焊条电弧焊工艺简介
2019/09/14 00:21:49
焊条电弧焊是利用电弧产生的热量来熔化焊条和部分工件，从而使两块金属连成一体的手工操作的焊接方法（如右图所示）。由于它使用的设备简单，操作灵活方便，能够适应各种条件下的焊接，因此成为熔焊中应用最广泛的一种焊接方法。但焊条电弧焊要求操作者技术水平较高，生产率较低，劳动条件较差。
1、焊接过程
焊条电弧焊的焊接过程如右图所示。焊接时首先将焊条夹在焊钳上，把工件同电焊机相连接。引燃电弧时，焊条与工件相互接触发生短路，随即提起焊条2～4mm ，在焊条端部和工件之间产生电弧，电弧产生大量的热量将焊条、工件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后形成的熔滴和熔化的母材融化一起形成熔池，随着电弧的向前移动。新的熔池开始形成。原来的熔池随着温度的降低开始凝固，从而形成连续的焊缝。
焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。弧柱区温度最高，其中心温度可达 5700℃ 以上。使用直流电源焊接时，阴极区放出的热量约占电弧总热量的38％，阳极区放出的热量约占电弧总热量的42％，弧柱区放出的热量约占电弧总热量的20％。
2、焊条电弧焊设备
焊条电弧焊的主要设备是电焊机，实际上是一种弧焊电源。按产生的电流种类不同，分为直流弧焊机和交流弧焊机。
（1）直流弧焊机
直流弧焊机分焊接发电机和弧焊整流器两种。
1）焊接发电机
焊接发电机由交流电动机和直流电焊发电机组成。采用焊接发电机焊接时电弧稳定，能适应各种焊条，但结构较复杂，噪音大，成本高。主要适用于小电流焊接，在用低氢型焊条焊接合金结构钢和有色金属时，需选用直流电焊机。
2）弧焊整流器
弧焊整流器是一种将交流电通过整流转换为直流电的直流弧焊机。与焊接发电机相比，弧焊整流器没有旋转部分，结构简单，维修容易，噪音小，其使用已趋普遍。
用直流电焊机焊接时，由于正极和负极上的热量不同，有正接和反接两种接线方法（如右图所示）。若把阳极接在工件上，阴极接在焊条上，则 电弧热量大部分集中在工件上，使工件熔化，适于厚板焊接，称为正接法。反之，称为反接法，适于薄板和有色金属的焊接。但在使用碱性焊条时，均采用直流反接。用交流电源焊接时，不存在正反接问题。
（2）交流弧焊机
交流电焊机又称弧焊变压器，它实际上是一种特殊的降压变压器。它将220V或380V的电压降到60～80V（即焊机的空载电压），以满足引弧的需要。焊接时，电压会自动下降到电弧正常工作时所需的工作电压 20 ～ 30V 。交流电焊机结构简单，制造方便，价格便宜，节省电能，使用可靠，维修方便，但电弧不太稳定。是常用的焊条电弧焊设备。
（3）焊钳和面罩
焊钳是用来夹持焊条和传递电流的。面罩是用来保护眼睛和面部，以避免弧光伤害，其结构见图所示。
3、焊条
焊条是焊条电弧焊用的涂有药皮的熔化电极。它直接影响到焊接电弧的稳定性以及焊缝金属的化学成分和力学性能，是影响焊条电弧焊质量的主要因素之一。
（1）焊条的组成
焊条电弧焊使用的焊条由焊芯和药皮组成，见图所示。
1）焊芯
焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯，主要作用是导电，产生电弧，提供焊接电源，并作为焊缝的填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。焊芯的化学成分和杂质直接影响到焊缝的质量。因此，焊芯都是专门冶炼的，碳、硅含量较低，硫、磷含量极少。焊芯用钢丝通常采用专用钢丝。直径为3.2～5.0mm的焊芯应用最广。
2）药皮
药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，由矿石粉和铁合金粉等原料按一定比例配制而成。它的作用是使电弧容易引燃并且稳定燃烧，保护熔池内金属不被氧化，保证焊缝金属具有良好的力学性能。 （返回TOP）
（2）焊条的分类、型号和牌号
1）焊条的分类
焊条按用途不同共分九类，见下表。
按焊条药皮熔化后的特性分两类，见下表。
2）焊条的型号和牌号
碳钢焊条和低合金钢焊条型号用E加四位数字表示：E表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，第三位数字表示焊接位置，“0”、“1”表示全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示平焊及平角焊，“4”表示向下立焊，第三位和第四位数字组合表示焊接电流种类及药皮类型。举例如下：
焊条牌号一般用相应的大写拼音字母（或汉字）和三位数字表示，如结422、结507等。拼音字母（或汉字）表示焊条类别，如“结”表示结构钢焊条；前两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最小值，单位MPa，第三位数字表示药皮类型和电源种类。
结构钢焊条牌号中数字的意义见下表所示。
常用的焊条型号和牌号对照见下表所示。
焊条的选择应在保证焊接质量的前提下，尽可能地提高劳动生产率和降低产品成本。一般应从以下几个方面考虑：
（1）根据被焊结构的化学成分和性能要求选择相应的焊条种类。如对于低、中碳钢和普通低合金钢的焊接，一般按母材的强度等级选择相应强度等级的焊条；对于耐热钢和不锈钢的焊接选用与工件化学成分相同或相近的焊条等。
（2）对承受动载荷、冲击载荷或形状复杂，厚度、刚度大的焊件时，应选用碱性焊条；若被焊件在腐蚀性介质中工作，应选用不锈钢焊条。
（3）根据焊件的工作条件和结构特点选用焊条。如对于立焊、仰焊时可选用全位置焊接的焊条；对于焊接部位无法清理干净时，应选用酸性焊条等。
（4）在酸性焊条和碱性焊条都能满足要求的情况下，应尽量选用酸性焊条；需提高焊缝质量，应选用碱性焊条。
此外，应考虑焊接工人的劳动条件、生产率及经济合理性等，在满足使用性能要求的前提下，尽量选用无毒（或少毒）、生产率高、价格便宜的焊条。
4、焊条电弧焊工艺
（1）接头形式
焊接碳钢和低合金钢的基本接头形式有：对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头等（如下图）。一般根据结构的形状、强度要求，工件厚度，焊接材料消耗量及其焊接工艺等来选择接头形式。
（2）坡口形式
焊条电弧焊对接板厚度在6mm以下时一般不开坡口，只需在接口处留有一定间隙，以保证焊透。对于较厚的工件，为了使焊条能深入到接头底部起弧，保证焊透，焊前应把接头处加工成所需要的几何形状，成为坡口。为了防止烧穿坡口的根部，一般要留2～3mm 的直径，称钝边。常用的坡口形式见下图。
一般采用Ⅰ形坡口直接对接， Y形坡口通常只需单面施焊，但焊后变形较大，焊条消耗量大些。
（3）焊缝的空间位置
焊接时，根据焊缝在空间所处的位置不同，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种，见右图。
平焊时，操作方便，易保证焊接质量，生产率高，尽可能采用；立焊时焊缝成形较困难，不易操作；横焊时易产生咬边、焊瘤及未焊透等缺陷；仰焊时，焊缝成形困难，最不易操作。所以，立焊、横焊、仰焊尽可能避免。如果必须采用这些焊接时，因选择较小直径的焊条，较小的电流，短弧操作等工艺措施。 （4）焊接规范
焊条电弧焊的焊接参数包括焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度和电弧长度等，其中焊条直径和焊接电流为主要规范参数。为了保证焊接质量和提高劳动生产率，必须选择合适的焊接规范参数。
1）焊条直径
焊条直径主要取决于被焊工件的厚度。厚度越大，所选用的焊条直径越粗。在多层焊接时，为了防止根部未焊透，第一层焊接时，应采用直径较小的焊条，以后各层可根据被焊工件的厚度，选用直径较大的焊条。此外，焊接接头形式不同，焊条的直径也有所不同。一般为提高生产率，应尽量选用较大直径的焊条。平焊低碳钢时，焊条直径可按下表选取。
2）焊接电流
焊接电流的大小是影响焊缝质量和焊接生产率的主要因素。增大焊接电流，可提高生产率。但电流过大，易造成焊缝咬边、烧穿等缺陷；电流过小会使电弧不稳定，易造成未焊透、夹渣等缺陷。影响焊接电流的主要因素是焊条直径和焊缝位置。焊接电流强度和焊条直径的关系，可按经验公式计算：
I ＝ K·d
式中：I — 焊接电流， A ；d—焊条直径，mm ；
K—经验系数，一般为25～60。
平焊时K取较大值；立、横、仰焊时取较小值。在使用碱性焊条时焊接电流要比使用酸性焊条时小些。
3）电弧长度和焊接速度
电弧长度一般不超过2～4mm 。焊接速度以保证焊缝尺寸符合设计图样要求为准。
（5）操作过程
1）引弧
即电弧的引燃，就是使被焊工件和焊条之间产生稳定的电弧。将焊条与工件表面接触形成短路，然后迅速提起焊条并保持2～4mm ，即可产生电弧。引弧方法有碰撞引弧法和摩擦引弧法。
2）运条
即焊条的运动。电弧引燃后，进入正常焊接过程，这时焊条作三个方向的运动：焊条向下均匀送进，以保证弧长不变；焊条沿焊缝方向逐渐向前移动；焊条作横向摆动，以利于熔渣和气体的浮出。
3）焊缝的连接与收尾
焊条电弧焊时，不可能用一根焊条完成一条焊缝，因而需要将前后两段焊缝连接起来。衔接时，更换焊条动作要快并选择恰当的连接方法。焊缝收尾时，焊条应停止向前移动，采用划弧收尾法自下而上慢慢地拉断电弧，以便将结尾处的弧坑填满，保证焊缝尾部成形良好