第三节 焊条电弧焊工艺

焊接基础知识孟善斌

手工电弧焊技能培训第一节焊条电弧焊工艺一、焊条电弧焊条工艺1.焊条电弧焊工艺特点焊条电弧焊时手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。它通过焊条与工件间产生的电弧热将金属熔化的焊接方法。焊接过程中，焊条药皮熔化分解成气体、熔渣，在气、渣的联合保护下，有效的排除了周围空气的有害影响。通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应，还原和进化金属得到优质的焊缝。其工艺特点是(1)优点1)工艺灵活、适应性强、适用于碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢等各种材料的平、立、横、仰焊各种位置以及不同厚度、结构形状的焊接。它是熔化焊最通用的一种焊接方法。2)焊接质量与埋弧焊气焊相比，焊条电弧焊的金相组织细，热影响区小，接头性能好。3)易于通过工艺调整(如对称焊)来控制变形和改善应力。4)设备简单、操作方便(2)缺点1)要求焊工操作技术高焊工的操作技术和经验直接影响产品质量的好坏。2)劳动条件差焊工在工作是必须首脑、眼睛并用，精神高度集中，而且还受到高温烘烤及有毒、烟、尘、光辐射和金属蒸汽的危害。3)生产率低受焊工体质的影响，焊接工参数选用的限制，故生产率低。3.应用范围广造船、铁路、锅炉、及压力容器、机械制造、建筑等等动广泛使用焊条电弧焊。2.焊接电弧正负两个电极间的放电现象称为电弧，它是一种空气导电的现象，但是一般的电弧由于存在时间短，而无法用来焊接。而焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。它具有两个特点强烈的光和大量的热。焊接就是利用产生的热量作为热源，用来熔化母材和填充金属。(1)焊接电弧的产生焊接电弧的引燃过程，是当焊条与工件接触的瞬间，焊条与工件表面局部突出部位首先接触，在接触区有电流通过，使得接触处电流密度增大，产生很大的电阻热，将接触点熔化，同时受热的阴极发射的电子，在电场的作用下快速的向阳极吸收，而正离子向阴极运动，形成电弧的放电现象。焊接电弧引燃的顺利与否，是与焊接电流强度，电弧中的电离物质、电源的空载电压及其特性有关。如焊接电流大，电弧中又存在容易电离的元素，电源的空载电压有较高时则电弧的引燃就容易。(2)焊接电弧的组成及温度分布1)焊接电弧的组成焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成见(其构造图）。①阴极区——靠近阴极的一层很薄的区域，厚度大约只有10-5～10-6cm。阳极区——靠近阳极的一层很薄的区域，但它的厚度比阴极区，约10-3～10-4cm。弧柱区——阴极区与弧柱区之间的部分2)焊接电弧的分布焊接电弧中三个区域的温度时不均匀的，阴极区和阳极区温度取决于电极材料，而且一般阴极区温度低于阳极区，而且低于材料的的沸点。焊接电弧的热量是由焊接电源提供的电能转变而来的。阴极区的热量主要来自正离子碰撞阴极时的动能和它与电子复合时释放的位能（电离能）转化而来。阴极区所产生的热量约占电弧总热量的36％。阳极区的热量，主要来自电子撞击阳极时电子的动能和位能（逸出功）转化而来的能量。阳极区产生的热量约占电弧总热量的43％。阴极与阳极的温度与所用的电极材料有关。表2-1见表①焊条电弧焊阳极温度比阴极温度高，这是由于阴极发射电子要消耗一部分能量。②钨极氩弧焊阳极温度也比阴极温度高，这是由于钨极发射电子能力较强，在较低的温度下就能满足发射电子的要求。③气体保护焊气体对阴极有较强的冷却作用，这样就要求阴极具有温度更高的温度及更大的电子发射能力，由于采用的电流密度较大，故阴极温度比阳极温度高。④埋弧焊在使用焊GaF2焊剂的埋弧焊时，因氟的蒸汽容易形成负离子，要求阴极能具备跟强的电子发射能力。但这些负离子在阳极区与正离子中时能放出大量得人，电流密度也较大，所以阴极温度叫阳极温度高。在生产实践中，发现不同的焊接工艺使阳极和阴极温度高低有变化(见表)弧柱的温度不受材料沸点的限制，因此通常高于阳极区和和阴极区的温度，一般可达6000-8000℃。弧柱的中心温度的最高，离开弧柱中心线，温度逐渐降低。弧柱温度虽高，但大部分被辐射，应此焊接时尽量压低电弧，使热量得到充分利用。(3)焊接电弧的偏吹正常情况下，电弧的轴线总是沿着电极中心线的方向。即使焊条倾斜与工件时，仍偶保持轴线方向的倾向，电弧的这种性质叫电弧挺度，电弧的挺度对焊接操作十分有利，可以利用它来控制焊缝的成型，吹去覆盖在熔池表面过多的熔渣。然而电弧是由气体电离构成的柔性导体。因此很易受外力的作用时，发生偏摆。使电弧中心偏离电极轴线的现象称为电弧偏吹。电弧偏吹影响焊缝成型和焊接质量。造成电弧偏吹的原因主要有：1)焊条偏心度过大指焊条药皮沿焊芯直径方向偏心的程度。如图2-5。2)电弧周围的气流干扰在室外作业时，电弧周围气体的流动会把电弧吹响一侧而造成偏吹。特别在大风中、狭长焊缝或管道内进行焊接时，由于空气的流速快，会造成电弧偏吹，严重时无法焊接。因此，在气流中焊接又有挡风装置，管道焊接时应将两端堵住。

3)磁场的影响---磁偏吹进行直流电弧焊时，电弧受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹称为磁偏吹。①造成电弧磁偏吹的主因a.接地线位置不正确，使电弧周围磁场强度分布不均，从而造成电弧偏吹见图2-6

b.铁磁物质由于铁磁物质(钢板、铁块等)的导磁能力远远大于空气。因此，当焊接电弧周围有铁磁物质存在时(如焊接T形接头角焊缝)。再靠近铁磁体一侧的磁力线大部分都通过铁磁形成封闭曲线，使电弧同铁磁之间的磁力线之间的磁力线变得稀疏，而电弧另一侧磁力线显得密集，因此电弧就向铁磁一侧偏吹，就像铁磁体吸引电弧一样。如果材料受热后温度升得较高，导磁能力就降低，对电弧磁偏吹的影响也就减少。c.焊条与焊件的位置不对称在靠近焊件边缘进行焊接时，经常会发生电弧偏吹。当焊接位置逐渐靠近焊件中心位置时，则电弧的偏吹现象就逐渐减小或没有。这由于在焊缝的端起处时，焊条与焊件所处的位置不对称，造成电弧周围的磁场分布不均，再加上热对流的作用，就产生电弧偏出。②生产中克服磁偏吹的方法a.适当改变焊件上的接地线部位b.适当调整焊条角度c.焊缝两端各加一小块钢板(引弧板、熄弧板)d.磁偏吹与焊接电流有关，适当降低焊接电流e.采用短弧焊以及使用交流电3.焊条电弧焊工艺参数(1)焊条直径焊条直径的大小取决于被焊材料的的厚度、焊接位置及待焊接头的形式和焊道层次等因素。对于厚的材料可采用大直径的焊条，角度越大，焊条直径越大，表2-3。但厚板对接接头的底焊要选用较细的焊条，最好采用直径不超过3.2mm焊条，否则不易得到良好的焊透及背面成型。另外，接头形式不同，焊缝空间位置不同，焊条直径也有所不同。例如，T形接头应比对接接头使用的焊条粗些；立焊、横焊等空间位置比平焊时所用时选用的应细些，立焊最大直径不超过5mm，横焊、仰焊不超过4mm。(2)焊接电流的选用焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，它直接影响焊接质量和焊接生产效率。①焊接时决定电流大小因素很多，如焊条类型、焊条直径、焊件厚度、焊缝位置、焊接层数及接头形式等，但主要由焊条直径、焊接位置和焊道层次、类型来决定的。焊接电流过大易造成咬边、焊瘤甚至烧穿等缺陷，同时金属飞溅大、热影响区大、会使焊接接头的组织产生气孔等缺陷，同时生产率低。②焊接位置平焊位置可选用偏大些的焊接电流。横、仰时，所选用的电流应比平焊小5%-10%，立焊比平焊小10%-15%。③焊道层次通常焊接打底焊时，特别是焊接单面焊双面焊成型时，使用的电流要小些，这样便于操作和保证焊道背面的质量；填充时为了提高效率采用较大的焊接电流；盖面焊时，为了防止咬边和获得较美观的焊缝，使用电流应小些。④焊条类型碱性焊条选用的焊接电流比酸性焊条小10%；不锈钢焊条比碳钢选用电流小20%。⑤焊接电流与焊条直径的关系可按经验公式来选用I=(35-55)dI---焊接电流d----焊条直径2)判断适合电流的方法除了电流表测量焊接电流外，实际工作中，还可凭经验判断电流大小是否适合。①观察飞溅电流过大时，电弧吹力大，有较大颗粒的铁水向熔池飞溅，且焊接时爆裂声大，焊件表面不干净；电流太小，焊条熔化慢，电弧吹力小，熔渣和铁水很难分离。②看焊缝成型电流过大时，熔深大、两侧易产生咬边；焊接电流过小时，熔深浅、焊缝余高不足，且两侧与母材熔合过渡不良。③看焊条熔化情况电流过大时，当焊条熔化了大半根后剩余部分的焊条会发红，使焊条药皮因电阻热过高而变质，失去保护，电流过小，电弧燃烧不稳定，焊条易粘在焊件上。(3)焊接层数的选择厚板的焊接，一般要开坡口并采用多层多道焊，如图8-1。对于低碳钢和强度的较低的低合金结构钢，每层焊缝厚度过大时，对焊缝金属的塑性(主要表现在冷弯角上)有不利的影响。因此，对质量要求较高的焊缝，每层的焊缝厚度小于等于4mm。焊接层数主要根据板厚、焊条直径、坡口形式及装配间隙来定n=t/mdn----焊接层数t-----焊件厚度,mmm----经验系数，一般0.8-1.2d-----焊条直径，mm在中、厚板焊接时，必须采用多层多道焊。对同一厚度的材料，其他条件不变时，焊接层次增加,热输入量减少，有利于提高焊接接头的塑性和韧性。而对低合金钢来说，多层焊的前一道对后一道焊缝起着预热的作用，而后一道对其一道起着热处理作用(退货或缓冷)有利于提高焊缝性能。(4)电弧电压焊条电弧焊时电弧电压时由焊工根据具体情况掌握的，掌握的原则一是保证焊缝符合尺寸和外形的要求，二是保证焊透。电弧电压主要决定于弧长，电弧长、电弧电压高；电弧短、电弧电压低。一般弧长控制在2-4mm，相应的电弧电压在18-26V。焊接过程中应使弧长始终保持一定。并尽可能采用短弧焊接，所谓短弧，一般认为弧长应是焊条直径的0.5-1.0倍。焊接时，如果电弧过长，会出现以下几种不良现象：①电弧不稳定，易摆动，电弧热能分散，熔滴金属飞溅多。②熔池的保护作用差，与空气的接触面大，空气中的氧、氮等有害气体容易侵入，使焊缝产生气孔的可能性增加，焊缝力学性能降低。焊接时，碱性焊条应比酸性焊条的弧长短些，仰焊、立焊长应比平焊短，以利于熔滴过渡。(5)焊接速度的选用焊接速度是指单位时间内完成的焊缝长度。焊条电弧焊时由焊工根据具体情况自己掌握。焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不烧穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计要求。如果焊速过慢，焊缝变宽，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒粗大，力学性能降低，同时变形量也会增加，当焊接薄板时，易烧穿；如果焊速过快，焊缝变窄，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良、焊缝波形变尖。(6)焊接工艺参数与热输入的关系选择各项焊接工艺参数时，不能单以一个参数大小来衡量对焊接接头的影响，因为单一一个参数分析时不全面的。因此，焊接工艺参数的大小应综合考虑，即用热输入来表示。热输入是指熔化焊时由焊接电源输入给单位长度焊缝上的热能，其计算公式Q=ЛIU/v。焊接工艺参数对热影响区得大小和性能有很大的影响。采用小的参数，增大焊接速度、降低焊件电流，即采用小的热输入可以减少热影响区得尺寸；还可以防止组织过热并细化晶粒，提高热影响区的塑性和韧性。有些钢种为了防止裂纹的产生，焊接热输入偏大些。材料不同，结构不同，对热输入的要求不同。二、焊接电弧的引燃、运条和收弧1.焊接电弧的引燃电弧焊开始时，引燃焊接电弧的过程叫引弧。引弧的方法包括以下两类，即：(1)不接触引弧利用高频高压使电极末端与工件间的气体导电产生电弧。(2)接触引弧先使电极与工件短路，再拉开电极引燃电弧。这是手工电弧焊时最常用的引弧方法，根据操作手法不同又可分为：

直击法引弧

划擦法引弧①直击法焊条向焊件表面敲击，当焊条与焊件表面轻轻一碰，便迅速提起焊条，并保持一定距离，使电弧引燃。②划擦法这种方法与擦火柴有些相似，先将焊条末端对准焊件，然后将焊条在焊件表面划擦一下。接触引弧的两种方法相比，划擦法比较容易掌握，但是在狭小工作面上或不允许烧伤焊件表面时，应采用直击法。直击法较难掌握，容易发生电弧熄灭或造成短路现象，这是没有掌握好离开焊件时的速度和保持一定距离的原因。如果操作时焊条上拉太快或提得太高，都不能引燃电弧或电弧只燃烧一瞬间就熄灭。相反，动作太慢则可能使焊条与焊件粘在一起，造成焊接回路短路。引弧时，如果发生焊条和焊件粘在一起时，只要将焊条左右摇动儿几下，就可脱离焊件，如果这时还不能脱离焊件，就应立即将焊钳放松，使焊接回路断开，待焊条稍冷后再拆下。如果焊条粘住焊件的时间过长，则因过大的短路电流可能使电焊机烧坏，所以引弧时，手腕动作必须灵活和准确，而且要选择好引弧起始点的位置。2.运条常用的运条方法焊接过程中，焊条相对焊缝所做的各种动作的总称叫运条。正确运条是保证焊缝质量基本因素之一，因此每个焊工都必须掌握好运条这项基本功。运条包括沿焊条轴线的送进、沿焊缝轴线方向纵向移动和横向摆动三个动作。（l）焊条沿轴线向熔池方向送进使焊条熔化后，能继续保持电弧的长度不变，因此要求焊条向熔池方向送进的速度与焊条熔化的速度相等。如果焊条送进的速度小于焊条熔化的速度，则电弧的长度将逐渐增加，导致断弧；如果焊条送进速度太快，则电弧长度迅速缩短，使焊条末端与焊件接触发生短路，同样会使电弧熄灭。（2）焊条沿焊接方向的纵向移动

横向摆动的作用是为获得一定宽度的焊缝，并保证焊缝两侧熔合良好。其摆动幅度应根据焊缝宽度与焊条直径决定。横向摆动力求均匀一致，才能获得宽度整齐的焊缝。正常的焊缝宽度一般不超过焊条直径的2～5倍。（3）焊条的横向摆动

横向摆动的作用是为获得一定宽度的焊缝，并保证焊缝两侧熔合良好。其摆动幅度应根据焊缝宽度与焊条直径决定。横向摆动力求均匀一致，才能获得宽度整齐的焊缝。正常的焊缝宽度一般不超过焊条直径的2～5倍。2．运条方法运条的方法很多，选用时应根据接头的形式、装配间隙、焊缝的空间位置、焊条直径与性能、焊接电流及焊工技术水平等方面而定。3、焊缝的起头焊缝的起头是指刚开始焊接处的焊缝。这部分焊缝的余高容易增高，这是由于开始焊接时工件温度较低，引弧后不能迅速使这部分金属温度升高，因此熔深较浅，余高较大。为减少或避免这种情况，可在引燃电弧后先将电弧稍微拉长些，对焊件进行必要的预热，然后适当压低电弧转入正常焊接。4、焊缝的收尾焊缝的收尾是指一条焊缝焊完后如何收弧。焊接结束时，如果将电弧突然熄灭，则焊缝表面留有凹陷较深的弧坑会降低焊缝收尾处的强度，并容易引起弧坑裂纹。过快拉断电弧，液体金属中的气体来不及逸出，还容易产生气孔等缺陷。为克服弧坑缺陷，可采用下述方法收尾。(1)反复断弧法焊条移到焊缝终点时，在弧坑处反复熄弧、引弧数次，直到填满弧坑为止。适于薄板和大电流焊接时的收尾，不适于碱性焊条。(2)划圈收尾法焊条移到焊缝终点时，在弧坑处作圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧，此方法适用于厚板。(3)转移收尾法焊条移到焊缝终点时，在弧坑处稍做停留，将电弧慢慢抬高，引到焊缝边缘的母材坡口内。这时熔地会逐渐缩小，凝固后一般不出现缺陷。适用于换焊条或临时停弧时的收尾5、焊缝的接头后焊焊缝与先焊焊缝的连接处称为焊缝的接头。(1)中间接头后焊的焊缝从先焊的焊缝尾部开始焊接，如图所示。要求在弧坑前约10mm附近引弧，电弧长度比正常焊接时略长，然后回移到弧坑，压低电弧，稍作摆动，再向前正常焊接。这种方法是使用最多的一种，适用于单层焊及多层焊的表层接头。(2)相背接头两焊缝的起头相接，要求先焊缝的起头处略低些，后焊的焊缝必须在前条焊缝始端稍前处起弧，然后稍拉长电弧将电弧逐渐引向前条焊缝的始端，并覆盖前焊缝的端头，待焊平后，再向焊接方向移动。焊缝接头的四种情况

a）中间接头b）相背接头c）相向接头

d）分段追焊接头l一先焊焊缝2一后焊焊缝(3)相向接头是两条焊缝的收尾相接，如图。当后焊的焊缝焊到先焊的焊缝收弧处时，焊接速度应稍慢些，填满先焊焊缝的弧坑后，以较快的速度再略向前焊一段，然后熄弧。(4)分段退焊接头是先焊焊缝的起头和后焊焊缝的收尾相接，如图。要求后焊的焊缝焊至靠近前焊焊缝始端时，改变焊条角度，使焊条指向前焊缝的始端，拉