焊条选用的原则

焊条选用的原则 1、焊条选用的原则 焊条的选用须在确保焊接结构安全、可靠使用的前提下,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动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。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或度,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侧母材的强度,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侧母材的性能。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、镍含量较高的、塑性、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)不锈钢复合钢板应考虑对基层、覆层、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;覆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(即覆层与基层交界面)的焊接,必须考虑基体材料的稀释作用,应选用铬、镍含量较高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条。 2、常用金属材料焊接时焊条的选用 (1)碳钢焊条的选用 碳钢是碳素结构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,碳钢焊执着是被焊金属中量最大、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钢量多少密切相关,含碳量越高,钢的焊接性越差。几乎所有的焊接都可以用于碳钢结构的焊接,基中以手弧焊、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),在我国的碳钢焊条国家GB/T5117-95中只有E43系列及E50系列的二种型号,即抗拉强度只有420Mpa(43KGF/MM2)和490Mpa(50kgf/mm2)两个强度级别。目前焊接中大量使用的是470Mpa级以下的焊条。焊接低碳钢(碳少于0.25%)时大多使用E43XX(J42X)系列的焊条,这一系列焊条有多种型号,产品牌号更多,可根据具体母材及使用条件、工作状况、焊件结构形状和钢板厚度加以选用。 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氢型焊条。在个别情况下,也可采用钛铁矿型或钛钙基焊条,但要有严格的工艺措施配合。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具有较高塑、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),焊材的选用应视产品要求而定。强度要求高时,可用J707或J607焊条。强度要求不高时,可用J506或J507等焊条;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。 (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,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,含合金钢焊条标准(GB/5118-95)有从E50系列至E85系列等各种型号的焊条可供选择。代合金钢一般依钢材的强度等级来选用相应的焊条,同时还需要根据母材焊接性、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的情况下,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和焊条可兼用于代合金钢焊接。 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(JXXXH)、高韧性焊条(JXXXGR)、高韧性超低氢焊条(JXXXRH)以及耐吸潮焊条(JXXXLMA)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。不必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。焊接强度过高,将导致焊缝金属塑、韧性及抗裂性能的降低。 低碳调质钢产生冷裂纹的倾向较大,因此严格控制焊接材料中的氢是十分重要的,用于低碳调质钢的焊条应是低氢型或超低氢型焊条。中碳调质钢焊接为确保焊缝金属的塑、韧和强度,提高焊缝的抗裂性,应采用低碳合金系统,尽量降低焊缝金属的硫、磷杂质含量。对于需焊后热处理的构件,还应考虑焊缝金属合金成分应与母材相近。 (3)耐热钢焊条的选用 低合金耐热钢要在高温下长期工作,为了保证耐热钢的高温性能,须向钢中加入较多的合金元素(如Cr Mo V Nb等)。在选择焊接材料时,首先要保证焊缝性能与母材匹配,具有必要的热强性,因此要求焊缝金属的化学成分应尽量与母材一致,如果焊缝与母材化学成分相关太大,高温长期使用后,接头区域某些元素发生扩散现象(如碳元素在熔合线附近的扩散),使接头高温性能下隆。 耐热钢焊条一般可按钢种和构件的工作温温来选用。选配耐热钢焊材的原则是焊缝金属的合金成分和性能与母材相应指标一致,或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。为了提高焊缝金属的抗热裂能力,焊缝中的碳含量应略低于母材的碳含量,一般应控制在0.07%~0.15%之间。由于钢中碳和合金元素的共同作用,耐热钢焊接时极易形成液硬组织,焊接性较差。为此耐热钢一般焊前预热,焊后进行回火处理。 近年来,在薄壁管焊接中普遍采用了氩弧焊打低,酸性焊条手弧焊盖面的工艺,大大提高了焊 接质量。但这类焊条抗裂性次于低氢型焊条,在单独使用或用于厚壁管焊接时,应选择低氢型耐热钢焊条。 (4)低温钢焊条的选用 低温钢是在-40度至-196度的低温范围工作的低合金专用钢材。按化学成分划分,低温钢主要有含镍钢和无镍钢两类。国外一般使用含镍低温钢,如3.5Ni、5Ni钢和9Ni钢等;我国多使用无镍低温钢。 选择低温钢焊材首先应考虑接头使用温度、韧性要求及是否进行焊后热处理等,昼使焊缝金属的化学成分和力学性能(尤其是冲击韧性)与母材一致。经焊后热处理后,焊缝仍应具有较高的低温韧性。由于对焊缝金属的低温韧性提出了严格的要求,低温钢焊条药皮均采用低氢型。焊接时要求尽量采用小的焊接线能量,避免焊缝金属及近缝区形成粗晶组织而降低低温韧性。含镍低温钢除手弧焊外,主要采用氩弧焊进行焊接,采用与母材相同成分的焊丝、保护气体为Ar或Ar中加入2%的O2或5%~10%的CO2以改善焊缝成形。 (5)锈钢焊条的选用 根据室温组织、不锈钢可分类为:奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢及奥氏体+铁素体双相钢四大类。奥氏体不锈钢以Cr18Ni18为代的系列主要用于耐蚀条件,以Cr25Ni20为代表的系列主要用做耐高温场合。选择奥氏体不锈钢焊接材料时,首先要保斑点焊缝金属具有与母材一致的耐蚀性能,即焊缝金属主要化学成分要尽量接近母材,其次带应保证焊缝具有良好的抗裂性和综合力学性能。 Cr13系列以Cr12为基的多元合金化的钢属马氏体不锈钢,这类钢具有较大的淬硬倾向,马氏体不锈钢焊接时出现的问题主要是冷裂纹及近缝区淬硬脆化。马氏体不锈钢焊接材料的选择有两条途径:一是为了满足使用性能要求,保证焊缝金属与母材的化学成分一致,使焊后热处理后者者力学性能及使用性能(如耐蚀性)相接近,这时须彩和同质填充材料。;二是在无法采用预热或焊后热处理的情况下,为了防止裂纹,采用奥氏体型焊材,使焊缝成为奥氏体组织,这种情况下焊缝强度难以与母材匹配。 含Cr17%~28%的高铬钢属铁素体不锈钢,主要用作热稳定钢。铁素体不锈钢在焊接加热和冷却过程中不发生相变,焊后即使快速冷却也不会产生淬硬组织。铁素体不锈钢焊接时出现的问题主要近缝区晶粒易于长大,形成粗大铁素体,热影响区韧性下降导致脆化。铁素体不锈钢焊接应选择杂质(C、N、S、P等)含量低的焊材,同时对焊缝进行合理的合金化,以便改善其焊接性和韧性。根据对焊接接头性能的要求,铁素体不锈钢焊接时采用的焊材可以是与母材成分相近的高铬铁焊条或焊丝,也可以是铬镍奥氏体焊条或焊丝。采用奥氏体焊材时焊接不预热,也不进行焊后热处理。 (6)铸铁焊条的选用 根据碳的存在形态,铸铁可分类为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁四种。铸铁的特点是碳与硫、磷杂质含量高,组织不均匀,塑性低,属于焊接性不良的材料。铸铁焊接时出现的主要问题,一是焊接接头区域易出现白口及淬硬组织,二是易出现裂纹。 铸铁焊条(或焊补)大致分为冷焊、半热焊和热焊三种,焊材的选择分为同质焊缝和异质焊缝两类。目前国内可以提供数十种铸铁焊条,可根据铸铁焊条的特性,对焊补件的要求(如是否切削加工)、铸铁材料的性能以及焊补件的重要性等分别选用。 对焊后要求灰口铸铁焊缝的,可选用Z208、Z248焊条,对焊缝表面需经加工的,可选用Z308、Z408、Z418、Z508焊条,其中Z308最易加工;对球墨铸铁和高强度铸铁,可选用Z258、Z408、Z418焊条,应指出,铸铁焊条是“三分材料、七分工艺”,除了合理选用焊材外,还必须根据工作要求采取适当的工艺措施,如预热分段焊、大(小)电流、瞬时点焊、锤击、后热等,才能取得满意的效果。 (7)堆焊焊条的选用 堆焊是用焊接方法在零件表面堆敷一层具有一定性能材料的工艺过程,目的是使零件表面获得具有耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属。例如在普通碳素钢工件的磨损面上堆焊一层耐磨合 金,不但可以降低成本,而且可以获得优异的综合性能。堆焊工艺在我国应用越来越广,堆焊合金达数十种,堆焊焊条已制定了较完整的产品系列,堆焊时必须根据堆焊工作及工作条件的不同要求选用合适的焊条。 堆焊金属类型很多,反映出堆焊金属化学成分,显微组织及性能的很大差异。堆焊工件及工作条件十分复杂,堆焊时必须根据不同要求选用合适的焊条。不同的堆焊工作和堆焊焊条要采用不同的堆焊工艺,才能获得满意的堆焊效果,堆焊中最常碰到的问题是裂纺,防止开裂的方法主要是焊前预热、焊后缓冷,焊接过程中还可采用锤击等消除焊接应力。堆焊金属的硬度和化学成分,一般是指堆焊三层以上的堆焊金属而言。 堆焊焊条的药皮类型一般是钛钙型、低氢型和石墨型三种。为了使堆焊金属具有良好的抗裂性及减少焊条中合金元素的烧损,大多数堆焊焊条采用低氢型药皮。 (8)有色金属焊条的选用 有色金属焊条主要指的是镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条和铝及铝合金焊条等。 镍及镍合金焊条主要用于焊接镍及高镍合金,也可用于异种金属的焊接及堆焊,焊接接头的坡口尺寸及焊接工艺接近铬镍奥氏体不锈钢焊接工艺。镍及镍合金的导热性差,焊接时容易过热引起晶粒长大和热裂纹,而且焊接时气孔敏感性强。因此焊条中应含有适量的AI、TI、MN、MG等脱氧剂,焊接操作时应选用小电流、控制弧长、收弧时注意填满弧坑,保持较低的层间温度。 铜及铜合金焊条用途较广,除了用紫铜焊条焊接紫铜外,目前采用较多的是青铜焊条焊接各种铜及铜合金、铜与钢等。同时,由于铜及铜合金具有良好的耐蚀性、耐磨性等,因此也常用于堆焊轴承等承受金属喑磨擦磨损的零件和耐腐蚀(例如耐海水腐蚀)的零件,此外,铜及铜合金焊条也可用来焊补铸铁。 铝及铝合金焊条焊接时熔化速度快,必须采用短弧快速焊接,操作较困难。铝及铝合金焊条主要用于纯铝、铸铝、铝锰合金和部分铝镁合金结构的焊接和焊补。纯铝焊条主要用来焊接对接头性能要求不高的铝及铝合金。铝硅焊条的焊缝有较高的抗热裂性能;铝锰焊条有较好的耐蚀性。