第2章　焊接材料

2.1　电焊条

电焊条是指在一定长度的金属丝外表层均匀地涂敷一定厚度的特殊作用涂料的手工电弧焊焊接材料，简称为“焊条”。电焊条广泛用于机械制造、造船、建筑、石油化工、电力、桥梁、锅炉及压力容器制造等各工业领域。电焊条是一种消耗量大、品种繁多的工业产品，在全部焊接材料中所占比例最大，目前国产电焊条已有400余种。而且，随着新材料不断涌现，电焊条品种还将不断增多。

2.1.1　电焊条的分类

电焊条的分类方法很多，可分别按用途、熔渣的酸碱度、焊条药皮的主要成分、焊条性能特征等不同角度对电焊条进行分类。

（1）按用途分类

我国现行的焊条分类方法，主要是根据焊条国家标准和原机械工业部编制的《焊接材料产品样本》。焊条型号按国家标准分为8类，焊条牌号按用途分为10类，见表2-1。

各大类焊条按主要性能的不同还可分为若干小类，如低合金钢焊条，又可分为低合金高强钢焊条、低温钢焊条、耐热钢焊条、耐海水腐蚀用焊条等。有些焊条同时可以有多种用途。

（2）按熔渣的酸碱性分类

主要是根据焊接熔渣和碱度，即按熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物的比例来划分。

① 酸性焊条：药皮中含有大量的TiO2、SiO2等酸性造渣物及一定数量的碳酸盐等，熔渣氧化性强．熔渣碱度系数小于1。酸性焊条焊接工艺性好，电弧稳定，可交、直流电两用，飞溅小、熔渣流动性和脱渣性好，熔渣多呈玻璃状，较疏松、脱渣性能好，焊缝外表美观。酸性焊条的药皮中含有较多的二氧化硅、氧化铁及氧化钛，氧化性较强，焊缝金属中的氧含量较高，合金元素烧损较多，合金过渡系数较小，熔敷金属中含氢量也较高，因而焊缝金属塑性和韧性较低。

② 碱性（低氢型）焊条：药皮中含有大量的碱性造渣物（大理石、萤石等），并含有一定数量的脱氧剂和渗合金剂。碱性焊条主要靠碳酸盐如CaCO3等，分解出CO2作保护气体．弧柱气氛中的氢分压较低，而且萤石中的氟化钙在高温时与氢结合生成氟化氢（HF），降低了焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢型焊条。采用甘油法测定时，每100g熔敷金属中的扩散含氢量，碱性焊条为1～8mL，酸性焊条为17～50mL。

碱性渣中CaO数量多，熔渣脱硫的能力强，熔敷金属的抗热裂能力较强。而且碱性焊条由于焊缝金属中氧和氢含量低，非金属夹杂物较少，具有较高的塑性和冲击韧性。碱性焊条由于药皮中含有较多的萤石，电弧稳定性差，一般多采用直流反接，只有当药皮含有较多量的稳弧剂时，才可以交、直流电两用。碱性焊条一般用于较重要的焊接结构，如承受动载荷或刚性较大的结构。

（3）按药皮的主要成分分类

根据药皮的主要成分可以确定焊条的药皮类型，见表2-2。由于药皮配方不同，致使各种类型药皮的熔渣特性、焊接工艺性能以及焊缝金属力学性能有很大差别。即使是同一类型药皮，不同牌号的焊条也因为药皮成分和配比不同，焊条的工艺性能等也会出现明显的差别。焊条药皮类型及主要特点见表2-3。

此外，对于药皮中含有多量铁粉的焊条，可以称为铁粉焊条。这时，按照相应焊条药皮的主要成分，又可分为铁粉钛型、铁粉钛钙型、铁粉钛铁矿型、铁粉氧化铁型、铁粉低氢型等，构成了铁粉焊条系列。

（4）按焊条性能分类

按性能分类的焊条，都是根据其特殊使用性能而制造的专用焊条，超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、躺焊焊条、打底层焊条、高效铁粉焊条、防潮焊条、水下焊条、重力焊条等。

2.1.2　电焊条的型号和牌号

焊条型号指的是国家标准规定的各类标准焊条；焊条牌号指的是有关工业部门或生产厂家实际生产的焊条产品。

（1）电焊条的型号

焊条型号是以焊条国家标准为依据，反映焊条主要特性的一种表示方法。焊条型号包括以下含义：焊条类别、焊条特点（如焊芯金属类型、使用温度、熔敷金属化学组成或抗拉强度等）、药皮类型及焊接电源。不同类型焊条的型号表示方法也不同。

① 碳钢焊条型号划分　根据GB/T 5117—95《碳钢焊条》标准规定，碳钢焊条型号根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类进行划分。

碳钢焊条型号编制方法为：首字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为kgf/mm2（1kgf/mm2=9.81MPa）；第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（即可平、立、仰、横焊），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。在第四位数字后附加字母表示有特殊规定，如“R”表示耐吸潮焊条；附加“－1”表示冲击性能有特殊规定。

碳钢焊条型号举例：

碳钢焊条型号按熔敷金属抗拉强度、药皮类型、焊接位置和焊接电源种类的划分见表2-4。

注：1.平——平焊，立——立焊，仰——仰焊，横——横焊，平角焊——水平角焊，立向下——向下立焊。

2.焊接位置栏中“立”和“仰”系指适用于立焊和仰焊的直径不大于4.0mm的E××15、E××16、E5018和E5018M型焊条及直径不大于5.0mm的其他型号焊条。

3.E4322型焊条适宜单道焊。

碳钢焊条熔敷金属化学成分和拉伸试验结果应符合表2-5和表2-6规定，焊缝金属夏比V形缺口冲击试验结果应符合表2-7规定，焊缝金属探伤应符合表2-8规定。E4322型焊条焊缝金属纵向弯曲试样经弯曲后，在焊缝上不应有大于3.2mm的裂纹。低氢型焊条药皮含水量和熔敷金属中扩散氢含量应符合表2-9规定。

注：表中单值均为最大值。

注：1.表中的单值均为最小值。

2. E5024型焊条的伸长率最低值为22%。

3. E5018M型焊条熔敷金属抗拉强度名义上是490MPa（50kgf/mm2），直径为2.5mm焊条的屈服点不大于530MPa（54kgf/mm2）。

注：1.在计算5个试样中3个试样的平均值时，5个值中的最大值和最小值应舍去，余下的两个值不小于27J，另一个值不小于20J。

2.用5个试样的值计算平均值，这5个值中要有4个值不小于67J，另一个值不小于54J。

碳钢焊条试验用母材应采用符合GB 700规定的Q235A级、B级，Q255A级、B级或与焊条熔敷金属化学成分和力学性能相当的其他材料。E××15、E××16、E××18、E××28及E5048型焊条也可采用GB/T 1591规定的16Mn或其他相当的材料。碳钢焊条试验用的焊接电流种类和焊接位置应符合表2-10规定，可用于交流或直流焊接的焊条，试验时应采用交流。

注：1.平——平焊，立——立焊，仰——仰焊，立向下——立向下焊。

2. E4312和E4322型焊条无射线探伤试验要求。

3. E5024型焊条不做冲击试验。

4.吸潮试验系指耐吸潮焊条。

② 低合金钢焊条型号划分　根据GB/T 5118—95标准《低合金钢焊条》规定，低合金钢焊条型号根据熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置及电流种类划分。

首字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊条的焊接位置

，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平焊、立焊、仰焊及横焊），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型；后缀字母为熔敷金属化学成分的分类代号，并以短划“-”与前面数字分开。如还有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并以短划“-”与前面后缀字母分开。

对于E50××-×、E55×××-×、E60××-×低氢型焊条的熔敷金属化学成分分类后缀字母或附加化学成分后缀加字母“R”时，表示耐吸潮焊条。低合金钢焊条型号划分见表2-11。

注：1.后缀字母×代表熔敷金属化学成分分类代号如A1、B1、B2等（见表2-12）。

2.平——平焊，立——立焊，仰——仰焊，横——横焊，平角焊——水平角焊，立向下——向下立焊。3.表中“立”和“仰”系指适用于立焊和仰焊的直径不大于4.0mm的E××15-×、E××16-×及E××18-×型焊条及直径不大于5.0mm的其他型号焊条。

表2-12为低合金钢焊条熔敷金属化学成分。

注：1.焊条型号中的“××”代表焊条的不同抗拉强度等级（50、55、60、70、75、80、85、90及100）。

2.表中单值除特殊规定外，均为最大百分比。

3. E5518-NM型焊条铝不大于0.05%。

4. E××××-G型焊条只要1个元素符合表中规定即可，当有－40℃冲击性能要求不小于54J时，该焊条型号标志为E××××-E。

③ 不锈钢焊条型号划分　根据GB/T 983—95标准《不锈钢焊条》规定，不锈钢焊条根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置及焊接电流种类划分型号。首字母“E”表示焊条，“E”后面的两位数字表示熔敷金属化学成分分类代号，有特殊要求的化学成分用元素符号表示放在数字的后面。短划“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类。

不锈钢焊条型号举例：

不锈钢焊条型号后面附加的后缀（15、16、17、23、26）表示焊条药皮类型及焊接电源种类，见表2-13。后缀15表示焊条为碱性药皮，直流反极性焊接；后缀16表示焊条可以是碱性药皮，也可以是钛型或钛钙型药皮，交、直流电两用；后缀17是药皮类型16的变型，表示焊条为钛酸型药皮（用SiO2代替药皮类型16中的一些TiO2），焊接熔化速度快，抗发红性能优良，可交、直流电两用。后缀25和26表示焊条的药皮成分和操作特征与药皮类型15和16的焊条类似，药皮类型15和16焊条的说明也适用于药皮类型25和26。

④ 堆焊焊条型号划分　根据GB 984—85《堆焊焊条》标准规定，堆焊焊条型号按熔敷金属化学成分及药皮类型划分。堆焊焊条型号编制方法为：首字母“E”表示焊条；型号第二位“D”表示堆焊焊条；型号中的第三位至倒数第三位表示焊条特点，用拼音字母或化学元素符号表示堆焊焊条的型号分类，见表2-14。

堆焊焊条型号中最后两位数字表示焊条药皮类型及焊接电源种类，用短划“-”与前面符号分开，见表2-15。如在同一基本型号内有几个分型时，可用字母A、B、C等标志，如再细分可加注下角数字1、2、3、…，如A1、B2、C3、…，此时再用短划“-”与前面符号分开。

堆焊焊条型号举例：

（2）电焊条的牌号

焊条牌号是根据焊条的主要用途、性能特点对焊条产品的具体命名。我国焊条牌号是按照国家标准GB 980—76《焊条分类及型号编制方法》制定的。1995年后，参照国际标准修订的新国标（GB/T 5117—95、GB/T 5118—95、GB/T 983—95等）颁布，同时废止了相应的旧焊条国家标准。但考虑到实际情况，新编制的《焊接材料产品样本》中仍保留了原焊条牌号，将新国家标准中的焊条牌号与原牌号对照并加以标注。

焊条牌号及编制方法如下：

电焊条的牌号共分为十大类，如结构钢焊条（包括低合金高强钢焊条）、耐热钢焊条、不锈钢焊条等。焊条牌号通常以一个汉语拼音字母（或汉字）与三位数字表示。拼音字母（或汉字）表示焊条各大类，后面的三位数字中，前面两位数字表示若干小类，第三位数字表示各种焊条牌号的药皮类型及焊接电源。

焊条牌号中第三位数字的含义见表2-16，其中盐基型主要用于有色金属焊条（如铝及铝合金焊条等），石墨型主要用于铸铁焊条及个别堆焊焊条。数字后面的字母符号表示焊条的特殊性能和用途（表2-17），对于任一给定的电焊条，只要从表中查出字母所表示的含义，就可以掌握这种焊条的主要特征。

① 结构钢焊条（包括低合金高强钢焊条）　焊条牌号首字母“J”（或汉字“结”）表示结构钢焊条；牌号前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值（kgf/mm2），见表2-18；牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电源种类。药皮中铁粉含量约为30%或熔敷效率105%以上，在牌号末尾加注“Fe”字及两位数字（以效率1/10表示）。有特殊性能和用途的结构钢焊条．在牌号后面加注起主要作用的元素或主要用途的拼音字母（一般不超过两个），如J507MoV、J507CuP。

例如J507（结507）焊条，“J”（结）表示结构钢焊条，牌号中前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值为50kgf/mm2（500MPa），第三位数字“7”表示药皮类型为低氢钠型，直流反接电源。按照国标GB/T 5117—95，它应符合E5015型焊条要求。

结构钢焊条牌号举例：

② 低温钢焊条　焊条牌号首字母“W”（或汉字“温”）表示低温钢焊条；牌号前两位数字表示低温钢焊条工作温度等级（表2-19）；牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电源种类（表2-16）。

低碳钢焊条牌号举例：

③ 不锈钢焊条　焊条牌号首字母“G”（或汉字“铬”）或“A”（或汉字“奥”），分别表示铬不锈钢焊条或奥氏体铬镍不锈钢焊条；牌号第一位数字表示熔敷金属主要化学成分组成（表2-20）；牌号第二位数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同牌号。对同一组等级的焊条，可有10个序号，按0，1，2，…，9顺序编排，以区别铬、镍之外的其他成分；牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电源种类（表2-16）。

不锈钢焊条牌号举例：

④ 堆焊焊条　焊条牌号首字母“D”（或汉字“堆”）表示堆焊焊条；牌号第一位数字表示堆焊焊条的用途或熔敷金属的主要成分类型（表2-21）；第二位数字表示同一用途或熔敷金属成分中的不同牌号，对同一药皮类型的堆焊焊条按0，1，2，…，9顺序排列；牌号第三位数字表示药皮类型和焊接电源种类（表2-16）。

堆焊焊条牌号举例：

2.1.3　电焊条的选用

（1）焊条的选用原则

焊条的选用必须在确保焊接结构安全、能可靠使用的前提下，根据被焊材料的化学成分、力学性能、板厚及接头形式、焊接结构特点、受力状态、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接施工条件和技术经济效益等综合考查后，有针对性地选用焊条，必要时还需进行焊接性试验。

① 同种钢材焊接时焊条选用要点

a.考虑焊缝金属力学性能和化学成分　对于普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢，有时还要求合金成分与母材相同或接近。在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下，应考虑选用比母材强度低的焊条。当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时，焊缝中容易产生裂纹，应选用抗裂性能好的碱性低氢型焊条。

b.考虑焊接构件使用性能和工作条件　对承受动载荷和冲击载荷的焊件，除满足强度要求外，主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性，可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质的焊件，应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊接件，应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。

c.考虑焊接结构特点及受力条件　对结构形状复杂、刚性大的厚大焊接件，由于焊接过程中产生很大的内应力，易使焊缝产生裂纹，应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条。对受力不大、焊接部位难以清理干净的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。对受条件限制不能翻转的焊件，应选用适于全位置焊接的焊条。

d.考虑施工条件和经济效益　在满足产品使用性能要求的情况下，应选用工艺性好的酸性焊条。在狭小或通风条件差的场合，应选用酸性焊条或低尘焊条。对焊接工作量大的结构，有条件应尽量采用高效率焊条，如铁粉焊条、高效率重力焊条等，或选用底层焊条、立向下焊条之类的专用焊条，以提高焊接生产率。

② 异种钢焊接时焊条选用要点

a.强度级别不同的碳钢+低合金钢（或低合金钢+低合金高强钢）　一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度，选用的焊条熔敷金属的强度应能保证焊缝及接头的强度不低于强度较低侧母材的强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差侧母材的性能。因此，可按两者中强度级别较低的钢材选用焊条。但是，为防止焊接裂纹，应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。

b.低合金钢+奥氏体不锈钢　应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条，一般选用铬和镍含量较高的、塑性和抗裂性较好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条，以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹。但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。

c.不锈复合钢板　应考虑对基层、复层、过渡层的焊接要求，选用三种不同性能的焊条。对基层（碳钢或低合金钢）的焊接，选用相应强度等级的结构钢焊条；复层直接与腐蚀介质接触，应选用相应成分的奥氏体不锈钢焊条。关键是过渡层（即复层与基层交界面）的焊接，必须考虑基体材料的稀释作用，应选用铬和镍含量较高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条。

（2）碳钢和低合金钢焊条的选用

① 碳钢焊条的选用　碳钢是碳素结构钢与碳素工具钢的总称。我国碳钢产量占全部钢材总产量的80%以上，碳钢是被焊金属中用量最大、覆盖面最广的一种。用于焊接的碳钢，含碳量不超过0.9%。碳钢的焊接性与钢中含碳量多少密切相关。含碳量越高，钢的焊接性越差。几乎所有的焊接方法都可以用于碳钢结构的焊接，其中以手弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊应用最为广泛。

碳钢焊条的焊缝强度通常小于540MPa（55kgf/mm2），我国碳钢焊条国家标准（GB/T 5117—95）中只有E43××系列及E50××系列两种型号，即抗拉强度只有420MPa（43kgf/mm2）和490MPa（50kgf/mm2）两个强度级别。目前焊接中大量使用的是490MPa级以下的焊条。焊接低碳钢（碳含量小于0.25%）时大多使用E43××（J42×）系列的焊条，该系列焊条有多种型号和牌号，可根据具体母材及使用条件工作状况、焊件结构形状、钢板厚度等加以选用。

常用低碳钢焊接时焊接材料的选择见表2-22。其中，一般为焊接结构可选用酸性焊条，承受动载荷或复杂的厚壁结构及低温使用时选用碱性焊条。各类低碳钢焊条工艺性能的比较见表2-23。各类低碳钢焊条冶金性能的综合比较见表2-24。

焊接中碳钢（C=0.25%～0.60%）和高碳钢（C>0.60%）时，应选用杂质含量较低，且具有一定脱硫能力的碱性低氢型条。在个别情况下，也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条，但要有严格的工艺措施配合。中碳钢焊接时焊条的选择见表2-25。

中碳钢焊接时，由于钢中含碳量较高，焊接裂纹倾向增大，可选用低氢型焊条或焊缝金属具有较高塑、韧性的焊条，而且大多数情况下需要预热和缓冷处理。高碳钢焊接则必须采取严格的预热、后热措施，以防止产生焊接裂纹。

高碳钢焊接时焊缝与母材性能完全相同比较困难，高碳钢的抗拉强度大多在675MPa（69kgf/mm2）以上，焊接材料的选用应视产品设计要求而定。强度要求高时，可用E7015（J707）或6015（J607）焊条；强度要求不高时，可用E5016（J506）或E5015（J507）焊条；或者分别选用与以上强度等级相当的低合金钢焊条。所有焊接材料都应当是低氢型的。

②低合金高强钢焊条的选用　低合金高强钢根据强度级别及热处理状态，又可分为热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢等。低合金高强钢用的焊条对焊缝金属的性能有至关重要的影响。

在我国的焊条国家标准中，低合金钢焊条标准（GB/T 5118—95）有从E50系列至E85系列等各种型号的焊条可供选择。低合金钢一般依钢材的强度等级来选用相应的焊条，同时还需根据母材焊接性能、焊接结构尺寸、坡口形状和受力情况等的影响进行综合考虑。在冷却速度较快、使焊缝强度增高、焊接容易产生裂纹的不利情况下，可选用比母材强度低一级的焊条。实际上在碳钢焊条标准中也有不少焊条可兼用于低合金钢焊接。

为满足低合金钢产品焊接要求，提高焊条的抗裂性、焊缝金属韧性和焊接工艺性能，还研制出许多各具特色的低合金钢专用焊条可供选用，如超低氢焊条（J×××H）以及耐吸潮焊条（J×××LMA）等。

焊接热轧及正火钢时，选择焊接材料的主要依据是保证焊缝金属的强度、塑性和冲击韧性等力学性能与母材相匹配，不必考虑焊缝金属的化学成分与母材的一致性。焊接厚大构件时，为防止出现焊接冷裂纹，可采用“低强匹配”原则，即选用焊缝金属强度低于母材强度的焊接材料。焊缝强度过高，将导致焊缝金属塑、韧性及抗裂性能的降低。

低碳调质钢产生冷裂纹的倾向较大，因此严格控制焊接材料中的氢是十分重要的，用于低碳调质钢的焊条应是低氢型或超低氢型焊条。中碳调质钢焊接应采用低碳合金系统，尽量降低焊缝金属的硫、磷杂质含量。