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埋弧焊焊丝焊剂选配
1.2埋弧焊材料——焊丝、焊剂及选配
焊丝和焊剂是埋弧焊的消耗材料,从普通碳素钢到高级镍合金多种金属材料的焊接都可以选用焊丝和焊剂配合进行埋弧焊接。
二者直接参与焊接过程中的冶金反应,因而它们的化学成分和物理性能不仅影响埋弧焊过程中的稳定性、焊接接头性能和质量,同时还影响着焊接生产率,因此根据焊缝金属要求,正确选配焊丝和焊剂是埋弧焊技术的一项重要内容。
1.2.1焊丝
埋弧焊使用的焊丝有实心焊丝和药芯焊丝两类,生产中普遍使用的是实心焊丝,药芯焊丝只在某些特殊场合应用。
焊丝品种随所焊金属的不同而不同,目前已有碳素结构钢、低合金钢、高碳钢、特殊合金钢、不锈钢、镍基合金钢焊丝,以及堆焊用的特殊合金焊丝。
根据国家标准GB/T14957—1994、GB/T4241—1984焊接用钢丝的规定,表1、表2是典型的碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢锈钢焊丝的化学成分。
表1国产焊丝标准化学成分(GB/T14957——1994)[19] 注:
表中*号为加入量。
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
钢种
牌号
化学成分(质量分数)(%)
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
V
其他
S
P
用途
≤
碳素结构钢
H08H08AH08EH08MnH08MnAH15AH15Mn
≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.100.11~0.180.11~0.18
0.30~0.550.30~0.550.30~0.550.80~1.100.80~1.100.35~0.650.80~1.10
≤0.03≤0.03≤0.03≤0.07≤0.07≤0.03≤0.07
≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20
≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30
———————
———————
———————
0.0400.0300.0250.0400.0300.0300.040
0.0400.0300.0250.0400.0300.0300.040
用于碳素钢的电弧焊、气焊、埋弧焊、电渣焊和气体保护焊等
合金结构钢
H10Mn2H08Mn2SiH08Mn2SiAH10MnSiH10MnSiMoH10MnSiMoTiAH08MnMoAH08Mn2MoAH10Mn2MoAH08Mn2MoVAH10Mn2MoVAH08CrMoAH13CrMoAH18CrMoAH08CrMoVAH08CrNi2MoAH30CrMoSiAH10MoCrA
≤0.12≤0.11≤0.11≤0.14≤0.140.08~0.12≤0.100.06~0.110.08~0.130.06~0.110.08~0.13≤0.100.11~0.160.15~0.22≤0.100.05~0.100.25~0.350.10
1.50~1.901.70~2.101.80~2.100.80~1.100.90~1.201.00~1.301.20~1.601.60~1.901.70~2.001.60~1.901.70~2.000.40~0.700.40~0.700.40~0.700.40~0.700.50~0.850.80~1.100.40~0.70
≤0.070.65~0.950.65~0.950.60~0.900.70~1.100.40~0.70≤0.25≤0.25≤0.40≤0.25≤0.400.15~0.350.15~0.350.15~0.350.15~0.350.10~0.300.90~1.200.15~0.35
≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.200.80~1.100.80~1.100.80~1.101.00~1.300.70~1.000.80~1.100.45~0.65
≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.301.40~1.80≤0.30≤0.30
————0.15~0.250.20~0.400.30~0.500.50~0.700.60~0.800.50~0.700.60~0.800.40~0.600.40~0.600.15~0.250.50~0.700.20~0.40—0.40~0.60
—————————0.06~0.120.60~0.12———0.15~0.35———
—————Ti0.05~0.15Ti0.15(*)Ti0.15(*)Ti0.15(*)Ti0.15(*)Ti0.15(*)———————
0.0400.0400.0300.0300.0300.0250.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0250.0300.0250.0250.030
0.0400.0400.0300.0400.0400.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0250.0300.030
表2国产不锈钢焊丝标准化学成分(GB4241——1984)[19]
类别
牌号
化学成分(质量分数)(%)
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
Mo
其他
奥氏体型
H0Cr21Ni10H00Cr21Ni10H1Cr24Ni13H1Cr24Ni13Mo2H1Cr26Ni21H0Cr26Ni21H0Cr19Ni12Mo2H00Cr19Ni12Mo2H00Cr19Ni12Mo2Cu2H0Cr20Ni14Mo3H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10NbH1Cr21Ni10Mn6
≤0.06≤0.03≤0.12≤0.12≤0.15≤0.08≤0.08≤0.03≤0.03≤0.06≤0.06≤0.08≤0.10
≤0.60≤0.60≤0.60≤0.600.2~0.59≤0.60≤0.60≤0.60≤0.60≤0.60≤0.60≤0.600.20~0.60
1.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.501.00~2.505.00~7.00
≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30≤0.30
≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20≤0.20
9.00~11.009.00~11.0012.00~14.0012.00~14.0020.00~22.5020.00~22.5011.00~14.0011.00~14.0011.00~14.0013.00~15.009.00~10.509.00~11.009.00~11.00
19.50~22.0019.50~22.0023.00~25.0023.00~25.0025.00~28.0025.00~28.0018.00~20.0018.00~20.0018.00~20.0018.50~20.5018.50~20.5019.00~21.5020.00~22.00
———2.00~3.00——2.00~3.002.00~3.002.00~3.003.00~4.00———
————————Cu1.00~2.50—Ti9×C%~1.00Nb10×C%~1.00—
铁素体型
H0Cr14H1Cr17
<0.06≤0.10
0.30~0.70≤0.50
0.30~0.70≤0.60
≤0.30≤0.30
≤0.30≤0.30
≤0.60—
13.00~15.0015.50~17.00
——
——
马氏体型
H1Cr13
≤0.12
≤0.50
≤0.60
≤0.30
≤0.30
—
11.50~13.50
—
—
H1Cr5Mo
≤0.12
0.15~0.35
0.40~0.70
≤0.30
≤0.30
≤0.30
4.00~6.00
0.40~0.60
—
焊丝牌号的字母“H”表示焊接实心焊丝。
字母“H”后面的数字表示碳的质量分数。
化学元素符号及后面的数字表示该元素大致的质量分数值。
当元素的含量w(Me)小于1%时,元素符号后面的1省略。
有些结构钢焊丝牌号尾部标有“A”或“E”字母,“A”为优质晶,即焊丝的硫、磷含量比普通焊丝低;“E”表示为高级优质晶,其硫、磷含量更低。
表3为国产钢焊丝标准直径及允许偏差。
焊丝直径的选择依用途而定,手工埋弧焊用焊丝较细,一般为φ1.6~2.4mm,自动埋弧焊时一般使用φ3~6mm的焊丝。
各种直径的普通钢焊丝埋弧焊时,使用的电流范围如表4所示。
一定直径的焊丝,使用的流有一定范围,使用电流越大,熔敷率越高。
而同一电流使用较小直径的焊丝,可获得加焊缝熔深、减小熔宽的效果,当工件装配不良时,宜选用较粗的焊丝。
最好镀铜,镀铜层既可起防锈作用,又可改善焊丝与导电嘴的接触状况。
但抗腐蚀和核反应堆材料焊接用的焊丝是不允许镀铜的。
表3钢焊丝直径及其允许偏差(单位:
mm)
焊丝直径
0.4 0.6 0.8
1.0 1.2 1.62.0 2.5 3.0
3.2 4.05.0 6.0
6.5 7.08.0 9.0
允许偏差
普通精度
-0.07
-0.12
-0.16
-0.20
较高精度
-0.04
-0.06
-0.08
-0.10
表4各种直径普通钢焊丝埋弧焊使用的电流范围
焊丝直径/mm
1.6
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
6.0
电流范围/A
115-500
125-600
150-700
200-1000
340—1100
400—1300
600—1600
为了使焊接过程稳定进行并减少焊接辅助时间,焊丝通常用盘丝机整齐的盘绕在焊丝盘上,按照国家标准(GBl300—1977)规定,每盘焊丝应由一根焊丝绕成,焊丝盘的内径和重量如表5所示。
表5钢焊丝的焊丝盘内径和重量
焊丝直径/mm
焊丝盘内径/mm
每盘重量/kS(不小于)
碳素结构钢
合金结构钢
不锈钢
1.6~2.0
250
15.0
10.0
6.0
2.5~3.5
350
30.0
12.0
8.0
4.0~6.0
500
40.0
15.0
10.0
6.5~9.0
500
40.0
20.0
12.0
1.2.2 焊剂
埋弧焊焊剂在焊接过程中起隔离空气、保护焊缝金属不受空气侵害和参与熔池金属冶金反应的作用。
(1)焊剂的分类埋弧焊焊剂除按用途分为钢用焊剂和有色金属用焊剂外,通常按制造方法、化学成分、化学性质、颗粒结构等分类,如表6所示。
表6焊剂的分类
(2)焊剂的型号和牌号的编制方法 1)焊剂的型号焊剂的型号是按照国家标准划分的,我国的现行GB5293—1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》中规定:
焊剂型号划分原则是依据埋弧焊焊缝金属的力学性能。
焊剂型号的表示方法如下:
尾部的“H×××”表示焊接试板时与焊剂匹配的焊丝牌号,按GBl300—1977《焊接用钢丝》的规定选用。
表7焊接型号中的第一位数字的含义
×1
抗拉强度σb/MPa
屈服点σs/MPa
伸长率δ(%)
3
410~550
≤303
≤22.0
4
140~550
≤330
≤22.0
5
480~650
≤437
≤22.0
表8焊剂型号中第三位数字的含义
×3
0
1
2
3
4
5
6
实验温度/℃
-
0
-20
-30
-40
-50
-60
举例:
HJ403一H08MnA,表示为埋弧焊用焊剂,采用H08MnA焊丝按照GB/T5293—1985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410~550MPa,屈服点不小于330MPa,伸长率不小于22%,在一30℃时冲击吸收功不小于27J。
(2)焊剂的牌号 通用的焊剂统一牌号在形式上与焊剂型号相同,但是牌号中数字的含义与焊剂型号是不相同的。
因此在使用中极易混淆,应当特别引起注意。
1.2埋弧焊材料——焊丝、焊剂及选配
国产焊剂牌号、成分及使用范围,见表12、表13所示。
表12国产熔炼型埋弧焊剂牌号、成分及其应用范围[18]
牌号①
成分类型
组成成分(质量分数)(%)
用途
配用焊丝
适用电源种类
SiO2
CaF2
CaO
MgO
Al2O3
MnO
FeO
K2O+Na2O
S
P
其他
HJ130
无锰高硅低氟
35~40
4~7
10~18
14~19
12~16
—
0~2
—
≤0.05
≤0.05
TiO27~11
低碳钢、低合钢
H10Mn2
交直流
HJ131
无锰高硅低氟
34~38
2.5~4.5
48~55
—
6~9
—
≤1.0
1.5~3.0
≤0.05
≤0.08
—
镍基合金(薄板)
Ni基焊丝
交直流
HJ150
无锰中硅中氟
2~123
25~33
3~7
9~13
28~32
—
≤1.0
3
≤0.08
≤0.08
—
轧锟堆焊
2Cr13
直流
HJ172
无锰低硅高氟
3~6
45~55
2~5
—
28~35
1~2
≤0.8
3
≤0.05
≤0.05
ZrO22~4NaF2~3
高铬铁素体钢
相应钢种焊丝
直流
HJ173
无锰低硅高氟
≤4
45~58
13~20
—
22~33
—
≤1.0
—
≤0.05
≤0.04
ZrO224
锰、铝高合金钢
相应钢种焊丝
直流
HJ230
低锰高硅低氟
40~46
7~11
8~14
10~14
10~17
5~10
≤1.5
—
≤0.05
≤0.05
—
低碳钢、低合钢
H08MnA,H10Mn2
交直流
HJ250
低锰中硅中氟
18~22
23~30
4~8
12~16
18~23
5~8
≤1.5
3
≤0.05
≤0.05
—
低合金高强度钢
相应钢种焊丝
直流
HJ251
低锰中硅中氟
18~22
23~30
3~6
14~17
18~23
7~10
≤1.0
—
≤0.08
≤0.05
—
珠光体耐热钢
Cr-Mo钢焊丝
直流
HJ253
低锰中硅中氟
20~24
24~30
—
13~17
12~16
6~10
≤1.0
—
≤0.08
≤0.05
TiO22~4
低合金高强度钢(薄板)
相应钢种焊丝
直流
HJ260
低锰高硅中氟
29~34
20~25
4~7
15~18
19~24
2~4
≤1.0
—
≤0.07
≤0.07
—
不锈钢,轧锟堆焊
不锈钢焊丝
直流
HJ330
中锰高硅低氟
44~48
3~6
≤3
16~20
≤4
22~26
≤1.5
1
≤0.08
≤0.08
—
重要低碳钢及低合钢
H08MnA,H10Mn2
交直流
HJ350
中锰中硅中氟
30~35
14~20
10~18
—
13~18
14~19
≤1.0
—
≤0.06
≤0.07
—
重要低合金高强度钢
Mn-MoMn-Si及含Ni高强度钢焊丝
交直流
HJ430
高锰高硅低氟
38~45
5~9
≤6
—
≤5
38~47
≤1.8
—
≤0.10
≤0.10
—
重要低碳钢及低合钢
H08A,H08MnA
交直流
HJ431
高锰高硅低氟
40~44
3~6.5
≤5.5
5~5.7
≤4
34.5~38
≤1.8
—
≤0.10
≤0.10
—
重要低碳钢及低合钢
H08A,H08MnA
交直流
HJ433
高锰高硅低氟
42~45
24
≤4
—
≤3
14~47
≤1.8
0.3~0.5
≤0.15
≤0.10
—
低碳钢
H08A
交直流
①国家标准GB/T5293-1999、GB/T12470-1999规定熔炼焊剂型号标注方法为:
HJ×1×2×3H×××,其中×1表示焊缝金属的拉身力学性能;×2表示拉身和冲击试样的状态;×3表示焊缝金属冲击吸收功不小于27J的最低试验温度;H×××表示可配用焊丝牌号。
但生产厂商的牌号是按成分类型区分的,即HJabc中,a表示含锰量;b表示含硅含氟量;c表示同类不同牌号,实际中应注意辨明。
表13国产烧结焊剂牌号、成分及其使用范围[18]
牌号
渣系类别
碱度
主要成分(质量分数)(%)
配用焊丝
用途
使用电源种类
SiO2+TiO2
CaO+MgO
Al2O3+MnO
CaF2
S
P
SJ101
氟碱
1.8
25
30
25
2.0
≤0.06
≤0.08
H08MnA,H08MnMoAH08Mn2MoA,H10Mn2
多层焊、多丝焊、窄间隙双单焊
AC、DCRP
SJ102
3.5
10~15
35~45
15~25
20~30
DCRP
SJ104
2.7
30~35
20~25
20~25
20~25
H08Mn2,H08MnMoTiH08MnA
SJ105
2.0
16~22
30~34
18~20
18~25
AC、DCRP
SJ301
硅钙
1.0
25~35
20~30
25~40
5~15
H08A,H08MnAH08MnMoA
多层焊、多丝焊双单焊
DCRP
SJ302
1.1
20~25
20~25
30~40
8~20
SJ401
硅锰
<1
45
10
40
—
H08A
常规单丝焊
SJ402
0.7
35~45
40~50
5~15
—
薄板较高速焊
SJ403
—
≥45
≥20
≥20
—
≤0.04
≤0.04
H08A
耐磨堆焊
SJ501
铝钛
0.5~0.8
25~40
45~60
≤10
—
≤0.06
≤0.08
H08A,H08MnA,H08MnMoA
多丝高速焊
SJ502
<1
45
30
10
5
H08A
薄板较高速焊
SJ503
0.7~0.9
25~35
45~60
—
≤17
H08A,H08MnA
常规单丝焊
SJ601
其他
1.8
5~10
30~40
6~10
40~50
≤0.06
≤0.06
H00Cr21Ni10,H0Cr21NiTi
多道焊不锈钢
SJ604
1.8
5~8
30~35
4~8
40~50
SJ641
2.0
20~25
20~22
15~20
20~25
CHF602
3.0~3.2
(SiO2)8~12
(MgO)24~30
(Al2O3)8~12
20~25
(BaCO3)38~21
H08MnNiMoA,H10Cr2Mo1A
厚壁压力容器
DCRP
CH603
2.3~2.7
(SiO2)6~10
(MgO)22~28
18~23
15~20
(CaCO3)20~24
H13Cr2Mo1A,H11CrMoAH04Ni13A,H08Mn2Ni2A
Cr-Mo钢Ni钢
AC、DCRP
(3)焊剂质量要求 1)焊剂应具有良好的冶金性能 在焊接时配合适当的焊丝及合理的焊接工艺,焊缝金属应能得到适宜的化学成分及良好的力学性能,以及较强的抗气孔、抗裂纹的能力。
2)焊剂应具有良好的工艺性能 焊接过程中电弧燃烧稳定,熔渣具有适宜的熔点、粘度和表面张力。
焊缝表面成形良好、脱渣容易、以及产生的有毒气体少。
3)焊剂颗粒度应符合要求 普通焊剂的颗粒度为0.450~2.50mm。
0.450mm以下的细粒不得大于5%。
2.50mm以上的粗粒不得大于2%。
细颗粒度的焊剂,粒度为0.280~1.425mm。
0.280mm以下的细粒不得大于5%。
1.425mm以上的粗粒不得大于2%。
4)焊剂w(H2O)≤0.10%。
5)焊剂中机械夹杂物的含量不得大于0.30%(质量分数) 6)焊剂的w(S)≤0.060%;w(P)≤0.080%。
牌号为“HJ431”的焊剂,在其质量保证单、使用说明书及包装上标注“符合GB/T5293—1985HJ431—H08A”。
其含义为此焊剂与H08A焊丝配合使用,按所规定的母材及焊接工艺焊接试板,其焊接熔敷金属的力学性能为:
σb=410~550MPa(42.0~56.0kgf/mm2):
%=330MPa(33.6kgffmm2);δ≥22.0%:
在O°C时的冲击吸收功Akv≥27J;焊剂的焊接工艺性能、颗粒度、含水量、机械夹杂物、硫与磷的含量均满足GB/T5293—1985的规定要求。
熔炼焊剂与烧结焊剂比较,如表14所示。
表14熔炼焊剂与烧结焊剂比较
比较项目
熔炼焊剂
烧结焊剂
焊接工艺性能
高速焊接性能
焊道均匀,不易产生气孔和夹渣
焊道无光泽,易产生气孔,夹渣
大电流焊接性能
焊道凹凸显著,易粘渣
焊道均匀,易脱渣
吸潮性能
比较小,可不必再烘干
比较大,必须再烘干
抗锈性能
比较敏感
不敏感
韧性
受焊丝成分和焊剂碱度影响大
比较容易得到较好的韧性
焊缝性能
成分波动
焊丝参数变化时,成分波动小,均匀
成分波动大,不容易均
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