焊条组成及其作用

1.焊条的组成

焊条是涂有药皮的用于焊条电弧焊的熔化极，它由焊芯（金属芯）和药皮组成，如图3-1所示。焊条药皮是压涂在焊芯表面的涂层。焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯，根据焊条药皮和焊芯的质量比即药皮的质量系数比K_b，K_b值一般在40%～60%之间，焊条可以分为厚皮焊条（K_b=30%～55%）和薄皮焊条（K_b=1%～2%）两大类。随着工业的发展，现在实际工作广泛应用优质厚药皮焊条；薄药皮焊条由于焊缝质量较差，目前很少采用。焊条前端药皮有45°左右的倒角，主要为了便于焊接引弧。在尾部有一段裸露焊芯，约占焊条总长度的1/16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条直径通常分为2mm、2.5mm、3.2mm、4mm、5mm和6mm等几种，常用的是ϕ2.5mm、ϕ3.2mm、ϕ4mm和ϕ5mm四种，其长度“L”一般为250～450mm。

图3-1 焊条组成示意图

1—焊芯 2—药皮 3—夹持端 4—引弧端

2.焊条药皮的组成

压涂在焊芯表面上的涂料层称为药皮。焊条药皮是由各种矿物类、铁合金和金属类、有机物类及化工产品等原料组成的。药皮组成物的成分相当复杂，一种焊条药皮的配方，一般都由八九种以上的原料组成。

焊条药皮组成物按其在焊接过程中的作用可分为：

（1）稳弧剂 可使焊条在引弧和焊接过程中起着改善引弧性能和稳定电弧燃烧的作用。主要的稳弧剂有水玻璃（含有钾、钠碱土金属的硅酸盐）、钾长石、纤维素、钛酸钾、金红石、还原钛铁矿、淀粉等。

（2）造渣剂 焊接时产生熔渣保护液态金属和改善焊缝成形。主要的造渣剂有大理石、白云石、菱苦土、氟石、硅砂、长石、白泥、白土、云母、钛白粉、金红石、还原钛铁矿等。

（3）脱氧剂 用于脱除熔化金属中的氧，以提高焊缝性能。常用的脱氧剂有锰铁、硅铁、钛铁、铝铁、铝粉、石墨等。

（4）造气剂 产生气体对液态的金属起机械保护作用。常见的造气剂有大理石、白云石、菱苦土、淀粉、木粉、纤维素、树脂等。

（5）稀渣剂 改善熔渣的流动性能，包括熔渣的熔点、黏度和表面张力等物理性能。主要稀渣剂有氟石、冰晶粉、钛铁矿等。

（6）合金剂 补偿焊接过程中的合金烧损和向焊缝过渡必需的合金元素。常用的合金剂有锰铁、硅铁、钼铁、钒铁、铬粉、镍粉、钨粉、硼铁等。

（7）粘结剂 用于粘结药皮涂料，使它能够牢固地涂压在焊芯上。主要的粘结剂有钠水玻璃、钾水玻璃和钾钠水玻璃三种。

3.焊芯

焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。

（1）焊芯的作用 焊接时，焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能；二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。

焊条电弧焊时，焊芯金属占整个焊缝金属的50%～70%，所以焊芯的化学成分直接影响焊缝的质量。作为焊芯用的钢丝都是经特殊冶炼的，这种焊接专用钢丝用作制造焊条，就是焊芯。如果用于埋弧焊、气体保护电弧焊、电渣焊、气焊作为填充金属时，则称为焊丝。

焊芯的成分将直接影响熔敷金属的成分和性能，各类焊条所用的焊芯（钢丝）见表3-1。(www.xing528.com)

表3-1 各类焊条所用的焊芯

（2）焊芯中各合金元素对焊接的影响

1）碳（C）。碳是钢中的主要合金元素，当含碳量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳是一种良好的脱氧剂，在电弧高温作用下与氧气发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围的空气排除，防止空气中氧、氮及有害气体对熔池产生不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。为了考虑碳对钢的淬硬性及对裂纹敏感性增加的影响，故低碳钢焊芯的含碳量一般≤0.1%（质量分数）。

2）锰（Mn）。锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰的含量增加，其强度和韧性提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰和硫化合物形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0.30%～0.50%（质量分数），焊接某些特殊用途的钢丝，其含锰量高达1.7%～2.0%（质量分数）。

3）硅（Si）。硅在钢中也是一种较好的合金剂，在钢加入适量的硅能够提高钢的强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅具有比锰还强的脱氧能力，与氧化合形成二氧化硅，但它会提高渣的黏度，易促进非金属夹杂物生成。过多的二氧化硅还能增加焊接熔化金属的飞溅，因此焊芯中的含硅量越少越好，一般限制在0.30%（质量分数）以下。

4）铬（Cr）。铬对钢来说是一种重要的合金元素，用它来冶炼合金钢和不锈钢，能够提高钢的硬度、耐磨性和耐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬（Cr₂O₃），从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣黏度提高，流动性降低，因此焊芯中含铬量应限制在0.20%（质量分数）以下。

5）镍（Ni）。镍对低碳钢来说，是一种杂质。因此焊芯中含镍量要求小于0.30%（质量分数）。镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当添加一些镍元素。

6）硫（S）。硫是一种有害杂质，它能使焊缝金属的力学性能降低，硫的主要危害是随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0.04%（质量分数）。在焊接重要结构件时，硫的含量不得大于0.03%（质量分数）。

7）磷（P）。磷是一种有害杂质，它能使焊缝金属的力学性能降低，磷的主要危害是使焊缝产生冷脆现象，随着磷含量的增加，将造成焊缝金属的韧性，特别是低温冲击韧性下降，因此焊芯中磷含量不得大于0.04%（质量分数）。在焊接重要结构件时，磷的含量不得大于0.03%（质量分数）。

（3）焊芯的分类及牌号 焊芯应符合GB/T 14957—1994《熔化焊用钢丝》和GB/T 17854—1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂用》的规定，用于焊芯的专用金属丝（称焊丝）分为碳素结构钢、低合金结构钢和不锈钢三类。

焊芯的牌号编制方法为：字母“H”表示焊丝；“H”后的一位或两位数字表示碳的质量分数，化学元素符号及其后面的数字表示该元素的近似质量分数，当某合金元素的质量分数低于1%时，可省略数字，只记元素符号；尾部标有“A”或“E”时，分别表示为“优质品”或“高级优质品”，表明硫、磷等杂质的质量分数更低。例如：

4.焊条药皮的作用

（1）机械保护作用 在焊接时，焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池，基本上把熔化金属与空气隔绝开来。这些气体中大部分为还原性气体（CO、H₂等），能在电弧区、熔池周围形成一个很好的保护层，防止空气中的氧、氮侵入，起到保护熔化金属的作用。同时，焊接过程中药皮由于被电弧焊的热作用使药皮熔化形成熔渣覆盖着熔滴和熔池金属，这样不仅隔绝了空气中的氧、氮，保护焊缝金属，而且还能减缓焊缝的冷却速度，促进焊缝金属中气体的排出，减少生成气孔的可能性，并能改善焊缝的成形和结晶，起到熔渣保护作用。

（2）冶金处理渗合金作用 在焊接过程中，由于药皮组成物质进行冶金反应，其作用是去除有害杂质（如O、N、H、S、P等），并保护和添加有益合金元素，使焊缝的抗气孔性及抗裂性能良好，使焊缝金属满足各种性能要求。

（3）改善焊接工艺性能 焊接工艺性能是指焊条使用和操作时的性能，它包括稳弧性、脱渣性、全位置焊接性、焊缝成形、飞溅大小等。好的焊接工艺性能使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣、熔敷效率高，适用全位置焊接等。

焊条药皮的熔点稍低于焊芯的熔点（低100～250℃），但因焊芯处于电弧的中心区，温度较高，所以，还是焊芯先熔化，药皮稍晚一点熔化。这样，在焊条端头形成不长的一小段药皮套管。套管使电弧热量更集中，能起到稳定电弧燃烧的作用，并可减少飞溅，有利于熔滴向熔池过渡，提高了熔敷效率。

总之，药皮的作用是保证焊缝金属获得具有合理的化学成分和力学性能，并使焊条具有良好的焊接工艺性能。