课次-课题二焊条电弧焊理论

课次-课题二焊条电弧焊理论

第一节焊条电弧焊原理

（一）焊条电弧焊的原理及特点1、焊条电弧焊的基本原理原理焊条电弧焊（也称手工电弧焊）是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它利用电弧产生的高温熔化焊条和焊件，使两块分离的金属熔合在一起，从而获得牢固的接头，其原理如图5-1所示。

图5-1焊条电弧焊的原理示意图2、焊条电弧焊的特点设备简单、操作灵活待焊接头装配要求低可焊金属材料种类多焊接生产率低焊缝质量依赖性强3、电焊条

（1）组成由药皮和焊芯两部分组成。

（2）作用

焊芯在焊接过程中既是导电的电极，同时本身又熔化填充金属，·与熔化的母材共同形成焊缝金属。药皮是压涂在焊条芯表面上的涂料层，焊接时形成熔渣及气体。药皮的主要作用是：

(1)保护作用

(2)冶金作用

(3)改善焊接工艺性能4、焊条电弧焊设备焊条电弧焊的电源设备分三类：包括交流电弧焊电源、直流弧焊电源、逆变弧焊电源。

5、高效焊条电弧焊方法下面介绍目前我国已推广应用的几种高效焊条电弧焊的方法。

1.高效焊条和专用焊条

1）高效率铁粉焊条

2）立向下焊专用焊条

2.高效率重力焊接法

3.焊条电弧焊单面焊双面成形焊缝熔合区过热区正火区部分相变区第二节焊接接头的组织及力学性能

（一）焊接接头的组成焊接接头焊接工件上温度的变化各点处：常温—————较高温度———————常温固态液态固态

在焊接过程中，母材因受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域称为热影响区。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线，熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区，也叫半熔化区。因此，焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。

（二）焊缝的组织和性能

1、焊缝的组织焊缝组织是由熔池金属结晶得到的柱状的铸造组织。焊接熔池的结晶首先从熔合区中处于半熔化状态的晶粒表面开始，晶粒沿着与散热最快的方向的相反方向长大，因受到相邻的正在长大的晶粒的阻碍，向两侧生长受到限制，因此，焊缝中的晶体是方向指向熔池中心的柱状晶体，焊缝中的铸态组织，晶粒粗大，组织不致密，但是，由于焊接熔池小，冷却快，焊条药皮、焊剂或焊丝在焊接过程中的冶金处理作用，使得焊缝的金属的化学成分优于母材，硫、磷含量较低，所以容易保证焊缝金属的性能不低于母材，特别是强度容易达到。2、焊缝形状与焊接质量的关系焊缝形状是焊件熔化区横截面的形状，它可用焊缝熔深s、焊缝熔宽c和余高h三个参数来描述，如图4－7所示。合理的焊缝形状要求s、c和h之间有适当的比例。生产中常用焊接成形系数（φ＝c／s）和余高系数（＝c／h）来表征焊缝成形的特点。熔焊较适宜的成形系数为1～2。为了保证焊缝的强度，对一般焊缝允许有适当的余高，通常对接接头允许h=0～3mm，对于重要角接构件，也应焊出余高后再打磨成凹形。

图4－7焊缝的横截面焊缝宽度焊缝余高焊缝的熔深

焊接参数决定焊缝输入的能量，是影响焊缝成形的主要工艺参数。焊接参数对焊缝熔深s、焊缝熔宽c和余高h的影响如图4-8所示。焊接电流主要影响焊缝熔深s；电弧电压主要影响焊缝熔宽c；焊接速度的快慢主要影响母材的热入，提高焊速焊缝熔深s、焊缝熔宽c、余高h均减少。图4－8焊接参数对焊缝熔深s、焊缝熔宽c和余高h的影响a)焊接电流的影响；b)焊接电压的影响；c)焊接速度的影响。

（三）熔合区的特征熔合区，又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区加热温度：1495～1538℃（固、液相线之间）组织：（未熔化但因过热而长大的）粗晶组织和（部分新结晶的）铸态组织。特点：该区很窄，组织不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。

（四）低碳钢接头的热影响区

热影响区：受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。低碳钢的热影响区分为过热区、正火区和部分相变区。

图4－10低碳钢焊接接头的组织示意图（1）过热区：紧靠熔合区加热温度：1100℃～1490℃（1100℃～固相线）组织：粗大的过热组织。特点：宽度为1～3mm，塑性和韧性下降。焊接刚度大的结构时，该区易产生裂纹。（2）正火区：紧靠着过热区加热温度：850℃～1100℃（AC3至1100℃）组织：均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织）特点：宽度约1.2～4.0mm，力学性能优于母材。（3）部分相变区加热温度：AC1～AC3之间组织：F+P（F粗、细不均）相变的F，变细小；未相变的F，变粗大特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能稍差

综上所述，熔合区和过热区是焊接接头中的薄弱部分，对焊接质量有严重影响，应尽可能的减小之。

第三节电焊条一）电焊条分类、组成和作用分类：（1）焊条按熔渣的化学性质分为两大类

1）酸性焊条：熔渣呈酸性，药皮中含大量SiO2、TiO2、MnO等氧化物。

2）碱性焊条：熔渣呈碱性，药皮的主要成分为CaCO3和CaF2

。（2）焊条按用途共分为十大类：如结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条等，其中应用最广的是结构钢焊条。

二）焊条的型号主要介绍常用的低碳钢和低合金钢焊条型号的编制方法。1、低碳钢焊条型号的编制

(1)型号的第一字母“E”表示焊条(electrode)；

(2)“E”后面的两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa；

(3)“E”后面的第三位数字表示焊条的焊接位置；

(4)“E”后面的第三位和第四位数字组合时表示焊接药皮类型及电流种类;(5)“E”后面的第五位有时附加“R”表示耐吸潮焊条；附加“M”表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条；附加“-1”表示冲击韧性有特殊规定的焊条。

低碳钢焊条型号举例：

2、低合金钢焊条型号（1）“E”后面的两位数字焊条系列有50、55、60、70、75、

85六种，分别表示熔敷金属抗拉强度的最小值490MPa

（50Kgfmm2）、540MPa（55Kgfmm2）、590MPa（60Kgfmm2）、690MPa（70Kgfmm2）、740MP（75Kgfmm2）、

830MPa（85Kgfmm2）；；（2）“E”后面的第五位为后缀字母，表示熔敷金属的化学成分分类代号。A1表示碳钼钢焊条；B1、B2、B3、B4、B5表示铬钼钢焊条；D1、D2、D3表示锰钼钢焊条；G、M、M1、W

表示其它合金焊条；（3）“E”后面的第六位为附加的化学元素符号，如不具有化学成分时，该项省略；（4）对于E50××—×、E55××—×、E60××—×型低氢焊条的熔敷金属的化学成分分类后缀字母，或附加化学成分后面加字母“R”时，表示耐吸潮焊条。

三）常用焊条牌号的编制主要介绍最常用的第一大类焊条，即结构钢焊条。结构钢焊条（包括碳钢焊条和低合金焊条）的牌号用“J”字表示，“J”后面的第一、第二位数字表示焊缝金属的抗拉强度等级，其系列见表5-2；第三位数字表示焊条药皮类型和焊接电源