焊条电弧焊的焊接参数选择技巧

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在实际生产中，焊接电流主要根据焊条直径和焊接位置来选择。直流正接时，焊条的熔敷速度比反接时高，焊接速度较快。但因电弧的热量集中于焊条上，母材的熔深较浅，适用于薄壁设备的封底焊道和仰焊单面焊双面成形的打底层。通常，缩短电弧长度可提高焊接电流，增加焊条的熔敷速度。焊接速度对焊缝的质量有直接的影响。

焊条电弧焊的焊接参数主要有焊条种类、型号和直径、电源种类和极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊缝层数和道数、焊条角度、焊接方向等，其中最重要的参数是焊接电流和焊接速度，它决定了焊接热输入，对焊缝金属的力学性能起决定性的影响。焊接参数选择的正确与否，直接影响焊缝外观、焊接质量和生产率，因此选择合适的焊接参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题。

1.焊条种类、型号和直径

焊条种类、型号的选择详见第二章第三节。焊条直径是指焊芯直径，其选择与下列因素有关：

（1）工件厚度厚度较大的工件应选用直径较大的焊条；厚度较小的工件，选用直径较小的焊条，见表3-15。

表3-15 焊条直径选择

（2）焊缝空间位置平焊位置时，焊条直径可比其他位置大；而仰焊、横焊位置时，焊条直径应小些，一般不超过4mm；立焊最大不超过5mm，否则容易形成焊瘤。

（3）焊接层数多层焊时第一层应采用直径不超过Φ3.2mm的焊条，以保证熔合好、熔透其他各层可根据层次、焊缝位置选用比第一层大一些的焊条直径。

2.焊接电源种类和极性

用交流弧焊机时，不存在正、反接的问题，但由于电弧稳定性差，焊接质量不易控制，适用于一些非重要部件选用酸性焊条或交／直流两用的碱性焊条（焊条牌号末位为6）的场合。

直流电源有反接（工件接负极）和正接（工件接正极）两种。直流正接时，焊条的熔敷速度比反接时高，焊接速度较快。但因电弧的热量集中于焊条上，母材的熔深较浅，适用于薄壁设备的封底焊道和仰焊单面焊双面成形的打底层。直流反接焊接时，电弧的热量集中于母材，故熔深较大，特别是使用低氢钠型碱性焊条时，采用直流反接法焊接，可使电弧稳定、飞溅少，避免了气孔和未熔合。

但采用直流焊接时，易产生磁偏吹，焊接电流越大，磁偏吹现象越严重。为了解决这一问题常采用以下措施减小磁偏吹：①改变地线的引入部位，使电弧周围磁场均匀；②采用短弧焊接调整电极角度，使电极向磁偏吹相反的方向倾斜；③采用分段焊法及小电流焊接，对减小磁偏吹也有一定的作用。

3.焊接电流

焊接电流是焊条电弧焊最主要的焊接参数之一。在特种设备的焊接中，大多数采用直流电焊接。

焊接电流值的大小直接关系到焊接质量和生产效率。在实际生产中，焊接电流主要根据焊条直径和焊接位置来选择。实际工作中可采用经验公式或焊接工艺试验来确定焊接电流。

（1）经验公式焊接电流与焊条直径的关系：

I＝Kd式中，I为焊接电流（A）；d为焊条（即焊芯）直径（mm）；K为经验系数，可按表3-16确定。

表3-16 焊条直径与经验系数的关系

根据以上经验公式计算出的焊接电流，只是个大概的参考值，在实际使用时还应根据具体情况灵活掌握。如板材较厚或T形接头、搭接接头时，焊接电流必须大一些。其次应考虑焊接位置。立焊和横焊时，焊接电流一般比平焊低10％～15％，仰焊时的焊接电流比平焊低15％～20％。如焊接不锈钢时，为了减小晶间腐蚀和减少焊条发红，焊接电流应小一些。

（2）由焊接工艺试验确定对于普通结构，利用经验公式确定焊接电流已足够。但是对于首次使用的金属材料或锅炉、压力容器的焊接等，焊接电流必须通过焊接工艺评定试验合格后的工艺来确定焊接电流。

4.电弧电压

焊条电弧焊时，电弧电压由弧长决定。弧长是指从熔化的焊条端部到熔池表面的距离。保持合适的弧长对焊接优良的焊缝是相当重要的。通常，缩短电弧长度可提高焊接电流，增加焊条的熔敷速度。而拉长电弧会降低电弧的挺度，使电弧热量的损失加大，增加熔化金属的飞溅，降低焊条熔敷率，且容易引起咬边和未焊透等焊接缺陷；另外，电弧长度增加，空气还会进入熔池形成气孔。在使用低氢型碱性焊条时，应采用短弧焊接，因为这类焊条以熔渣保护为主。而以较长的电弧焊接，则很容易产生气孔。通常弧长应略小于焊条芯的直径。

5.焊接速度

单位时间内完成的焊缝长度，称为焊接速度。焊接速度应适当并保持均匀。焊接速度由焊工手工操作掌握。合适的焊接速度主要取决于焊条的熔化速度、所要求的焊缝尺寸、焊缝的装配间隙和焊接位置等。焊接速度对焊缝的质量有直接的影响。焊接速度太快，可能使焊道成形不良并容易引起未焊透和夹渣等缺陷。焊接速度太慢会导致焊瘤、溢流等缺陷的形成。此外焊接速度对焊缝及热影响区的金相组织和性能也有一定的影响。在对高强度钢和不锈钢焊接时，为避免焊接热影响区性能的恶化或耐蚀性的降低，通常都要求采用焊速较高的窄焊道技术。在这种情况下，焊接速度应保证熔池直径约为所用焊条直径的2～3倍。

6.焊接层数和焊道数

焊接层数和焊道数的多少主要由焊件材质及厚度和焊条直径决定。另外与选用的坡口形式和装配间隙有一定的关系。对于厚板对接焊缝焊接层数n与焊件厚度δ和焊条直径Φ的关系为n＝δ／Φ，焊件厚度越厚焊接层数越多。

同一层焊几道由焊件材质、该材质评定合格的工艺和施焊的实际情况决定。一般多道焊焊缝的力学性能比单道焊的优秀，且晶粒更细。要求严格的场合，多选用多层多道焊。

《火力发电厂焊接技术规程》规定：当壁厚大于38mm时，焊道的单层增厚不大于所用焊条直径加2mm，单焊道宽度不大于所用焊条直径的5倍。对（9％～12％）Cr马氏体型耐热钢规定更加严格：所有厚度，每根完整的焊条所焊接的焊道长度与该焊条的熔化长度之比应大于50％焊道的单层增厚不大于所用焊条直径，单焊道宽度不大于所用焊条直径的4倍。

多层多道焊目的是改善焊缝金属的金相组织和力学性能。多层单道焊或每层焊肉过厚都能使焊缝金属高温停留时间过长，造成焊缝金属和热影响区过热，使焊接接头的性能下降、高强度钢强度韧性显著降低、低温钢的低温韧性也大大降低、耐热钢的回火脆性增高，以及不锈钢被敏化而产生晶间腐蚀。

所以在锅炉、压力容器和压力管道焊接时，越来越普遍用不摆动多道焊，摆动单道焊越来越受限制，特别是焊接高强钢、耐热钢、低温钢和不锈钢的承压设备时更是如此。尤其是在制造过程中，尽量将焊件置于平焊位置，用不摆动多道焊来焊接。在长输管道的现场施工中，用纤维素焊条下向焊时，也采用不摆动的操作方法。摆动过宽不易控制焊缝成形，焊缝中部也会凹陷，使冲击韧变下降。

在承压设备安装时，常在立焊、仰焊位置焊接，不得已才采用摆动焊的方法。

7.焊条角度的选择

焊条电弧焊与操作相关的主要有工作角和倾角两种焊条角度。①工作角：焊条轴线与水平面（对接时）或垂直平面（T形接头）间的夹角称为工作角。工作角决定焊件上热量的分布，当焊接厚度相等的对接接头时，焊条的工作角为90°，电弧的热量均匀分布在焊件两侧。当厚度不同时，应使电弧偏向板较厚一侧。当焊接T形接头时，若板厚相等，工作角等于45°，使焊脚两侧得到的能量尽可能均匀，焊脚对称。若板厚不等，应使焊条与薄板间的角度稍小些，使厚板侧得到的热量稍多些。②焊条倾角：焊条轴线与焊缝轴线间的锐角即为焊条倾角，如图3-27所示图中左侧为板厚相等平焊时的工作角，右侧为施焊中焊条倾角的变化。掌握好焊条的倾斜角度配合焊速可控制液态金属和熔渣，使它们很好地分离，防止熔渣超前。焊条倾角变大，熔池加深，单面焊双面成形时背面焊缝余高加大。焊条倾角变小，熔池变浅。

8.焊接方向

焊条电弧焊在平、横、仰位置中一般选用易观察熔池、熔深较大的右焊（后倾焊）法，易产生夹渣的左焊（前倾焊）法很少采用。在立焊位置时除纤维素焊条选用向下立焊外，一般均采用向上立焊。

焊接参数初步选定后，要进行试焊，并根据试焊焊缝的成形、外观质量等来确定是否需要调整。对于承压设备，焊前还要进行焊接工艺评定，根据评定合格的焊接工艺来编制焊接工艺卡指导焊接作业

焊条电弧焊的焊接参数选择技巧

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