第3章 气焊丝与气焊溶剂
3.1 气焊丝
3.1.1 钢焊丝中的化学元素对焊接质量的影响
气焊用的焊丝起填充金属的作用，与熔化的母材一起组成焊缝金属。气焊时，焊丝的化学成分直接影响到焊缝金属的性能。
（1）碳（C）
碳是钢中的主要合金元素，随着含碳量的增加，钢的强度、硬度增加，但塑性降低。若含碳量过高，就会使钢的淬火倾向增加，特别是钢中存在更多的其他合金元素时，淬硬倾向就更大，在焊接过程中，碳是良好的脱氧剂，但由于在高温下还原作用过分强烈，会引起较大的飞溅和产生气孔。因此，常用的低碳钢焊丝的含碳量规定应小于0.2%。
（2）硅（Si）
硅是脱氧制和合金剂。钢中适量的硅能提高钢的强度，但如果硅含量过高，就会降低钢的塑性和韧性。在焊接过程中，硅与氧生成二氧化硅，硅含量多时，容易造成共渣和降低焊缝的塑性。所以，除合金钢焊丝外，焊丝中的含硅量应控制在0.07%以内。
（3）锰（Mn）
锰在钢中是合金剂、脱氧剂和脱硫剂。钢中锰的含量在2%以下时，锰起强化基体作用，可提高钢的强度和韧性。但含锰量超过了2%时，将会增加钢的淬火倾向。在焊接过程中，锰与氧生成氧化锰（MnO），与硫生成硫化锰，氧化锰与硫化锰变成熔渣浮于熔池表面，从而减少了产生热裂纹的倾向。一般碳素钢焊丝的含锰量为0.3%～0.55%，低合金钢或合金钢焊丝的含锰量可达2%。
（4）铬（Cr）
铬在合金钢和不锈钢中是一种合金元素，能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等。在低碳钢中的铬是杂质，会被氧化成难熔的三氧化二铬（Cr2O3），形成夹渣。故在一般碳素钢焊丝中铬含量不应大于0.2%。
（5）镍（Ni）
镍在合金钢和不锈钢中是合金元素，在一般钢中是有害杂质。由于在焊接过程中，少量的镍会与硫结合，产生低熔点共晶，故在一般钢焊丝中规定含镍量应在0.3%以下。
（6）硫（S）
硫在钢中是极其有害的杂质，硫能引起偏析，导致钢的成分不均匀，还能降低金属的耐腐蚀性。在焊接过程中。硫与铁能化合成硫化亚铁。硫化亚铁为低熔点化合物，并能与其他化合物生成熔点更低的低熔点共晶，而导致热裂纹。所以在一般焊丝中规定含硫量不得大于0.04%；优质焊丝中不大于0.03%；高级优质焊丝中不大于0.025%。
（7）磷（P）
磷在钢中也是极其有害的杂质。磷在钢中以磷化铁的形式存在，磷化铁的存在大大地降低钢的冲击韧性。在焊接过程中生成的磷化铁导致焊缝金属变脆，产生冷脆现象。磷化铁还能与其他物质形成低熔点共晶物，产生热裂纹。所以一般焊丝中规定含磷量不得大于0.04%；优质焊丝中不大于0.03%；高级优质焊丝中不大于0.025%。
在焊接过程中，由于气体、熔渣和液体金属的相互作用，使一些有益的合金元素烧损，使焊缝的组织和性能发生变化，为了使焊接接头具有一定的力学性能和满足某些特殊性能的要求，在焊缝中需要补充一些合金元素。例如在气焊灰铸铁时，为了防止焊缝金属产生白口，应使焊丝中碳、硅含量高于母材，尤其是冷焊时，气焊丝中碳、硅含量可高达4.5%。若在焊丝中加入一定量的钼（Mo），则可提高焊缝的耐热和抗裂性能。为提高工件的耐磨性，生产中常用一些堆焊焊丝使工件表面渗入必要的合金元素。
3.1.2 碳素结构钢和合金结构钢焊丝
一般低碳钢焊件采用的焊丝有H08、H08A；重要的低碳钢焊件用H08Mn、H08MnA；中等强度焊件用H15A；强度较高的焊件用H15Mn。焊接屈服强度为300MPa和350MPa的普通低合金钢时，采用的焊丝有H08A、H08Mn和H08MnA。
焊接中碳钢和低合金结构钢时，可采用碳素结构钢焊丝，如H08Mn、H08MnA、H10Mn2及H10Mn2MoA等。
碳素结构钢和合金结构钢焊丝见表3-1和表3-2。
3.1.3 不锈钢焊丝
奥氏体不锈钢焊丝见表3-3。
3.1.4 铸铁焊丝
根据《铸铁焊条及焊丝》（GB/T 10044—2006），填充焊丝的型号中，“R”表示填充焊丝，“Z”表示用于铸铁焊接，在“RZ”后面用焊丝主要化学元素符号或金属类型代号表示，再细分时用数字表示。气焊用铁基铸铁填充焊丝有以下几种。
（1）RZC型灰口铸铁填充焊丝
RZC型是采用石墨化元素较多的灰口铸铁浇铸成焊丝，适用于中小型薄壁件铸铁的气焊，可以配合焊粉使用。可采用热焊或不预热焊法。热焊是焊前把工件预热至600℃左右，在400℃以上焊补，焊后在600～700℃保温消除应力，焊缝可加工，其硬度、强度及颜色与母材相同；不预热焊是焊前工件不预热或局部预热，焊后缓冷，焊缝可加工，其硬度、强度及颜色与母材基本相同。
（2）RZCH型合金铸铁填充焊丝
RZCH型焊丝中含有一定数量的合金元素，焊缝强度较高。适用于高强度灰口铸铁及合金铸铁等气焊。可以配合焊粉使用，补焊工艺与RZC型基本相同。根据需要，焊后可以进行热处理。
（3）RZCQ型球墨铸铁填充焊丝
RZCQ型焊丝中含有一定数量的球化剂，焊缝中的石墨呈球状，具有良好的塑性和韧性。适用于球墨铸铁、高强度灰口铸铁及可锻铸铁的气焊。补焊工艺与RZC型基本相同，焊后进行热处理。气焊用铸铁焊丝的型号和化学成分见表3-4。
表3-4 气焊用铸铁焊丝的型号和化学成分（质量分数）
3.1.5 铜及铜合金焊丝
铜及铜合金常用的气焊焊丝见表3-5。
表3-5 铜及铜合金常用的气焊焊丝
气焊锡青铜时可采用与母材类似的青铜棒作焊丝，但含锡量应当比母材高出1%～2%，或用含磷（P）、硅（Si）、锰（Mn）等脱氧元素的青铜棒。气焊铝青铜时也采用与母材相同成分的焊丝。
3.1.6 铝及铝合金焊丝
当焊接纯铝及铝锰、铝镁、铝硅等铝合金时，一般采用和母材相近的标准牌号的焊丝或母材的切条。常用的气焊用铝和铝合金焊丝见表3-6。
表3-6 常用的气焊用铝和铝合金焊丝
3.1.7 镁合金焊丝
镁合金焊丝均需与母材同牌号。焊丝可用冷拉、冷拔或铸造的方法制造，直径以5～8mm为宜。
3.1.8 焊丝的选用和保存
一般对气焊丝的要求有：焊丝的化学成分应基本与焊件母材的化学成分相匹配，并保证焊缝有足够的力学性能和其他性能；焊丝的熔点应等于或略低于被焊金属的熔点；焊丝应能保证必要的焊接质量，如不产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷；焊丝表面应无油脂、锈蚀和油漆等污物。
（1）焊丝的选用
①考虑母材的力学性能。一般应根据焊件的合金成分来选用焊丝。如遇到焊件的某些合金元素在焊接过程中，易被烧损或蒸发的情况时，应当选用该合金元素含量高一些的焊丝；需要强度高的焊接接头，应当选用比母材强度高或相同的焊丝；焊接受冲击力的焊件时，应当选用韧性好的焊丝；要求焊件耐磨，应当选用耐磨材料的焊丝。
②考虑焊接性。一般要求焊丝的熔点等于或略低于母材的熔点，否则在焊接过程中就容易形成烧穿、咬边或在焊缝金属中形成夹渣。焊丝填入焊缝后焊缝金属和熔合线处的晶粒组织要求细密，没有夹渣、气孔、表面裂纹和塌陷等缺陷，才能符合焊接质量要求。
当发现熔池出现飞溅时，可能是由于焊丝中含碳量过高，焊丝表面有铁锈及油污，或是过烧引起的。这时可用气焊火焰把焊丝一端熔化后观察一下，如果略微呈现油亮而黏稠状态，冷却后表面光亮，说明不是焊丝的问题，而是过烧或母材中的氧化物造成的。
③考虑焊件的特殊要求。焊接对介质和温度等有特殊要求的焊件，应当选用能满足使用要求的焊丝。当焊接在腐蚀介质中工作的不锈钢容器或零件时，应当选用铬（Cr）、镍（Ni）含量比母材成分高，而含碳量要低一些的不锈钢焊丝。如焊接耐高温的含铬（Cr）、钼（Mo）的合金钢管或容器时，应当选用含钼或铬量比焊接成分高一些的焊丝。
焊丝规格一般为ϕ2mm、ϕ2.5mm、ϕ3mm等。常用于锅炉、压力容器及管道的气焊丝，见表3-7。
表3-7 常用于锅炉、压力容器及管道的气焊丝
（2）焊丝的保存
为确保焊丝质量和避免混料，应对每捆焊丝的头尾进行化学分析，合格后方可入库。入库的焊丝应按类别、牌号、规格分开，并堆放在干燥处，以防焊丝表面生锈和腐蚀。
焊丝的质量对焊接质量有直接影响，使用前要认真挑选，凡疏松、夹渣、气孔、过热等材质差的焊丝，均不能使用。焊丝在使用前应彻底清除表面的油、锈等污物。