焊接材料规格要求与焊条药皮强度检验-钢结构工程质量员便携手册

1.焊条

焊条是供焊条电弧焊用的熔化电极，由焊芯和药皮两部分组成，如图3-1所示。焊条直径是指不包括药皮的焊芯直径。焊条药皮与焊芯（不包括夹持端）的重量比，称为药皮重量系数。

图3-1 焊条组成示意图

1—夹持端 2—药皮 3—引弧端 4—焊芯

钢结构焊接工程中，常用焊条的规格尺寸见表3-1。

表3-1 焊条尺寸（单位：mm）

焊条电弧焊时，焊条一方面可以传导焊接电流和引弧，同时焊条熔化后又作为填充金属直接过渡到熔池里，与液态熔化的基本金属熔合而形成焊缝。在焊缝中，焊件的基本金属仅占30%～50%，而焊条金属却占50%～70%。由此看来，焊缝质量的好坏，焊条具有至关重要的位置。

碳钢焊条熔敷金属的化学成分和力学性能，见表3-2。其中：

1）E4315、E4316、E4328、E5014、E5048型焊条熔敷金属的锰、镍、铬、钼、钒元素总含量不大于1.5%。

2）E5015、E5016、E5018、E5027、E5028型焊条熔敷金属的锰、镍、铬、钼、钒元素总量不大于1.75%。

表3-2 碳钢焊条熔敷金属的化学成分和力学性能

焊条偏心度（图3-2）的计算方法如下

式中 T₁——焊条断面药皮层最大厚度+焊芯直径；

T₂——同一断面药皮层最小厚度+焊芯直径。

经过计算，焊条的偏心度应符合如下规定：

a.直径不大于2.5mm的焊条，偏心度应不大于7%。

b.直径为3.2mm和4.0mm的焊条，偏心度应不大于5%。

c.直径不小于5.0mm的焊条，偏心度应不大于4%。

焊条药皮的质量应符合下列规定：

a.焊条药皮应均匀、紧密地包覆在焊芯周围，整根焊条药皮上不应有影响焊接质量的裂纹、气泡、杂质及剥落等缺陷。

图3-2 焊条偏心度

b.焊条引弧端药皮应倒角，焊芯端面应露出，以保证易于引弧。焊条露芯应符合如下规定：

E××15、E××16、E5018、E××28及E5048型焊条，沿长度方向的露芯长度应不大于焊芯直径的1/2或1.6mm两者的较小值。

其他型号焊条，沿长度方向的露芯应不大于圆周的一半。

焊条药皮应具有足够的强度，不在正常搬运或使用过程中损坏。

为了保证焊接质量，首先要把住焊条入口关，保证焊条具有生产厂家的质量合格证，凡无合格证的焊条一律不得使用，对有合格证但对质量有所怀疑的，应按批抽查试验，合格后方可使用。焊条检验方法有以下几种：

焊接检验。质量好的焊条焊接中电弧燃烧稳定，焊条药皮和焊芯熔化均匀同步，电弧无偏移，飞溅少，焊缝表面熔渣薄厚覆盖均匀，保护性能好，焊缝成形美观，脱渣容易。此外，还应对焊缝金属的化学成分、力学性能、抗裂性能进行试验，保证各项指标在国标或部标规定的范围内。

焊条药皮外表检验。用肉眼观察药皮表面光滑细腻、无气孔、无药皮脱落和无机械损伤，药皮偏心应符合《碳钢焊条》（GB/T 5117—1995）规定，焊芯无锈蚀现象。

焊条药皮强度检验。将焊条平置1m高，自由平行落到光滑的厚钢板表面，如果药皮无脱落，即证明药皮强度达到了质量要求。

焊条受潮检验。将焊条在焊接回路中短路数秒钟，如果药皮有气，或焊接中有药皮成块脱落，或产生大量水气有爆裂现象，说明焊条受潮。受潮严重的焊条不得使用。受潮不严重时，干燥后再用。

2.焊丝

1）管状焊丝是一种新的焊接材料，适于自动、半自动焊接，用气体、焊剂保护或自保护。可用于结构焊接、堆焊等；焊丝截面有E形、T形、O形等各种形状。由于管状焊丝的刚性、挺度不如实芯焊丝，因此在使用管状焊丝时最好采用双主动的送丝机构。

管状焊丝用途较广、熔敷效率高、焊缝质量好、对钢材适应性强、试制周期短。随着焊接设备的配套完善，管状焊丝在自保护、全位置焊接方面，将进一步显示其优越性。

管状焊丝的牌号、规格、成分、特征和用途，见表3-3。

表3-3 管状焊丝的牌号、规格、成分、特征和用途

管状焊丝焊缝金属的力学性能和焊接参考电流，见表3-4。

表3-4 管状焊丝焊缝金属的力学性能和焊接参考电流

2）焊接用钢丝的化学成分，见表3-5。

表3-5 焊接用钢丝的化学成分

3）埋弧自动焊和电渣焊所用的焊丝应符合国家标准《熔化焊用钢丝》（GB/T14957—1994）和《焊接用钢盘条》（GB/T 3429—2002）的规定。气体保护焊所用的焊丝应符合国家标准《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》（GB/T 8110—2008）的规定。

4）用埋弧焊焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08、H08A、H15Mn等，其中以H08A的应用最为普遍。

①当焊件厚度较大或对力学性能的要求较高时，则可选用含Mn量较高的焊丝。

②在对合金结构钢或不锈钢等合金元素较高的材料焊接时，则应考虑材料的化学成分和其他方面的要求选用成分相似或性能上可满足材料要求的焊丝。

5）为适应焊接不同厚度材料的要求，同一牌号的焊丝可加工成不同的直径。埋弧焊常用的焊丝直径有2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm和6.0mm五种。

使用时，要求将焊丝表面的油、锈等清理干净，以免影响焊接质量。目前主要采用表面镀铜焊丝，可防止焊丝生锈并使导电嘴与焊丝间的导电更为可靠，提高电弧的稳定性。

6）为了保证焊缝金属的力学性能，防止产生气孔，CO₂气体保护焊所用的烛焊丝必须含有较高的Mn、Si等脱氧元素。有些小直径焊丝表面为了润滑只能使用不含氢的特殊润滑剂。

3.焊料

焊料是钎焊时使用的填充材料。钎焊是把熔点比焊件低的焊料与焊件连接部位一起加热，当焊料熔化以后（焊件不熔化），借助毛细管吸力作用，渗入并填满连接处间隙，从而达到金属连接的目的。加热可以烙铁、气体火焰、加热炉、高频感应、电接触等方法。

对焊料的基本要求是：熔点较低、粘合力强、漫流性好、焊接处有足够的强度和韧性等。(www.zuozong.com)

按熔点的高低，焊料可分为以下几种：

1）难熔焊料（硬焊料）——熔点在450℃以上。包括铜锌焊料、铜磷焊料、铜磷锑焊料、铜银磷焊料、银焊料、银镉焊料、铝焊料等。

2）易熔焊料（软焊料）——熔点在450℃以下。包括锌镉焊料、镉银焊料、锌铝焊料、镉锌焊料、锡铝焊料等。

铜锌焊料主要用于气体火焰、加热炉或高频加热等方法钎焊铜、铜合金，有的也可以钎焊镍、钢、铸铁和硬质合金等母材。

铜锌焊料钎焊时，加热时间力求最短，并避免过热，以免焊料中锌的蒸发和接头处过分氧化而形成多孔钎缝。钎焊接头间隙以0.025～0.1mm最为合适。钎焊时需配合钎焊熔剂共同使用，以获得良好的钎缝。

常用的铜锌焊料的牌号、规格、化学成分、性能和主要用途，见表3-6。

表3-6 铜锌焊料的牌号、规格、化学成分、性能和主要用途

银基焊料是以银、铜和银基固熔体组成的焊料，具有优良的工艺性能、低熔点、良好的漫流性，以及强度高、塑性好、导电性和耐蚀性优良。用于钎焊除铝、镁及其他低熔点金属外的所有黑色金属和有色金属。

银焊料的抗拉强度一般为300～400N/mm²，与黄铜及低碳钢的强度相近，因而可获得强度高、可靠性大的钎焊接头。银基焊料适用于各种钎焊方法，除了在真空或保护气氛中钎焊以外，一般要配合银钎焊熔剂共同使用。

常用的银基焊料的牌号、规格和主要化学成分，见表3-7。

表3-7 银基焊料的牌号、规格和主要化学成分

锌镉焊料是以锌或镉为基体的合金。锌基焊料主要用于铝及铝合金的钎焊。钎焊铜、铜合金及钢时，由于漫流性及强度很差，需要加入锡。镉基焊料具有耐热性，特别是含银的镉基焊料在软钎焊中具有较高的强度及耐热性，主要用于铜及铜合金的钎焊，并配合钎焊熔剂使用。由于镉与铜容易生成脆性化合物，故钎焊温度不应太高，否则接头发脆而使强度降低。镉基焊料在钢上的漫流性不好。

常用的锌镉焊料的牌号、规格、主要成分、熔化温度和用途，见表3-8。

表3-8 锌镉焊料的牌号、规格、主要成分、熔化温度和用途

（续）

镍基焊料是以镍为基体，再加碳、硅、硼、铬、锰、磷等元素组成的，适于在高温下工作的合金钎焊。由于含有较多的硅、硼、磷等元素，形成许多脆性的共晶体，使合金发脆不能加工成各种形状，只能呈粉状供应，使用时可用加拿大树胶或聚乙烯醇作胶黏剂。

施焊前必须严格清除钎焊处的油脂、氧化物等污物，除在真空或保护气中钎焊外，还必须配钎焊熔剂共同使用。其接头间隙尽可能小，一般不大于0.1mm。

常用的镍基焊料的牌号、规格、主要成分、熔化温度和主要用途，见表3-9。

表3-9 镍基焊料的牌号、规格、主要成分、熔化温度和主要用途

4.焊钉

焊钉通常包括焊接螺栓、无头螺钉、圆柱头栓钉及其他异型焊钉或焊件等。

1）建筑钢结构用焊钉的化学成分及力学性能，见表3-10。

表3-10 焊钉的化学成分及力学性能

2）进行焊接工艺评定时，应采用与工程项目相同材质的钢材和焊钉，按每种直径的焊钉各焊接6个试件，分两组分别进行弯曲试验和拉力试验。

①弯曲试验时，可用锤垂直于焊钉轴线方向打击焊钉，使焊钉弯曲至约30°时，其焊缝和热影响区应没有肉眼可见的裂纹。

②拉力试验时，圆柱头焊钉焊接部的力学性能应符合表3-11的要求，以确定正式焊接时所采用的焊接设备、焊接瓷环和焊接工艺规范等。

表3-11 圆柱头焊钉焊接部的力学性能

注：表中的拉力载荷为圆柱头焊钉杆部公称应力截面积（A_s）和抗拉强度（σ_b）的乘积。

3）根据栓钉的安装位置，熔焊栓钉时适用的瓷环可分为穿透型瓷环和普通型瓷环两种，见图3-3。焊接瓷环是用于栓钉焊的一次性辅助焊接材料，其尺寸和公差见表3-12。

表3-12 瓷环尺寸与公差 （单位：mm）

注：焊接瓷环的尺寸公差，应能保证与同规格焊钉的互换性。

5.焊剂

焊剂是能够熔化形成熔渣（有的也产生气体），并对熔化金属起保护和冶金作用的一种颗粒状物质，主要用于钢结构的埋弧自动焊焊接。

进行埋弧焊时，在给定焊接工艺规范的情况下，熔敷金属的力学性能主要取决于焊剂、焊丝及两者的匹配。在选择焊接材料时，必须根据对焊缝性能的要求，选择匹配适宜的焊剂和焊丝。

图3-3 圆柱头焊钉用焊接瓷环尺寸示意图

a）用于普通平焊 b）用于穿透平焊

焊剂与焊丝的选配主要是根据被焊钢材的类别及对焊接接头性能的要求进行焊丝的选择，并选择适当的焊剂相配合。对低碳钢、低合金高强钢的焊接焊丝，应与母材强度相匹配；对耐热钢、不锈钢的焊接焊丝，应与母材成分相匹配；堆焊时应根据对堆焊层的技术要求、使用性能等，选择合金系统相近成分的焊丝并选用合适的焊剂。

6.焊接材料的贮存与保管

使用单位收到焊接材料后，必须根据制造厂提供的质量保证书进行验收，并检查包装无破损、无受潮或雨淋等现象，才能作为合格品入库。

1）焊接材料必须在通风良好和干燥的室内仓库中存放，库内不允许有腐蚀性介质。焊条、焊丝、焊剂均应存放在架子上，距地面和墙壁的距离都应不小于300mm。

2）应按焊接材料的种类、牌号、批号及入库时间分类堆放，每垛均应有明确的标记，避免混乱。

3）焊接材料贮存库内，应设置温度计和湿度计。按《焊接材料质量管理规程》（JB/T 3223—1996）规定，低氢型焊条贮存库的室内温度不得低于5℃，相对湿度应小于60%。

4）应坚持先入库的先发放。一般每次发放量不应超过两天的使用量。

5）对已明显受潮或存放两年以上的焊条、焊丝和焊剂，应由质量检验部门重新作外观检验与性能试验，证明无变质现象和质量符合要求后，方可发放，否则不应出库使用。

6）在焊接材料使用过程中，应首先重视焊接材料的吸潮问题。焊接材料吸潮后不仅影响焊接质量，甚至造成焊接材料变质。

焊接材料，除了密封的罐头式包装外，在贮存过程中，仍会有不同程度的吸潮现象，所以一般均须在使用前对焊接材料进行烘焙。不同品种的焊接材料要求不同的烘焙时间，一般应以焊接材料生产厂的说明书规定的温度和时间为准。焊条、焊剂烘干装置及保温装置的加热、测温、控温性能应符合使用要求。

低氢型焊条的烘干温度应为350～380℃，保温时间应为1.5～2h。烘干后应缓冷放置于110～120℃的保温箱中存放、待用，使用时应置于保温筒内。烘干后的低氢型焊条在大气中放置时间超过4h应重新烘干，重复烘干次数不宜超过2次。受潮的焊条不应使用。