是萤石不利于电弧的稳定，必须采用直流反极性进行焊接。若在药皮中加入稳定电弧的组成物碳酸钾(K2CO3)等，便可使用交流电源。
碱性焊条的熔渣脱氧较完全，又能有效地消除焊缝金属中的硫，合金元素烧损少，所以焊缝金属的力学性能和抗裂性均较好，可用于台金钢和重要碳钢结构的焊接。
习题：当焊件和焊条存在水分时，采用碱性焊条焊接，焊缝中容易出现的缺陷是( )。
A.变形
B.夹渣
C.裂纹
D.氢气孔
答案：D
3.焊条型号
(1)非合金钢及细晶粒钢焊条型号。碳钢焊条和耐候钢焊条列入非合金钢类焊条，还有部分镍钢，镍钼钢焊条、锰钼钢、碳钼钢等低合金钢焊条。
按照《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T 5117-2012规定，非合金钢及细晶粒钢焊条型号根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置、焊接电流类型和熔敷金属化学成分和焊后状态来确定。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，“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时表示焊接电流类型及药皮类型。焊后状态以“无标记”表示焊态，“P”表示热处理状态，“AP”表示焊态和焊后热处理两种状态均可。可选附加代号“U”和“HX”，字母“U”表示在规定试验温度下，冲击吸收能量可以达到47J以上;“HX”为扩散氢代号，其中X代表15、10或5，分别表示每100g熔敷金属中扩散氢含量的最大值(mL)。
非合金钢及细晶粒钢焊条举例如下：
型号示例1：E5515 - N5PUHl0。“E”表示焊条;“55”表示熔敷金属抗拉强度最小值为550MPa;“15”表示药皮类型为碱性，适用于全位置焊接，采用直流反接;“N5”表示熔敷金属化学成分分类代号;“P”表示焊后状态代号，此处表示热处理状态;“U”为可选附加代号，表示在规定温度下(-60℃)，冲击吸收能量47J以上;“Hl0”可选附加代号，表示熔敷金属扩散氢含量不大于10mL/100g。
型号示例2：E4303。“E”表示焊条;“43”表示熔敷金属抗拉强度最小值为430MPa;“03”表示药皮类型为钛型，适用于全位置焊接，采用交流或直流正反接。
(2)热强钢焊条型号。热强钢焊条主要为低合金焊条。按照《热强钢焊条》GB/T 5118-2012规定，焊条型号根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置、电流类型和熔敷金属化学成分确定。
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，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接(平焊、立焊、伸焊、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类型及药皮类型;熔教金属化学成分用“×C×M×”表示，标识“C”前的整数表示铬(Cr)的名义含量，“M”前的整数表示钼(Mo)的名义含量，对于铬(Cr)或者钼(Mo)，如果名义含量少于1%，则字母前不标记数字。如果在铬(Cr)和钼(Mo)之外还加入了钨(W)、钒(V)、硼(B)、铌(Nb)等合金成分，则按照此顺序加于铬(Cr)和钼(Mo)之后。
热强钢焊条举例：E6215-2C1MH10。“E”表示焊条;“62”表示熔敷金属抗拉强度最小值为620MPa; “15”表示药皮类型为碱性，适用于全位置焊接，采用直流反接;“2C1M”表示熔敷金属化学成分分类代号;“H10”为可选附加代号.表示熔敷金属扩散氢含量不大于10mL/100g。
(3)不锈钢焊条型号。按照《不锈钢焊条》GB/T 983-2012规定，焊条型号根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类确定。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后面，后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置和焊接电流类型。
不锈钢焊条举例如下：E410N1M015。“E”表示焊条;“41”表示熔敷金属化学成分分类代号;“NiMo”表示熔敷金属中Ni和Mo的含量有特殊要求;“15”表示药皮类型为碱性，适用于全位置焊接，采用直流反接。
(二)电弧刨割条
电弧刨割条的外形与普通焊条相同，是利用药皮在电弧高温下产生的喷射气流，吹除熔化金属，达到刨割的目的。工作时只需交、直流弧焊机，不用空气压缩机。操作时其电弧必须达到一定的喷射能力，才能除去熔化金属。
(三)埋弧焊焊接材料
埋弧焊也是利用电弧作为热源的焊接方法。埋弧焊时电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧不外露，埋弧焊由此得名。它是由焊丝和焊剂两部分组成，所用的金属电极是不间断送进的光焊丝。
1.焊丝
埋弧焊所用焊丝有实心焊丝与药芯焊丝两种。普遍使用的是实心焊丝，有特殊要求时使用药芯焊丝。焊丝一般由电动机驱动的送丝滚轮送进，随应用的不同，焊丝数目可以有单丝、双丝或多丝。
根据所焊金属材料的不同，埋弧焊用焊丝有碳素结构钢焊丝，合金结构钢焊丝、高合金钢焊丝、各种有色金属焊丝和堆焊焊丝。按焊接工艺的需要，除不锈钢焊丝和非铁金属焊丝外，焊丝表面均镀铜，以利于防锈并改善导电性能。
焊丝的牌号表示意义：如H08Mn2SiA。“H”表示焊接用焊丝(实芯)，“08”表示含碳量约0.8%，“Mn2”表示含锰量约2%，“Si”表示含硅量小于或等于1%，“A”表示优质品(硫磷含量低)。焊丝的型号表示的意义：如ER5 582 Mn。“ER”表示焊丝;“55”表示焊缝金属的最低值为55MPa;“B2”为化学成分代号;“Mn”表示焊丝中含有Mn元素。
焊丝直径的选择根据用途而定。半自动埋弧焊用的焊丝较细，一般直径为1.6mm、2mm、2.4mm。自动埋弧焊一般使用直径3—6mm的焊丝，以充分发挥埋弧焊的大电流和高熔敷率的优点。对于一定的电流值可使用不同直径的焊丝。同一电流使用较小直径的焊丝时，可获得加大焊缝熔深、减小熔宽的效果。当工件装配不良时，宜选用较粗的焊丝。
焊丝表面应当干净光滑，焊接时能顺利地送进，以免给焊接过程带来干扰。除不锈钢焊丝和非铁金属焊丝外，各种低碳钢和低合金钢焊丝的表面镀铜层既可起防锈作用，也可改善焊丝与导电嘴的电接触状况。
2.焊剂
埋弧焊焊剂按用途分为钢用焊剂和非铁金属用焊剂，按制造方法分为熔炼焊剂、烧结焊剂和陶质焊剂。
(1)对焊剂的要求。
1)具有良好的冶金性能。是指与选用的焊丝相配合，通过适当的焊接工艺来保证焊缝金属获得所需的化学成分和力学性能以及抗热裂和冷裂的能力。
2)具有良好的工艺性能。即要求有良好的稳弧，焊缝成形和脱渣等性能，并且在焊接过程中生成的有毒气体少。
(2)焊剂的分类。
埋弧焊焊剂除按其用途分为钢用焊剂和有色金属用焊剂，按制造方法分为熔炼焊剂、烧结焊剂和陶质焊剂，按化学成分分为碱性焊剂、酸性焊剂和中性焊剂。
(3)焊剂型号。
1)熔炼焊剂。熔炼焊剂牌号为HJ×××，“HJ”表示埋弧焊用熔炼焊剂，后加三个阿拉伯数字分别表示：第一位数字表示焊剂中Mn0的含量.1、2、3、4代表无锰、低锰、中锰和高锰焊剂;第二位数字表示焊剂中Si02、CaF2的含量，1—9依次代表低硅低氟，中硅低氟、高硅低氟，低硅中氟、中硅中氟、高硅中氟、低硅高氟、中硅高氟和其他类型焊剂;第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号，按0、1、2、…、9的顺序排列;对同一牌号焊剂生产两种颗粒度时，在细颗粒焊剂牌号后面加“X”字。
2)烧结焊剂。烧结焊剂由SJ ×××表示埋弧焊用烧结焊剂，后加三个阿拉伯数字分别表示：第一位数字表示焊剂熔渣的渣系，1～6依次代表氟碱型、高铝型、硅钙型、硅锰型、铝钛型和其他型焊剂;第二位、第三位数字表示同一渣系类型焊剂中的不同牌号的焊剂，按01、02、…、09顺序排。