手工电弧焊仰对接焊操作技能教材

1、手工电弧焊仰对接焊操作技能试题:焊接方法焊接位置接头形式试件材质、规格焊条焊条电弧焊仰焊板对接接头Q345 (W01 )J507(111)(PE)P BW300 XI25 X12(E5015).技朮要求：1. 单面焊双面成形。2. 钝边高度与间隙自定。3. 坡口两端不得安引弧板。4. 点固焊时充许做反变形。5. 评定：按中国劳动社会保障出板社、职业技能鉴定指导“焊工”（2004年8月版）第155面“评分项目及标准”评定成绩。.工艺分析：1 熔滴过渡作用力的特点与焊条直径选择：（1）重力：1）任何物体都会因为本身的重力而具有下垂的倾向。2）平焊时，金属熔滴的重力起促进熔滴过渡的作用。3）仰焊时，

2、熔滴的重力阻碍了熔滴向熔池过渡，成为阻碍力；熔滴过大不利于过渡。4）选用小直径焊条过渡的熔滴较小，有利于熔滴过渡。（2）表面张力：1）表面张力是焊条或焊丝端头上保持熔滴形状的作用力。2）液体金属像其它液体一样具有表面张力，即液体在没有外力作用时，其表面会尽量减小，缩成圆形。对液体金属来说，表面张力使熔化金属成为球形。（水珠在荷叶上）3）焊条金属熔化后，其液体金属并不会马上掉下来，而是在表面张力的作用下形成球滴 状悬挂在焊条末端。4）随着焊条不断熔化，熔滴体积不断增大，直到作用在熔滴上的作用力超过熔滴与焊芯界面间的张力时，熔滴才脱离焊芯过渡到熔池中去。5）表面张力对平焊时的熔滴过渡起阻碍作用。6

3、）表面张力在仰焊位置的焊接时，却有利于焊缝成形。原因是： 熔池金属在表面张力作用下，倒悬在焊缝上而不易滴落； 当焊条末端熔滴与熔池金属接触时，会由于熔池表面张力的作用，而将熔滴拉入熔池。7）仰焊位置焊接时，熔池液体金属的重力超过熔池与熔池界面间的张力时，熔池液体金属下垂，如图三中（a）。小直径焊条有利于减小熔池，利用表面张力将熔池拉平，如图三中（c）。3）电磁压缩力 ：1）电磁压缩力： 从电工学里我们知道，两根平行的载流导体若它们通过的电流方向相同，则这两 根导体彼此相吸。 电磁力这两根导体相吸的力，方向是从外向内。 电磁力的大小与两根导体上的电流的乘积成正比，即通过导体的电流越大，电磁 力越

4、大。 焊接时，把焊条或焊丝末端的液体熔滴看成是由许多载流导体组成， ，这样熔滴 就会受到由四周向中心的径向收缩力，称之为电磁压缩力。2）电磁压缩力对熔滴过渡的作用： 电磁压缩力使焊条的横截面具有缩小的倾向； 电磁压缩力作用在焊条的固态部分是不起作用的， 但是对焊条端部的液体金属来说 却具有很大的影响， 促使熔滴 很快形成 。 在球形的金属熔滴上，电磁力垂直地作用其表面上，电流密度最大的地方 将在熔滴的细径部分 ，这部分也将是 电磁压缩力 作用 最大的地方 。 随着 径部逐渐变细 ，电流密度 增大，电磁压缩力 也随之 增强，则促使熔滴 很快地脱 离焊条端部向熔池 过渡 。 这样就保证了熔滴在任何

5、空间位置都能顺利过渡到熔池。3）焊接 电流较大小，电磁压缩力对熔滴过渡的 影响 ： 焊接电流较小时：a. 电磁力很小，焊丝末端的液体金属主要受到两个力的影响：（a）表面张力，（b）重力。b. 随着焊丝不断熔化：（a）悬挂在焊丝末端液体熔滴的体积不断增大，（b）体积增大到，其 重力 足以克服表面张力 的时候，（c）熔滴便脱离焊丝，在重力作用下落向熔池。（d）这种情况下熔滴的尺寸往往是较大的。（e）这种大熔滴通过电弧间隙时，常使电弧短路，产生较大的飞溅；（f）电弧燃烧非常不稳。焊接电流：单位面积上通过的电流较大时：a. 电磁压缩力就比较大；b. 相比之下，重力所起的作用就很小；c. 液体熔滴主要是

6、在电磁压缩力的作用下，以较小的熔滴向熔池过渡；d. 其方向性较强，不论是平焊位置或仰焊位置，熔滴金属在电磁压缩力作用下， 总是沿着电弧轴线自焊丝向熔池过渡。4）焊接时，一般焊条或焊丝上的 电流密度 都比较大 ， 电磁压缩力 是焊接过程中促使熔滴过渡的一个 主要作用力 。 在气体保护焊时， 通过调节焊接电流的密度来控制熔滴尺寸， 是工艺上的一个主要手段。5）焊接时电弧周围的电磁力，除了上述的作用以外，还能产生另外一种作用力，这就是由 于磁场强度分布不均匀而产生的力。 因为焊条金属的电流密度大于焊件的电流密度，因此在焊条上所产生的磁场强度要大 于焊件上所产生的磁场强度， 因此产生了一个沿焊条纵向的

7、电磁力。 它的作用方向是由磁场强度大的地方 （焊条） 指 向磁场强度小的地方（焊件） ，所以无论焊缝的空间位置如何，始终是有利于熔滴向熔 池过渡的。6）仰焊时为了减小熔池，不能用加大电流的方法来增大电流密度，以增加电磁收缩力；相 同的电流，但用小直径焊条能获得相对较大的电流密度。4）斑点压力1）在焊接电弧中的带电微粒主要是 电子和正离子， 由于电场的作用： 电子向阳极运动 正离子向阴极运动 这些带电粒子撞击在两极的斑点上，便产生了机械压力，这个力称为斑点压力，如图5-5所示。 如果斑点压力的方向与熔滴过渡的方向相反，所以在任何位置施焊，都是阻碍熔滴过渡的力。a. 在直流正接时，阻碍熔滴过渡的是

8、正离子的压力。b. 反接时，阻碍熔滴过渡的是电子的压力。c. 由于正离子比电子的质量大，所以正离子流的压力要比电子流的压力大。因此：反接时容易产生细颗粒过渡， 正接时则不容易，这就是极点压力不同的缘故。5）气体的吹 （推） 力：1）焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化稍微落后于焊芯的熔化，在药皮的末端形成一小段尚未熔化的“喇叭”形套管。2）套管内有大量的药皮 造气剂 分解产生的 气体 以及焊芯中碳元素氧化生成的 CO 气体，这些气体因 加热到高温 ， 体积急剧膨胀 ；3）并顺着未熔化套筒的方向，以挺直（直线的）而稳定的气流冲出，把熔滴吹到熔池中去。不论焊缝的空间位置怎样，这种气流都有利于熔滴金属的过渡

9、。板对接仰焊熔滴过渡不同于其他焊位，因熔池在电弧上方，熔滴必须依靠电磁压缩力、气体推力等克服其自身重力，才能过渡到熔池中熔滴过大不利于过渡；（如图一所示：）因此选用小直径焊条过渡的熔滴较小，有利于熔滴过渡。表1仰对接焊时熔滴过渡作用力分析力的名称说明仰焊时力的 方向对熔滴过渡 的作用重力（P）熔滴的重力阻碍了熔滴向熔池过渡，成为阻碍力不利表面张力（F，）熔滴与熔池接触时有利电磁压缩力（F）自焊丝向熔池过渡有利斑点压力反接时，阻碍熔滴过渡的是电子的压力直流正接时阻碍熔滴过渡的 是正离子直流正接时，阻碍熔滴过渡的是正离子的压力气体的吹（推）力（F）顺着未熔化套筒的方向，以挺直（直线的）而稳定的气流

10、冲出，把熔滴吹到熔池中去f有利图一熔滴过渡F-电弧推力P-熔滴重力2. 熔池液体金属受力状况：图二熔池液体金属受力状况力的名称代号力的方向力的作用熔滴重力P1使熔池下坠气体的吹（推）力（F）F1 t J将熔池上推电磁压缩力（F）Fr tl将熔池上推熔滴表面张力F托住熔池並将其拉平很明显，熔池越大，液体金属自身重量就越大，下坠力（重力P）也越大，当重力达到一定值时,16就会下淌。这就有一个三力平衡在什么位置的问题。3. 熔池大小与四力平衡位置:由于电流、间隙过大等原因，熔池也增大，熔池液体金属受三力共同作用平衡于图三中（a）图处；打底焊时，反面焊缝出现塌腰，正面焊缝中间凸起，两侧形成沟槽。（盖面

11、层时，会因焊缝过高而不合格）（b）熔池太小：由于电流过小、焊速太快、钝边过大而间隙过小等原因，使熔池过小，熔池液体金属受三力 共同作用平衡于图三中（b）图处，打底焊时会出现未焊透现象。（c）熔池大小适当：当电流大小、钝边高度、根部间隙、操作手法等因素配合适当时，熔池液体金属受三力共同 作用平衡于图三中（C）图处，反面焊缝可微微凸起，正面焊缝较平整；如果是填充层，还 能得中凹的满意焊缝。因此仰对接焊缝控制熔池大小形状非常重要。4.连弧焊与灭弧焊控制熔池大小和形状的方法对比：（1）连弧焊与灭弧焊控制熔池大小和形状的方法对比连弧焊与灭弧焊控制熔池大小和形状的方法对比表焊接方法电流运条手法燃弧时间灭弧

12、时间根部间隙钝边高度连弧焊灭弧焊（2）Q345（ 16MnR）钢焊接一般采用碱性焊条焊接：碱性焊条打底焊一般采用连弧焊，从上表可以看出，连弧焊少了燃弧时间与灭弧时间，这 两个非常有效的控制熔池形状与大小的方法（灭弧焊可在较大的施焊电流范围，较大的根 部间隙控制熔池形状和大小，如两点法，三点法等），因此组装时对根部间隙与钝边高度已及焊接电流的大小有更严的要求。（3）接焊时，钝边高度、根部间隙对熔池及焊缝形状的影响：钝边:a. 钝边过高-（要求焊透）熔化钝边的热能也要大-熔池也会增大-熔池中的液体金属增多-液体金属重量增大-下堕力增大-产生焊缝下垂或液体金属下坠。适当减小钝边，可适当减小熔池，防止

13、焊缝下垂或液体金属下坠。b. 钝边过小-熔池宽度增加-熔池中的液体金属增多-液体金属重量增大-下堕力增大-产生焊缝下垂或液体金属下坠。c.如不增加熔池宽度-与母材接触截面减小-导热面积减少-熔池由于存在时间加长而增大-液体金属重量增大-下堕力增大-产生焊缝下垂或液体金属下坠。 间隙:a. 间隙过大-连接两板之间的熔池也要增大-不可避免的也会产生产生焊缝下垂或液体金属下坠；b. 适当减小间隙-可适当减小熔池-防止焊缝下垂或液体金属下坠。 钝边与间隙的配合：a.钝边高度过大、根部间隙过小-虽然易控制为较小的熔池-但易出现未焊透的现象。（参见图四a）b .钝边高度过小、根部间隙过大-因间隙过大-焊接

14、时熔池也陏之增大-液体金属 的重量增加（钝边高度过小，导热截面也小）-重力增加；当上推力和液体金属的 表面张力之和与重力平衡于“图四b”位置时：焊缝反面出现塌腰（俗称）-正面由于重力作用造成焊缝金属下垂-並在两侧形成沟槽-下一层施焊时不易熔透 两侧的沟槽而产生夹渣、未溶合等缺陷（参见图四b）。如熔池再增大-液体金属重力再增大-焊缝金属会下坠直至塌落。c. 钝边高度和根部间隙适当-使液体金属表面张力加上上推力与熔池液体金属重力平衡于“图四c”时-熔池大小适当-液体金属在（于图四 c）形状时凝固-焊缝成 形较好-反面不但不会塌腰-还可能微微凸起-正面焊缝表面也较平整-且过渡 角适当。图四钝边与间隙

15、的配合对焊缝形状的影响因此连弧焊就要在施焊前为減小熔池的因素一一在电流大小（与焊条直径有关）、根部间隙与钝边高度上严格控制，在保证焊透的前提下，尽量减小钝边高度与根部间隙，为减小熔池创造条件。三焊前准备：1准备:项目内 容备注焊 条 准 备焊条牌号J507E5015焊条直径mm2.53.2烘干温度350C随烘随用烘干时间1.5 h坡 口 准 备坡口形式V125坡口面角度300钝边高度0工 件 清 理油污等工件待焊面及两侧 25mm范围内油污、油漆、锈迹清理干净， 直至露出金属光泽。锈迹、氧化皮等坡口面刀痕、裂纹打磨干净坡口面如有因机加工时吃刀量过大 而产生的与加工方向垂直的撕裂裂 纹，必须沏底

16、清除注：一般机加工坡口时不留钝边，由焊工根据不同情况确定钝边高度后，用锉刀加工钝边。烘干后的焊条应在 50C100C的低温烘箱中存放，并随用随取。2焊接电源：ZX5-400弧焊整流器（直流电源）3.工件组装尺寸，经实践，建义组装尺寸如下：序 号项目要求备注1坡口角度6002根部间隙焊条直径3.2mm焊条打底2.5mm焊条打底始焊端2.7 3mm2.22.5收尾端3.3 3.8mm2.62.93钝边高度0.5 0.9mm一般在机加工时不留钝边，由焊工根据须要，用锉刀加工钝 边（根据自己的习惯定）4错边量 1mm国外标准规疋端头不得错边5反变形w 30在工件反面垂直于焊缝放一根焊条，右待焊处与焊条

17、之间能插入 3.2焊条头，即反变形为 30左右。注：反变形：2.53（参看图五）图五反变形示意图选用较小的焊条，能在相同热输入的条件下增大电流密度，电磁压缩力增加-促使熔滴向熔池过渡。4. 定位焊：在试板两端坡口内施焊（长 810mm、厚35mm）定位焊缝；要求定位焊缝的接头端用小锉刀或鋸片加工成斜坡状，以便接头（如图六所示）时容易熔透。图六定位焊缝截面形状四操作特点：1采用短弧焊接，弧长w焊条直径。（0.5dId）2施焊过程中：（1） 在保证熔透与熔合良好的前提下，尽量减小、减薄熔池（仰焊的操作特点）；（2）保证熔池中三力平衡在较好的形状下，液体金属快速降温（温度低的液体金属粘度大，流 动性

18、差，不易下坠）快速凝固，以获得较好的焊缝质量；当然包括焊缝成形。3. 分四层焊接。（每层的焊肉较薄，不超过 3.5mm，有利于焊缝成形）五各层焊接规范与操作方法：1打底层焊接：（1）焊接规范： 焊条牌号：J507 （型号：E5015） 焊条直径： 3.2mm 焊接电流：90A 电源极性：直流正接-经多人多次实践：仰对接采用直流正接打底的工艺方法，可有效克服焊缝背面凹陷的缺陷，俗称塌腰（国家标准中无此名词）。（绝大多数资料指出：减性焊条应采用直流反接施焊，其原因有两个：一是可以减少氢气孔；二是正极发射的正离子质量较大，会造成飞溅和电弧不稳，还增大了阻碍熔滴向熔池的过渡力。我想可能是正极温度高（阳

19、极区温度为：2330 C3930 C,阴极区温度为：2130 C3230 C,）,可用较小的电流获得较大的熔深；因而可适当减 小焊接电流，减小了焊接电流而达到同样的熔深，也就减少了总的热输入量-使焊缝冷凝速度加快，因而得到较理想的焊缝形状。）（2）操作要点： 引弧：a.在始焊端引燃电弧，拉向定位焊缝边缘坡口处-使电弧的2/33/4透出坡口根部间隙，如图七所示。（应特别注意：电弧一定要一次到位，让2/33/4透出间隙外，否刚接头处反面会出现下凹现象。）b. 压短电弧将焊条顶在坡口上缘，並使焊条与焊缝成85左右夹角（注意角尖朝向前进方向，如图七所示），电弧1/3对着熔池，2/3透出坡口根部间隙；与

20、焊件两侧垂直（如图八所示）电弧2/3透出坡口根部间隙c. 稍作停留，听到呼的击穿声-打出了每侧深入基本金属1mm左右的熔孔； 运条：a. 电弧位置：短弧，将电弧2/3对着熔池，1/3透出熔孔；b. 运条：米用小鋸齿形运条，摆幅可在11.5mm左右。c. 前进速度：前进速度以始终将电弧控制在2/3对着熔池，1/3透出熔孔为准；匀速前进，一般3根焊条焊完打底层。d. 要点：焊肉尽可能薄些-有利于控制熔池形状，这样焊缝正面平整，反面还能 微微凸起。 收弧：a.收弧时机：当焊条只剩2530mm时；b.收弧动作：将电弧拉向斜后方一侧坡口面，距熔池10- 15mm左右；同时加快速度，减小、减薄熔池（为了防

21、止产生缩孔、火口裂纹），果断灭弧。（如图九所示）接头:在距收弧焊缝端头后方 1015mm处引燃电弧，一次果断拉向熔孔处，使电弧 2/3 3/4透出熔孔，同时焊条向上顶；听到击穿的声音后，按前面引弧段所述方法运条操作。 收弧端接头：a.时机：当焊至收弧端距点焊焊缝端部1.2倍焊条直径的距离时（此时根部间隙已接近园孔状）;b操作：将焊接电弧一半透出熔孔，沿熔孔周围转一圈后（熔孔即将封闭或已封闭），立即将焊条对准孔中心向上顶入熔池，听到击穿声后向前运条至焊缝未端，做收弧动作 回焊（按前述的收弧动作）收弧。以上方法运用得当，可得到正面平整，反面微凸，均匀而有光择的仰焊打底层焊缝，有利于下一层 的焊接。

22、2第二层（中间层）的施焊：（1）焊接规范： 焊条牌号：J507 （型号：E5015） 焊条直径：3.2mm 焊接电流：115A 电源极性：直流反接-可以减少产生氢气孔的倾向；（2）操作要点：引弧：在始焊端引燃电弧，形成熔池后压短电弧， 使焊条与焊缝成85。90左右的夹 角（注意角尖朝向前进方向，如图五所示），与焊件两侧垂直（如图六所示）。运条：焊接速度（前进速度-）是控制熔池大小和形状的关键，即焊缝成形的关键； 一般可采用之字形或月牙形运条，中间层各部位的熔合关键是电弧要到位，运条中须注意以下问题:a. 必需有部分电弧用来加热熔池前方的前道焊缝，以利于层间熔合。b. 电弧在两侧稍作停顿，以（也

23、必需）充分加热和熔化前道焊缝与坡口面交界的拐角处（图十 箭头指向处）和两侧坡口面，以免造成夹渣、末熔合等缺陷。（所有焊位都应充分注意这个间题）c运条时电弧在坡口两侧稍作停留的另一目的，使两侧焊肉较厚，中间较薄，与母材的过渡角较大；在保证熔合的前提下，控制熔池（熔池较小、较薄）下缘平直，不下垂为好-焊缝也会平整，两侧无沟槽；如图十一所示，这样的焊缝形状有利于下一层施焊。a.收弧时机：当焊条只剩 2530mm时;b收弧动作：将电弧拉向左或右前方一侧坡口面与前道焊缝交界处，距熔池10 -15mm左右；同时加快速度，减小、减薄熔池（为了防止产生缩孔、火口裂纹），灭弧。接头：在距接头前方1015mm处引

24、燃电弧，将电弧中心拉向熔池3/4处，电弧外围到达熔池后缘（注意：电弧外围未到达熔池后缘，接头处会出现凹坑；电弧外围超过熔池后缘， 会出现接头过高）时运条前进。 收尾灭弧：到达焊缝末端（收尾）时，为填满弧坑，可回焊1015mm左右，回焊的同时加快焊速、减薄焊缝灭弧。3.第三（中间）层的施焊：第三层的施焊基本同第二层外，但须注意两点：（1 ）第三层的施焊时，焊缝表面一定要低于工件表面11.5mm ；2）不要破坏两侧坡口的边缘；其目的主要有两个： 一是盖面焊时，焊缝的宽窄及前进方向有参照物 不易焊偏及保证宽窄差。二是盖面焊时易控制焊缝 不过高。4. 盖面层焊接：（1）焊接规范： 焊条牌号：J507

25、（型号：E5015） 焊条直径： 3.2mm 焊接电流： 110A 电源极性：直流反接-可以减少产生氢气孔的机倾向；（ 2）操作要点： 焊条与工件夹角可在 8595 之间。 运条、引弧、收弧、接头、收尾同中间层。 主要应控制熔池形状（不得有下垂）、大小始终一至。 可利用工件坡口边缘作参照来控制焊缝宽度与厚度。5. 注意事项及焊接过程中焊缝出现下垂的处理：（1）仰焊中间层较困难的是前面提到的拐角处的熔合，应给于足够的重视；（ 2）最难的是在保证熔合的前提下，控制熔池的形状和大小始终如一、下缘平直。焊接过程中发现熔池下缘稍有下垂 （下平面不平直而向下凸起） ，是熔池偏大现象， 说明焊接速度或运条速 度偏慢（在电流大小正常的情况下） ；在保证熔合的前提下，调整运条速度或焊接速度。 。（3）如出现焊缝下垂，两侧产生了沟槽；可加大电流，将中间凸出的部分用电弧吹掉，消除两侧 沟槽后再恢复正常施焊电流，进行焊接。如果是盖面层，发现熔池下垂应立即停弧，按上述方 法处理好后再接着焊。 （盖面层是不充许补焊的！ ）五.检验：1. 试件外观检验：按 EN ISO 5817： 2003 标准评定成绩。也可根据培训要求按 GB/T 12469-90 钢熔