焊接基礎知識孟善斌

手工電弧焊技能培訓第一節焊條電弧焊工藝一、焊條電弧焊條工藝1.焊條電弧焊工藝特點焊條電弧焊時手工操作焊條進行焊接的電弧焊方法。它通過焊條與工件間產生的電弧熱將金屬熔化的焊接方法。焊接過程中，焊條藥皮熔化分解成氣體、熔渣，在氣、渣的聯合保護下，有效的排除了周圍空氣的有害影響。通過高溫下熔化金屬與熔渣間的冶金反應，還原和進化金屬得到優質的焊縫。其工藝特點是(1)優點1)工藝靈活、適應性強、適用于碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等各種材料的平、立、橫、仰焊各種位置以及不同厚度、結構形狀的焊接。它是熔化焊最通用的一種焊接方法。2)焊接質量與埋弧焊氣焊相比，焊條電弧焊的金相組織細，熱影響區小，接頭性能好。3)易于通過工藝調整(如對稱焊)來控制變形和改善應力。4)設備簡單、操作方便(2)缺點1)要求焊工操作技術高焊工的操作技術和經驗直接影響產品質量的好壞。2)勞動條件差焊工在工作是必須首腦、眼睛并用，精神高度集中，而且還受到高溫烘烤及有毒、煙、塵、光輻射和金屬蒸汽的危害。3)生產率低受焊工體質的影響，焊接工參數選用的限制，故生產率低。3.應用范圍廣造船、鐵路、鍋爐、及壓力容器、機械制造、建筑等等動廣泛使用焊條電弧焊。2.焊接電弧正負兩個電極間的放電現象稱為電弧，它是一種空氣導電的現象，但是一般的電弧由于存在時間短，而無法用來焊接。而焊接電弧是由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間或電極與母材間，在氣體介質中產生強烈而持久的放電現象稱為焊接電弧。它具有兩個特點強烈的光和大量的熱。焊接就是利用產生的熱量作為熱源，用來熔化母材和填充金屬。(1)焊接電弧的產生焊接電弧的引燃過程，是當焊條與工件接觸的瞬間，焊條與工件表面局部突出部位首先接觸，在接觸區有電流通過，使得接觸處電流密度增大，產生很大的電阻熱，將接觸點熔化，同時受熱的陰極發射的電子，在電場的作用下快速的向陽極吸收，而正離子向陰極運動，形成電弧的放電現象。焊接電弧引燃的順利與否，是與焊接電流強度，電弧中的電離物質、電源的空載電壓及其特性有關。如焊接電流大，電弧中又存在容易電離的元素，電源的空載電壓有較高時則電弧的引燃就容易。(2)焊接電弧的組成及溫度分布1)焊接電弧的組成焊接電弧由陰極區、陽極區、弧柱區三部分組成見(其構造圖）。①陰極區——靠近陰極的一層很薄的區域，厚度大約只有10-5～10-6cm。陽極區——靠近陽極的一層很薄的區域，但它的厚度比陰極區，約10-3～10-4cm?；≈鶇^——陰極區與弧柱區之間的部分2)焊接電弧的分布焊接電弧中三個區域的溫度時不均勻的，陰極區和陽極區溫度取決于電極材料，而且一般陰極區溫度低于陽極區，而且低于材料的的沸點。焊接電弧的熱量是由焊接電源提供的電能轉變而來的。陰極區的熱量主要來自正離子碰撞陰極時的動能和它與電子復合時釋放的位能（電離能）轉化而來。陰極區所產生的熱量約占電弧總熱量的36％。陽極區的熱量，主要來自電子撞擊陽極時電子的動能和位能（逸出功）轉化而來的能量。陽極區產生的熱量約占電弧總熱量的43％。陰極與陽極的溫度與所用的電極材料有關。表2-1見表①焊條電弧焊陽極溫度比陰極溫度高，這是由于陰極發射電子要消耗一部分能量。②鎢極氬弧焊陽極溫度也比陰極溫度高，這是由于鎢極發射電子能力較強，在較低的溫度下就能滿足發射電子的要求。③氣體保護焊氣體對陰極有較強的冷卻作用，這樣就要求陰極具有溫度更高的溫度及更大的電子發射能力，由于采用的電流密度較大，故陰極溫度比陽極溫度高。④埋弧焊在使用焊GaF2焊劑的埋弧焊時，因氟的蒸汽容易形成負離子，要求陰極能具備跟強的電子發射能力。但這些負離子在陽極區與正離子中時能放出大量得人，電流密度也較大，所以陰極溫度叫陽極溫度高。在生產實踐中，發現不同的焊接工藝使陽極和陰極溫度高低有變化(見表)弧柱的溫度不受材料沸點的限制，因此通常高于陽極區和和陰極區的溫度，一般可達6000-8000℃?；≈闹行臏囟鹊淖罡撸x開弧柱中心線，溫度逐漸降低?；≈鶞囟入m高，但大部分被輻射，應此焊接時盡量壓低電弧，使熱量得到充分利用。(3)焊接電弧的偏吹正常情況下，電弧的軸線總是沿著電極中心線的方向。即使焊條傾斜與工件時，仍偶保持軸線方向的傾向，電弧的這種性質叫電弧挺度，電弧的挺度對焊接操作十分有利，可以利用它來控制焊縫的成型，吹去覆蓋在熔池表面過多的熔渣。然而電弧是由氣體電離構成的柔性導體。因此很易受外力的作用時，發生偏擺。使電弧中心偏離電極軸線的現象稱為電弧偏吹。電弧偏吹影響焊縫成型和焊接質量。造成電弧偏吹的原因主要有：1)焊條偏心度過大指焊條藥皮沿焊芯直徑方向偏心的程度。如圖2-5。2)電弧周圍的氣流干擾在室外作業時，電弧周圍氣體的流動會把電弧吹響一側而造成偏吹。特別在大風中、狹長焊縫或管道內進行焊接時，由于空氣的流速快，會造成電弧偏吹，嚴重時無法焊接。因此，在氣流中焊接又有擋風裝置，管道焊接時應將兩端堵住。

3)磁場的影響---磁偏吹進行直流電弧焊時，電弧受到焊接回路所產生的電磁力的作用而產生的電弧偏吹稱為磁偏吹。①造成電弧磁偏吹的主因a.接地線位置不正確，使電弧周圍磁場強度分布不均，從而造成電弧偏吹見圖2-6

b.鐵磁物質由于鐵磁物質(鋼板、鐵塊等)的導磁能力遠遠大于空氣。因此，當焊接電弧周圍有鐵磁物質存在時(如焊接T形接頭角焊縫)。再靠近鐵磁體一側的磁力線大部分都通過鐵磁形成封閉曲線，使電弧同鐵磁之間的磁力線之間的磁力線變得稀疏，而電弧另一側磁力線顯得密集，因此電弧就向鐵磁一側偏吹，就像鐵磁體吸引電弧一樣。如果材料受熱后溫度升得較高，導磁能力就降低，對電弧磁偏吹的影響也就減少。c.焊條與焊件的位置不對稱在靠近焊件邊緣進行焊接時，經常會發生電弧偏吹。當焊接位置逐漸靠近焊件中心位置時，則電弧的偏吹現象就逐漸減小或沒有。這由于在焊縫的端起處時，焊條與焊件所處的位置不對稱，造成電弧周圍的磁場分布不均，再加上熱對流的作用，就產生電弧偏出。②生產中克服磁偏吹的方法a.適當改變焊件上的接地線部位b.適當調整焊條角度c.焊縫兩端各加一小塊鋼板(引弧板、熄弧板)d.磁偏吹與焊接電流有關，適當降低焊接電流e.采用短弧焊以及使用交流電3.焊條電弧焊工藝參數(1)焊條直徑焊條直徑的大小取決于被焊材料的的厚度、焊接位置及待焊接頭的形式和焊道層次等因素。對于厚的材料可采用大直徑的焊條，角度越大，焊條直徑越大，表2-3。但厚板對接接頭的底焊要選用較細的焊條，最好采用直徑不超過3.2mm焊條，否則不易得到良好的焊透及背面成型。另外，接頭形式不同，焊縫空間位置不同，焊條直徑也有所不同。例如，T形接頭應比對接接頭使用的焊條粗些；立焊、橫焊等空間位置比平焊時所用時選用的應細些，立焊最大直徑不超過5mm，橫焊、仰焊不超過4mm。(2)焊接電流的選用焊接電流是焊條電弧焊的主要工藝參數，它直接影響焊接質量和焊接生產效率。①焊接時決定電流大小因素很多，如焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、焊縫位置、焊接層數及接頭形式等，但主要由焊條直徑、焊接位置和焊道層次、類型來決定的。焊接電流過大易造成咬邊、焊瘤甚至燒穿等缺陷，同時金屬飛濺大、熱影響區大、會使焊接接頭的組織產生氣孔等缺陷，同時生產率低。②焊接位置平焊位置可選用偏大些的焊接電流。橫、仰時，所選用的電流應比平焊小5%-10%，立焊比平焊小10%-15%。③焊道層次通常焊接打底焊時，特別是焊接單面焊雙面焊成型時，使用的電流要小些，這樣便于操作和保證焊道背面的質量；填充時為了提高效率采用較大的焊接電流；蓋面焊時，為了防止咬邊和獲得較美觀的焊縫，使用電流應小些。④焊條類型堿性焊條選用的焊接電流比酸性焊條小10%；不銹鋼焊條比碳鋼選用電流小20%。⑤焊接電流與焊條直徑的關系可按經驗公式來選用I=(35-55)dI---焊接電流d----焊條直徑2)判斷適合電流的方法除了電流表測量焊接電流外，實際工作中，還可憑經驗判斷電流大小是否適合。①觀察飛濺電流過大時，電弧吹力大，有較大顆粒的鐵水向熔池飛濺，且焊接時爆裂聲大，焊件表面不干凈；電流太小，焊條熔化慢，電弧吹力小，熔渣和鐵水很難分離。②看焊縫成型電流過大時，熔深大、兩側易產生咬邊；焊接電流過小時，熔深淺、焊縫余高不足，且兩側與母材熔合過渡不良。③看焊條熔化情況電流過大時，當焊條熔化了大半根后剩余部分的焊條會發紅，使焊條藥皮因電阻熱過高而變質，失去保護，電流過小，電弧燃燒不穩定，焊條易粘在焊件上。(3)焊接層數的選擇厚板的焊接，一般要開坡口并采用多層多道焊，如圖8-1。對于低碳鋼和強度的較低的低合金結構鋼，每層焊縫厚度過大時，對焊縫金屬的塑性(主要表現在冷彎角上)有不利的影響。因此，對質量要求較高的焊縫，每層的焊縫厚度小于等于4mm。焊接層數主要根據板厚、焊條直徑、坡口形式及裝配間隙來定n=t/mdn----焊接層數t-----焊件厚度,mmm----經驗系數，一般0.8-1.2d-----焊條直徑，mm在中、厚板焊接時，必須采用多層多道焊。對同一厚度的材料，其他條件不變時，焊接層次增加,熱輸入量減少，有利于提高焊接接頭的塑性和韌性。而對低合金鋼來說，多層焊的前一道對后一道焊縫起著預熱的作用，而后一道對其一道起著熱處理作用(退貨或緩冷)有利于提高焊縫性能。(4)電弧電壓焊條電弧焊時電弧電壓時由焊工根據具體情況掌握的，掌握的原則一是保證焊縫符合尺寸和外形的要求，二是保證焊透。電弧電壓主要決定于弧長，電弧長、電弧電壓高；電弧短、電弧電壓低。一般弧長控制在2-4mm，相應的電弧電壓在18-26V。焊接過程中應使弧長始終保持一定。并盡可能采用短弧焊接，所謂短弧，一般認為弧長應是焊條直徑的0.5-1.0倍。焊接時，如果電弧過長，會出現以下幾種不良現象：①電弧不穩定，易擺動，電弧熱能分散，熔滴金屬飛濺多。②熔池的保護作用差，與空氣的接觸面大，空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入，使焊縫產生氣孔的可能性增加，焊縫力學性能降低。焊接時，堿性焊條應比酸性焊條的弧長短些，仰焊、立焊長應比平焊短，以利于熔滴過渡。(5)焊接速度的選用焊接速度是指單位時間內完成的焊縫長度。焊條電弧焊時由焊工根據具體情況自己掌握。焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不燒穿，同時還要使焊縫寬度和余高符合設計要求。如果焊速過慢，焊縫變寬，使高溫停留時間增長，熱影響區寬度增加，焊接接頭的晶粒粗大，力學性能降低，同時變形量也會增加，當焊接薄板時，易燒穿；如果焊速過快，焊縫變窄，熔池溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良、焊縫波形變尖。(6)焊接工藝參數與熱輸入的關系選擇各項焊接工藝參數時，不能單以一個參數大小來衡量對焊接接頭的影響，因為單一一個參數分析時不全面的。因此，焊接工藝參數的大小應綜合考慮，即用熱輸入來表示。熱輸入是指熔化焊時由焊接電源輸入給單位長度焊縫上的熱能，其計算公式Q=ЛIU/v。焊接工藝參數對熱影響區得大小和性能有很大的影響。采用小的參數，增大焊接速度、降低焊件電流，即采用小的熱輸入可以減少熱影響區得尺寸；還可以防止組織過熱并細化晶粒，提高熱影響區的塑性和韌性。有些鋼種為了防止裂紋的產生，焊接熱輸入偏大些。材料不同，結構不同，對熱輸入的要求不同。二、焊接電弧的引燃、運條和收弧1.焊接電弧的引燃電弧焊開始時，引燃焊接電弧的過程叫引弧。引弧的方法包括以下兩類，即：(1)不接觸引弧利用高頻高壓使電極末端與工件間的氣體導電產生電弧。(2)接觸引弧先使電極與工件短路，再拉開電極引燃電弧。這是手工電弧焊時最常用的引弧方法，根據操作手法不同又可分為：

直擊法引弧

劃擦法引?、僦睋舴ê笚l向焊件表面敲擊，當焊條與焊件表面輕輕一碰，便迅速提起焊條，并保持一定距離，使電弧引燃。②劃擦法這種方法與擦火柴有些相似，先將焊條末端對準焊件，然后將焊條在焊件表面劃擦一下。接觸引弧的兩種方法相比，劃擦法比較容易掌握，但是在狹小工作面上或不允許燒傷焊件表面時，應采用直擊法。直擊法較難掌握，容易發生電弧熄滅或造成短路現象，這是沒有掌握好離開焊件時的速度和保持一定距離的原因。如果操作時焊條上拉太快或提得太高，都不能引燃電弧或電弧只燃燒一瞬間就熄滅。相反，動作太慢則可能使焊條與焊件粘在一起，造成焊接回路短路。引弧時，如果發生焊條和焊件粘在一起時，只要將焊條左右搖動兒幾下，就可脫離焊件，如果這時還不能脫離焊件，就應立即將焊鉗放松，使焊接回路斷開，待焊條稍冷后再拆下。如果焊條粘住焊件的時間過長，則因過大的短路電流可能使電焊機燒壞，所以引弧時，手腕動作必須靈活和準確，而且要選擇好引弧起始點的位置。2.運條常用的運條方法焊接過程中，焊條相對焊縫所做的各種動作的總稱叫運條。正確運條是保證焊縫質量基本因素之一，因此每個焊工都必須掌握好運條這項基本功。運條包括沿焊條軸線的送進、沿焊縫軸線方向縱向移動和橫向擺動三個動作。（l）焊條沿軸線向熔池方向送進使焊條熔化后，能繼續保持電弧的長度不變，因此要求焊條向熔池方向送進的速度與焊條熔化的速度相等。如果焊條送進的速度小于焊條熔化的速度，則電弧的長度將逐漸增加，導致斷??；如果焊條送進速度太快，則電弧長度迅速縮短，使焊條末端與焊件接觸發生短路，同樣會使電弧熄滅。（2）焊條沿焊接方向的縱向移動

橫向擺動的作用是為獲得一定寬度的焊縫，并保證焊縫兩側熔合良好。其擺動幅度應根據焊縫寬度與焊條直徑決定。橫向擺動力求均勻一致，才能獲得寬度整齊的焊縫。正常的焊縫寬度一般不超過焊條直徑的2～5倍。（3）焊條的橫向擺動

橫向擺動的作用是為獲得一定寬度的焊縫，并保證焊縫兩側熔合良好。其擺動幅度應根據焊縫寬度與焊條直徑決定。橫向擺動力求均勻一致，才能獲得寬度整齊的焊縫。正常的焊縫寬度一般不超過焊條直徑的2～5倍。2．運條方法運條的方法很多，選用時應根據接頭的形式、裝配間隙、焊縫的空間位置、焊條直徑與性能、焊接電流及焊工技術水平等方面而定。3、焊縫的起頭焊縫的起頭是指剛開始焊接處的焊縫。這部分焊縫的余高容易增高，這是由于開始焊接時工件溫度較低，引弧后不能迅速使這部分金屬溫度升高，因此熔深較淺，余高較大。為減少或避免這種情況，可在引燃電弧后先將電弧稍微拉長些，對焊件進行必要的預熱，然后適當壓低電弧轉入正常焊接。4、焊縫的收尾焊縫的收尾是指一條焊縫焊完后如何收弧。焊接結束時，如果將電弧突然熄滅，則焊縫表面留有凹陷較深的弧坑會降低焊縫收尾處的強度，并容易引起弧坑裂紋。過快拉斷電弧，液體金屬中的氣體來不及逸出，還容易產生氣孔等缺陷。為克服弧坑缺陷，可采用下述方法收尾。(1)反復斷弧法焊條移到焊縫終點時，在弧坑處反復熄弧、引弧數次，直到填滿弧坑為止。適于薄板和大電流焊接時的收尾，不適于堿性焊條。(2)劃圈收尾法焊條移到焊縫終點時，在弧坑處作圓圈運動，直到填滿弧坑再拉斷電弧，此方法適用于厚板。(3)轉移收尾法焊條移到焊縫終點時，在弧坑處稍做停留，將電弧慢慢抬高，引到焊縫邊緣的母材坡口內。這時熔地會逐漸縮小，凝固后一般不出現缺陷。適用于換焊條或臨時停弧時的收尾5、焊縫的接頭后焊焊縫與先焊焊縫的連接處稱為焊縫的接頭。(1)中間接頭后焊的焊縫從先焊的焊縫尾部開始焊接，如圖所示。要求在弧坑前約10mm附近引弧，電弧長度比正常焊接時略長，然后回移到弧坑，壓低電弧，稍作擺動，再向前正常焊接。這種方法是使用最多的一種，適用于單層焊及多層焊的表層接頭。(2)相背接頭兩焊縫的起頭相接，要求先焊縫的起頭處略低些，后焊的焊縫必須在前條焊縫始端稍前處起弧，然后稍拉長電弧將電弧逐漸引向前條焊縫的始端，并覆蓋前焊縫的端頭，待焊平后，再向焊接方向移動。焊縫接頭的四種情況

a）中間接頭b）相背接頭c）相向接頭

d）分段追焊接頭l一先焊焊縫2一后焊焊縫(3)相向接頭是兩條焊縫的收尾相接，如圖。當后焊的焊縫焊到先焊的焊縫收弧處時，焊接速度應稍慢些，填滿先焊焊縫的弧坑后，以較快的速度再略向前焊一段，然后熄弧。(4)分段退焊接頭是先焊焊縫的起頭和后焊焊縫的收尾相接，如圖。要求后焊的焊縫焊至靠近前焊焊縫始端時，改變焊條角度，使焊條指向前焊縫的始端，拉