不銹鋼埋弧焊所使用的焊接材料是焊劑和焊絲。焊絲的作用相當于焊條的焊芯,焊劑的作用相當于焊條的藥皮。埋弧焊焊劑的化學冶金性能、焊接工藝性能是決定焊縫金屬性能的主要因素之一。除此之外,焊劑還有下列作用:
A. 焊接時焊劑覆蓋著焊接區(qū),防止空氣中氧、氮在施焊時侵入焊接熔池以保護焊縫金屬。
B. 焊接渣殼覆蓋在焊縫上,減慢了焊縫金屬的冷卻速度,改善了氣體逸出條件,有助于減少氣孔。降溫后,焊渣容易從焊縫金屬表面剝落。
C. 焊接過程中穩(wěn)定電弧燃燒。
對于焊劑的熔點,要求應比被焊鋼材的熔化溫度低200℃~300℃。對于不銹鋼埋弧焊用焊劑,還要求其焊劑的化學成分不致使焊縫金屬增碳,并且有可能使合金元素滲入焊縫中去,以提高焊接接頭的耐腐蝕性能。
一、焊劑的分類
焊劑的分類方法有許多種,如按焊劑的制造方法和用途分類,按焊劑的化學成分、化學性質(zhì)、顆粒結(jié)構(gòu)等進行分類。
1. 按焊劑的制造方法分類
a. 熔煉焊劑
將一定比例的各種配料放在爐內(nèi)熔煉,然后經(jīng)過水冷?;?、烘干、篩選而制成的焊劑。
b. 非熔煉焊劑
根據(jù)焊劑烘焙溫度不同又分為粘結(jié)焊劑與燒結(jié)焊劑。
①. 粘結(jié)焊劑
將一定比例的各種粉狀配料加入適量粘結(jié)劑,經(jīng)混合攪拌、?;偷蜏兀?00℃以下)烘干而制成的焊劑(原稱陶質(zhì)焊劑)。
②. 燒結(jié)焊劑
將一定比例的各種粉狀配料加人適量粘結(jié)劑,混合攪拌后經(jīng)高溫(400℃~1000℃)燒結(jié)成塊,然后粉碎、篩選而制成的一種焊劑。燒結(jié)焊劑又可分為低溫燒結(jié)焊劑(燒結(jié)溫度一般為300℃~500℃)和高溫燒結(jié)焊劑(燒結(jié)溫度一般高于700℃),前者可滲加合金,后者則只有造渣保護作用。
2. 按焊劑的化學成分分類
a. 按氧化物性質(zhì)分為酸性焊劑、中性焊劑和堿性焊劑;
b. 按二氧化硫含量分為高硅焊劑、中硅焊劑和低硅焊劑;
c. 按氧化錳含量分為高錳焊劑、中錳焊劑、低錳焊劑和無錳焊劑。無
d. 錳焊劑中的氧化錳是混入的雜質(zhì),一般應小于2%;
e. 按CaF2含量分為高氟焊劑、中氟焊劑和低氟焊劑。
3. 按焊劑的化學性質(zhì)分類
a. 氧化性焊劑
焊劑對母材有較強的氧化作用。氧化性焊劑可分為兩種類型:一種是含有大量SiO、MnO的焊劑,另一種是含有FeO較多的焊劑。
b. 弱氧化性焊劑
焊劑含SiO2、MnO、FeO等活性氧化物較少,焊劑對金屬有較弱的氧化作用,焊縫金屬的含氧量較低。
c. 惰性焊劑
焊劑中基本不含SiO2,MnO、FeO等氧化物,所以對母材沒有氧化作用。此類焊劑的成分是由Al2O3、CaO、MgO、CaF2等組成的。
二、熔煉焊劑
熔煉焊劑仍是我國不銹鋼埋弧焊用的主要焊劑,它是將原料按比例混合后,經(jīng)高溫加熱到1300℃以上,使其熔化煉制均勻后,逐漸倒入冷卻水中凝固和實現(xiàn)顆?;?,再經(jīng)過烘干(有的需進一步粉碎)、過篩成所需要規(guī)格的顆粒。
我國熔煉焊劑的牌號用字母“HJ”和三位數(shù)字表示?!癏J”表示埋弧焊用熔煉焊劑;其后第一、第二位數(shù)字表示焊劑類型,分別代表MnO、SiO2及CaF2的含量,詳見表3-19; 第三位數(shù)字表示相同類型中的不同編號,按0,1,2 ... 9 順序排列。熔煉焊劑的牌號舉例如下:
三、燒結(jié)焊劑
制造燒結(jié)焊劑所采用的原材料與制造焊條所采用的藥皮原料相接近,對成分和顆粒大小均有嚴格要求。按照給定的比例配料后先進行干混合,然后加入粘結(jié)劑(水玻璃)進行濕混合,混合均勻后進入造粒機加工成顆粒狀,然后將顆粒狀焊劑進行150℃~200℃溫度的固化、干燥,最后送入燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)。經(jīng)400℃~500℃燒結(jié)后成為低溫燒結(jié)焊劑,經(jīng)700℃~1000℃燒結(jié)后為高溫燒結(jié)焊劑。
燒結(jié)焊劑制造工藝簡單,不要復雜的熔煉設備,與熔煉焊劑相比有下列特點:
1. 該焊劑無需用電弧爐熔煉,避免了石墨混人焊劑中,去除了向焊縫金屬中增碳的可能性;
2. 焊縫金屬合金元素燒損少,且在焊劑中滲人合金元素還有利于向焊縫金屬過渡,以提高焊縫金屬的耐腐蝕性能和低溫韌性;
3. 焊接工藝性較好,沒有像采用熔煉焊劑施焊時那樣在焊縫兩邊粘渣嚴重和脫渣性差的現(xiàn)象。
我國燒結(jié)焊劑的牌號以字母“SJ”和三位數(shù)字表示。其中,“SJ”表示埋弧焊用燒結(jié)焊劑;其后第一位數(shù)字表示焊劑熔渣渣系(表3-20);第二、第三位數(shù)字表示同一渣系類型焊劑的不同編號,按01,02···09順序排列。熔煉焊劑的牌號舉例如下:
四、粘結(jié)焊劑
粘結(jié)焊劑是把粉末原料進行混合后加入水玻璃,濕混均勻后造粒,在較低溫度(300℃~400℃)下干燥制成;也可以先烘干,再粉碎成所需的粒度。這種焊劑與熔煉焊劑及燒結(jié)焊劑相比,具有多孔性。容易吸濕,焊劑顆粒強度差,但其制造簡單,原料選擇比較方便,能將合金元素任意地添加到焊劑中去,使焊縫金屬得到所需的合金元素。
使用這種焊劑時,要考慮到焊劑強度低、易碎成粉末、且吸濕性強等特點,要及時采取烘干、保持干燥及篩去過細粉未等措施來保證焊劑質(zhì)量,提高焊接過程的穩(wěn)定性。
五、埋弧焊用不銹鋼焊絲、焊劑的型號
在GB/T 17854-1999《埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑》中,規(guī)定了埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑的型號分類。其型號分類是根據(jù)焊絲一焊劑組合的熔敷金屬化學成分、熔敷金屬力學性能進行劃分的。
不銹鋼焊絲和焊劑型號編制方法為:字母“F”表示焊劑;“F”后面的數(shù)字表示熔敷金屬種類代號,如有特殊要求的化學成分,該化學成分用元素符號表示,放在數(shù)字的后面;“-”后面表示焊絲的牌號,焊絲的牌號執(zhí)行 YB/T 5092-1996。
六、不銹鋼埋弧焊焊絲與焊劑的匹配
埋弧焊時,焊縫化學成分和性能除了由焊絲決定之外,還會受到所使用焊劑的影響。為了得到理想的焊縫金屬化學成分,可以通過同一種焊劑與幾種不同成分的焊絲配合來實現(xiàn);也可以通過用同一種焊絲與幾種不同成分的焊劑配合來實現(xiàn)。另外,埋弧焊時焊接電流大,熔深大,母材金屬融合比高,故母材金屬對焊縫成分也有影響。所以對埋弧焊用焊絲的選擇,既要考慮焊劑成分的影響,又要考慮母材金屬的影響。有關不銹鋼埋弧焊絲、焊劑與所焊鋼種的匹配見表3-21,沉淀硬化不銹鋼埋弧焊絲、焊劑與所焊鋼種的匹配見表3-22。
完整的焊絲-焊劑型號舉例如下:
七、對焊劑工藝性能及質(zhì)量的要求
為保證焊接質(zhì)量,對焊劑的基本要求是:
(1) . 焊劑應具有良好的冶金性能,焊接時配以適當?shù)暮附z和合理的焊接工藝,焊縫金屬應能得到適宜的化學成分與良好的力學性能(與母材相應的強度和較高的塑性、韌性)以及較強的抗冷裂紋和熱裂紋的能力。
(2). 焊劑應具有良好工藝特性,電弧燃燒穩(wěn)定,熔渣具有適宜的熔點、黏度和表面張力;焊道間及焊道與母材間充分熔合,過渡平滑沒有明顯咬邊,脫渣容易,焊縫成型良好以及焊接過程中產(chǎn)生的有害氣體少。
(3). 焊劑要有一定的顆粒度,并且應有一定的顆粒強度,以便多次使用。
焊劑的顆粒度分為兩種,普通顆粒度為:2.5mm~0.45mm(8目~40目),用于普通埋弧焊和電渣焊。細顆粒度焊劑粒度為:1.5mm~0.28mm(14目~60目),適用于半自動或細絲理弧焊;并規(guī)定粒度60目以下的細顆粒不大于5%,規(guī)定14目以上的粗顆粒不大于2%。
(4). 焊劑應有較低的含水量和良好的抗潮性。出廠焊劑含水量的質(zhì)量分數(shù)不得大于0.1%;焊劑在溫度25℃、相對濕度70%的環(huán)境條件下,放置24小時其吸潮率應不大于0.15%。
(5). 焊劑機械夾雜物(碳粒、生料、鐵合金凝珠及其他雜質(zhì))的含量不得大于焊劑質(zhì)量分數(shù)的0.03%。
(6). 焊劑應有較低的硫、磷含量,一般為 S: ≤0.06%,P: ≤0.08%.
(7). 焊劑對硫、磷、鐵銹、油及其他雜質(zhì)的敏感性要小,以保證焊縫中不產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。
八、焊劑的使用及保管
埋弧焊用焊劑不能受潮、污染及摻入雜物,并應保持其顆粒度。
焊劑的使用及保管應注意以下事項:
(1) . 熔煉焊劑不吸潮,因此,可簡化其包裝、運輸與儲藏等過程。非熔煉焊劑極易吸水,這是引起焊縫金屬產(chǎn)生氣孔和氫裂紋的主要原因。因此,出廠前經(jīng)烘干的焊劑應裝在防潮容器內(nèi)并密封,運輸過程應防止容器破損。
各種焊劑應存放在干燥的庫房內(nèi),室溫5℃~50℃,不能放在高溫、高濕環(huán)境中。
(2). 焊劑的顆粒度小于0.1mm時,粉塵大,影響環(huán)境衛(wèi)生,不能使用;大于2.5mm時,不能很好地隔絕空氣,以保護焊縫金屬,而且對合金元素過渡也會產(chǎn)生不良影響。因此,在儲運和回收焊劑時,應防止焊劑結(jié)塊和粉化,以防止焊劑對焊接過程的不利影響。
(3). 焊劑烘干參數(shù):焊劑使用前,應按產(chǎn)品說明書所規(guī)定的溫度、時間進行烘干。熔煉焊劑通常在250℃~300℃烘干2小時;燒結(jié)焊劑通常在300℃~400℃烘干2小時。烘干時,焊劑應散放,厚度不趟過5mm。
(4). 熔煉型焊劑回收使用時,應經(jīng)過粗、細篩子過篩,并隨時添加新焊劑,經(jīng)充分攪拌均勻后再使用。