电弧焊讲义教材

1、电弧焊讲义一 电弧焊的发展简史焊接就是通过适当的物理、化学过程使两个分离的固态物体产生原子（或分子）间的结合而形成永久性连接。目前已有20余种焊接方法应用于工业生产中，其中应用最广泛的是电弧焊。电弧焊是以电弧为能源对被焊金属进行熔化焊的焊接方法。其真正用于工业生产是在1892年发现金属极电弧后，特别是1930年出现了药皮焊条后才逐渐开始的。在40年代出现了埋弧自动焊。50年代初期，CO2气体保护焊得到了推广和应用。二 电弧焊方法的分类：电弧焊方法通常采用下述方式分类：1 按采用的电极，可分为熔化极电弧焊和非熔化极电弧焊。2 按保护方式，可分为渣保护、气保护、渣气联合保护电弧焊和氢原子焊。埋弧自

2、动焊属于渣保护电弧焊。气体保护焊又分为惰性气体保护焊、CO2气体保护焊以及混合气体保护焊。手工电弧焊属于渣气联合保护电弧焊。氢原子焊是以氢气作保护气体，在具有一定夹角的两根钨极末端之间引燃电弧的焊接方法，目前在生产中已很少采用。 3按操作方式，可分为手工电弧焊、半自动电弧焊和自动电弧焊。手工电弧焊一般是指手工焊条电弧焊，另外还有手工钨极氩弧焊；半自动电弧焊主要用于熔化极电弧焊；自动电弧焊可用于熔化极和非熔化极，在焊接过程中焊枪或工件的移动以及焊丝的送进完全是自动进行。手工焊条电弧焊也可进行自动焊（如焊条重力焊）。 下列所示为常见电弧焊方法及其分类。 手工电弧焊 埋弧焊 熔化极 氩弧焊 电弧焊

3、CO2气体保护焊钨极氩弧焊 惰性气体保护焊非熔化极钨极氦弧焊 等离子弧焊第一章 手 工 电 弧 焊第一节 手工电弧焊的特点及应用一 手工电弧焊的基本原理：手工电弧焊同其它电弧焊的方法一样，是利用电弧放电时产生的热量加热熔化焊条和工件，从而获得牢固焊接接头的一种电弧焊方法。焊条（也称电极）和焊件分别接至焊接电源的两个输出端上。当焊条与焊件接触时，焊接回路处于短路状态，由于接触点的电阻很大又通过强大的短路电流，故此处将产生大量的电阻热使焊条端部和焊件局部迅速熔化甚至部分蒸发；随着焊条的提起（24mm），两极间的空气间隙被强烈加热并电离，电弧即被引燃。在电弧高温及较大的电弧吹力作用下，焊件的熔化金属

4、形成具有一定形状和体积的熔池。焊条熔化后分成两部分：金属焊芯以熔滴形式向熔池过渡；焊条药皮在熔化过程中产生一定量的气体和液态熔渣。焊接过程中，药皮产生的气体包围在焊条、电弧和熔池周围，使之与空气分开；液态熔渣浮在熔池上面阻止液态金属与空气接触，均有隔离保护作用。由此可见，手工电弧焊的焊缝质量在很大程度上取决于焊条的质量。焊条是由焊芯和药皮组成，其中，药皮是由造气剂、造渣剂、稳弧剂、脱氧剂及合金剂等物质组成。二 手工电弧焊的特点：1 优点：能在所有位置上焊接，尤其适于结构形状复杂、零件小、短焊缝和不规则焊缝的焊接，且设备轻便简单，成本较低，操作灵活，便于掌握，维修方便。2缺点：主要缺点是手工电弧

5、焊的生产效率低。因为：（1）焊条药皮限制了焊接电流和电流密度不能过大，否则药皮易发红、脱落，失去保护作用。（2）完成一条焊缝需要不断的更换焊条，既造成了浪费又降低了效率。第二节 手工电弧焊工艺一 焊缝形式1按零部件连接的特征可分为板状连接、管状连接和管板连接三种。2按施焊空间位置可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种。3按焊接接头形式可分为对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头、十字接头、端接接头、卷边接头等。3 按坡口形状可分为I形坡口、V形坡口、X形坡口（双V形）、U形坡口、双U形坡口、K形坡口、Y形坡口等。二 焊前准备1 焊接接头形式：根据不同的要求选择不同的接头形式。2 坡口准备：（1） 焊

6、件开坡口的作用：一是为了使电弧能深入到焊缝根部，保证根部焊透，便于清除熔渣，获得较好的焊缝成形；二是为调节焊件和填充金属在焊缝中的熔合比。坡口角度的大小将影响焊缝金属的化学成分和焊接接头质量。通常是随板厚的增加，坡口角度减小。钝边的作用是保证根部焊缝既能焊透又不被烧穿。间隙的作用是保证根部焊透。 （2）选择坡口形状时，主要考虑以下因素：尽量提高生产率、减少焊条消耗量；焊到性要好，保证根部焊透；坡口形状易加工；焊接变形要小。三规范参数的选择：正确的选择规范参数是手工电弧焊获得高质量的首要条件。其主要规范参数有：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数、焊条牌号、电源种类和极性等。1 焊条

7、直径的选择：焊条直径的选择主要考虑下列因素：（1） 焊件厚度：焊件厚度较大，应选择直径较大的焊条。表1：根据焊件厚度选择焊条直径（参考）焊件厚度mm1.52347812132020焊条直径mm1.622.53.2455.8 （2）焊缝位置：平焊时的焊条直径应比其它位置大些；立焊时焊条直径最大不超过5mm；仰焊、横焊时最大直径不超过4mm，否则，熔池过大造成熔化金属下淌，不利于焊缝成形。（3）焊接层数：一般多层焊时，为防止产生未焊透，第一层焊道选用较小的焊条，以后各层选较大的焊条。2焊接电流的选择：一般焊接电流的大小取决于焊条直径和焊缝位置，即对一定直径的焊条有一个合适的电流选择范围，其关系如下

8、：I = k d式中：I焊接电流（A）；d焊条直径（mm）；k经验系数。表2：焊条直径与经验系数的关系（参考）焊条直径（mm）122446经验系数k253030404060另外，立焊、横焊时的电流应比平焊小10%15%；仰焊时比平焊时小15%20%；碱性焊条的电流比酸性焊条要小些。3电弧电压和焊接速度的选择：在保证质量的前提下应尽量采用短弧焊和较大的焊接速度。一般控制在：弧长在14mm，电弧电压1625V，焊接速度68m/h。4焊接层数的确定：每层的厚度等于焊条直径的0.81.2倍时效果最好。焊接层数可按下式估算：n/d式中：n焊接层数，焊件厚度（mm）d焊条直径（mm）5焊条的选择：选择焊条

9、时，应根据焊件的力学性能、化学成分、工艺要求、结构特点来考虑。对于不同的原材料，选择不同的焊条，材质为Q345的钢板焊接时，选用E50级焊条；材质为Q235的钢板焊接时，选用E43XX焊条。另外，对于一般结构，通常采用酸性焊条；对于重要结构，宜采用碱性焊条。第二章 埋 弧 自 动 焊第一节 埋弧焊的特点和应用一埋弧焊有两种基本方式：埋弧半自动焊和埋弧自动焊。埋弧半自动焊劳动强度很大，目前已很少采用。埋弧自动焊所用的设备能完成全部的焊接操作，可获得很高的生产率。二埋弧焊的特点：1埋弧焊的主要优点：（1）焊缝质量好 这是因为，一方面埋弧焊的电弧及熔池的保护比手工电弧焊的好；另一方面埋弧自动焊大降低

10、了对焊工操作技能的依赖程度，焊缝化学成分和力学性能也较好。（2）生产率高：a埋弧焊时的焊接电流和电流密度均较手工电弧焊明显提高。b焊剂和熔渣的隔热保护作用使电弧热辐射损失较少，金属飞溅损失也受到有效控制，电弧热效率大大提高；埋弧焊的焊接速度很大，焊件的变形较小。c节省焊接材料和电能。d改善劳动条件。2埋弧焊的缺点（1）难以在空间位置施焊（2）难以焊接易氧化的金属材料 焊剂主要成分为MnO、SiO2等金属及非金属氧化物，具有一定的氧化性，难以焊接铝、镁等氧化敏感性强的金属及其合金。（3）不适于焊接薄板和短焊缝 焊剂的化学成分决定了埋弧焊电弧弧柱的电位梯度较大，电流小于100A时电弧稳定性较差，故

11、不适宜焊接厚度在1mm以下的薄板。三埋弧自动焊的分类及应用表3 埋弧自动焊分类及应用范围分类特征分 类 名 称应 用 范 围按送丝方式等速送丝埋弧焊细焊丝、大电流密度变速送丝埋弧焊粗焊丝、小电流密度按焊丝数目或形状单丝埋弧焊常规对接、角接，筒体纵缝环缝双丝埋弧焊高生产率对接、角接多丝埋弧焊螺旋焊管等超高生产率对接带级埋弧焊耐磨、耐蚀合金堆焊按焊缝成形条件双面埋弧焊常规对接焊单面焊双面一次成形埋弧焊高生产率对接焊、难以双面焊的对接焊埋弧自动焊可焊接从厚度1.5mm的薄板到非常厚的重型工件。焊接的钢种有碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢材等。第二节 埋弧自动焊设备一 埋弧自动焊机的

12、类型及用途1 按行走机构形式分类（1） 小车式 最常见的埋弧自动焊机结构。（2） 门架式 采用大跨度门架作为行走机构。（3） 悬臂式 为各种容器环缝、纵缝焊接所设计的专用埋弧焊机结构形式。2 按送丝方式分类（1） 等速送丝式 适用于细焊丝或高电流密度情况下焊接。（2） 变速送丝式 适于粗焊丝或低电流密度情况下焊接。二 埋弧自动焊机的组成1送丝机构 送丝电动机功率取决于焊丝直径，一般为100200W，额定转速为2650r/min，并可均匀调节。送丝机构减速比取决于电动机转速和所要求的焊丝送进速度范围，一般为100160。 2行走机构 包括行走传动机构、行车轮及离合器等。 3埋弧焊电源 埋弧焊所使

13、用的电源可采用直流或交流。采用直流电源焊接，能更好的控制焊道形状、熔深和焊接速度，且引弧时要比使用交流电源容易得多。采用直流电源时，通常使用直流反接，电弧才非常稳定，并且焊接熔池小，所以能很好地控制焊缝形状；使用直流正接时可获得较高的熔敷速度，但熔深浅。交流电形成的熔深大约介于上述两种形式之间，交流电可减小电弧磁偏吹。 4控制系统 通用小车式埋弧自动焊机控制系统包括：送丝拖动控制、行走拖动控制、引弧和熄弧的自动控制。 5机头调节机构 6易损件及辅助装置 （1）导电嘴 有管式、滚轮式和瓦片式三种结构。 （2）送丝滚轮 有单主动轮和双主动轮两种结构。 （3）导向滚轮 可作为简易式焊缝机械跟踪装置。

14、 （4）焊丝盘 有内盘式和外盘式两种结构。 （5）焊剂回收器 （6）电缆滑动支承架第三节 埋弧自动焊工艺一焊前准备埋弧自动焊在焊接之前必须做好准备工作，包括厚焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、工件的装配、焊丝表面的清理及焊剂烘干等。焊前应将坡口及其两侧各20mm的范围内的铁锈、氧化皮、油污、水分等清除干净。焊接时，在焊缝两端应加引、熄弧板。加引、熄弧板的作用如下：a 增大焊接装配后的钢性；b 可去除引弧或熄弧时容易出现的缺陷。二焊接工艺参数的选择埋弧自动焊的焊接工艺参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度、焊剂、焊丝种类、焊丝倾斜角度和焊件倾斜角度等。1焊接电流：焊接电

15、流是对焊接质量影响最大的焊接参数，它决定了焊丝的熔化速度和工件熔深的大小。对于同一直径的焊丝来说，熔深与焊接电流成正比。焊接电流对熔宽的影响很小。一般来说，不开坡口、不留间隙对接焊时，每100A的电流可产生1.1mm的熔深；而开坡口及留有间隙时，每100A的电流可产生1.5mm的熔深。2电弧电压电弧电压对焊道横截面的形状影响很大。在焊接电流和焊接速度保持不变的条件下，提高电弧电压会导致形成较平而宽的焊道。增加焊剂的消耗、减小由工件上的锈或氧化皮引起的气孔倾向。当装配不良时，有助于桥接过大的根部间隙、改善焊剂中合金元素的过渡。电弧电压过大时，将导致形成易发生裂纹的宽焊道、在坡口焊道中清渣因难、形

16、成可能产生裂纹的凹形角焊缝、加剧沿角焊缝边缘的咬边。电弧电压低可增强电弧的刚性，能改善焊缝的熔深，并提高抗电弧偏吹的能力。过低的电弧电压会形成高而窄的焊道，并造成沿焊道边缘清渣因难。一般来说，电弧电压要随着焊接电流的增加而适当增加，二者之间有一定的配合关系。表4 焊接电流与电弧电压的关系焊接电流（A）520600600700700850850100010001200电弧电压（V）343636383840404242443焊接速度除电流以外，焊接速度也是影响熔深的主要因素。过高的焊接速度会形成咬边、电弧偏吹、气孔和焊道形状不规则等缺陷。较慢的焊接速度，使气体有足够的时间从正在凝固的熔化金属中逸出

17、，降低形成气孔的可能性。过慢的焊接速度易导致形成易裂的凹形焊道。4焊丝直径 在焊接电流不变的条件下，改变焊丝直径会影响焊道的形状和熔深，焊丝直径对熔敷速度和引弧性能也有一定的影响，使用细焊丝更易引弧。表5 焊接电流与焊丝直径的关系焊接电流（A）20040035060050080070010008001200焊丝直径（mm）234565焊丝伸出长度 只有使用细焊丝时，焊丝伸出长度才对焊缝成形有明显影响，可以利用焊丝电阻热来提高焊丝的熔化速度。焊丝伸出长度一般为焊丝直径的8倍。焊丝直径（mm）23456焊丝伸出长度（mm）152025352535304030406焊剂（1）焊剂的作用：埋弧焊中的焊

18、剂相当于手弧焊焊条上的药皮，主要起以下作用：a保护作用：埋弧焊时，电弧是在金属和焊剂蒸发形成的气泡内燃烧，因此受到焊剂蒸气及熔渣的保护。b冶金作用：向焊缝金属过渡某些合金元素或弥补焊丝和工件中合金元素的烧损，使焊缝金属具有所需的化学成分和力学性能。c工艺作用：焊剂熔渣具有合适的物理性能，使得焊缝成形良好。（2）焊剂的分类：一类为熔练焊剂，一类为非熔练焊剂。非熔练焊剂按烘干温度不同又可分为两种：在400度以下烘干的焊剂称为粘接焊剂；在400度以上烘干的焊剂称为绕结焊剂。（3）焊剂的碱度 埋弧焊焊剂分为“酸性焊剂”和“碱性焊剂”酸性焊剂的工艺性能好，但焊缝金属的力学性能差一些，特别是低温冲击韧度低；碱性焊剂工艺性能差一些，特别是脱渣性不好，需要采用直流反接焊接，但焊缝金属比较纯净，非金属夹杂物及气体含量较小，因此焊缝金属力学性能好，特别是冲击韧度高。中性焊剂的工艺性能和力学性能均介于二者之间，焊接电流可为直流或交流。典型的酸性焊剂是“HJ431”，碱性焊剂是“HJ2