2.2　焊剂

焊剂是具有一定粒度的颗粒状物质，焊接时能够熔化形成熔渣和气体，是埋弧焊和电渣焊不可缺少的焊接材料。在焊接过程中，焊剂的作用相当于焊条药皮，熔化形成熔渣，对焊接熔池起保护、冶金处理和改善焊接工艺性能的作用，烧结焊剂还具有渗合金作用。焊剂与焊丝组合，即为埋弧焊和电渣焊所需的焊接材料。目前我国焊丝和焊剂的产量约占焊接材料总量的15%左右。

2.2.1　焊剂的分类及特点

目前国产焊剂已有50余种。焊剂可分别按用途、制造方法、化学成分、焊接冶金性能等进行分类；也可按焊剂的酸碱性、焊剂的颗粒结构来分类。但每一种分类方法都只是从某一方面反映了焊剂的特性，不能概括焊剂的所有特点。了解焊剂的分类是为更好地掌握焊剂的特点，以便正确选择和使用。

（1）按焊剂的制造方法分类

根据焊剂的制造方法，可以把焊剂分成熔炼焊剂和非熔炼焊剂（陶质焊剂、烧结焊剂）两大类。

① 熔炼焊剂　把各种矿物性原料按配方比例混合配成炉料，然后在电炉或火焰中加热到1300℃以上熔化，均匀后出炉经过水冷粒化、烘干、筛选得到的焊剂称为熔炼焊剂。熔炼焊剂采用的原料主要有锰矿、硅砂、铝矾土、镁砂、萤石、生石灰、钛铁矿等矿物性原料，另外还加入冰晶石、硼砂等化工产品。熔炼前所用的原料应进行150～200℃的烘干，以清除原料中的水分。由于熔炼焊剂过程中要熔化原料，所以焊剂中不能加碳酸盐、脱氧剂和合金剂，制造高碱度焊剂也很困难。而且，熔炼焊剂经熔炼后不可能保持原料的原组分不变，所以，熔炼焊剂实质上是各种化合物的组合体。

熔炼焊剂按其颗粒结构又可分为玻璃状焊剂、结晶状焊剂和浮石状焊剂三种。玻璃状焊剂呈透明状颗粒，结晶状焊剂的颗粒具有结晶体特点，浮石状焊剂是泡沫状颗粒。玻璃状焊剂和结晶状焊剂的结构都较致密，松装密度（单位体积内焊剂的质量）为1.1～1.8g/cm3，浮石状焊剂的结构比较疏松，松装密度为0.7～1.0g/cm3。

② 非熔炼焊剂　把各种粉料按配方混合后加入黏结剂，制成一定粒度的小颗粒，经烘焙或烧结后得到的焊剂，称为非熔炼焊剂。

制造非熔炼焊剂所采用的原材料与制造焊条的原材料基本相同，对成分和颗粒大小有严格要求。按照给定配比配料，混合均匀后加入黏结剂（水玻璃）制成湿料，然后把湿料进行造粒，制成一定尺寸的颗粒（一般为0.5～2mm），造粒之后将颗粒状的焊剂放入干燥炉内固化、烘干、去除水分，加热温度为150～200℃，最后送入烧结炉内烧结。根据烘焙温度的不同，非熔炼焊剂又分类如下。

a.黏结焊剂（亦称陶质焊剂或低温烧结焊剂）：通常以水玻璃作为黏结剂，经350～500℃低温烘焙或烧结得到的焊剂。由于烧结温度低，黏结焊剂具有吸潮倾向大、颗粒强度低等缺点。目前我国作为产品供应量还不多。

b.烧结焊剂：通常在较高的温度（700～1000℃）烧结，烧结后粉碎成一定尺寸的颗粒即可使用。经高温烧结后，焊剂的颗粒强度明显提高，吸潮性大大降低。

与熔炼焊剂相比，烧结焊剂熔点较高，松装密度较小，故这类焊剂适于大能量焊接。烧结焊剂的碱度可以在较大范围内调节而仍能保持良好的工艺性能，可以根据施焊钢种的需要通过焊剂向焊缝过渡合金元素；而且烧结焊剂适用性强、制造简便，近年来发展很快。表2-26对熔炼焊剂与烧结焊剂的特点进行了比较。

根据不同的使用要求，还可以把熔炼焊剂和烧结焊剂混合起来使用，称为混合焊剂。

焊剂的粒度越大，其松装密度越小，透气性越大，焊缝金属中含氮量越多，保护效果越差。但是，并非焊剂的松装密度越大越好，因为当熔池中有大量气体析出时，如果松装密度过大，则透气性过小，将阻碍气体外逸，促使焊缝形成气孔，使焊缝表面出现压坑等缺陷。所以焊剂应具有适当的透气性。埋弧焊时焊缝中含氮量一般为0.002%～0.007%，比手工电弧焊的保护效果好。

（2）按焊剂的化学成分或渣系分类

① 按照焊剂的主要成分分类

a.按SiO2含量分类：可分为高硅焊剂（SiO2>30%）、中硅焊剂（SiO2=10%～30%）、低硅焊剂（SiO2<10%）、无硅焊剂。

b.按MnO含量分类：分为高锰焊剂（MnO>30%）、中锰焊剂（MnO=15%～30%）、低锰焊剂（MnO<2%～15%）、无锰焊剂（MnO<2%）。

c.按CaF2含量分类：可分为高氟焊剂（CaF2>30%）、中氟焊剂（CaF2=10%～30%）、低氟焊剂（CaF2<10%）。

d.按MnO、SiO2、CaF2含量进行组合分类：HJ431可称为高锰高硅低氟焊剂，HJ350可称为中锰中硅中氟焊剂，HJ250可称为低锰中硅中氟焊剂。高锰高硅低氟焊剂属于酸性焊剂，焊接工艺性能良好，适于交直流电源，主要用于焊接低碳钢及对韧性要求不高的低合金钢。中锰中硅中氟焊剂属于中性焊剂，焊接工艺性能和焊缝韧性均可，多用于低合金钢焊接结构。无锰低硅高氟焊剂属于碱性焊剂，焊接工艺性能较差，仅适用于直流电源。焊剂氧化性小，焊缝韧性高，可焊接不锈钢等高合金钢。

e.按焊剂的主要成分与特性分类：此分类方法直观性强，易于分辨焊剂的主要成分与特性。我国的烧结焊剂采用这种分类方法。

表2-27列出了按主要成分与特点对焊剂的分类，是国际焊接学会推荐的焊剂分类方法。

② 按焊剂的渣系分类

a.硅酸盐型：如氧化锰-二氧化硅型（MnO+SiO2>50%）、氧化钙-二氧化硅型（CaO+MgO2+SiO2>60%）、氧化锆-二氧化硅型（ZrO2+ SiO2>35%）。

b.铝酸盐型：如氧化铝-二氧化钛型（Al2O3+TiO2>45%）、碱性氧化铝型（Al2O3+CaO+MgO>45%，其中Al2O3≥20%）。

c.碱性氟化物型：如含氟化物的焊剂（CaO+MgO+MnO+CaF2>50%，其中SiO2≤20%，CaF2>15%）。

（3）按焊剂的化学性质分类

根据焊剂氧化性的强弱，可将焊剂分为以下三种类型。

① 氧化性焊剂　焊剂对焊缝金属有较强的氧化作用。有两种类型的氧化性焊剂：一种是含有大量SiO2、MnO的焊剂；另一种是含有FeO较多的焊剂。

② 弱氧化性焊剂　焊剂含SiO2、MnO、FeO等活性氧化物较少。焊剂对焊缝金属有较弱的氧化作用，焊缝金属含氧量较低。

③ 惰性焊剂（或称中性焊剂）　焊剂里基本不含SiO2、MnO、FeO等氧化物。焊剂对焊缝金属基本没有氧化作用；焊剂是由Al2O3、CaO、MgO及CaF2等组成。

（4）按熔渣的碱度分类

碱度是熔渣最重要的冶金特征之一，对熔渣-金属相界面处冶金反应、焊接工艺性能和焊缝金属的力学性能有很大影响。国际焊接学会推荐的公式为：

式中，各组分的含量按质量分数计算。根据计算结果作如下分类。

① 酸性焊剂（碱度B<1.0）：具有良好的焊接工艺性能，焊缝成形美观，但可使焊缝金属增硅，焊缝金属含氧量高，低温冲击韧性较低。

② 中性焊剂（碱度B=1.0～1.5）：熔敷金属的化学成分与焊丝的化学成分相近，焊缝含氧量有所降低。

③ 碱性焊剂（碱度B>1.5）：采用碱性焊剂得到的熔敷金属含氧量低，可获得较高的焊缝冲击韧性，抗裂性好，但焊接工艺性能较差。B>2.0的焊剂称为高碱度焊剂，有除硫及降硅作用，焊缝金属的氧含量很低，低温冲击韧性值高。但是，随着碱度的提高，焊道形状变得窄而高，并容易产生咬边、夹渣等缺陷。

按照国际焊接学会推荐公式计算出的部分国产焊剂碱度值见表2-28。　

（5）按焊剂的用途分类

① 按焊剂的使用用途，可分为埋弧焊焊剂、堆焊焊剂、电渣焊焊剂。

② 按所焊材料的种类，可分为低碳钢用焊剂、低合金钢用焊剂、不锈钢用焊剂、镍及镍合金用焊剂、钛及钛合金用焊剂等。

③ 按焊接工艺特点分类。

a.单道焊或多道焊焊剂，仅适用于单面单道焊、双面双道焊。

b.高速焊焊剂，用于焊接速度大于60m/h的焊接场合。

c.超低氢焊剂，熔敷金属中的扩散氢含量小于或等于2mL/100g，有利于消除焊接延迟裂纹。

d.抗锈焊剂，对铁锈不敏感，有良好的抗气孔性能。

e.高韧性焊剂，焊缝金属的韧性高，适用于焊接低温下工作的压力容器。

f.单面焊双面成形焊剂，使焊缝背面根部成形满足需要，主要在造船业中使用。

2.2.2　焊剂的型号与牌号

焊剂的型号是依据国家标准的规定进行划分的，焊剂的牌号是由生产厂商依据一定的规则来编排的，同一型号中可以包括多种焊剂牌号。

（1）焊剂的型号

目前，我国有关焊剂型号的国家标准主要有GB/T 5293—1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》、GB 12470—2003《低合金钢埋弧焊用焊剂》和GB/T 17854—1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》等。

① 碳素钢埋弧焊用焊剂的型号　

GB/T 5293—1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》中关于焊剂型号的编制：国标GB/T 5293—1999第一次将焊剂与焊丝编入同一个标准中，可以供使用单位更加全面地理解焊丝、焊剂与熔敷金属力学性能的关系。标准中的型号是根据焊丝-焊剂组合的熔敷金属力学性能、热处理状态进行划分的。

完整的焊丝-焊剂型号举例：

焊丝焊剂组合的型号编制方法规定如下。

a.字母“F”表示焊剂。

b.第一位数字表示焊丝-焊剂组合的熔敷金属抗拉强度的最小值，见表2-29。

c.第二位字母表示试件的热处理状态，“A”表示焊态，“P”表示焊后热处理状态。焊后热处理按以下工艺参数进行：试件装炉时炉温不得高于300℃，然后以不大于200℃/h的升温速度加热到620℃±10℃，保温1h，保温后以不大于190℃/h的冷却速度炉冷至320℃，然后炉冷或空冷至室温。也可根据供需双方协议，采用其他热处理规范。

d.第三位数字表示熔敷金属冲击吸收功不大于27J时的最低试验温度，见表2-30。

e.“-”后面表示焊丝的牌号，焊丝的牌号按GB/T 14957，其中“H”表示焊丝，字母后面的两位数字表示焊丝中平均碳含量，如有其他化学成分，在字母的后面用元素符号表示，牌号最后的A、E、C分别表示S、P杂质含量的等级。

这种焊剂型号的表示方法有以下特点：

每种型号的焊剂不特别规定其制造方法，可以是熔炼型或非熔炼型；

每一种型号的焊剂是按照焊缝金属的力学性能划分的，但对S、P含量有所控制（S≤0.06%．P≤0.08%），这与碳钢焊条的型号划分原则一致。

② 低合金钢埋弧焊用焊剂的型号　根据国标GB 12470—90《低合金钢埋弧焊用焊剂》的规定，低合金钢埋弧焊用焊剂型号是根据熔敷金属力学性能和焊剂渣系来划分的。

焊剂型号-焊丝牌号组合举例：

焊剂型号-焊丝牌号组合的编制方法如下。

a.字母“F”表示低合金钢埋弧焊用焊剂，“F”是英文Flux的首字母。

b.第一位数字代号X1分为5，6，…，10类，表示熔敷金属拉伸性能，每类均规定了抗拉强度、屈服强度及伸长率三项指标，见表2-31。

c.第二位数字代号X2表示试样状态：用“0，1”表示：“0”表示焊态，“1”表示焊后热处理态，见表2-32。

注：试样或样坯按以下参数进行焊后热处理，即装炉时炉温不得高于300℃，升温速度不大于220℃/h，620℃±15℃保温1h，再炉冷至300℃，炉冷速度不得大于175℃/h，300℃以下时，炉冷或空冷均可。

d.第三位数字代号X3分为0，1，…，6，8，10，表示熔敷金属冲击功不小于27J时的试验温度，见表2-33。

e.第四位数字代号X4分为1，2，…，6，表示焊剂渣系，见表2-34。

f.尾部“H×××”表示试件焊接时所用的焊丝牌号，按国标GB 1300之规定。

例如：F5121-H08MnMoA，表示这种低合金钢埋弧焊用焊剂采用H08MnMoA焊丝，按GB 12470—90标准规定的工艺参数焊接试件，并经焊后热处理，熔敷金属的抗拉强度为480～650Mpa，屈服强度不低于380MPa，伸长率不低于22%，在20℃时V形缺口冲击功不小于27J，焊剂渣系为氟碱型。

③ 埋弧焊用不锈钢焊剂的型号　根据国标GB/T 17854—1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》的规定，埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂的熔敷金属中铬含量应不大于11%，镍含量应小于38%；焊丝和焊剂的型号分类是根据焊丝-焊剂组合的熔敷金属化学成分、力学性能进行划分。

不锈钢埋弧焊焊剂焊丝组合的举例：

焊丝-焊剂组合的型号编制方法如下。

a.字母“F”表示焊剂。

b.“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。

c.“-”后面表示焊丝的牌号，焊丝的牌号符合YB/T 5092标准。

表2-35规定了各种埋弧焊用不锈钢焊剂-焊丝组合熔敷金属的化学成分和力学性能。

注：1.焊剂型号的字母L表示碳含量较低。

2.F410-H×××的熔敷金属的力学性能试样加工前经840～870℃加热2h后，以小于55℃/h的冷却速度炉冷至590℃，随后空冷。

3.F430-H×××的熔敷金属的力学性能试样加工前经760～785℃加热2h后，以小于55℃/h的冷却速度炉冷至590℃，随后空冷。

（2）焊剂的牌号

根据原机械工业部《焊接材料产品样本》的划分，熔炼焊剂的牌号用“HJ×××”表示，烧结焊剂的牌号用“SJ×××”表示。

① 熔炼焊剂牌号的编制方法

a.焊剂牌号前“HJ”表示埋弧焊和电渣焊用熔炼焊剂。

b.焊剂牌号第一位数字表示焊剂中MnO2含量，熔炼焊剂牌号中第一位数字的表示含义见表2-36。

c.牌号第二位数字表示焊剂中SiO2、CaF2含量，熔炼焊剂牌号中第二位数字的表示含义见表2-37。

d.牌号第三位数字表示同一类型熔炼焊剂的不同牌号，按0，1，2，…，9顺序排列。

e.对同一牌号熔炼焊剂生产两种颗粒度时，在细颗粒焊剂牌号后加“X”区分。焊剂颗粒度一般分为两种：普通颗粒度焊剂的粒度为40～8目，细颗粒度焊剂的粒度为60～14目。

熔炼焊剂牌号举例：

② 烧结焊剂牌号的编制方法

a.牌号前“SJ”表示埋弧焊用烧结焊剂。

b.烧结焊剂牌号第一位数字表示焊剂熔渣的渣系类型，烧结焊剂牌号中第一位数字的表示含义见表2-38。

c.牌号第二位、第三位数字表示同一渣系类型的烧结焊剂的不同牌号，按01，02，…，09顺序编排。

烧结焊剂牌号举例：