埋弧焊焊丝焊剂匹配的要求 

 

焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属化学成分和性能的主要因素之一，采用同样的焊丝和同样的焊接参数，而配用的焊剂不同，所得焊缝的性能将有很大的差别。一种焊丝可与多种焊剂合理的组合，无论是在低碳钢还是在低合金钢上都有这种合理的组合。

 

1. 对焊剂工艺性能及质量的要求

 

⑴对焊剂的一般要求

a 焊剂应具有良好的冶金性能，焊接时配以适当的焊丝的合理的焊接工艺，焊缝金属应能得到适宜的化学成分和良好的力学性能（与母材相适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。

b 焊剂应具有良好的工艺性，电弧燃烧稳定，熔渣具有适宜的熔点，粘度和表面张力。焊道与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，焊缝表面成形良好，以及焊接过程中产生的有害气体少。

c 焊剂要有一定的颗粒度，并且应有一定的颗粒强度，以利于多次回收使用。焊剂的颗粒度分为两种：普通颗粒焊剂的粒度为2.5-0.45mm （8-40目），用于普通埋弧焊和电渣焊；细颗粒度焊剂的粒度为1.25-0.28mm （14-60目），适用于半自动或细丝埋弧焊。其中小于规定粒度60目以下的细颗粒不大于5%，规定粒度14目以上的颗粒不大于2%。

d 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0.10%，焊剂的温度25℃，相对湿度70%的环境条件下，放置24h，其吸潮率不应大于0.15%。

e 焊剂中机械夹杂物（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0.30%。

f 焊剂应有较低的S，P含量，一般为S＜0.06%, P＜0.08%。

 

⑵对电渣焊用焊剂的要求
 

对于电渣焊用焊剂，为了使电渣过程稳定进行并能得到良好的焊接接头，还应有以下特殊要求。

a 熔渣的电导率应适宜。若电导率过低，焊接无法进行；若电导率过高，电阻热过低，影响电渣焊过程的顺利进行。

b 熔渣的粘度应适宜。粘度过小，波动性过大，易造成熔渣和金属流失，使焊接过程中断；粘度过大，熔点过高，易形成咬边和夹渣。

c 熔渣的开始蒸发温度应合适。熔渣开始蒸发的温度取决于熔渣中最易蒸发的成分，例如氟化物的沸点低，使熔渣的开始蒸发温度降低，易产生电弧，导致电渣焊过程的稳定性降低，并易产生飞溅。

通常情况下，焊剂中的SiO₂ 含量增多时，电导率降低，粘度增大；氟化物和TiO₂增多时，电导率增大，粘度降低。

要获得高质量的焊接接头，焊剂除符合以上要求外，还必须针对不同的钢种选用合适牌号的焊剂及配用焊丝。通常主要根据被焊钢材的类别及对焊接接头性能的要求来选择焊丝，并选择适当的焊剂相配合。一般情况下，对低碳钢，低合金高强钢的焊接，应选用与母材强度相匹配的焊丝；对耐热钢，不锈钢的焊接，应选用与母材成分相匹配的焊丝；堆焊时应根据对堆焊层的技术要求，使用性能等，选择合金系统及相近成分的焊丝并选用合适的焊剂。

还应根据所焊产品的技术要求（如坡口和接头形式，焊后加工工艺等）和生产条件，选择合适的焊剂与焊丝的组合，必要时应进行焊接工艺评定，检测焊缝金属的力学性能，耐腐蚀性，抗裂性以及焊剂的工艺性能，以考核所选焊接材料是否合适。

 

2. 低碳钢埋弧焊焊剂与焊丝的匹配
 

选用高锰高硅低氟焊剂时，配合H08A或H08E，目前常用的为H08A+HJ431 （HJ430, HJ433, HJ434）组合。焊剂中的MnO和SiO₂在高温下与Fe反应，Mn与Si得以还原，过渡到焊接熔池中，冷却时起脱氧剂和合金剂的作用，保证焊缝金属的力学性能。其中熔炼焊剂HJ431与HJ430相比，电弧稳定性改善，但抗锈能力和抗气孔能力降低；HJ433含CaF₂较低，SiO2较高，有较高的熔化温度及粘度，焊缝成形好，适宜薄板的快速焊接；SJ434由于加入了TiO₂，且CaO和CaF₂含量略高，其抗锈能力，脱渣性更好。

选用中锰，低锰或无锰的高硅低氟焊剂时，应匹配含锰较高的焊丝，才能保证在焊接过程中有足够数量的锰，硅过渡到熔池，保证焊缝脱氧和力学性能。常用的焊丝与焊剂的组合有： （H08MnA，H08Mn2，H10Mn2Si，H10Mn2）+（HJ330，HJ230，HJ130）。

近几年由于烧结焊剂的快速发展以及独特的优越性，在焊接生产中的应用逐渐扩大，如烧结焊剂SJ101，SJ301，SJ401等与焊丝H08A配合焊接低碳钢，焊缝质量优良，焊接效率高，可实现单面焊双面成形，焊缝美观，目前已在锅炉压力容器等产品上应用。常用烧结焊剂与焊丝的组合如下。

① （H08A，H08E）+（SJ401， SJ402）SJ401抗气孔能力强，SJ402抗锈能力强，适于薄板和中厚板的焊接；其中SJ402更适合于薄板的高速焊接。

② （H08A，H08E）+（SJ301， SJ302）焊接工艺性能良好，熔渣属短渣性质，焊接时不下消，适于环缝的焊接，其中SJ302的脱渣性，抗吸潮和抗裂性更好，焊剂的消耗量低。

③ （H08A，H08E，H08MnA）+（SJ501， SJ502，SJ503，SJ504）焊接工艺性能良好，易脱渣，焊缝成形美观。其中烧结焊剂SJ501抗气孔能力强，主要用于多丝快速焊，特别适合双面单道焊；SJ502，SJ504适于锅炉压力容器的快速焊；SJ503抗气孔能力更强，焊缝金属低温韧性好，适于中，厚板的焊接。常用低碳钢的埋弧焊焊剂与配用焊丝见表1

表1常用低碳钢的埋弧焊焊剂与配用焊丝

 

 

3. 低合金钢埋弧焊焊剂与焊丝的匹配
 

 

⑴低合金高强钢焊剂与焊丝的匹配

 

埋弧焊焊接低合金钢时主要用于热轧正火钢。选用焊剂与焊丝时应保证焊缝金属的力学性能，应选用与母材强度相当的焊接材料，并综合考虑焊缝金属的冲击韧性，塑性及焊接接头的抗裂性。焊缝金属的强度不易过高，通常控制在不低于或略高于母材强度，过高会导致焊缝金属的冲击韧性，塑性及焊接接头抗裂性降低。

对调质钢，为避免热影响区韧性和塑性的降低，一般不采用粗丝，大电流，多丝埋弧焊，采用陶质焊剂572F-6+HJ350的混合焊剂（其中熔炼焊剂HJ350占80-82%），配合H18CrMoA焊丝可实现30CrMnSiNi2A的埋弧焊接。常用热轧，正火低合金钢埋弧焊焊剂与配用焊丝见表2。

 

表2 常用热轧，正火低合金钢埋弧焊焊剂与配用焊丝

 

⑵耐热钢焊剂与焊丝的匹配

 

耐热钢按其合金成分的含量可分为低合金，中合金，高合金耐热钢。

a 低合金耐热钢焊剂与焊丝的匹配

低合金耐热钢埋弧焊在锅炉，压力容器，管道及汽轮机转子等耐高温工作的焊剂生产上被广泛应用。焊剂与焊丝组合的基本原则是焊缝金属的合金成分，力学性能与母材基本一致或达到产品所要求的性能；为提高焊缝金属的抗热裂性能，应控制焊剂材料的含碳量略低于母材。

Cr-Mo耐热钢焊缝金属如果含碳过低，长时间的焊后热处理会促使铁素体形成，使韧性下降。Cr-Mo耐热钢焊缝金属的碳含量一般应控制在0.08-0.12%范围内，在Cr-Mo较低时碳含量最好控制在0.08%左右；Cr-Mo较高时碳含量最好控制在0.10%左右，这样焊缝金属具有较高的冲击韧性和与母材相当的蠕变强度。焊缝金属的含硅量也应合理控制，过高的硅含量会增大回火脆性。Cr-Mo较低时，硅含量宜在0.1%；Cr-Mo较高时，硅含量最好控制在0.15-0.35%。碳含量应严格控制在0.012%以下。常用耐热钢埋弧焊焊剂与配用焊丝见表3.

 

表3低合金耐热钢埋弧焊时焊剂与配用焊丝

 

b 中合金耐热钢焊剂与焊丝的匹配

中合金耐热钢（如5Cr-0.5Mo，9Cr-1Mo，9Cr-2Mo等）比低合金耐热钢具有更大的淬硬倾向，对焊接冷裂纹更为敏感，因此焊剂，焊丝的选用原则为：在保证焊接接头与母材具有相同的高温蠕变强度和抗氧化性的前提下，提高其抗冷裂性。后壁工件的窄间隙焊接时应选用低氢型碱性焊剂，或采用高碱度的烧结焊剂，如烧结焊剂SJ601，SJ605， SJ103和SJ104等。焊丝的选用有两种方案，一种是选用高Cr-Ni奥氏体钢焊丝，能有效地防止焊接接头热影响区裂纹；另一种是选用与母材成分基本相同的焊丝，可得到同质焊缝金属的接头，容易满足使用要求。

c 低温钢埋弧焊焊剂与焊丝的选用

低温钢要求在较低的使用温度下具有足够的韧性及抗脆性破坏的能力。为此，应选用碱性焊剂，焊丝应严格按照其含碳量，S, P含量应尽量低。目前常选用烧结焊剂配合Mn-Mo或含Ni焊丝；如采用C-Mn焊丝，应配合非熔炼焊剂，通过焊剂向焊缝过渡Ti，B合金元素，以保证焊缝金属的低温韧性。焊接时采用较小的线能量，一般在28-45KJ/cm，其目的在于控制焊缝及近缝区粗晶组织的形成，从而提高焊接接头的低温韧性。常用低温钢埋弧焊时焊剂与配用焊丝见表4.

 

表4常用低温钢埋弧焊时焊剂与配用焊丝 

 

9Ni钢是具有明显的脆性转变温度的低温钢，可在-196℃温度使用，目前作为液氮用钢已被各国普遍采用。焊接时遇到的主要问题是焊接接头的低温韧性，焊接热裂纹和冷裂纹等问题。其中焊缝金属的低温韧性与采用的焊接材料有关；选用与9Ni钢成分相同的焊接材料时，焊缝金属的低温韧性很差，因为焊缝金属的含氧量太高。埋弧焊时由于熔透小，必须增大焊接接头的坡口角度；为减少焊接缺陷，必须采用细焊丝（直径小于3.2mm），碱性焊剂，选用较小的焊接能量，层温控制在100℃以下。9Ni钢焊剂与焊丝组合为：HJ131+（Ni67Cr16Mn3Ti，Ni58Cr22Mo9W）

15Mn26Al4是奥氏体型低温钢，主要用于超低温条件下。焊接时主要存在Al的过渡系数低，焊缝特别是熔合区产生气孔，焊接热裂纹以及焊接接头的低温韧性问题。应适当提高焊接材料中Al的含量，尽量减少焊剂中的氧化物（特别是SiO₂）的含量。常用焊剂与焊丝的组合为：HJ173+12Mn27Al6.其焊剂组分为：Cr 8-15%，CrF₂ 45-55%， Al₂O₃ 20-28%， ZrO₂ 2-4%，SiO₂＜5%, Mn 1-2%， S＜0.02%，P＜0.05%.

d 耐候钢，耐海水腐蚀用钢焊剂及焊丝的匹配

Cu，P是提高钢材耐候及耐海水腐蚀的有效元素，对焊接热循环不敏感，因此钢种Cu，P含量控制在较低范围内，Cu通常控制在0.2-4%左右，C，F的含量均在0.25%以下，所以此类钢焊接时不易产生热裂纹，钢的冷裂倾向也不大，焊接性良好。常用耐候钢及耐海水腐蚀用钢16CuCr，12MnCuCr，15MnCuCr，10MnPNbRE，19MnCuPTi，12MnPRE等，在采用埋弧焊焊接时，焊丝与焊剂的选用一般为：熔炼焊剂HJ431+（H08MnA，H10Mn2）。

4. 不锈钢埋弧焊焊剂与焊丝的匹配
 

不锈钢按其合金组织通常分为奥氏体不锈钢，马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体-铁素体双相不锈钢，沉淀硬化型不锈钢五类，焊接性能差别很大。其中奥氏体-铁素体双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢很少采用埋弧焊进行焊接。

采用埋弧焊对不锈钢进行焊接时，焊剂与匹配焊丝的匹配如下。

 

⑴马氏体不锈钢焊剂与焊丝的匹配

马氏体耐热钢淬硬倾向大，防止冷裂纹是焊接中的首要问题。应选用Cr含量与母材相同的同质焊丝，以保证高温使用性能，并选用高碱度低氢型焊剂。对于常用的马氏体耐热钢（如1Cr13，2Cr13等），采用的焊丝与焊剂组合为：（H1Cr13+H0Cr14）+（SJ601, SJ605, SJ608）。

马氏体不锈钢焊缝和热影响区焊后状态为硬而脆的马氏体组织，在焊接应力的作用下易产生冷裂纹，因此常采用预热，后热和焊后立即高温回火等工艺措施；由于马氏体不锈钢的导热性低，易过热，在热影响区产生淬硬组织，降低焊接接头的性能，一般不采用埋弧焊。如采用埋弧焊，应选用碱性焊剂，应选用碱性焊剂以降低焊缝中的含氢量，降低产生冷裂纹的倾向。例如，1Cr13不锈钢可采用（HJ151，SJ601）+（H1Cr13，H0Cr14，H0Cr21Ni10，H1Cr24Ni13，H0Cr26Ni21）等焊丝。

 

⑵铁素体不锈钢焊剂与焊丝的匹配

铁素体不锈钢（如0Cr11Ti，00Cr12，0Cr13Al，1Cr17等）由于对过热较敏感，一般采用低热量输入的焊接方法，不宜采用大焊接线能量的埋弧焊。

焊接高铬铁素体不锈钢应注意的主要问题是晶间裂纹和脆性问题。由于在焊接热循环的作用下引起的热影响区晶粒长大和碳，氮化物在晶界的聚集，焊接区的塑性和韧性都很低，采用同成分的焊接材料，易产生裂纹，焊前需预热。采用奥氏体焊缝可达到与铁素体母材等强，且塑性较好，但焊前不预热和焊后不进行热处理。常用高铬铁素体不锈钢埋弧焊焊剂与配用焊丝见表5。
 

表5 常用高铬铁素体不锈钢埋弧焊焊剂与配用焊丝

⑶奥氏体不锈钢焊剂与焊丝的匹配
 

奥氏体不锈钢较马氏体，铁素体不锈钢容易焊接，埋弧焊方法通常适用于中厚板的焊接，有时也用于薄板。在焊接过程中Cr，Ni元素的烧损可通过焊剂或焊丝中合金元素的过渡来补充。由于埋弧焊熔深大，应注意防止焊缝中心热裂纹的产生和热影响区耐蚀性的降低。

奥氏体不锈钢热裂纹敏感性大，这就要求其焊缝成分大致与母材成分匹配。同时应控制焊缝金属中的铁素体含量，对长期在高温下工作的焊件，焊缝中的铁素体含量应不大于5%。大多数奥氏体耐热钢都可采用埋弧焊，焊丝应选用低硅，低硫，低磷，成分与母材相近的焊丝；对Cr，Ni含量大于20%的奥氏体钢，为提高抗裂性能，可选用高Mn（6-8%）焊丝。焊剂应选用碱性或和中性焊剂，以防止向焊缝增硅。奥氏体不锈钢专用焊剂增硅极少，还可过渡合金，补偿元素烧损，可以满足焊缝性能和化学成分的要求，如烧结焊剂SJ601, SJ601Cr等。

常用奥氏体不锈钢埋弧焊焊剂与配用焊丝见表6。焊接时应选择细焊丝和较小的焊接线能量。

表6 常用奥氏体不锈钢埋弧焊焊剂与配用焊丝

 

弥散硬化耐热钢是通过热处理获得高强度的合金钢，这类钢不仅具有耐热性和抗氧化性，而且具有较高的塑性和断裂韧性。埋弧焊可用来焊接厚度小于13mm的弥散硬化耐热钢。如不要求焊缝金属与母材等强，可使用Cr-Ni奥氏体钢焊丝，否则必须使用特种焊丝和焊剂。特别是含Al，Ti等元素的钢，焊接时应采用无氧化性的焊剂，以保证焊丝和母材中的铝大部分过渡到焊缝金属中。常用弥散硬化耐热钢埋弧焊时焊剂与配用焊丝见表7。

表7 常用弥散硬化耐热钢埋弧焊焊剂与配用焊丝

 

5. 其他高合金埋弧焊焊剂与焊丝的匹配
 

 

⑴马氏体时效钢焊剂与焊丝的匹配
 

马氏体时效钢指以铁，镍为鸡翅，含碳＜0.03%，镍18-25%，并含有能产生时效强化的合金元素，具有高屈服强度，高断裂韧性以及良好的工艺性能，主要用于航空，航天等构件，有Ni18%，Ni20%，Ni25%三种类型。焊接时应注意焊接热影响区的软化，焊缝金属的强度，韧性，热裂纹以及应力腐蚀等问题。采用与母材化学成分相同的填充金属，其焊缝金属为低碳马氏体，时效后可得到硬化；但是焊丝中应含有较高的Ti。应采用不含硅酸盐的碱性焊剂，普通焊剂不宜用来焊接马氏体时效钢。常用碱性焊剂的化学组分举例如下：Al₂O₃ 37%，CaCO₃ 28%，CaF₂ 15%，Mn₂O₃ 14%，Ti-Fe 6%。

⑵高锰钢焊剂与焊丝的匹配
 

高锰钢是指含碳0.9-1.3%和含锰11-14%的奥氏体铸钢，焊接性差，焊接时会在热影响区析出碳化物引起脆化和在焊缝上产生热裂纹，特别是在热影响区产生液化裂纹。焊接时采用冷焊并使用小的焊接线能量，一般不用埋弧焊，但有时采用埋弧焊焊接道岔，常用焊丝与焊剂组合为H0Cr16Mn16+（HJ107，HJ151）。

 

6. 有色金属埋弧焊焊剂与焊丝的匹配
 

 

⑴镍基合金焊剂与焊丝的匹配
 

镍及镍基耐蚀合金是化学，石油，有色合金冶炼，航空航天，核能工业中耐高温，高压，高浓度或混有不纯物等苛刻腐蚀环境的比较理想的金属结构材料。镍基耐蚀合金按合金中主要元素Ni，Cu，Cr，Fe及Mo含量进行划分。通常分为Ni，Ni-Cu（蒙乃尔），Ni-Mo-（Fe）（哈斯特泖依），Ni-Cr-Fe（因康镍），Ni-Cr-Mo，Ni-Cr-Mo-Cu与Ni-Fe-Cr（因康洛依）等合金系列。其中的固溶强化镍基耐蚀合金适于埋弧焊，特别是对于厚大板材，焊接稀释率较高，电弧稳定，焊缝表面光滑。普通焊剂不适于焊接镍基耐蚀合金，需采用专用焊剂。常用耐蚀合金埋弧焊焊剂与配用焊丝见表8。

表8 常用耐蚀合金埋弧焊焊剂与配用焊丝的应用特点

 

⑵铜及合金焊剂与焊丝的匹配
 

埋弧焊可用于纯铜，锡青铜，铝青铜，硅青铜的焊接，也可用于黄铜及铜-铜的焊接。采用直流反接，适于厚度6-30mm的中，厚板长焊缝的焊接，厚度20mm以下的工件可在不预热和不开坡口的工艺下获得优良的接头。针对焊接时易出现焊道成形差，焊缝和热影响区热裂倾向大，气孔倾向严重及接头性能下降的问题，无论是单面焊和双面焊，反面均须采用各种形式的垫板，铜引弧板和收弧板等。

焊剂常采用HJ431，HJ430，HJ260，HJ150，HJ570，HJ671等，其中熔炼焊剂HJ431，HJ430焊接工艺性好，但氧化性较强，易向焊缝过渡Si，Mn等元素，造成焊接接头导电性，耐蚀性及塑性降低。HJ260，HJ150氧化性较弱，增Si，增Mn倾向小，与普通紫铜焊丝配合，焊缝金属的伸长率达38-45%，适于接头性能要求高的焊件。SJ570适于厚度20mm以下的铜板的焊接，SJ671适于厚度20-40mm无氧铜板的焊接。常用铜及铜合金的焊剂与配用焊丝见表9。

 

表9 常用铜及铜合金的焊剂与配用焊丝

 

7. 电渣焊焊剂与焊丝的匹配
 

电渣焊常用的焊剂有熔炼焊剂HJ431，HJ170，HJ252和HJ360等，HJ170具有良好的导电性，主要用于电渣建立初期渣池和手工电渣焊补铸钢件；HJ252用于电渣焊低碳钢和低合金钢，也可用于高合金钢的堆焊及电渣熔炼；HJ360用于电渣焊大型低碳钢和某些低合金钢。

⑴碳钢电渣焊焊剂与焊丝的匹配
 

电渣焊熔池温度比埋弧焊低，焊接过程中焊剂更新量少，所以焊剂的Si，Mn还原作用弱。若仍按埋弧焊时选用H08A+HJ431，则焊缝金属得不到足够的Si，Mn，性能难以保证。根据试验结果还发现，Mn的过渡量与焊剂的碱度有关，随焊剂碱度增大，Mn的过渡量也增大，故常选用中锰高硅低氟的焊剂HJ360或低锰中硅中氟的焊剂HJ252；若选用HJ431时，则应选用锰，硅含量高的H10MnSi焊丝等。常用碳钢的电渣焊焊剂与配用焊丝见表10。

表10 常用碳钢的电渣焊焊剂与配用焊丝

 

⑵低合金高强钢电渣焊焊剂与焊丝的匹配

常用热轧，正火低合金高强钢制造的厚壁压力容器等大型厚板结构，常采用电渣焊焊接。由于电渣焊焊缝和热影响区严重过热，焊后需要进行正火处理，以细化晶粒，提高焊接区的塑性和韧性。焊剂材料的选用原则与埋弧焊时基本一样，一般选用熔炼焊剂HJ360，HJ252，HJ170等焊剂，配用含锰，硅或其他因素的焊丝可得到焊缝所需要的强度，也可采用HJ431焊剂。常用热轧，正火低合金高强钢电渣焊焊剂与配用焊丝见表11。

 

表11 常用热轧，正火低合金高强钢电渣焊焊剂与配用焊丝

 

在我国低合金耐热钢厚壁容器的生产中，多丝电渣焊可一次完成厚度40-400mm部件的焊接。焊接过程中产生大量热能对焊接熔池周围的母材起到预热作用，适于空淬性较高的低合金耐热钢；由于焊接热循环平缓，焊接接头区域冷却缓慢，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出。电渣焊的缺点是焊缝和热影响区晶粒粗大，对重要结构焊后应进行正火处理，以细化晶粒，提高缺口冲击韧性。常用低合金耐热钢电渣焊焊剂与配用焊丝见表12。
 

表12 常用低合金耐热钢电渣焊焊剂与配用焊丝

电渣焊可以焊接大厚度奥氏体不锈钢，一般采用HJ252，HJ360，SJ602配合相应的焊丝进行焊接。但电渣焊接头和近缝区过热严重，造成组织粗化。为了保证电渣焊接头区域的耐蚀性，焊后应进行热处理。

电渣焊还可用来堆焊耐磨，耐蚀，耐热等特殊要求的表面层，如堆焊轧辊，锻模，冲模等，具有效率高的优点。在选用焊接材料时应根据所焊工件的工作条件，技术要求，性能要求等来确定焊接材料。一般常采用HJ360，HJ252，SJ602焊剂，配合相应成分的焊丝或焊带。