焊条是什么材料做的,焊条制造工艺流程

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导读

焊条作为焊接作业中不可或缺的 consumable，其核心构造包含两个主要部分：焊条芯（也称焊芯、金属丝）和焊条药皮（或称焊剂涂层）。要理解焊条“是什么材料做的”，需要分别了解这两个部分的材料构成。

1. 焊接芯材/焊条芯

   • 组成： 焊条芯通常是由一根或多根金属丝（丝材）紧密缠绕而成，它在焊接过程中最主要的目的是导电和作为填充材料，即在电弧热作用下熔化后填充焊缝，与母材金属熔合形成焊道。
   • 材料选择： 焊条芯的材料选择往往与最终焊接接头所需的性能相匹配，同时也要考虑焊接工艺的特性（如电流大小、焊条直径等）：
     • 低碳钢焊条芯： 最常用的是低碳钢（如Q235或SAE 1006），它价格低廉，焊接时产生的 烟雾少、熔渣流动性好、电弧稳定，适用于大多数结构钢的焊接。
     • 不锈钢焊条芯： 通常选用奥氏体不锈钢材料（如304, 316）或其他高铬合金钢材料。焊条芯和药皮的配合，可使焊缝获得所需的耐腐蚀、耐高温性能。
     • 铸铁焊条芯： 主要是低碳钢丝，用于焊接灰铸铁或球墨铸铁。对于抗热裂性要求更高的场合，有时会使用低共熔点的球墨铸铁或蠕墨铸铁芯材。
     • 镍基合金焊条芯： 在需要耐磨、耐蚀或高温下工作的特殊合金焊条中使用镍基合金丝作为焊芯，是堆焊和特殊合金修复的重要手段。

2. 焊条药皮

   • 作用： 药皮覆盖在焊条芯外包覆而成，其作用至关重要，无法省略：
     • 保护作用： 在电弧高温下形成熔渣，覆盖焊缝区，隔绝空气（特别是 O2 和 N2）的侵入，防止产生气孔、夹杂等焊接缺陷（焊缝金属在此状态下凝固就是焊道）。它还能吸收焊接过程中的飞溅物。
     • 冶金作用： 熔化的药皮促使焊条芯内部或表面的某些合金元素充分脱氧、脱硫、脱磷，改善焊缝金属的化学成分和性能，并添加有益的合金元素。
     • 改善工艺性能： 影响电弧的燃烧稳定性、熔滴过渡形态、熔渣的流动性，有助于形成光滑、美观的焊道表面和合适的焊缝形状，降低飞溅。
     • 传递保护气体： 某些药皮成分在高温作用下会分解，释放保护性气体（如TiO2、CaCO3分解等）。
   • 材料成分： 药皮是一种混合粉末材料，其成分复杂多样，常包覆有下列一种或多种功能性的材料：
     • 造渣剂/粘接剂： 常用的是各种金属氧化物，如TiO₂（氧化钛）、CaO（萤石）、MgO（白云石）、Al₂O₃（氧化铝）、Na₂O/K₂O（碱性氧化物）等。根据特定的氧化物组合，可以得到不同类型的渣系（如TiO₂型是为了配套焊接低温铁素体不锈钢，提供很好的焊渣脱渣性能和抗热裂性能），不同的渣系能够提供不同的焊接性能（如氧化性、焊渣特性）。
     • 脱氧剂： 如纯镁、锰铁、硅铁、铝等，在焊接过程中可以有效地去除焊缝中的氧。
     • 合金剂： 为了赋予焊缝特定的性能，如增加耐磨性、耐腐蚀性或形成特定的组织结构，会在药皮中添加多种合金元素（如Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、B等）。
     • 稀释剂： 如石墨、焦炭等，用于调节焊条芯成分与药皮合金元素在焊缝中的稀释作用程度。
     • 粘结剂： 如淀粉、木质素、磷酸盐等，用于将药皮粉末粘合在一起，保证其附着力。
     • 电离势调节剂（次要成分）： 如KCl, NaCl, CaF₂ 等，用于调节电弧的稳定性和熔池的流动性。

3. 焊接芯材是金属丝吗？ 是的，焊条芯本质上就是一根或多根金属丝（丝材）。碳钢焊条芯就是一捆径向粗细一致的低碳钢丝。

4. 焊条制造工艺流程 制造焊条的过程涉及以下几个步骤：

   • 镀铜/磷化处理： 焊条芯通常需要先进行电镀（Ni-Cu镀层）或镀层磷化处理，这一步是为了：
     • 提高焊条芯的导电性能，使焊接起弧更容易、电流稳定。
     • 防止焊条芯在酸碱环境中生锈。
     • 增加焊条芯与药皮的附着力，便于后续涂覆。
   • 计算/称重焊接芯和药皮： 按照焊条的特定配方（国际通用型号 E/UT/IT 等标准对应），需要精确计算焊条芯和药皮的重量比以及药皮内部各成分粉末的配比。
   • 制备药皮混合料： 将按照配比筛选、混合好的药皮粉末（可能是干混，也可能先与其他材料，如粘接剂、稀释剂等，混合成浆状后，再与焊条芯缠绕，称为湿法混料）。
   • 涂敷（缠绕、吸涂等）： 将混合好的药皮通过喷嘴、挤管或缠绕方式均匀涂覆（包裹）在高温处理后的焊条芯（镀铜后高温再脱铜或不镀铜直接涂敷，不同工艺略有差别）上。
   • 成型/分条切割： 将涂覆好的半成品按照要求的长度进行分切。
   • 烘干： 将焊条进行高温烘干，目的是驱走焊条制造过程中吸附的水分。因为焊条药皮在焊接时的作用首先就是与水蒸汽反应产生气体来排除氢，但如果焊条本身吸水率太高，焊接时容易吸收环境中的水汽导致焊缝出现气孔等缺陷。焊接参数如电流、焊道层数等在型号中也有体现。某些特殊类型的焊条叫做“薄药皮焊条”或“超低氢焊条”（Rutile, Basic AX/XI, Mische, BX, ZZ等是常见的国际焊条牌号），以实现更好的焊缝性能或减少飞溅。

5. 常用焊条型号及对应材料（概念） 焊条型号采用国际标准或各国标准，字母和数字组合代表了焊条的适用范围、焊接位置、电流类型、焊接位置、焊接位置、焊芯材料、药皮类型等概念。以美国AWS（美国焊接学会）标准E开头的型号为例：

   • E60XX系列: 用于焊接低碳钢，焊缝金属抗拉强度级别约为60 ksi (约415 MPa)。
   • E70XX系列： 同样用于焊接低碳钢和低合金高强度钢，焊缝金属抗拉强度级别约为70 ksi (约485 MPa)。
   • E80XX系列： 适用于焊接中碳钢、高强低合金钢、船用钢等，焊缝金属抗拉强度级别约为80 ksi (约550 MPa)。
   • E308X... (300系列) / E316X... (316系列) 等: 用于焊接不锈钢，焊条芯材料是低碳不锈钢或奥氏体不锈钢，焊缝获得耐腐蚀、耐高温性能。
   • A (或类似字母) 类焊条: 药皮酸性，用于焊接碳钢、低合金钢，焊缝性能略低于母材。
   • B (或类似字母) 类焊条 (如 Rutile 标号)： 药皮钛型，焊渣脱渣性好，焊缝性能比母材稍差但整体标准的焊条。
   • BX (或类似字母)类焊条： 药皮碱性低氢钠型或钾型，主要用于焊接含硫量较高的高强钢、合金钢、重要结构钢以及在低温、厚板、根焊道焊接等需要高冲击韧性的场合，焊缝合金成分可按需添加。

总结来说，焊条是由金属丝（焊条芯）作为电极和填充材料，外包覆精细混合的药皮粉末/涂料组成的焊接 消耗品，其材料的选择和配比决定了焊条的焊接性能、力学性能以及最终焊缝的质量和适用范围。从低价位的结构钢材维修焊接用碳钢酸性焊条，到要求严格的承压设备用低氢焊条，再到耐磨耐腐蚀专为堆焊或修复而生的特种类焊条，都离不开焊条芯材与药皮共同构筑的技术基础。