不锈钢埋弧焊所使用的焊接材料是焊剂和焊丝。焊丝的作用相当于焊条的焊芯,焊剂的作用相当于焊条的药皮。埋弧焊焊剂的化学冶金性能、焊接工艺性能是决定焊缝金属性能的主要因素之一。除此之外,焊剂还有下列作用:
A. 焊接时焊剂覆盖着焊接区,防止空气中氧、氮在施焊时侵入焊接熔池以保护焊缝金属。
B. 焊接渣壳覆盖在焊缝上,减慢了焊缝金属的冷却速度,改善了气体逸出条件,有助于减少气孔。降温后,焊渣容易从焊缝金属表面剥落。
C. 焊接过程中稳定电弧燃烧。
对于焊剂的熔点,要求应比被焊钢材的熔化温度低200℃~300℃。对于不锈钢埋弧焊用焊剂,还要求其焊剂的化学成分不致使焊缝金属增碳,并且有可能使合金元素渗入焊缝中去,以提高焊接接头的耐腐蚀性能。
一、焊剂的分类
焊剂的分类方法有许多种,如按焊剂的制造方法和用途分类,按焊剂的化学成分、化学性质、颗粒结构等进行分类。
1. 按焊剂的制造方法分类
a. 熔炼焊剂
将一定比例的各种配料放在炉内熔炼,然后经过水冷粒化、烘干、筛选而制成的焊剂。
b. 非熔炼焊剂
根据焊剂烘焙温度不同又分为粘结焊剂与烧结焊剂。
①. 粘结焊剂
将一定比例的各种粉状配料加入适量粘结剂,经混合搅拌、粒化和低温(400℃以下)烘干而制成的焊剂(原称陶质焊剂)。
②. 烧结焊剂
将一定比例的各种粉状配料加人适量粘结剂,混合搅拌后经高温(400℃~1000℃)烧结成块,然后粉碎、筛选而制成的一种焊剂。烧结焊剂又可分为低温烧结焊剂(烧结温度一般为300℃~500℃)和高温烧结焊剂(烧结温度一般高于700℃),前者可渗加合金,后者则只有造渣保护作用。
2. 按焊剂的化学成分分类
a. 按氧化物性质分为酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂;
b. 按二氧化硫含量分为高硅焊剂、中硅焊剂和低硅焊剂;
c. 按氧化锰含量分为高锰焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂。无
d. 锰焊剂中的氧化锰是混入的杂质,一般应小于2%;
e. 按CaF2含量分为高氟焊剂、中氟焊剂和低氟焊剂。
3. 按焊剂的化学性质分类
a. 氧化性焊剂
焊剂对母材有较强的氧化作用。氧化性焊剂可分为两种类型:一种是含有大量SiO、MnO的焊剂,另一种是含有FeO较多的焊剂。
b. 弱氧化性焊剂
焊剂含SiO2、MnO、FeO等活性氧化物较少,焊剂对金属有较弱的氧化作用,焊缝金属的含氧量较低。
c. 惰性焊剂
焊剂中基本不含SiO2,MnO、FeO等氧化物,所以对母材没有氧化作用。此类焊剂的成分是由Al2O3、CaO、MgO、CaF2等组成的。
二、熔炼焊剂
熔炼焊剂仍是我国不锈钢埋弧焊用的主要焊剂,它是将原料按比例混合后,经高温加热到1300℃以上,使其熔化炼制均匀后,逐渐倒入冷却水中凝固和实现颗粒化,再经过烘干(有的需进一步粉碎)、过筛成所需要规格的颗粒。
我国熔炼焊剂的牌号用字母“HJ”和三位数字表示。“HJ”表示埋弧焊用熔炼焊剂;其后第一、第二位数字表示焊剂类型,分别代表MnO、SiO2及CaF2的含量,详见表3-19; 第三位数字表示相同类型中的不同编号,按0,1,2 ... 9 顺序排列。熔炼焊剂的牌号举例如下:
三、烧结焊剂
制造烧结焊剂所采用的原材料与制造焊条所采用的药皮原料相接近,对成分和颗粒大小均有严格要求。按照给定的比例配料后先进行干混合,然后加入粘结剂(水玻璃)进行湿混合,混合均匀后进入造粒机加工成颗粒状,然后将颗粒状焊剂进行150℃~200℃温度的固化、干燥,最后送入烧结炉内进行烧结。经400℃~500℃烧结后成为低温烧结焊剂,经700℃~1000℃烧结后为高温烧结焊剂。
烧结焊剂制造工艺简单,不要复杂的熔炼设备,与熔炼焊剂相比有下列特点:
1. 该焊剂无需用电弧炉熔炼,避免了石墨混人焊剂中,去除了向焊缝金属中增碳的可能性;
2. 焊缝金属合金元素烧损少,且在焊剂中渗人合金元素还有利于向焊缝金属过渡,以提高焊缝金属的耐腐蚀性能和低温韧性;
3. 焊接工艺性较好,没有像采用熔炼焊剂施焊时那样在焊缝两边粘渣严重和脱渣性差的现象。
我国烧结焊剂的牌号以字母“SJ”和三位数字表示。其中,“SJ”表示埋弧焊用烧结焊剂;其后第一位数字表示焊剂熔渣渣系(表3-20);第二、第三位数字表示同一渣系类型焊剂的不同编号,按01,02···09顺序排列。熔炼焊剂的牌号举例如下:
四、粘结焊剂
粘结焊剂是把粉末原料进行混合后加入水玻璃,湿混均匀后造粒,在较低温度(300℃~400℃)下干燥制成;也可以先烘干,再粉碎成所需的粒度。这种焊剂与熔炼焊剂及烧结焊剂相比,具有多孔性。容易吸湿,焊剂颗粒强度差,但其制造简单,原料选择比较方便,能将合金元素任意地添加到焊剂中去,使焊缝金属得到所需的合金元素。
使用这种焊剂时,要考虑到焊剂强度低、易碎成粉末、且吸湿性强等特点,要及时采取烘干、保持干燥及筛去过细粉未等措施来保证焊剂质量,提高焊接过程的稳定性。
五、埋弧焊用不锈钢焊丝、焊剂的型号
在GB/T 17854-1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》中,规定了埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂的型号分类。其型号分类是根据焊丝一焊剂组合的熔敷金属化学成分、熔敷金属力学性能进行划分的。
不锈钢焊丝和焊剂型号编制方法为:字母“F”表示焊剂;“F”后面的数字表示熔敷金属种类代号,如有特殊要求的化学成分,该化学成分用元素符号表示,放在数字的后面;“-”后面表示焊丝的牌号,焊丝的牌号执行 YB/T 5092-1996。
六、不锈钢埋弧焊焊丝与焊剂的匹配
埋弧焊时,焊缝化学成分和性能除了由焊丝决定之外,还会受到所使用焊剂的影响。为了得到理想的焊缝金属化学成分,可以通过同一种焊剂与几种不同成分的焊丝配合来实现;也可以通过用同一种焊丝与几种不同成分的焊剂配合来实现。另外,埋弧焊时焊接电流大,熔深大,母材金属融合比高,故母材金属对焊缝成分也有影响。所以对埋弧焊用焊丝的选择,既要考虑焊剂成分的影响,又要考虑母材金属的影响。有关不锈钢埋弧焊丝、焊剂与所焊钢种的匹配见表3-21,沉淀硬化不锈钢埋弧焊丝、焊剂与所焊钢种的匹配见表3-22。
完整的焊丝-焊剂型号举例如下:
七、对焊剂工艺性能及质量的要求
为保证焊接质量,对焊剂的基本要求是:
(1) . 焊剂应具有良好的冶金性能,焊接时配以适当的焊丝和合理的焊接工艺,焊缝金属应能得到适宜的化学成分与良好的力学性能(与母材相应的强度和较高的塑性、韧性)以及较强的抗冷裂纹和热裂纹的能力。
(2). 焊剂应具有良好工艺特性,电弧燃烧稳定,熔渣具有适宜的熔点、黏度和表面张力;焊道间及焊道与母材间充分熔合,过渡平滑没有明显咬边,脱渣容易,焊缝成型良好以及焊接过程中产生的有害气体少。
(3). 焊剂要有一定的颗粒度,并且应有一定的颗粒强度,以便多次使用。
焊剂的颗粒度分为两种,普通颗粒度为:2.5mm~0.45mm(8目~40目),用于普通埋弧焊和电渣焊。细颗粒度焊剂粒度为:1.5mm~0.28mm(14目~60目),适用于半自动或细丝理弧焊;并规定粒度60目以下的细颗粒不大于5%,规定14目以上的粗颗粒不大于2%。
(4). 焊剂应有较低的含水量和良好的抗潮性。出厂焊剂含水量的质量分数不得大于0.1%;焊剂在温度25℃、相对湿度70%的环境条件下,放置24小时其吸潮率应不大于0.15%。
(5). 焊剂机械夹杂物(碳粒、生料、铁合金凝珠及其他杂质)的含量不得大于焊剂质量分数的0.03%。
(6). 焊剂应有较低的硫、磷含量,一般为 S: ≤0.06%,P: ≤0.08%.
(7). 焊剂对硫、磷、铁锈、油及其他杂质的敏感性要小,以保证焊缝中不产生裂纹和气孔等缺陷。
八、焊剂的使用及保管
埋弧焊用焊剂不能受潮、污染及掺入杂物,并应保持其颗粒度。
焊剂的使用及保管应注意以下事项:
(1) . 熔炼焊剂不吸潮,因此,可简化其包装、运输与储藏等过程。非熔炼焊剂极易吸水,这是引起焊缝金属产生气孔和氢裂纹的主要原因。因此,出厂前经烘干的焊剂应装在防潮容器内并密封,运输过程应防止容器破损。
各种焊剂应存放在干燥的库房内,室温5℃~50℃,不能放在高温、高湿环境中。
(2). 焊剂的颗粒度小于0.1mm时,粉尘大,影响环境卫生,不能使用;大于2.5mm时,不能很好地隔绝空气,以保护焊缝金属,而且对合金元素过渡也会产生不良影响。因此,在储运和回收焊剂时,应防止焊剂结块和粉化,以防止焊剂对焊接过程的不利影响。
(3). 焊剂烘干参数:焊剂使用前,应按产品说明书所规定的温度、时间进行烘干。熔炼焊剂通常在250℃~300℃烘干2小时;烧结焊剂通常在300℃~400℃烘干2小时。烘干时,焊剂应散放,厚度不趟过5mm。
(4). 熔炼型焊剂回收使用时,应经过粗、细筛子过筛,并随时添加新焊剂,经充分搅拌均匀后再使用。