工程建設(shè)中常用焊條的選擇研究

王信

摘要：在油田產(chǎn)能建設(shè)工程中，涉及的焊條種類較多，本文對焊條藥皮特性、成分、力學(xué)性能、工作條件及被焊材質(zhì)等方面進(jìn)行總結(jié)分析，列舉焊條選擇要求，為正確地選擇使用焊條提供綜合說明。

關(guān)鍵詞：常用 焊條 特性 選擇 要點

中圖分類號： TG422.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

電焊條的種類繁多，每種焊條都有一定的特性和用途，即使同一類別的焊條，由于不同的藥皮類型，其使用特性也是不同的，加之被焊工件的理化性能、工作條件（結(jié)構(gòu)形狀及剛度）、施工條件的不同，還要考慮生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)性等因素，這些勢必給焊條的選擇帶來一定的困難。因此，有必要確定一些基本原則，為選擇焊條提供指導(dǎo)。在油田產(chǎn)能建設(shè)工程中，涉及的焊條種類較多，除了要認(rèn)真了解各種焊條的成分、性能及用途等資料外，還必須結(jié)合被焊工件的狀況施工條件及焊接工藝等，進(jìn)行綜合考慮，從而正確地選擇使用焊條。

1常用焊條的特性考慮

1.1纖維素型焊條的特性

纖維素型焊條藥皮中木粉、淀粉、纖維素等有機(jī)物達(dá)30％左右，還含有適量的TiO2、石棉等，采用錳鐵脫氧。焊接過程中有機(jī)物分解產(chǎn)生大量氣體，以保護(hù)電弧和熔池金屬故可稱之謂氣保護(hù)型焊條。因為依靠氣體保護(hù)，造渣劑可以減少，藥皮厚度變薄，焊接時電弧吹力強(qiáng)、熔深大，脫渣容易，但飛濺較多。該焊條適于全位置焊接，主用于向下立焊，目前在油田直徑大于159毫米的管道工程中做為打底焊條應(yīng)用相當(dāng)廣泛。焊接時最好采用直流電源反極性：焊接電流應(yīng)盡可能小一些，否則藥皮過熱，有機(jī)物將提前分解，熔池保護(hù)不充分，容易出現(xiàn)焊接缺陷。

1.2低氫型焊條特性

低氫型焊條不是按照藥皮中主要原材料命名的，它表征的是熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量少。藥皮中主要含有碳酸鹽和螢石之類的氟化物，熔渣的堿度高，也稱作堿性焊條。造渣成分有CaO、CaF2、MgO、SiO2、TIO2、ZrO2等。焊條制造時，烘干溫度較高。以便進(jìn)一步去除藥皮中的水分，降低氫的來源。

低氫型焊條的另一個重要優(yōu)點是熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量很低，為其他類型藥皮的五分之一至十分之一。擴(kuò)散氫低，對改善冷裂紋的能力有著重要作用。因此，大厚度或剛性結(jié)構(gòu)應(yīng)采用低氫焊條施焊，否則會在焊縫中或熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，隨著鋼種或焊縫強(qiáng)度的提高，允許的擴(kuò)散氫量要降低。因此，為避免產(chǎn)生焊接冷裂紋，焊接高強(qiáng)度鋼時應(yīng)采用超低氫焊條。焊條藥皮吸潮后，熔敷金屬中的擴(kuò)散氫量要明顯提高，這也是造成焊接冷裂紋的重要原因之一。低氫型焊條在油田產(chǎn)能建設(shè)工程中輸送有毒、易燃介質(zhì)及重要結(jié)構(gòu)工程中廣為應(yīng)用；同時也是返修的優(yōu)選焊條。

1.3酸性焊條特性

酸性焊條的藥皮組分氧化性強(qiáng)，對水、銹產(chǎn)生氣孔的敏感性不大，焊條在使用前經(jīng)150℃烘焙1小時，纖維素焊條若不受潮，也可不烘干。電弧穩(wěn)定，可用交流施焊，焊接電流較大，可長弧操作。合金元素過渡效果差，焊縫成形較好，除氧化鐵型外熔深較淺，熔渣結(jié)構(gòu)呈玻璃狀，脫渣較方便。焊縫常、低溫沖擊性能較高，除氧化鐵型外，抗裂性能較差。焊縫中含氫量高，易產(chǎn)生白點，影響塑性，焊接時煙塵較少。

1.4堿性焊條特性

堿性焊條藥皮組分還原性強(qiáng)，對水、銹產(chǎn)生氣孔的敏感性大，焊條在使用前經(jīng)300~400℃，1~2小時烘干。藥皮中含有氟化物惡化電弧穩(wěn)定性，須直流施焊，焊接電流較小，較同規(guī)格的酸性焊條小10%左右，須短弧操作，否則易引起氣孔，合金元素過渡效果好。焊縫成形尚好，容易堆高，熔深較深，熔渣結(jié)構(gòu)成結(jié)晶狀，坡口內(nèi)第一層脫渣較困難，以后各層脫渣較容易。焊縫常、低溫沖擊性能較高，抗裂性能較好，焊縫中含氫量較低，焊接時煙塵較多。

2電焊條的基本條件考慮

2.1考慮焊件的力學(xué)性能、化學(xué)成分的要求

①從等強(qiáng)度的觀點出發(fā)，選擇滿足力學(xué)性能要求的焊條?；蚪Y(jié)合母材的焊接性，改用不等強(qiáng)度而韌性好的焊條，但要改變焊縫結(jié)構(gòu)形式，以滿足等強(qiáng)度、等剛度的要求。

②使熔敷金屬的合金成分符合或接近母材。

③當(dāng)母材化學(xué)成分中碳或硫、磷等有害雜質(zhì)較高時，應(yīng)選擇抗裂性和抗氣孔能力較強(qiáng)的焊條，如低氫型焊條。

必須指出，焊接構(gòu)件對力學(xué)性能和化學(xué)成分的要求并不是均衡的，有的焊件可能偏重于強(qiáng)度、韌性等方面要求，而對化學(xué)成分不一定要求與母材一致，如選用結(jié)構(gòu)鋼焊條時，首先應(yīng)側(cè)重考慮焊縫金屬與母材間的等強(qiáng)度，或焊縫金屬的高韌性；有的焊件又可能偏重于化學(xué)成分方面的要求，如結(jié)合耐熱鋼、不銹鋼焊條的選擇，通常側(cè)重于考慮焊縫金屬與母化學(xué)成分的一致；有時也可能對兩者都有嚴(yán)格的要求，因此在選擇焊條時，應(yīng)分清主次，綜合考慮。

2.2考慮焊件的工作條件和使用性能

①工件在承受動載荷和沖擊載荷的情況下，除了要求保證抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度外，對沖擊韌性、塑性均有較高的要求。此時應(yīng)選用低氫型、鈦鈣型或氧化鐵型焊條。

②工件在腐蝕介質(zhì)中工作時，必須分清介質(zhì)種類、濃度、工作溫度以及腐蝕類型（一般腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等），從而選擇合適的不銹鋼焊條。

③工件在受磨損條件下工作時，須區(qū)分是一般磨損還是沖擊磨損，是金屬間磨損還是磨料磨損。還應(yīng)考慮是否在腐蝕介質(zhì)中工作，以選擇合適的堆焊焊條。

④處在低溫或高溫下工作的工件，應(yīng)選擇能保證低溫或高溫力學(xué)性能的焊條。

2.3考慮工件的結(jié)構(gòu)特點、受力狀態(tài)、剛度大小、焊接坡口制備和焊接部位等因素

①形狀復(fù)雜或大厚度的工件，由于其焊縫金屬在冷卻收縮時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋。因此，必須采用抗裂性好的焊條，如低氫型焊條、高韌性焊條或氧化鐵型焊條。

②焊接部位所處的位置不能翻轉(zhuǎn)時，必須選擇能進(jìn)行全位置焊接的焊條。

③因受條件限制而使某些焊接部位難以清理干凈時，就應(yīng)考慮選用氧化性強(qiáng)，對鐵銹、氧化皮和油污反應(yīng)不敏感的酸性焊條以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。

3同種鋼材焊接時焊條的選擇要點

3.1力學(xué)性能和化學(xué)成分要求

對于普通結(jié)構(gòu)鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，應(yīng)選用熔敷金屬抗拉強(qiáng)度等于或稍高于母材的焊條；對于合金結(jié)構(gòu)鋼，主要要求焊縫金屬力學(xué)性能與母材匹配，有時還經(jīng)求合金成分與母材相同或接近；在被焊結(jié)構(gòu)剛性大，接頭應(yīng)力高、焊縫容易產(chǎn)生裂紋和不利情況下，可考慮選用比母材強(qiáng)度低一級的焊條；當(dāng)母材中碳、硫、磷等元素含量偏高時，焊縫容易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫焊條。

3.2焊件的使用性能和工作條件要求

對承受動載荷和沖擊載荷的焊件，除滿足強(qiáng)度要求外，主要應(yīng)保證焊縫金屬具有較高的沖擊韌性和塑形，可選用塑形和韌性指標(biāo)較高的低氫焊條；接觸腐蝕介質(zhì)的焊件，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)及腐蝕特征選用不銹鋼類焊條或其他耐蝕焊條；在高溫或低溫條件下工作的焊件應(yīng)選用相應(yīng)的耐熱鋼或低溫鋼焊條。

3.3焊件的結(jié)構(gòu)特點和受力狀態(tài)

對結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、剛性大及大厚度焊件，由于焊接過程中產(chǎn)生很大的應(yīng)力，容易使焊縫產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫焊條；對焊接部位難以清理干凈的焊件，應(yīng)選用氧化性強(qiáng)對鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條；對受條件限制不能翻轉(zhuǎn)的焊件，有些焊縫處于非平焊位置，應(yīng)選用全位置焊接的焊條。

3.4施工的條件及設(shè)備

在沒有直流電源，而焊接結(jié)構(gòu)又要求必須使用低氫焊條的場合，應(yīng)選用交直流兩用低氧焊條；在狹小或通風(fēng)條件差的場合，選用酸性焊條或低塵低氫焊條。

3.5操作工藝性能

在滿足產(chǎn)品性能要求的條件下，盡量選用工藝性能好的酸性焊條。

3.6經(jīng)濟(jì)效益

在滿足使用性能和操作工藝性能的條件下，盡量選用成本低、效率高的焊條。

5結(jié)束語

綜上所述，在選擇焊條過程中需要多方考慮，選擇的應(yīng)該是一個合適的范圍，并進(jìn)行焊條的工藝性能驗證，通過實際操作看焊條能否容易地進(jìn)行焊接作業(yè)，在焊接過程中考察電弧的發(fā)生狀態(tài)熔渣的流動性，熔滴的過渡情況，焊后考察熔渣的清除程度、焊縫的外觀等，通過整個焊接作業(yè)所表現(xiàn)出的性能及試驗評定，來確定哪一種焊條是最優(yōu)選擇。

由于焊接工藝性能還受到焊工的技術(shù)水平、電焊機(jī)的性能、焊接工具、母材的性質(zhì)（材質(zhì)、板厚、接頭的種類）、焊接參數(shù)等諸多因素的影響，所以要客觀準(zhǔn)確地評價焊條的工藝性能是比較困難的，因而在評定焊條的工藝性能時，還應(yīng)固定焊工、電焊機(jī)、其他焊接工具、試驗材料、焊接參數(shù)等條件。