焊工工艺学-焊条电弧焊4-1

1、焊 条 电 弧 焊 4-1 焊条电弧焊的原理及特点 焊条电弧焊的焊接回路 是由弧焊电源、电缆、焊钳、焊条、电 弧和焊件组成。 焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电 弧焊方法。是最常用的熔焊方法之一。 一、焊条电弧焊的原理 在焊条末端和工件之间燃烧的 电弧所产生的高温使药皮、焊 芯及工件熔化，药皮熔化过程 中产生的气体和熔渣，不仅使 熔池和电弧周围的空气隔绝， 而且和熔化了的焊芯、母材发 生一系列冶金反应，使熔池金 属冷却结晶后形成符合要求的 焊缝。 焊条电弧焊的过程 二、焊条电弧焊的特点 1）操作灵活，适应性强。不规则的焊缝。凡焊条能够达到的地方都能进 行焊接。 2）应用范围广，用于大多数工

2、业用的金属和合金的焊接。选用合适的焊 条可以焊接碳素钢、低合金钢、高合金钢、有色金属。而且可以焊接 异种金属，还可以铸铁焊补和各种金属材料的堆焊等。 3）易于分散焊接应力和控制焊接变形。可通过改变焊接工艺来减少变形 和改善焊接应力的分布。 4）使用的设备比较简单，价格相对便宜且轻便。焊条电弧焊使用的交、 直流焊机都比较简单，操作时不需要复杂的辅助设备，只需简单的辅 助工具。且不需辅助气体防护。并具有较强的抗风能力。 1、焊条电弧焊的优点 1） 对焊工操作技术要求高。焊工培训费用大。焊条电弧焊的焊接质量，除靠选用合 适的焊条、焊接工艺参数和焊接设备外，主要靠焊工的操作技术和经验保证。即 焊条电弧

3、焊的焊接质量在一定程度上决定了焊工操作技术。因此必须经常进行焊 工培训。 2）劳动条件差。焊条电弧焊主要靠焊工的手工操作和眼睛观察完成全过程，焊工的 劳动强度大，并且始终处于高温烘烤和有毒的烟尘环境中。因此要加强劳动保护。 3）生产效率低。焊条电弧焊主要靠手工操作，并且焊接工艺参数选择范围较小，另 外焊接时要经常更换焊条，并要经常进行焊道熔渣的清理，与自动焊相比，焊接 生产率低。 4）不适于特殊金属及薄板的焊接。如活泼金属（ Ti、Nb、Zr等）和难熔金属（Ta、 Mo等），这些金属对氧的污染非常敏感，焊条的保护作用不能防止这些金属氧化， 焊接质量达不到要求，所以不能采用焊条电弧焊；对于低熔点

4、金属如 Pb、Sn、 Zn及其合金等，电弧的温度对其来讲太高，也不能采用焊条电弧焊。另外，焊条 电弧焊的焊接工件厚度一般在1.5mm以上；1mm以下的薄板不适于焊条电弧焊。 2、焊条电弧焊的缺点 4-2 焊条 涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极叫电焊条，简称焊条。 在靠近夹持端的药皮上印有焊条牌号电焊条 一、焊条的组成及作用 焊条：焊芯和药皮组成 焊芯：焊条中被药皮包敷的金属丝 焊条规格：焊条直径以焊芯直径来表示，焊条长度在250 450mm l一夹持端 2一药皮 3一焊芯 4一引弧端 焊条规格 焊条以焊芯的直径为公称直径，根据焊芯的材质和直径决定焊条的长 度。不同类别焊条的规格见表 1焊芯

5、(1)焊芯的作用 作电极传导焊接电流，产生电弧。 焊芯熔化后成为填充金属，与熔化了的母 材混合形成焊缝。 注：焊条电弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属的50%70%。所以焊芯的化学 成分直接影响焊缝的质量。 （2）焊芯中各元素对焊接质量的影响 碳 碳是良好的脱氧剂，减少空气中的氧、氮对熔池的不良作用；但含量过 高，引起较大的飞溅和气孔，且会明显提高焊缝强度、硬度，降低塑性。 一般不大于0.1%。 锰 锰能减少焊缝中氧的含量，又可减少硫引起的焊缝热裂纹倾向。可作为 合金元素提高焊缝的力学性能。 硅 适量的硅能提高焊缝的强度、弹性及抗酸性能，是较好的脱氧剂，但会 提高熔渣的黏度，易形成夹渣，过多的硅

6、会降低塑性和韧性，增加飞溅。 一般限制在0.03%以下 铬 对于合金钢和不锈钢能提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢， 易于氧化，夹形成难熔氧化物，使焊缝易产生夹渣。一般限制在0.2%以 下 镍 对于低碳钢是一种杂质，一般要求小于0.3%。一般低温冲击值要求较高 时，可适当掺入一些。 硫 随硫含量的增加，会增大焊缝的热裂纹倾向，焊芯中硫不得大于0.04%， 重要焊接结构，硫不得大于0.03% 磷 磷会使焊缝产生冷脆，造成焊缝韧性，特别是低温冲击韧性下降。磷不 得大于0.04%，重要结构焊接不得大于0.03%。 （3）焊芯的分类及牌号 根据GB焊接用钢丝标准规定，专门用于制造焊芯和焊丝 的

7、钢材，可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。 焊条钢牌号一律用汉语拼音字母H做字首，其后紧跟钢号，表 示方法与优质碳素结构钢、合金钢相同。 若钢号末尾注有高字 （或字母A），为高级优质焊条钢，含硫、磷量较低。若末尾 注有“特”字（或字母E），为特级焊条钢，含硫、磷更低。 举例如下： H08低碳焊条钢，含碳量约0.08，含硫、磷均小于0.04。 H08A高级低碳焊条钢，含碳量约0.08，含硫、磷均小于 0.03。 H1Crl 9NITi一铬镍钛不锈钢焊条钢。 2. 药皮 定义：涂敷在焊芯表面的有效成分叫药皮。 由几种或几十种成分。 药皮的质量系数Kb：焊长药皮与焊芯（不包括夹持端）的质量比。

8、 Kb一般在40%60%之间 （1）药皮的作用 1.机械保护作用 药皮熔化时产生气体和熔渣，可隔离空气， 保护熔融金属。熔渣冷却后，在焊缝表面形成渣壳，可防 止焊缝表面金属不被氧化并减慢焊缝的冷却速度，有利于 熔池中气体逸出，减少产生气孔的可能性，并改善焊缝成 形。 2.冶金处理渗合金作用 药皮中加有脱氧剂和合金剂，通过熔 渣与熔化金属的化学反应，可减少氧、硫、磷等有害杂质， 并添加有益元素，使焊缝金属获得符合要求的力学性能。 3.改善焊接工艺性能 通过调整药皮成分，可使电弧稳定燃烧、 飞溅少、焊缝成形好、易脱渣、熔敷效率高，可适应全位 置焊接需要 焊条药皮是由各种矿物类、铁合金和金属类、 有

9、机物类及化工产品等原料组成。 一种焊条药皮的配方，一般都由八九种以上 的原料组成。 （2）药皮的组成 焊条药皮组成物的名称、成分及主要作用 注： 焊条药皮是由各种矿物类、铁合金和金属类、有机 物类及化工产品等原料组成。 焊条药皮中的许多物质，往往同时可起几种作用。 例如： 大理石既有稳弧作用，又是造气剂和造渣剂。 锰铁、硅铁等既可作脱氧剂，又可作合金剂。 水玻璃虽主要作为黏结剂，但实际上也是稳 弧 剂和造渣剂。 （3）焊条药皮的类型 钛铁 矿型 30%以上的钛 铁矿 熔渣流动性良好，电弧吹力较大，熔深较 深，熔渣覆盖良好，脱渣容易，飞溅一般， 焊波整齐。焊接电流为交流或直流正、反 接，适用于全

10、位置焊接 用于焊接较重要的碳 钢结构及强度等级较 低的低合金钢结构。 常用焊条为E4301、 E5001 钛钙 型 30%以上的氧 化钛和20%以 下的钙或镁的 碳酸盐矿 熔渣流动性良好，脱渣容易、电弧稳定， 熔深适中，飞溅少，焊波整齐，成形美观。 焊接电流为交流或直流正、反接，适用于 全位置焊接 用于焊接较重要的碳 钢结构及强度等级较 低的低合金结构。常 用焊条为E4303、 E5003 低氢 钠型 碳酸盐矿和萤 石 焊接工艺性能一般，熔渣流动性敢，焊波 较粗，熔深中等，脱渣性较好，可全位置 焊接，焊接电流为直流反接。焊接时要求 焊条干燥，并采用短弧。该类焊条的熔敷 金属具有良好的抗裂性能和

11、力学性能 用于焊接重要的碳钢 结构及低合金钢结构。 常用焊条为E4315、 E5015 低氢 钾型 在低氢钠型焊 条药皮的基础 上添加了稳弧 剂，如钾水玻 璃等 电弧稳定，工艺性能、焊接位置与低氢钠 型焊条相似，焊接电流为交流或直流反接。 该类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能 和力学性能 用于焊接重要的碳钢 结构，也可焊接相适 用的低合金钢结构。 常用焊条为E4316、 E5016 高纤维素钠型：主要焊接一般低碳钢结构， 也可打底焊及立向下焊。常用焊条为E4310、 E5010 高钛钠型：用于焊接一般的碳钢结构，特别 适合薄板结构，也可用于盖面焊。常用焊 条为E4312 氧化铁型：用于焊接重要

12、的低碳钢结构及强 度等级较低的低合金钢结构。常用焊条为 E4320、E4322 二、焊条的种类、型号及规格 1、焊条的分类 （1）根据焊条的用途可分为碳钢、低合金 钢、不锈钢、堆焊、铝及铝合金、铜及铜 合金、铸铁焊条、镍及镍合金等。 （2）按焊条药皮熔化后的熔渣特性分类： 可分为酸性焊条和碱性焊条。 1）酸性焊条 酸性焊条熔渣的主要成分是酸性氧化物（如SiO2、 TiO2 、 Fe2CL3等），它在焊接过程中容易放出含氧物质，以及 药皮里的有机物，分解时产生保护气体。因此烘干温度不 能超过250。 这类焊条氧化性较强，容易使合金元素氧化，同时电弧中 的氢离子容易和氧离子结合生成氢氧根离子，可防

13、止氢气 孔，因此这类焊条对铁锈不敏感。 酸性渣不能有效地清除熔池中的硫、磷等杂质，因此焊缝 金属产生偏析的可能性较大，出现热裂纹的倾向较高，焊 缝金属的冲击韧度较低。 酸性焊条的优点是价格较低，焊接工艺性较好，容易引弧， 电弧稳定，飞溅小，对弧长、对油锈不敏感，焊前准备要 求低，而且焊缝成形好，广泛用于一般结构。 这类焊条的典型牌号产品有：结422、热202、热307等 2) 碱性焊条 碱性焊条熔渣的主要成分是碱性氧化物（如大理 石、萤石等）和铁合金，焊接时大理石分解，产 生二氧化碳气体。 这类焊条的氧化性弱，对油、水、铁锈等很敏感。 如果焊前工件焊接区没有清理干净、或焊条未完 全烘干，容易产

14、生气孔。 但焊缝金属中合金元素较多，硫、磷等杂质较少， 因此焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较好，故 这类焊条主要用于焊接重要结构。 碱性焊条突出的缺点是价格稍贵，工艺性能差， 引弧困难，电弧稳定性差，飞溅较大，必须采用 短弧焊接，焊缝外形稍差，鱼磷纹较粗。 必须说明一点，对同一序列的焊条，无论 是酸性焊条，还是碱性焊条，它们的熔敷 金属的力学性能都能满足使用要求，只是 酸性焊条熔敷金属的塑性和韧性稍差，因 此至今还广泛地应用。 为了更好地掌握酸性焊条与碱性焊条的特 点，将这两类焊条的特性对比列表 l2 12。 酸性焊条 酸性氧化物比碱性氧化物多 适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低 焊缝塑性

15、韧性差、不宜用于重要构件 碱性焊条 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高， 适于重要构件 2.焊条型号 (1)碳钢焊条和低合金钢焊条根据国家标准规 定，这类焊条的型号，根据熔敷金属的抗 拉强度，药皮类型、焊接位置和焊接电流 种类划分。 型号编制方法如下： 焊条型号 E4303： E碳钢焊条 43：焊缝抗拉43 kgf/mm2 0：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊 03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，03 为钛钙型药皮、交流或直流 低合金钢焊条还附有后缀字母，为熔敷金属 的化学成分分类代号。见下表所示。 碳钼钢焊条E X X X X

16、-A1 铬钼钢焊条E X X X X-B1B3 镍钢焊条E X X X X-C1C3 镍钼钢焊条E X X X X-NM 锰钼钢焊条E X X X X-D1D3 其他低合金钢焊条 E X X X X-G、M、M1、W （2）不锈钢焊条型号 按国家标准规定，不锈钢焊条型号是根据熔 敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置 和电流种类来划分的。 例：E 308 L 15 说明：数字后的字母“L”表示碳含量较低； “H”表示碳含量较高； “R”表示硫、磷、硅含量较低。 焊条种类 焊条牌号 J422、J507 J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z） 42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80

17、） 2：药皮和电流种类 3.焊条型号与牌号的对应关系 常用碳钢焊条型号与牌号对照表： 序号 型号牌号序号型号牌号 1E4303 J4225E5003J502 2E4323 J422Fe6E5016J506 3E4316 J4267E5015J507 4E4315 J427 三、焊条的选用及保管 1、焊条的选用 焊条的种类很多，应用范围不同，正确选用焊条，对焊 接质量、劳动生产率和产品成本都有影响， 为了正确地选用焊条，可参考以下几个基本原则。 一、等强度原则 对于承受静载或一般载荷的工件或结构，通常选用 抗拉强度与母材相等的焊条，这就是等强度原则。 例如：焊接20，Q235等低碳钢或抗拉强度在

18、 400MPa左右的钢就可以选用E43系列焊条。而焊 16Mn， 16Mng等抗拉强度在500MPa范围的钢， 选用50系列焊条就行了。 有的人认为选用抗拉强度高的焊条焊接抗拉强度低 的材料好，这个观念是错误的，通常抗拉强度高的 钢材的塑性指标都较差，单纯追求焊缝金属的抗拉 强度，降低了它的塑性，往往不一定有利。 二、等同性原则 焊接在特殊环境下工作的工件或结构，如 要求耐磨、耐腐蚀、在高温或低温下具有 较高的力学性能，则应选用能保证熔数金 属的性能与母材相近或相近似的焊条，这 就是等同性原则。 如焊接不锈钢时，应选用不锈钢焊条；焊 接耐热钢时应选用耐热钢焊条。 三、等条件原则 根据工件或焊接

19、结构的工作条件和特点选择焊条。 例如焊接需承受动载或冲击载荷的工件，应选用 熔敷金属冲击韧度较高的低氢型碱性焊条。反之， 焊一般结构时，应选用酸性焊条。 虽然选用焊条时还应考虑工地供电情况，工地设 备条件，经济性，及焊接效率等，但这都是比较 次要的问题，应根据实际情况决定。 焊条选用原则 选择依据：根据焊件 化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能 结构形状、受力情况、焊接设备条件 低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度 较低者为准） 酸性/碱性：根据重要性 铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热） 不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条 焊条的检验 为确保产品质量，新进厂的焊条应进行下列检验 1外观

20、检验 焊条药皮表面应细腻光滑，无气孔和机械损伤， 药皮无偏心，焊芯无锈蚀现象，引弧端有倒角，引燃剂完 好，夹持端牌号标志清晰。 2药皮强度检验 将焊条平举至离钢板lm处，松开手让焊条 自由落下，如药皮无脱落现象，则药皮强度合格。 3工艺性检验 用待验焊条进行焊接试验，若引弧容易、电 弧燃烧稳定、飞溅小、药皮熔化均匀、焊缝成形好、不产 生气孔、裂纹、夹渣和咬边等缺陷，脱渣容易，则焊条的 工艺性好 4理化检验 焊接重要产品用的焊条，应焊正式工艺试验试 板，除进行外观检验外，还要对试板进行X光探伤，取样 做金相试验，化学分析及力学性能试验，所有项目都合格 时，焊条才合格。 可以用下述方法鉴别焊条质量

21、。 将几根焊条放在手掌上滚动，若焊条互相碰撞时发出清脆 的金属声，则焊条药皮干燥可用；若发出低沉的沙沙声， 则焊条药皮已受潮不能用。 将焊条在焊接回路中短路数秒钟，若焊条表面出汗、出现 颗粒状斑点，则焊条已受潮不能用。 焊芯上有锈痕，则焊条已受潮不能用。 将厚药皮焊条缓慢弯成120角，若涂料大块脱落或药皮表 面无裂纹，都是受潮焊条。干燥的焊条在缓慢弯曲时，有 小的脆裂声，继续弯至120，药皮受拉面出现小裂口。 焊接时药皮成块脱落，产生大量水蒸气或有爆裂现象，说 明焊条已受潮。 注：已受潮的焊条，若药皮脱落，则应报废。若酸性焊条受 潮不严重，或焊芯上有轻微锈痕，焊接时基本上能保证质 量，烘干后可

22、以再用，但不能用来焊接重要结构。若碱性 焊条焊芯上有锈痕，则不能正常使用。 (1)焊条的烘干 受潮严重的焊条在使用时往往会使工艺性能变坏， 造成电弧不稳、飞溅增大、烟尘增多等不利现象， 并且还会影响焊缝内部质量，易产生气孔、裂纹 等缺陷。因此焊条（特别是碱性焊条）在使用前 必须烘干。 酸性焊条由于药皮中含有结晶水物质和有机物， 烘干温度不能太高，一般规定为75150 ，保温 12h； 碱性焊条在空气中极易吸潮且药皮中没有有机物， 因此烘干温度较酸性焊条高些，一般为350400 ，保温12h。 焊条累计烘干次数一般不宜超过3次。 （2）焊条的贮存、保管 按JB332383 (焊条质量管理规程)规

23、定，焊条的贮存、 保管和使用前的烘干要求如下： 焊条必须存放在干燥、通风良好的室内仓库里。焊条贮存 库内，不允许放置有害气体和腐蚀性介质，室内应保持整 洁。 焊条应存放在架子上，架子离地面的距离应不小于300mm， 离墙壁距离不小于300mm，室内应放置去湿剂，严防焊 条受潮。 焊条堆放时应按种类、牌号、批次、规格、入库时间分类 堆放，每垛应有明确的标志，避免混乱。发放焊条时应遵 循先进先出的原则，避免焊条存放期太长。 焊条在供给使用单位以后，至少在六个月之内能保证继续 使用。 焊条的贮存、保管和使用前的烘干要求2 特种焊条的贮存与保管制度，应比一般焊条严格。 并将它们堆放在专用库房或指定区域

24、内，受潮或包 装损坏的焊条未经处理不准入库。 对于已受潮、药皮变色和焊芯有锈迹的焊条，须经 烘干后进行质量评定。若各项性能指标都满足要求 时，方可入库，否则不准入库。 一般焊条一次出库量不能超过两天的用量。已经出 库的焊条，焊工必须保管好； 焊条贮存库内，应设置温度计和湿度计。低氢型焊 条库内温度不低于5，空气相对湿度应低于60。 存放期超过一年的焊条。发放前应重新做各种性能 试验，符合要求时方可发放，否则不准发放。 焊条直径的选择 为提高生产效率，应尽可能地选用直径较 大的焊条。但是用直径过大的焊条焊接， 容易造成未焊透或焊缝成形不良等缺陷。 选用焊条直径应考虑焊件的厚度，厚度较 大的焊件应

25、选用直径较大的焊条；反之薄 件应选用直径较小的焊条，见表l-4-l。另外， 焊接同样厚度的T形接头时，选用的焊条直 径比对接接头用的焊条直径大些。 弧焊电源的选择 1、电源种类 通常根据焊条类型决定焊接电源的种类， 除低氢钠型焊条必须采用直流反接外，低 氢钾型焊条可采用直流反接或交流，所有 酸性焊条通常都采用交流电源焊接，但也 可以用直流电源，焊厚板时用直流正接， 焊薄板用直流反接。 极性 正接与反接 手工电弧焊采用直流电源时，若工件接电源负极 称直流反接（负极性）；反之，称直流正接（正 极性）。 直流正接时工件接正极，温度较高，故用来焊厚 板。而反接可用来焊薄板。 因低氢型碱性焊条药 皮中含

26、有较多的萤石（主要是氟化钙），必须使 用直流反接；采用其它类型药皮焊条时，仍按上 述原则选择电源极性。 直流电源极性的鉴别方法 正常情况下，直流弧焊电源输出端都标明了两个接线柱的 极性，若由于某些原因搞不清极性时，可用下述方法之一 鉴别； 1试焊法 有两种方法。 采用低氢型碱性焊条（如 E5015）试焊，电弧稳定，飞溅 少，声音正常则表明是反接，否则为正接。 用碳棒试焊，碳弧燃烧稳定，电弧拉长仍不熄弧，断弧后 碳棒端面光滑，则是正接；反之为反接。 2直流电压表鉴别法 用直流电压表的两根引线接触两个电 极，若指针向正方向偏转，则与电压表正极相联的是电源 的正极；反之，为电源负极。应注意用电压表或

27、万能表都 可测极性，但用来测量的表必须是好的，否则会失误。 焊接电流的选择（1） 焊接电流是手工电弧焊最重要的工艺参数，也可以说是唯一的独 立参数，因为焊工在操作过程中需要调节的只有焊接电流，而焊 接速度和电弧电压都是由焊工控制的。 焊接电流越大，熔深越大（焊缝宽度和余高变化都不大），焊条 熔化快，焊接效率也高，但是，焊接电流太大时，飞溅和烟雾大， 药皮易发红和脱落，而且容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷；若 焊接电流太小，则引弧困难，焊条容易粘连在工件上，电弧不稳， 熔池温度低，焊缝窄而高，熔合不好，而且容易产生夹渣，未焊 透等缺陷。 选择焊接电流时，要考虑的因素很多，如焊条直径，药皮类型、 工

28、件厚度，接头类型，焊接位置，焊道层次等。但主要由焊条直 径，焊接位置和焊道层次决定的。 焊接电流的选择（2） 1焊条直径 焊条直径越粗，熔化焊条所需的热量越大，必须增 大焊接电流，每种直径的焊条都有一个最合适的电流范围，表 142给出了各种直径焊条合适的焊接电流的参考值。还可 以根据选定的焊条直径用下面的经验公式计算焊接电流。 I 10d2 式中 I焊接电流（A）； d焊条直径（mm） 2焊接位置 在平焊位置焊接时，可选择偏大些的焊接电流。横 焊、立焊，仰焊位置焊接时，焊接电流应比平焊位置小10% 20% 3焊道层次 通常焊接打底焊道时，特别是焊接单面焊双面成形 的焊道时，使用的焊接电流较小，才便于操作和保证背面焊道 的质量；焊填充焊道时，为提高效率，保证熔合好，通常都使 用较大的焊接电流；而焊盖面焊道时，为防止咬边和获得较美 观的焊道，使用的电流稍小些。 焊接电流的选择（3） 以上所讲的只是选择焊接电流的一些原则 和方法，实际生产过程中焊工都是根据试 焊的试验结果，根据自己的实践经验选择 焊接电流