3.2 焊条
焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊用的熔化电极，它由药皮（涂敷在焊芯表面的有效成分称为药皮，也称涂层）和焊芯（焊条中被药皮包覆的金属芯）两部分组成。焊条的直径和长度是指焊芯的直径和长度，常用的直径φ（mm）有1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、8.0等几种，长度范围L为200～550mm，如图3-5所示。
焊条是保证焊缝金属和焊接接头力学性能及物理性能的重要焊接材料，其本身的性能以及焊接操作过程中的选用及使用正确与否都将直接影响到焊接的质量。
图3-5 焊条的组成
1—药皮 2—焊芯
3.2.1 焊条的组成及分类
为满足电弧焊的使用要求，对焊条有以下的基本要求：
1）保证焊缝金属和焊接接头的力学性能及物理性能，不产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。
2）有良好的焊接工艺性能，如能用各种电源（交流、直流），电弧稳定，燃烧均匀，飞溅少，熔渣的粘度及流动性适当，脱渣性好，焊缝成形良好，可全位置焊接。
3）能提高劳动生产率。
4）采用廉价涂层，焊条成本低。
5）药皮强度好，不易脱落，不易吸潮，同心度好。
6）焊接时不得放出对人体有害的气体。
1.焊条的组成
焊条由药皮和焊芯两大部分组成。随着焊条使用场合的不同，药皮和焊芯的组成也有所不同。
（1）药皮 焊条药皮是矿石粉末、铁合金粉、有机物和化工制品等原料按一定比例配制后压涂在焊芯表面上的一层涂料。药皮具有良好的保护性和稳弧性，以及能使焊缝金属脱氧并形成过渡合金元素等特点。按照其作用的不同，药皮涂料可分为以下7类：
1）稳弧剂。可以增加电弧的稳定性，改善电弧的燃烧条件。主要有碳酸钾（K2CO3）、碳酸钡（BaCO3）、长石（SiO2、Al2 O3、K2O、Na2O的复合物）、白垩土和大理石等。
2）造渣剂。可以产生活性熔渣，与液体金属相互作用，防止液体金属和空气接触，并能使金属缓慢冷却，起到保护焊缝金属的作用。有石英砂（SiO2）（量多易脱渣，但过多时熔渣过黏易夹渣）、大理石、长石、萤石（不利于稳弧，但和适量的SiO2配合可有效地减少氢的危害）、粘土（主要成分为Al2O3和SiO2）和镁砂（MgO）等。
3）造气剂。可以造成保护气氛。有淀粉、木粉、面粉、纤维和大理石等。
4）还原剂。使被氧化的金属还原，从而保护焊缝金属中的合金元素。有各种铁合金（如锰铁、铝铁、钛铁等）和石墨等。
5）合金剂。补偿焊缝烧损的合金成分，改进焊缝金属性能。有各种铁合金。
6）稀释剂。调整熔渣的粘度。有精选钛矿、锰矿、萤石和金红石等。
7）粘结剂。把药皮成分粘在一起并把药皮粘在焊芯上。有钠水玻璃（Na2O·nH2O）和钾水玻璃（K2O·nH2O）。前者比后者有更好的粘结性。当水玻璃的模数为2.2～3.0时，水玻璃的粘结性最好。水玻璃的密度小，粘结性低；若密度太大，则使焊条药皮容易生皱。
焊条药皮的成分对焊缝的性能有很大的影响，并可改变焊条的工艺性能。
（2）焊芯 根据焊条用途的不同，焊芯有钢丝、有色金属丝和铸造线材等多种。焊芯的作用有两种：一是作为电极传导电流，产生电弧；二是作为填充材料，与母材金属（焊件金属）熔合在一起，形成焊缝。焊条电弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属的50%～70%，其化学成分直接影响焊缝的质量，因此制作焊芯用的金属都是经过特殊冶炼的。钢用焊芯的材料有碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢3类。焊芯钢丝的牌号用代号“H”注明，其后的表示方法与钢号表示方法相同。例如H08（碳素钢焊芯）、H08Mn2Si（合金结构钢焊芯）和H022Cr19Ni10（不锈钢焊芯）等。
2.焊条的分类
焊条的型号和牌号种类繁多，按焊条的用途来分，可分为十大类：
第一类：结构钢焊条（普通低合金钢包括在此类）；
第二类：钼和铬钼耐热钢焊条；
第三类：奥氏体不锈钢焊条；
第四类：铬不锈钢焊条；
第五类：堆焊焊条；
第六类：铸铁焊条；
第七类：铜及铜合金焊条；
第八类：镍及镍合金焊条；
第九类：铝及铝合金焊条；
第十类：特殊用途焊条。
焊条按照焊条药皮熔化后的熔渣特性又可分成两类：
第一类：酸性焊条。其涂料的成分主要是氧化铁、氧化锰、氧化钛以及其他焊接时容易放出氧的物质。涂料里的有机物中有造气剂，焊接时产生保护气体。按照涂料中主要氧化物的种类和成分不同，这类焊条又可分为钛型、钛铁矿型、氧化铁型和锰型等。
第二类：碱性低氢型焊条。其涂料的成分主要是大理石和萤石，并含有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂。焊接时，大理石（CaCO3）分解产生CO2作为保护气体。由于焊接时仅放出少量的氧，因此合金元素很少氧化，焊缝金属合金化的效果较好，而且不易产生气孔。但由于电弧中氧含量较低，因此铁锈和水分容易产生氢气孔。防止氢气孔的方法，主要是依靠涂料里的萤石（CaF2）与其作用产生氟化氢来将其排除。但是萤石的存在不利于稳定电弧，因此要求采用直流电焊接。药皮中若加入特别稳定电弧的组成物（如碳酸钾等）也可用交流电源。
按照焊条的一些特殊使用性能和操作性能，可以将焊条分类为：超低氢焊条、低尘低毒焊条、向下立焊条、底层焊条、铁粉高效焊条、抗潮焊条、水下焊条、重力焊条和躺焊焊条等。
根据国家标准的规定，焊条按焊芯化学成分的不同分成七个型号大类，而按用途的不同又分为十个牌号大类，两者之间的对照关系见表3-1。
表3-1 焊条型号大类与牌号大类对照表
3.焊条的牌号
生产中对于焊条的分类是使用焊条牌号来表示的。焊条牌号通常是通过焊条的字母代号后加三位数字来表示，表3-2给出了焊条牌号的编制方法及含义。
表3-2 焊条牌号的编制方法及含义
（续）
（续）
注：表中合金元素含量均为质量分数。
4.焊条的型号
焊条除采用焊条牌号外，对于使用不同化学成分焊芯构成的焊条，还采用焊条型号来表示，并进行分类。例如：碳钢焊条型号按GB/T 5117—1995规定，是以熔敷金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置及焊接电流种类编制的。如E4303、E5015、E5016等，“E”表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值，单位MPa。第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”、“1”表示焊条适用于全位置焊接，“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表示焊接电流种类及药皮类型，如“03”为钙钛型药皮，交流或直流正反接；“15”为低氢钠型药皮，直流反接；“16”为低氢钾型药皮，交流或直流反接。
表3-3给出了常用焊条型号及牌号的对应关系及其应用情况。
表3-3 常用焊条型号及牌号的对应关系及其应用
5.各类焊条的工艺性能
根据焊条的分类，各类焊条的组成和工艺性能如下：
1）钛型（氧化钛型）：药皮含多量氧化钛（金红石或钛白粉）的焊条。其工艺性能良好，熔深普通或较浅，电弧稳定，飞溅很少，熔渣易脱，焊波美观，可全位置焊接（平、立、横、仰）。
2）钛钙型：药皮中含有较多氧化钛及相当量的钙和镁的碳酸盐矿石（CaCO3和MgCO3）的焊条。其工艺性能稍次于钛型焊条，特别是在薄板结构与间断焊接时，钛型焊条显示出独特的优点，为钛钙型焊条所不及。相反，钛钙型焊条焊接的焊缝中，含氢量要比钛型焊条焊接的焊缝的含氢量约低一半，故其力学性能（特别是抗弯强度与冲击韧度值）高于钛型焊条。
3）钛铁矿型：药皮含多量钛铁矿的焊条。其工艺性能较钛型稍差，熔深普通，电弧稳定，焊波整齐，飞溅较钛型稍大，可全位置焊接。
4）氧化铁型：药皮含多量氧化铁及氧化锰铁等脱氧剂，生成FeO-MnO-SiO2系熔渣。其熔深较深，熔化也快，生产效率高，宜于平焊（也可用于其他位置的焊接）。
5）锰型：药皮含多量氧化锰的焊条。
6）（氧化钛）低氢型：药皮主要组成物为氧化钛（金红石或钛白粉）、大理石和萤石。其工艺性能较氧化钙低氢型稍好，但焊接质量稍差，可全位置焊接。
7）（氧化钙）低氢型：药皮主要组成物为大理石（或石灰石）和萤石，不含有机物，是焊缝中含氢量很低的焊条。其熔深稍浅，要求用极短弧焊接，具有良好的抗裂性能，焊缝金属力学性能好，可全位置焊接，直流反接（当药皮中加稳弧剂时，也可用交流电源）。
3.2.2 焊条的选用及使用
在焊接过程中，焊条的作用很大，一方面传导焊接电流，另一方面构成焊缝金属的填充物，因此只有正确选用及使用好焊条，才能保证焊缝的力学性能和耐蚀性，确保焊接产品的质量。
1.焊条的选用原则
选用焊条时，必须按下列原则综合考虑：
1）按母材的力学性能和化学成分，选用相应的焊条。
①对结构钢（如低碳钢、中碳钢、普低钢）的焊接，应选用强度等级和母材相同或稍高的焊条，但不能选用强度过高的焊条。
②对特种钢，如耐热钢、耐腐蚀钢等，为了保证焊缝接头的特殊性能，要求选用主要合金元素相同或相近的焊条。
③如果母材含碳量较高（如中碳钢）或含硫、含磷较高造成产生焊接裂纹的倾向大，则应选用抗裂性较好的焊条，如碱性低氢型焊条。
2）考虑焊件的工作条件和使用性能。如承受动载荷的焊件，要求冲击韧度和伸长率较高，最好选用碱性低氢型焊条；耐蚀性高的焊件，应选用相应的耐腐蚀焊条。
3）考虑焊件形状、刚度大小和焊接部位等。
①对形状复杂、刚度大的焊件，由于焊缝金属收缩应力大，应选用抗裂性较好的焊条。
②对焊接部位难以清理干净的焊件，应选用氧化性强的，对铁锈、油污、氧化皮敏感性差的酸性焊条。
4）考虑工艺条件和焊接设备。
①应选用工艺性能好的焊条，对重要结构要作焊条的焊接性试验。
②选用与设备性能相适应的焊条。
5）还要考虑改善劳动条件、提高劳动生产率和经济合理性等因素。
2.常用钢材的焊条选用
常用钢号推荐选用的焊条见表3-4，不同钢号相焊推荐选用的焊条见表3-5。
3.焊条的使用
结构钢焊条、奥氏体不锈钢焊条和铜焊条等是安装工程中常用的几类焊条。各类焊条的使用必须根据焊条和焊件的性能，采取相应的措施，以保证焊接的质量。
表3-4 常用钢号推荐选用焊条
表3-5 不同钢号相焊推荐选用的焊条
（续）
注：括号中内容为旧标准牌号。
（1）结构钢焊条的使用 结构钢焊条主要包括碳钢焊条、低合金钢焊条、铸钢焊条等。
1）碳钢的焊接措施。低碳钢焊接性较好，一般不易产生焊接裂纹，故无需采取特别措施；中碳钢由于含碳量的增加，逐渐有产生焊接裂纹的倾向。防止方法是选用低氢型焊条，或焊缝金属具有良好塑性及高韧性的焊条，必要时，可将焊件预热处理。
2）低合金钢的焊接措施。低合金钢的种类较多，广泛使用的Q345、Q395等都具有较好的焊接性，可选用相应强度的焊条焊接。对某些焊接性较差的普通低合金结构钢和低合金高强度钢，在焊接时，应采用适当的工艺措施，如焊前预热、焊后热处理、采取多层多道焊接、焊条烘干等，防止产生裂纹。
3）铸钢的焊接措施。铸钢一般含碳量都较高，且厚度大，形状复杂，极易产生焊接裂纹，特别是铸钢中合金含量多时更为突出，故在焊接时，应低温预热（100～150℃）并使用强度较高、抗裂性能较好的低氢型焊条。
（2）奥氏体不锈钢焊条的使用 由于奥氏体不锈钢在焊接时受到重复加热，会析出碳化物，从而降低了使用性能，因此除按设备工作条件正确选用焊条外，还应注意以下事项：
1）不锈钢焊条的药皮通常有钛钙型和低氢型两种。钛钙型焊条由于电弧穿透度较浅，适宜薄板平焊，不适宜全位置焊。同时，由于不锈钢电阻大，交流电源焊接比采用直流电源容易发红，故应尽可能采用直流电源。低氢型焊条则必须用直流电源，并适宜全位置焊接。
2）各种不锈钢焊条在使用时应保持干燥，钛钙型药皮应经150℃烘1h，低氢型药皮应经200～300℃烘1h（注意不能多次重复烘干，否则药皮易开裂剥落），并防止药皮黏上油污等脏物，以免使焊缝增加含碳量和影响焊接质量。
3）为防止加热导致出现晶间腐蚀，焊接电流不宜过大，一般比低碳钢焊条低20%左右，同时电弧不要过长，层间要快冷，以窄道焊为宜。
4）为了便于区别，焊条头部均涂颜色标志。
（3）铜及铜合金焊条 铜及铜合金的焊接比钢困难，易产生金属氧化、元素蒸发、气孔、裂纹及变形等缺陷，故在焊接时必须注意下列事项：
1）焊件必须预热，并用较大的焊接电流。
2）装配间隙要宽，坡口角度要大些。
3）焊条应经250℃烘干1～2h，焊接处要清除油污、氧化物等杂质。
（4）酸性焊条 由于酸性焊条里的各种氧化物在焊接时放出多量的氧，促使合金元素氧化，减弱焊缝的合金化，使焊缝产生气孔，同时电弧里的氧电离后形成负离子，与氢离子H+有很大的亲合力，两者结合生成氢氧离子OH-，从而防止了氢离子H+溶入熔融金属，因此酸性焊条对铁锈不敏感，焊缝也较少地产生氢气孔。由于是酸性熔渣，其脱氧主要靠扩散方式。因为它不能有效地清除焊缝里的硫、磷等杂质，所以焊缝金属的冲击韧度较低。因此，这种酸性焊条只可用来焊接低碳钢和不重要的结构钢。酸性焊条焊接电流的选用见表3-6。
表3-6 酸性焊条焊接电流选用表
（5）碱性低氢型焊条 由于是碱性熔渣，脱氧主要是通过置换反应，并能有效地清除焊缝中的硫和磷，加上焊缝的合金元素烧损减少，能够有效地进行焊缝合金化，所以焊缝金属力学性能良好。这类焊条主要用于焊接高强度低合金钢和特种性能合金钢等。
根据低氢型焊条的特点，在焊接时必须注意以下几点：
1）施焊前，一般应将焊条在250℃烘干1～2h，随烘随用。
2）焊前必须清除焊件上的铁锈、油污、水分等杂质。
3）焊接时必须用短弧操作，以窄焊道为宜。
4）用直流电源时，一般采用反极性接法，即焊条接正极。
5）焊接电流不宜太大，一般为同规格酸性焊条的90%。
4.焊条的检验
检验焊条，是焊接质量的重要保证措施之一。
（1）焊条质量的检验方法 焊条的质量可从以下方面进行检验：
1）质量良好的焊条在施焊中电弧燃烧稳定，焊芯和药皮熔化均匀，飞溅很少。
2）外表检验是否有气眼、偏心、机械损伤及是否光滑细腻。
3）药皮强度检查。将焊条从1m高度水平跌落到光滑铁板上，如果药皮无脱落现象，即证明焊条药皮强度好。
4）抗裂性的简易检查方法。对于低碳钢焊条，当用手弯曲焊条时，如果刚性很大，证明焊芯内含碳量较高，焊接时易产生裂纹。
5）应用化学分析和力学性能试验。此法科学，但较麻烦。
（2）鉴别焊条变质的方法 焊条是否变质可从以下方面进行检验：
1）将数根焊条放在手掌内互相滚击，若发出清脆的金属声则为干燥的焊条，若有低沉的沙沙声和表面起粉变色则为受潮的焊条。
2）将焊条在焊接回路中短路数秒钟，如果药皮表面有水蒸气产生，则为受潮的焊条。
3）受潮的焊条焊芯上常常有锈痕。
4）将厚皮焊条缓慢弯曲至120°，如果有大块涂料脱落或涂料表面毫无裂纹，则为受潮焊条。干燥焊条在轻弯后有小的脆裂声，继续弯至120°，在药皮受张力的一面应有小裂口出现。
5）焊接中若药皮成块脱落或产生许多水汽而有爆裂现象，说明是受潮的焊条。
5.焊条受潮后的处理
对于受潮后的焊条可按以下方法进行处理：
1）对于严重受潮、药皮脱落者，应予报废。
2）已受潮但不很严重的可再干燥。焊接时，如果未发现有成块药皮脱落的现象和焊缝表面气孔，则说明焊接质量基本上是可以保证的。
3）各类焊条如果只是焊芯出现轻微锈点，根据多方面试验结果，基本上还能保证焊接质量，但对于重要工程用的低氢型焊条，生锈后则应降级使用。
6.焊条的烘干与储存
为保证焊接质量，焊条必须进行烘干并应妥善地保管。
（1）焊条的烘干 由于碱性焊条药皮是采用水玻璃做粘结剂，酸性焊条是采用有机物做粘结剂，用木粉做造气剂，因此焊条的烘干温度不宜过高。不同类型焊条的烘干温度见表3-7。
表3-7 焊条的烘干
经过烘干的焊条，需装入焊条保温筒中使用。每当取出一根焊条后，须立即将保温筒盖好，避免空气中的水汽使烘干了的焊条回潮。
（2）焊条的储存 对于购买的合格焊条，应按以下要求进行储存：
1）各类焊条必须存放于通风良好、干燥的仓库中。
2）各类焊条均须垫高（不低于300mm）并分类堆放，且上下左右空气流通，以防止焊条受潮变质。
3）各类焊条必须堆放于距离墙壁300mm以外处。
4）重要工程部位使用的焊条，特别是低氢型焊条，最好存放在具有一定湿度和温度要求的仓库内。建议温度为10～150℃，相对湿度低于50%。