焊条及焊接参数的选择方法.wps

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1、焊条及焊接参数的选择方法焊条及焊接参数的选择方法一、焊条的选择方法一、焊条的选择方法(一)焊条的组成焊条就是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极。它是由药皮和焊芯两部分组成，如图 35 所示。在焊条前端药皮有45左右的倒角，这是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长 116，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条的直径(个实际上是指焊芯直径)通常为 2、25、32或 3、 4、 5 或6mm等几种规格，常用的是个 32、 中 4、 令5三种，其长度“L”一般在250450mm 之间。1焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊接时，焊芯有两个作用：一是传导

2、焊接电流，产生电弧把电能转换成热能，二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。图图 35 焊条组成示意图焊条组成示意图1焊芯 2药皮 3夹持端 4引弧端焊条焊接时，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，作为焊条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、 气焊等熔焊方法作填充金属时，则称为焊丝。(1)焊芯中各合金元素对焊接的影响1)碳(C) 碳是钢中的主要合金元素，当含碳量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳起到一定的脱氧作用，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧

3、化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响，低碳钢焊芯的含碳量一般01。2)锰(Mn) 锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为 030055，焊接某些特殊用途的钢丝，其含锰量高达170210。3)硅(Si) 硅也是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅

4、能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。4)铬(Cr) 铬能够提高钢的硬度、 耐磨性和耐腐蚀性。 对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬(Cr2O3)，从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流动性降低。5)镍(Ni) 镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当掺入一些镍。6)硫(S) 硫是一种有害杂质，随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的

5、含量不得大于004。在焊接重要结构时，硫含量不得大于 003。7)磷(P) 磷是一种有害杂质，磷的主要危害是使焊缝产生冷脆现象，随着磷含量的增加，将造成焊缝金属的韧性、特别是低，温冲击韧性下降，因此焊芯中磷含量不得大于004。在焊接重要结构时，磷含量不得大于 003。(2)焊芯的分类焊芯是根据国家标准“焊接用钢丝”(GB 130077)的规定分类的，用于焊接的专用钢丝可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。2药皮压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。焊条的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，空气中的氧和氮会大量侵入熔化金属，将金属铁和有益元素碳、硅、锰等氧化

6、和氮化形成各种氧化物和氮化物，并残留在焊缝中，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机械性能(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。人们在实践过程中发现如果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，这种焊条叫药皮焊条。随着工业技术的不断发展，人们创制出了现在广泛应用的优质厚药皮焊条。生产实践证明，焊芯和药皮二者之间要有一个适当的比例，这个比例就是焊条药皮与焊芯(不包括夹持端)的重量比，称为药皮的重量系数(Kb)。 Kb值一般在4060左右或按式(31)计

7、算(31)式中 Kb药皮重量系数，；g1药皮重量，g；g涂药皮部分的焊芯重量，g。药皮在焊接过程中起着复杂的冶金反应和物理、化学变化，基本上克服了光焊条在焊接时出现的问题，所以说药皮也是决定焊缝金属质量的主要因素之一。(1)焊条药皮的作用1)机械保护作用气保护 在焊接时，焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池，基本上把熔化金属与空气隔绝开来。 这些气体中绝大部分是还原性气体(CO、 H2等)，能在电弧区、熔池周围形成一个很好的保护层，防止空气中的氧、氮侵入，起到了保护熔化金属的作用。渣保护 焊接过程中药皮被电弧高温熔化后形成熔%1001ggKb渣覆盖着熔滴和熔池金属，这样不仅隔绝空气中

8、的氧、氮，保护焊缝金属，而且还能减缓焊缝的冷却速度，促进焊缝金属中气体的排出，减少生成气孔的可能性，并能改善焊缝的成形和结晶，起到渣保护作用。2)冶金作用 通过熔渣与熔化金属冶金反应，除去有害杂质(如氧、 氢、 硫、 磷)和添加有益的合金元素，使焊缝获得合乎要求的机械性能。药皮虽然具有机械保护作用，但液态金属仍不可避免地要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损导致焊缝质量降低。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。此外药皮中根据焊条性能的不同还加入一些去氢、去硫物质以提高焊缝金属的抗裂性。由于电弧的高温作用，焊缝金

9、属中所含的某些合金元素被烧损(氧化或氮化)，这样会使焊缝的机械性能降低。通过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素，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机械性能。3)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等。在焊接过程中，要保证电弧能正常、稳定地燃烧，除阴极发射电子外，还必须使电弧空间的气体易电离，气体越易电离，气体导电性越好，电弧燃烧越稳定。为此，在药皮中加入低电离电位的物质，来提高电弧燃烧的稳定性。焊条药皮的熔点稍低于焊芯的熔点(约低 100250)，但因焊芯处于电弧的中心区，温度较高，所以，还是焊芯先熔化，药皮稍晚一点熔

10、化。这样，在焊条端头形成不长的一小段药皮套管。套管使电弧热量更集中，能起稳定电弧燃烧作用，有利于熔滴向熔池过渡，提高了熔敷效率。总之，药皮的作用是保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能，并使焊条具有良好的焊接工艺性能。2焊条药皮的组成焊条药皮是由各种矿物类、 铁合金有机物和化工产品(水玻璃类)等原料组成，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。(二)焊条的分类1按焊条的用途分(1)低碳钢和低合金高强度钢焊条(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机械性能。(2)钼和铬钼耐热钢焊条。 这类焊条的熔敷金属，具有不同程度的高温工作能力

11、。(3)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机械性能。(4)堆焊焊条。 这类焊条为用于金属表面层堆焊的焊条，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。(5)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。(6)铸铁焊条。 这类焊条是指专用作焊补或焊接铸铁用的焊条。(7)镍及镍合金焊条。这类焊条用于镍及镍合金的焊接、焊补或堆焊。某些焊条可用于铸铁焊补、异种金属的焊接。(8)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、异种金属的焊接。(9

12、)铝及铝合金焊条。这类焊条用于铝及铝合金的焊接、焊补或堆焊。原一机部编制的焊接材料产品样本，将焊条分11大类，把不锈钢焊条分为铬不锈钢焊条和奥氏体不锈钢焊条及特殊用途焊条。 2按焊条药皮熔化后的熔渣特性分(1)酸性焊条。其熔渣的成分主要是酸性氧化物(SiO2、 TiO2、 Fe2O3)及其它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。此类焊条药皮里有各种氧化物，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氧离子有很大的亲和力，生成氢氧根离子(OH)，从而防止氢离子溶入液态金属里，所以这类焊条对铁锈不敏感，焊缝很少产生由氢引起的气孔。酸性熔渣的脱

13、氧不完全，同时不能有效地清除焊缝中的硫、磷等杂质，故焊缝金属的机械性能较低，一般用于焊接低碳钢和不太重要的钢结构中。(2)碱性焊条 其熔渣的成分主要是碱性氧化物(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(CaCO3)分解产生的 CO2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。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(CaF2)，在焊接过程中与氢化合生成氟化氢(HF)，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等，便可

14、使用交流电源。碱性熔渣的脱氧较完全，又能有效地消除焊缝金属中的硫，合金元素烧损少，所以焊缝金属的机械性能和抗裂性均较好，可用于合金钢和重要碳钢结构的焊接。(三)焊条的选用焊接技术的应用范围非常广泛。但是焊条电弧焊仍然是焊接工作中的主要方法，据资料统计，焊条电弧焊的焊条用钢约占焊接材料用钢(包括焊条及各种自动焊丝的总和)的6080，这充分说明焊条电弧焊在焊接工作中占有重要地位。焊条电弧焊时，焊条既作为电极，在焊条熔化后又作为填充金属直接过渡到熔池，与液态的母材熔合后形成焊缝。因此，焊条不但影响电弧的稳定性，而且直接影响到焊缝金属的化学成分和机械性能，但是焊条的种类很多，或有其应用范围，使用是否恰

15、当对焊接质量，劳动生产率及产品成本都有很大影响。通常应根据组成焊接结构钢材的化学成分、 机械性能、 焊接性、 工作环境(有无腐蚀介质，高温或是低温)等要求，以及焊接结构的形状(刚性大小)、受力情况和焊接设备(是否有直流电焊机)等方面进行综合考虑，以决定选用哪种焊条。在选用焊条时应注意下列原则：1考虑焊件的机械性能、化学成分(1)低碳钢、 中碳钢和低合金钢可按其强度等级来选用相应强度的焊条，如在焊接结构刚性大，受力情况复杂时，应选用比钢材强度低一级的焊条。这样，焊后可保证焊缝既有一定的强度，又能得到满意的塑性以避免因结构刚性过大而使焊缝撕裂。但遇到焊后要进行回火处理的焊件，则应防止焊缝强度过低和

16、焊缝中应有的合金元素含量达不到要求。(2)在焊条的强度确定后再决定选用酸性还是碱性焊条时，主要取决于焊接结构具体形状的复杂性，钢材厚度的大小(即刚性的大小)，焊件载荷的情况(静载还是动载)和钢材的抗裂性以及得到直流电源的难易等。一般来说，对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝都应选用碱性焊条。当受某种条件限制而无法清理低碳钢焊件坡口处的铁锈、油污和氧化皮等脏物时，应选用对铁锈、油污和氧化皮敏感性小，抗气孔性能较强的酸性焊条。(3)异种钢的焊接如低碳钢与低合金钢、 不同强度等级的低合金钢焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。2考虑焊件的工作条件及使用性能(1)对于工作

17、环境有特定要求的焊件，应选用相应的焊条，如低温钢焊条，水下焊条等。(2)珠光体耐热钢一般选用与钢材化学成分相似的焊条；或根据焊件的工作温度来选取。3考虑简化工艺、提高生产率、降低成本(1)薄板焊接或点焊宜采用“E4313”，焊件不易烧穿且易引弧。(2)在满足焊件使用性能和焊条操作性能的前提下，应选用规格大、效率高的焊条。(3)在使用性能基本相同时应尽量选择价格较低的焊条，降低焊接生产的成本。焊条除根据上述原则选用外，有时为了保证焊件的质量还需通过试验来最后确定。又为了保障焊工的身体健康，在允许的情况下应尽量多采用酸性焊条。二、焊接参数的选择方法二、焊接参数的选择方法焊条电弧焊的焊接参数主要有焊

18、条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。(一)焊条直径的选择焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置及焊接层次等因素。在不影响焊接质量的前提下，为了提高劳动生产率，一般倾向于选择较大直径的焊条。厚度较大的焊件，应选用较大直径的焊条。平焊时，所用焊条的直径可大些；立焊时，所用焊条的直径最大不超过 5mm；横焊和仰焊时，所用焊条的直径一般不超过4mm。 开坡口多层焊时，为了防止产生未焊透的缺陷，第一层焊缝宜采用直径32mm的焊条。在一般情况下，可根据焊件厚度选择焊条直径(如表 31所示)表表 31 焊条直径与焊件厚度的关系焊条直径与焊件厚度的关系焊件厚度(mm)2345

19、1212焊条直径(mm)23.2455(二)焊接电流的选择焊接电流的大小，对焊接质量及生产率有较大影响。电流过小，电弧不稳定，易造成夹渣和未焊透等缺陷，而且生产率低；电流过大，则容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时飞溅增加。因此，焊条电弧焊焊接时，焊接电流要适当。焊接电流的大小，主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定，其中，最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。在使用一般结构钢焊条时，焊接电流大小与焊条直径的关系可用经验公式(32)进行试选：Ikd (32)其中 I焊接电流(A)d焊条直径(mm)k与焊条直径有关的系数。d 与 k 的关系见表32。表表 3

20、2 不同焊条直径时的不同焊条直径时的 k值值d(mm)1.622.53.246k(mm)1525203030404050另外，焊缝的空间位置不同，焊接电流的大小也不同。一般，立焊时电流应比平焊时小 1520；横焊、仰焊比平焊电流小1015。 焊接厚度大，往往取电流的上限值。含合金元素较多的合金钢焊条，一般电阻较大，热膨胀系数大，焊接过程中电流大，焊条易发红，造成药皮过早脱落，影响焊接质量，而且合金元素烧损多，因此焊接电流相应减小。(三)电弧电压的选择电弧电压是由电弧长来决定。电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。在焊接过程中，电弧过长，会使电弧燃烧不稳定，飞溅增加，熔深减小，而且外部空气

21、易侵入，造成气孔等缺陷。因此，要求电弧长度小于或等于焊条直径，即短弧焊。在使用酸性焊条焊接时，为了预热待焊部位或降低熔池温度，有时将电弧稍微拉长进行焊接，即所谓的长弧焊。(四)焊接层数的选择在中、厚板焊条电弧焊时，往往采用多层焊。层数多些，对提高焊缝的塑性、韧性有利，尤其是冷弯角。但要防止接头过热和扩大热影响区的有害影响。另外，层数增加，往往使焊件变形增加。因此，要综合考虑加以确定。(五)电源种类和极性的选择直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上。其它情况下，应首先考虑用交流焊机，因为交流焊机构造简单，造价低使用维护也较直流焊机方便。极性的选择，则是根据焊条的性质和焊接特点的不同，利用电弧中阳极温度比阴极温度高的特点，选用不同的极性来焊接各种不同的焊件。一般情况下，使用碱性焊条或薄板的焊接，采用直流反接；而酸性焊条，通常选用正接。