E5015焊条成分设计及焊接性能分析 - 图文

d.脱氧剂：用以降低药皮和熔渣的氧化性并脱除金属中的氧。低碳及低合金钢焊接时常用锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等，但酸性焊条不用硅铁脱氧。 e.合金剂：用以焊芯或母材中的合金或补充在焊接过程中合金的烧损。低碳钢焊条主要的元素是锰，合金钢焊接则应按其相应成分予以添加，如硅，钼等。 f.黏结剂：用以调和药粉并牢固地黏结在焊芯上，一般说来酸性焊条常用钾钠混合水玻璃，碱性焊条常用钠水玻璃，由于水玻璃中含有钾、钠等低电离电位元素，所以除起黏结作用外，不可以起到稳弧作用。

g.增塑性：用以改善焊条的压制性能，以便于用机器压制焊条，如钛白粉、白泥、云母、糊精等，可以增加药粉的塑性、弹性和滑性，使焊条表面光滑而不开裂。

h.稀释剂：用以稀释熔渣，改善渣的流动性，如萤石、金红石、精选钛矿、锰矿等。

一般的涂料焊条中都需考虑加入10种左右的组成物起到以上作用，但可看出某些组成物能起多种作用，如大理石可以稳弧、造气和造渣。耐磨堆焊焊条的特点一般是要求堆焊金属中有较高的含碳量。所以在药皮配方中加入5％～6％以上石墨(碳)后，无需加入其它矿石粉、有机物等，它能起到稳弧、造气、脱氧、增塑等作用。

1.1.2 焊条工艺性能及其影响因素

焊条的工艺性能主要指引弧、稳弧及再引弧性能、焊缝成型、脱渣性、飞溅、熔化效率、析出有害气体成分及数量、各种位置焊接的适应性、焊条药皮发红、焊接烟尘等。 （1）焊条的稳弧性

焊条的稳弧性可由电弧引燃难易和引燃后电弧的状态来评定。用10根新焊条，每根与工件接触一下引弧，引燃根数越多则引弧性能越好。断弧后再引弧时，若药皮套筒不敲碎即可起弧为最好，药皮套筒敲碎后才可引弧者次之，敲碎后也不能引弧者最差。电弧的状态以弧长变动时电弧是否稳定，断弧前的最大电弧长度，焊接速度变动时电弧的摇摆情况和电弧吹力的强弱来判断。碱及碱土金属电离电位比较低，所以常用含钾钠的物质做稳弧剂。 （2）焊缝成型

焊缝成型的优劣以肉眼观察来判定的，要求焊缝均匀，与母材熔合情况表面鳞纹细密无“麻点”等缺陷，它除取决于焊工的操作水平以外，主要取决于药皮

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的熔化状态与深渣的凝固温度范围、黏度、表面张力等。

①药皮的熔化状态与熔渣的凝固温度对成型影响。药皮是多种物质的机械混合物，它们在形成熔渣的过程中，各组成物之间发生了相互作用，形成复合化合物、共晶体等多元体进行的。我们所指的药皮熔点是指药皮开始熔化的温度(即造渣温度)，而熔渣的温度则是指熔渣转变为固态的温度(是一个温度区间)。

药皮熔点过高，焊条末端形成的“套筒”过长，则焊接时易断弧，还会药皮成块脱落，推动保护作用或落入熔池形成夹渣。相反，药皮熔点过低，则熔化过早，成渣很稀容易流失，并使焊缝推动保护作用。同时熔点过低，形成“套筒”太短或不形成“套筒”，则熔点低于焊丝熔点150-250℃。

熔渣的凝固温度过高则凝固过早，影响冶金反应的充分进行，甚至造成渣压铁水，使焊缝成型不良，产生气孔，不易脱渣等缺陷。焊缝表面产生“麻点”也是由类似原因造成的。熔渣凝固温度过低，则熔渣对焊缝起不到限制成型的作用，促使焊缝成型不良，同时还延长了熔渣与已凝固的焊缝表面金属作用时间，使脱渣性能变坏。

药皮熔点的高低决定于药皮组成物的种类和它们的粒度。药皮组成物的熔点越高，粒度越大，药皮的熔点也越高。熔渣的凝固温度取决于其成分[4]。 ②熔渣的黏度和表面张力对成型的影响。黏度是液体分子之间内摩擦力的表现，在熔渣化学成分一定的情况下，黏度主要取决于温度，通常随着温度增加，渣液黏度下降。但熔渣的化学成分不同时，其黏度变化是不同的，通常碱度小的熔渣，黏度随温度增加是逐渐变小的。而碱度大的熔渣随温度增加，黏度则急剧下降。在焊接温度下，熔渣黏度越小，流动性越大，熔渣也愈活泼，冶金进行得愈充分。但黏度过小，则会造成满渣，使渣不能完全覆盖于焊缝上，减弱冶金的进行并推动对金属的保护作用。相反若渣过黏，亦会使冶金反应缓慢，焊缝成型变差。焊接熔渣黏度ll通常要求在1500℃时为0.15Pa.S左右，立仰焊时可略高一些。

熔渣表面张力及其与温度的关系，对焊缝表面成型也有很大的影响值为0.3-0.4N／m为好，并希望在温度下降时能迅速增大，以保证熔渣在液态时能均匀覆盖于熔池上；而在熔池冷却结晶时，又能急剧增大表面张力，约束焊缝成型。 （3）焊条的脱渣性

焊缝表面的熔渣在焊后是否容易除去，是评定焊条(或焊剂)质量的主要指标之一。脱渣性的好坏，可以用小锤敲击方法来进行比较，若脱渣困难，会显著降

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低生产率，尤其是多层焊和连续自动堆焊更为严重。此外，脱渣不净还容易造成杂物等缺陷。影响脱渣性的主要因素有：熔渣的膨胀系数、熔渣的氧化性与松脆性以及焊接工艺条件等。

熔渣的氧化性越强，则形成的氧化物越多，脱渣越困难。实践证明，加强脱氧对改善脱渣性是有好处的。此外还可以认为氧化铁型、钛铁矿型和铁锰型焊条脱渣比钛钙型和钛型要差一些的原因。另外，凡含V、A1或Cr的钢，焊接时脱渣性就要变坏，也可以由此得到解释。

熔渣同焊缝金属的膨胀系数相差越大，脱渣性越好。钛型和钛钙型焊条熔渣与低碳钢的膨胀系数相差最大，所以这类焊条在平板上堆焊或薄板对接时非常有利，几乎整条熔渣可以自动翘起脱落。但若在深坡口中焊接或角接时，却往往因氧化因素能使熔渣密实坚硬不脆，而且通常钛型焊条熔渣疏松度只有15％左右，焊后熔渣被挤在缝隙中不易脱落。在氧化铁型焊条熔渣中，由于有MnO和FeO，如配方调整不当，渣壳也较实坚硬。 （4）焊条焊接时的飞溅

关于飞溅产生的原因，通常认为是由气体爆炸力、电弧力及熔渣表面张力引起的。药皮水分多，药渣太黏，碳烧损剧烈产生气体，电流过大，电弧过长、不稳，熔滴过大等，都会影响飞溅程度，此外由于制造时药粉搅拌不均，也往往会引起飞溅。

（5）焊条发尘量及烟气的毒性

我国对焊条发尘量和烟气的毒性问题进行了大量研究工作，并曾规定过酸性焊条发尘量小于7.59／kg，碱性焊条发尘量小于159／kg，这是因为大量的烟气和有毒气体会严重影响操作工人健康的缘故。国内外对于低尘低毒焊条的研制工作极为重视。

发尘量与药粉的化学性质和物理状态有关，涂料的熔点愈低，挥发性愈强。颗粒度越小以及焊条发气量愈多，则愈易产生粉尘。

气体的毒性可分为两种，一种是细微的蒸发锰产生的毒性，称锰中毒，特点是作用缓慢，但长时间吸入锰尘，就会使人中毒致病而不易治疗；另一种是氟中毒，即当药皮中有大量萤石时，在焊接过程中会有HF气体析出，这种中毒作用较快，也有人认为NaF、KF更易使人中毒致病[5]。

因此，我们一方面在配方设计中要尽可能减少这些毒物的来源，更重要的是，在使用这些焊条时要注意通风排尘和工人的劳动保护。

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（6）焊条全位置焊接的适应性

所有焊条都能进行平焊，但对于横焊、立焊、仰焊，有些焊条就不适应了，帮它们的全位置焊接性能不好。在横焊、立焊、仰焊过程中，熔滴不易向熔池过渡，深池金属和熔渣易于向下流，调整熔渣的熔点、黏度、表面张力和电弧吹力等，是解决焊条全位置焊接的措施，以得熔滴过渡到熔池，阻止金属和熔渣下流，高温熔渣尽快凝固。 （7）焊条药皮发红

焊条药皮发红，是指在正常的焊接电流下施焊到焊条后半段时，由于药皮温升过高而发红、开裂或药皮脱落的现象。这就使药皮失去了保护作用，从而影响焊接质量，浪费焊接材料。不锈钢焊条由于焊芯为镍铬钢芯，电阻大，产生电阻热多，药皮发红尤为突出。解决焊条药皮发红的关键在于调整药皮配方，改善熔滴过渡形态，提高焊条熔化系数，减少电阻热，以降低焊条的表面温升。

1.2 碱性焊条在手工电弧焊中的发展现状

碱性焊条是药皮中含有大量碱性氧化物的焊条。由于熔渣的碱度高，对提高焊缝韧性极为有利，故各种高强钢焊条、低温钢焊条均为碱性焊条。碱性焊条的另一大优点是焊缝的扩散氢含量低，抗裂性能优良，故适于大刚性结构和厚板的焊接。碱性焊条的不足之处是焊接工艺性能不如酸性焊条好，主要表现在焊波较粗、焊道呈凸形，有的不适于交流电源，碱性焊条的再引弧性能一般都不好。由于焊缝含氢量低，所以也称为碱性低氢型焊条。对承受动载荷或低温下使用的结构，必须采用碱性低氢型焊条。另外，焊接中、高碳钢和高硫钢等难焊接的钢种，也宜选用碱性焊条。随着工业技术的迅猛发展，高强钢的应用日益广泛，压力容器、锅炉、船舶、重型机械等重要结构对焊缝的综合机械性能的要求日益提高，这样对碱性焊条的利用率也日益增长。但由于碱性焊条的工艺性能差，使得其在应用上受到很大的限制。

E5015焊条是我国目前使用最多的低氢型碱性焊条， 具有较好的工艺性能和内在质量， 主要用于低碳钢及普低钢重要结构的焊接。 随着焊接结构日趋向高参数、高容量、高性能、太型化方向的发展，25015焊条的应用范围将进一步扩大。国产E5015焊条一般采用H08A焊芯，通过药皮过渡台金元素对熔敷金属进行台金化.控制烙敷金属的化学成分对保证其机械性能。提高抗裂纹、抗气孔能力具有重要意义[6]。E5015焊条熔敷金属的合金元素主要是碳、硅、锰.碳在焊缝中唯一有利的一面是提高强度， 但碳增多焊缝中容易形成气孔和裂皱， 因此必

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