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焊接材料選擇基本原則

一． 定義

焊接材料：焊接時所消耗材料（包括焊條、焊絲、焊劑、保護氣體、電極、熔劑等）的通稱。

焊條：涂有藥皮的供電弧焊用的熔化電極。

焊絲：焊接時作為填充金屬，或同時用來導電的金屬絲。

焊劑：焊接時，能夠熔化形成熔渣（有的也有氣體），對熔化金屬起保護和冶金作用的一種顆粒狀物質。

保護氣體：焊接過程中用于保護金屬熔滴、焊接熔池和焊接區高溫金屬，防止外界有害氣體進入焊接區的氣體。

電極：熔焊時，用以傳導電流并使填充材料和母材熔化或本身也作為填充材料而熔化的金屬絲（焊絲、焊條）、棒（石墨棒、鎢棒）、管、板等。電阻焊時，指用以傳導電路和傳遞壓力的金屬*。

熔劑：氣焊時用以去除焊接過程中形成的氧化物、改善熔池的潤濕性的粉狀物質。

焊接材料選用的一般原則

1. 焊條

對焊條的基本要求：

（1） 焊條的熔敷金屬應具有良好的力學性能

（2） 焊條的熔敷金屬應具有規定的化學成分，以*其使用性能的要求

（3） 焊條應具有良好的工藝性能

（4） 要求焊條具有良好的抗氣孔、抗裂紋能力

（5） 焊條應具有良好的外觀（表皮）質量

焊條的組成：

焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。焊條中被藥皮包覆的金屬芯是焊芯，其主要作用是導電，在焊條端部形成電弧，同時焊芯靠電弧熱熔化后，冷卻形成具有一定成分的熔敷金屬。焊條中涂在焊芯表面上的涂料稱為藥皮。其主要作用是機械保護作用、冶金處理作用和改善焊接工藝性能。

焊條的分類：

按熔渣的堿度分為酸性焊條和堿性焊條；按藥皮的主要成分分為鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型；按用途分類分為結構鋼焊條（J）、鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條（R）、不銹鋼焊條（鉻不銹鋼G,鉻鎳不銹鋼A）、堆焊焊條（D）、低溫焊條（W）、鑄鐵焊條（Z）、鎳及鎳合金焊條（Ni）、銅及銅合金焊條（T）、鋁及鋁合金焊條（L）、特殊用途焊條（Ts）。

焊條的型號和牌號：

焊條的牌號應包括以下含義：焊條、焊條類別、焊條特點（如熔敷金屬的抗拉強度、使用溫度、焊芯金屬類型、熔敷金屬化學組成類型等）、藥皮類型及焊接電源。

根據GB/T 5117-1995《碳鋼焊條》和GB/T 5118-1995《的合金鋼焊條》的規定，焊條型號的主體結構由字母“E”和四位數字組成，其結構和含義如下：

E X1X2X3X4 E：表示焊條

X1X2：焊條系列，即熔敷金屬抗拉強度小值

X3：焊條的焊接位置

X4：焊條藥皮類型及焊接電源種類

例如：E 5015 E:焊條

50：熔敷金屬抗拉強度σb≥409Mpa

1：全位置（0、1全位置；2平焊及平角焊；4：平焊、立焊、仰焊、立向下焊僅對碳鋼焊條適用）

低合金鋼焊條：

E X1X2 X3 X4-□-□

E：焊條

X1X2：熔敷金屬抗拉強度小值

X3：焊條的焊接位置（0、1全位置；2用于平焊及平角焊）

X4：焊接電流種類及藥皮類型以數字表示

□1：熔敷金屬化學成分分類代號，以字母表示

□2：附加化學成分，以化學元素符號表示

不銹鋼焊條：

E 308L-16

E:表示焊條

308L：熔敷金屬的化學成分，L表示*低碳，

308表示焊條熔敷金屬化學成分類型

其他種類焊條不再贅述。

2．焊絲

對焊絲的基本要求：

焊絲在焊接過程中起傳導電流、填充金屬、過渡合金的作用，自保護藥芯焊絲在焊接過程中還起保護或脫氧和去氮作用。因此，要求焊絲要具有要求的化學成分，力學性能，而且還應對其尺寸和表面質量提出明確的技術要求。

焊絲的分類：

按結構形式分為藥芯焊絲和實芯焊絲，藥芯焊絲按結構和填料的不同又分為好多種類型；按鋼種分為低碳鋼焊絲、低合金鋼焊絲（高強度鋼用焊絲、Cr-Mo耐熱鋼焊絲、低溫鋼用焊絲）、不銹鋼焊絲、硬質合金堆焊焊絲、銅及銅合金焊絲、鋁及鋁合金焊絲、鑄鐵焊絲等；按焊接方法分為埋弧焊焊絲、電渣焊焊絲、CO2氣體保護焊焊絲、氬弧焊焊絲、（TIG焊用焊絲、MIG焊用焊絲、MAG焊用焊絲）、自保護焊焊絲、堆焊焊絲、氣焊焊絲。

焊絲的型號或牌號

（1）焊接用碳鋼低合金鋼不銹鋼焊絲

除GB/T8110-95外，焊絲的型號或牌號均以字母H表示焊絲，氣牌號的編制方法為：以字母H表示焊絲；H之后的一位或兩位數字表示含碳量（平均約數）；化學元素符號及其后的數字表示該元素的大約質量分數，當主要合金元素的質量分數≤1％時，可省略數字只標記元素符號；焊絲牌號尾部標有A或E時，表示為**品或****品，表明有*低的S、P等雜質含量。

例如：H08Mn2SiA

H:焊絲 08：含碳量，質量分數約0.08％

Mn2:含Mn量質量分數約2％ Si:含Si量質量分數為≤1％

A：**品，S、P的質量分數約≤0.03％

（2）氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲

根據GB/T8110-95規定，焊絲型號的表示方法為ERXX-X：字母ER表示焊絲，ER后面的兩位數字表示熔敷金屬的低抗拉強度，－后面的字母或數字，表示焊絲化學成分的分類代號。還附加其他化學成分時，可直接用元素符號表示，并以短劃－與*數字分開。

例如：ER55-B2-Mn

ER：焊絲 55：熔敷金屬抗拉強度小值為550Mpa

B2：焊絲化學成分分類代號 Mn：表示焊絲中含有Mn元素

2. 焊劑

對焊劑的基本要求：

（1） 具有良好的冶金性能

（2） 具有良好的焊接工藝性能

（3） 具有較低的含水量和良好的抗潮性

（4） 焊劑中機械夾雜物的質量分數不應大于0.3％

（5） 焊劑應具有較低的S、P含量，S≤0.06％；≤0.08％

（6） 焊劑應有一定的顆粒度，普通的8-40目，細粒度為14-60目

（7） 電渣焊焊劑，為了得到良好的焊接接頭，對焊劑有如下要求

熔渣的導電率應在合適的范圍內；熔渣的粘度應適宜；控制焊劑的蒸發溫度。

另外，焊劑還應具有良好的脫渣性、抗裂性和抗氣孔能力。

焊劑的分類：

焊劑常分為熔煉型焊劑和非熔煉型焊劑（粘結焊劑、燒結焊劑）等。

例如：HJ431

HJ:埋弧焊及電渣焊用熔煉焊劑

4：焊劑類型為高錳

3：焊劑類型為高硅低氟

1：牌號編號，相同類型中的不同編號，按0，1…9排列

二．焊接材料的選擇

為得到高質量的焊接接頭，*要合理選擇焊接材料。

1.滿足焊接接頭使用性能的要求

包括常溫、高溫短時強度、彎曲性能、沖擊韌性、硬度、化學成分等，以及一些技術標準和設計圖紙中對接頭性能的特殊要求，諸如持久強度、蠕變極限、高溫抗氧化性能、抗腐蝕性能等。

2.焊接接頭制造工藝性能和焊接工藝性能的要求

經焊接組成的構件，在制造過程中不可避免要進行各種成型和切削加工，例如，沖壓、卷、彎、車、刨等加工工序，這就要求焊接接頭具有一定的塑性變形能力和切削性能、高溫綜合性能等。焊接工藝則根據母材的焊接性差異，要求焊接材料的工藝性能良好，并具有相應的抗裂紋等缺陷的能力。

3.合理的經濟性

在滿足上述各種使用性能、制造性能的低要求的同時，應選擇價格*的焊接材料，以降低制造成本，提高經濟效益。例如，重要部件的低碳鋼焊條電弧焊時，應**選用堿性藥皮焊條，因為堿性焊條脫氧、脫硫充分，且氫含量低，具有良好的焊縫金屬抗裂性能及沖擊韌性。而對于一些非重要部件，可選用酸性焊條，因為酸性焊條既具有良好的工藝性，又滿足非重要部件的性能要求，而且價格*，可降低制造成本。

三． 素鋼、低合金鋼焊接材料的選擇

(1) 等強性原則

焊接接頭作為部件的一部分，其焊縫抗拉強度應不小于母材標準抗拉強度規定值的下限。同時，應注意焊接材料熔敷金屬的抗拉強度不能**母材抗拉強度太多，否則將導致焊縫塑性降低，硬度增大，不利于隨后的制造成型。

選擇高溫運行下焊接接頭的焊接材料時，也應考慮其高溫短時抗拉強度或持久強度不**母材的對應值。

一般碳素鋼和普通低合金鋼焊接時，選擇焊接材料主要考慮焊接材料的抗拉強度，可不考慮熔敷金屬的化學成分與母材匹配；但Cr-Mo耐熱鋼材料焊接時，選擇焊接材料不僅要考慮熔敷金屬的化學成分與母材匹配，還應考慮合金元素的匹配，以*焊接接頭的綜合性能與母材一致。

在特殊情況下部件按材料的屈服強度計算許用應力進行設計時，就**以屈服強度的等強性為重要考慮因素。

(2) 等韌性原則

選擇焊接材料時，應*焊縫的沖擊韌性滿足有關標準的要求。由于部件的運行工況不同，在運行中常常會由于韌性不足而產生脆性破壞，尤其是低溫工作的部件或高強厚壁部件**發生脆性破壞。所以，有關標準對焊接接頭的沖擊韌性指標都提出明確要求。然而標準不同對接頭沖擊韌性的要求也各不相同。《蒸汽鍋爐規程》中規定，焊接接頭的沖擊韌性，不得**母材沖擊韌性規定值的下限，當母材沒有沖擊韌性要求時，則不得**27J。GB 150《鋼制壓力容器》中規定，接頭沖擊韌性值要求按鋼材低抗拉強度而確定。對于碳素鋼和低合金鋼其接頭低沖擊韌性要求見表3-40。

低溫容器其沖擊韌性值應不**母材的規定值下限，而ASME法規Ⅷ-1則根據材料的強度級別、厚度、工作溫度、設計應力與許用應力之比的值，來確定接頭是否要*沖擊韌性性能。如果接頭有沖擊韌性要求，則又根據材料的強度級別和厚度規定沖擊韌性的低*值。

(3) 考慮制造工藝的要求和影響

部件在焊接以后，往往還要經過各種成型加工工序，諸如卷、壓、彎、校等工藝，因此，焊接接頭和母材都要具有一定加工變形能力，其中主要的冷變形能力，衡量其方法為接頭的彎曲試驗

四．奧氏體不銹鋼的焊接材料選擇

焊接材料與母材等強性原則對奧氏體不銹鋼并不適用。奧氏體不銹鋼如用于耐蝕工況，對強度無具體要求，主要考慮焊縫的抗腐蝕性能。如用于高溫高壓工況，短時工作則要求具有一定的高溫短時強度，長期工作則要*焊縫金屬有足夠的持久強度和蠕變極限，例如：SA213-TP304H管子用于高溫高壓工況，電弧焊時，則需選用含碳量較高的E308H焊條。

a) 考慮熔敷金屬的化學成分

奧氏體不銹鋼焊接，選擇焊接材料時，*主要的是考慮熔敷金屬的化學成分應與母材成分相當，只要焊接材料的熔覆金屬的化學成分與母材相當，此焊縫金屬的使用性能就能與母材相當，包括力學性能、抗蝕性能等，此外，還要特別注意制造技術條件或圖紙對抗腐蝕性能的特殊要求。為防止焊接過程中產生晶間裂紋，好選用低碳（*低碳），含Ti、Nb的不銹鋼焊接材料。焊條藥皮中或焊劑中，如SO2含量過高，就不適用于含鎳高的奧氏體鋼的焊接。為防止焊縫熱裂紋（凝固裂紋），應控制P、S、Sb、Sn雜質的含量，盡可能避免焊縫金屬生成單相奧氏體組織。

b) 考慮焊縫中的鐵素體含量

盡管許多資料介紹，奧氏體不銹鋼焊縫中的鐵素體含量對降低焊縫金屬裂紋傾向有利，但是生產應用*量的純奧氏體焊縫金屬已使用多年，而且接頭運行也良好。另外，在某些介質中適當的鐵素體含量對耐蝕性有利，但是對低溫工況下焊縫金屬的沖擊韌性有害。綜合考慮，一般奧氏體不銹鋼中的鐵素體含量為4-12％為適宜，因為5％的鐵素體含量就可獲得滿意的抗晶間腐蝕性。

c) 考慮焊接方法的影響

選擇奧氏體不銹鋼焊接材料時，應注意焊接方法對熔敷金屬化學成分的影響。鎢極氬弧焊對焊縫金屬化學成分變化的影響小，未受稀釋的焊縫金屬中除C、N外，其它變化不大，其中C損失大，含C量為0.06％的焊絲，氬弧焊未受稀釋的熔敷金屬中含C量為0.04％，而焊縫金屬中N的含量則增加0.02％左右。熔化*氣體保護焊Mn、Si、Cr、Ni、Mo含量可能發生輕微變化，而C的損失僅為氬弧焊的1／4，而N的含量增加較多，焊接工藝不同則增加量不同，高可達0.15％。在焊條電弧焊和埋弧焊時，焊縫金屬的合金元素受藥皮、焊劑與焊芯、焊絲共同影響，尤其那些通過藥皮或焊劑進行合金元素過渡的焊接材料，無法用焊芯、焊絲的化學成分估算焊縫金屬的化學。當然通過焊縫金屬中的合金含量可估算出焊縫中鐵素體含量，但是這種估算值與實際值有一定偏差，因為焊接過程的冷卻速度也影響鐵素體含量，一致認為如果焊縫金屬中合金元素含量相同，焊接方法不同，則鐵素體含量也不相同。以帶*堆焊高，依次是埋弧焊、焊條電弧焊、CO2氣保焊、MAG焊、MIG焊、氬弧焊焊縫鐵素體含量低。但即使同樣的帶*堆焊，不同部位焊縫鐵素體含量也不相同。在測量中發現，收弧和起弧處鐵素體含量比中見段低2-3％左右。隨著不銹鋼材料和焊接材料的標準化，使奧氏體不銹鋼焊材選擇變得簡單，可以通過不銹鋼的牌號選擇對應焊接材料牌號，例如：SA-240-316不銹鋼焊接時可直接選擇E316焊條。