结构电焊条的选用.docx
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结构电焊条的选用
电焊条的选用
(一)
1焊条的选用原则
焊条的选用须在确保焊接结构安全、可行使用的前提下,根据被焊材料的化学成分、力学性能、板厚及接头形式、焊接结构特点、受力状态、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接施工条件和技术经济效益等综合考查后,有针对性地选用焊条,必要时还需进行焊接性试验。
(1)同种钢材焊接时焊条选用要点
①考虑焊缝金属力学性能和化学成分对于普通结构钢,通常要求焊缝金属与母材等强度,应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。
对于合金结构钢,有时还要求合金成分与母材相同或接近。
在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下,应考虑选用比母材强度低的焊条。
当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时,焊缝中容易产生裂纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢型焊条。
②考虑焊接构件使用性能和工作条件对承受载荷和冲击载荷的焊件,除满足强度要求外,主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性,可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。
接触腐蚀介质的焊件,应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。
在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊接件,应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。
③考虑焊接结构特点及受力条件对结构形状复杂、刚性大的厚大焊接件,由于焊接过程中产生很大的内应力,易使焊缝产生裂纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条。
对受力不大、焊接部位难以清理干净的焊件,应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。
对受条件限制不能翻转的焊件,应选用适于全位置焊接的焊条。
④考虑施工条件和经济效益在满足产品使用性能要求的情况下,应选用工艺性好的酸性焊条。
在狭小或通风条件差的场合,应选用酸性焊条或低尘焊条。
对焊接工作量大的结构,有条件时应尽量采用高效率焊条,如铁粉焊条、高效率重力焊条等,或选用底层焊条立向下焊条之类的专用焊条,以提高焊接生产率。
(2)异种钢焊接时焊条选用要点
①强度级别不同的碳钢+低合金钢(或低合金钢+低合金高强钢)一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度,选用的焊条熔敷金属的强度应能保证焊缝及接头的强度不低于强度较低铡母材的强度,同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差铡母材的性能。
因此,可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。
但是,为了防止焊接裂纹,应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺,包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。
②低合金钢+奥氏体不锈钢应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条,一般选用铬和镍含量较高的、塑性和抗裂性较好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条,以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹。
但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。
③不锈复合钢板应考虑对基层、复层、过渡层的焊接要求选用三种不同性能的焊条。
对基层(碳钢或低合金钢)的焊接,选用相应强度等级的结构钢焊条;复层直接与腐蚀介质接触,应选用相应成分的奥氏体不锈钢焊条。
关键是过渡层(即复层与基层交界面)的焊接,必须考虑基体材料的稀释作用,应选用铬和镍含量较高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条。
2碳钢和低合金钢焊条的选用
(1)碳钢焊条的选用
碳钢是碳素结构钢与碳素工具钢的总称。
我国碳钢产量约占全部钢材总产量的80%以上,碳钢是被焊金属中用量最大、覆盖面最广的一种。
用于焊接的碳钢,含碳量不超过0.9%。
碳钢的焊接性与钢中含碳量多少密切相关,含碳量越高,钢的焊接性越差。
几乎所有的焊接方法都可以用于碳钢结构的焊接,其中以手弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊应用最为广泛。
碳钢焊条的焊缝强度通常小于540MPa(55kgf/mm2),我国碳钢焊条国家标准GB/T5117—95中只有E43××系列及E50××系列两种型号,即抗拉强度只有420MPa(55kgf/mm2)和490MPa(50kgf/mm2)两个强度级别。
目前焊接中大量使用的是490MPa级以下的焊条。
焊接低碳钢(碳小于0.25%)时大多使用E43××(J42×)系列的焊条,这一系列焊条有多种牌号,产品牌号更多,可根据具体母材及使用条件、工作状况、焊件结构形状、钢板厚度等加以选用。
常用低碳钢焊接时焊接材料的选择见表1。
其中,一般焊接结构可选用酸性焊条,承受动载荷或复杂的厚壁结构及低温使用时选用碱性焊条。
各类低碳钢焊条工艺性能的比较见表2。
各类低碳钢焊条冶金性能的综合比较见表3。
焊接中碳钢(C=0.25%~0.60%)和高碳钢(C>0.60%)时,应选用杂质含量较低、且具有一定脱硫能力的碱性低氢型焊条。
在个别情况下,也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条,但要有严格的工艺措施配合。
中碳钢焊接时焊条的选择见表4。
表1常用低碳钢焊接材料的选择
钢号
手工电弧焊
埋弧焊
CO2气体保护焊
电渣焊
焊条牌号
焊条型号
Q235
J421,J422,J423
E4313,E4303,E4301
H08A,H08MnA
+
HJ431,HJ430
H08MnSi
H08Mn2Si
H08MnSiA
H08Mn2SiA
H10MnSiA
H10Mn2A
H10Mn2MoA
+
Hj350
Q255
J424,J426,J427
E4320,E4316,E4315
Q275
J426,J427
J506,J507
E4316,E4315
E5016,E5015
08,10
J422,J423,J424
E4303,E4301,E4320
15,20
J426,J427,J507
E4316,E4315,E4320
20g
J422,J426,J427
E4303,E4316,E4315
22g
J506,J507
E5016,E5015
25
J426,J427
E4316,E4315
Zg230~450
J506,J507
E5016,E5015
表2各类低碳钢焊条工艺性能的比较
牌号
型号
药皮
类型
熔渣
特性
焊条工艺性能
电弧稳定性
焊缝
成形
脱渣性
焊接
位置
熔敷
系数
飞溅
熔深
发尘量/g.kg-1
J421
J422
E4313
E4303
高钛钾型钛钙型
酸性短渣
酸性短渣
好
较好
美观
美观
好
好
全位置
全位置
一般
一般
少
少
较浅
较浅
5~8
5~8
J423
E4301
钛铁矿型
酸性(介于
长短渣之间)
较好
整齐
一般
全位置
较高
一般
一般
6~9
J424
E4320
氧化铁型
酸性短渣
一般
整齐
一般
平焊
高
较多
较深
8~12
J425
E4310
纤维素型
酸性短渣
一般
波纹粗
好
全位置
高
较多
较深
—
J426
E4316
低氢钾型
碱性短渣
较差
波纹粗
较差
全位置
一般
一般
稍深
14~20
J427
E4315
低氢钠型
碱性短渣
一般
波纹粗
较差
全位置
一般
一般
稍深
11~17
表3各类低碳钢铁焊条冶金性能的综合比较
牌号
型号
药皮
类型
熔敷金属力学性能
抗
裂
性
抗气孔性
氧化物-硫化物夹杂总量/%
抗拉强度
σb/MPa
伸长率
δ/%
冲击力
AkV/J
J421
E4313
钛型
400~490
20~28
98~147
较差
大电流或焊接含Si、S较高的钢材时,气孔敏感性强,对铁锈水分不大敏感
0.109~0.131
J422
E4303
钛钙型
440~490
20~30
123~196
尚好
J423
E4301
钛铁矿型
420~480
20~30
123~196
尚好
J424
E4320
氧化铁型
430~470
25~30
110~160
较好
较好,对铁锈、水分不敏感
0.134~0.203
J425
E4310
纤维素型
430~490
20~28
98~147
较好
氢白点敏感性强,对铁锈、水分不大敏感
0.10
J426
E4316
低氢钾型
460~510
20~32
245~368
良好
对铁锈、水分很敏感,引弧处及长弧焊时易出气孔,直流正接焊时也易出气孔
0.028~0.090
J427
E4315
低氢钠型
460~510
24~35
270~390
良好
表4中碳钢焊接时焊条的选择
钢号
含碳量/%
焊接性
焊条型号(牌号)
不要求等强度
要求等强度
35
0.32~0.40
较好
E4303,E4301(J422,J423)
E5016,E5015
(J506,J507)
ZG270~500
0.31~0.40
较好
E4316,E4315(J426,J427)
45
0.42~0.50
较差
E4303,E4301,E4316(J422,J423,J426)
E5516,E5515
(J556,J557)
ZG310~570
0.41~0.50
较差
E4315,E5016,E5015
(J427,J506,J507)
55
0.52~0.60
较差
E6016,E6015
(J606,J607)
ZG340~640
0.51~0.60
较差
中碳钢焊接,由于钢材含碳量较高,焊接裂纹倾向增大,可选用低氢型焊条或焊缝金属上仍较高塑、韧性的焊条,而且大多数情况需要预热和缓冷处理。
高碳钢焊接则必须采取严格的预热、后热措施,以防止产生焊接裂纹。
高碳钢焊接时焊缝与母材性能完全相同比较困难,高碳钢的抗拉强度大多在675MPa(69kgf/mm2)以上,焊接材料的选用应视产品设计要求而定。
强度要求高时,可用E7015(J507)或E6015(J607)焊条;强度要求不高时,可用E5016(J506)或E5015(J507)焊条;或者分别选用与以上强度等级相当的低合金钢焊条。
所有焊接材料都应当是低氢型的。
各类常用碳钢焊条的成分、性能、特征和用途见表5。
在我国,焊接低碳钢用的钛钙型焊条E4303(J422)的消耗量最大,约占全部焊条产量的80%以上。
(2)低合金高强钢焊条的选用
低合金高强钢根据强度级别及热处理状态,又可分为热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢等。
低合金高强钢用的焊条对焊缝金属的性能有至关重要的影响。
在我国的焊条国家标准中,低合金钢焊条标准(GB/T5118—95)有从E50系列至E85系列等各种型号的焊条可供选择。
低合金钢一般依钢材的强度等级来选用相应的焊条,同时还需根据母材焊接性、焊接结构尺寸、坡口形状和受力情况等的影响,进行综合考虑。
在冷却速度较大、使焊缝强度增高、焊接接头容易产生裂纹的不利情况下,可选用比母材强度低一级的焊条。
实际上在碳钢焊条标准中也有不少焊条可兼用于低合金钢焊接。
为了满足低合金钢产品焊接的要求,提高焊条的抗裂性、焊缝金属韧性和焊接工艺性能,还研制出许多各具特色的低合金钢专用焊条可供选用,如超低氢焊条(J×××H)、高韧性焊条(J×××GR)、高韧性超低氢焊条(J×××RH)以及耐吸潮焊条(J×××LMA)等。
焊接热轧及正火钢时,选择焊接材料的主要依据是保证焊缝金属的强度、塑性和冲击韧性等力学性能与母材相匹配,不心考虑焊缝金属的化学成分与母材的一致性。
焊接厚大构件时,为了防止出现焊接冷裂纹,可采用“低强匹配”原则,即选用焊缝金属强度低于母材强度的焊接材料。
焊缝强度过高
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