焊条电弧焊设备主要包括弧焊电源及常用工具。选择焊条电弧焊弧焊电源应考虑以下因素：1）所要求的焊接电流的种类。并保证更换焊条安全方便、操作灵活。......
2023-06-23
焊条电弧焊应用及注意事项
【摘要】：图7-5直流弧焊机的接线法7.2.1.3焊条图7-5直流弧焊机的接线法7.2.1.3焊条焊条焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊条型号是国家标准中规定的焊条代号。焊条牌号是焊条生产行业统一的焊条代号。
焊条电弧焊是利用电弧作为热源，用手工操纵焊条进行焊接的方法。焊条电弧焊设备简单，维修容易，焊钳小，使用灵活，可以在室内、室外、高空和各种方位进行焊接。焊条电弧焊是焊接生产中应用最广泛的方法。但其生产效率低，对工人操作技术要求高，工作条件差，焊接质量不易保证，而且质量不稳定。
焊条电弧焊操作过程包括引燃电弧、送进焊条和沿焊缝移动焊条。焊条电弧焊焊接过程如图7-3所示。电弧在焊条与工件（母材）之间燃烧，电弧热使母材熔化形成熔池，焊条熔化并以熔滴形式借助重力和电弧吹力进入熔池，燃烧、熔化的药皮进入熔池成为熔渣浮在熔池表面，以保护熔池不受空气侵害。药皮分解产生的气体环绕在电弧周围，隔绝空气，保护电弧、熔滴和熔池金属。当焊条向前移动，新的母材熔化时，原熔池和熔渣凝固，形成焊缝和渣壳。
7.2.1.1 焊接电弧的形成及构成
焊接电弧是在焊条（电极）和工件（电极）之间产生的强烈、稳定而持久的气体放电现象。焊接前，先将焊件和焊钳分别接到弧焊机输出端的两极，并用焊钳夹持焊条。焊接电弧产生的过程是：先将焊条与工件相接触，瞬间有强大的电流流经焊条与焊件接触点，产生强烈的电阻热，并将焊条与工件表面加热到熔化，甚至蒸发、气化。电弧引燃后，弧柱中充满了高温电离气体，放出大量的热和光。
焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成，其结构如图7-4所示。阴极区是电子供应区，温度约为2 400 °C，阳极区是电子轰击区，温度约为2 600 °C，弧柱区是位于阴阳两极之间的区域，温度可达5 000～8 000 °C。
为保证顺利引弧，焊接电源的空载电压（引弧电压）应是电弧电压的1.8～2.25倍，电弧稳定燃烧时所需的电弧电压（工作电压）为29～45 V。
图7-3 焊条电弧焊焊接过程
1—工件；2—固态渣壳；3—液态熔渣；4—气体；5—焊条芯；6—焊条药皮；7—金属熔滴；8—熔池；9—焊缝。
图7-4 焊接电弧的结构
1—焊条；2—阴极区；3—弧柱；4一阳极区；5—工件；6—电焊机。
7.2.1.2 焊条电弧焊设备
电焊机是焊接电弧的电源，分交流和直流两大类，交流弧焊机其实是一种特殊的降压变压器，直流弧焊机又分为发电机式、整流器式与逆变电源式三类，目前广泛使用的是整流器式。
交流弧焊机的电弧稳定性及生产效率比直流弧焊机的低，但结构简单，维护方便，价格较低，省电省料且工作噪声低，故应用较广泛，常用的型号有BX3-330等。
直流弧焊机主要有整流弧焊机和逆变弧焊机，其中整流弧焊机结构简单，工作稳定、效率较高。逆变弧焊机电弧稳定，能耗低，效率高。
直流电弧的极性是指工件与电弧阴极或阳极的接法，正接是将工件接阳极，焊条接阴极，这时电弧的热量主要集中在焊件上，有利于加快焊件熔化，保证足够的熔深，适用于焊接较厚的工件；反接是将工件接阴极，焊条接阳极，适用于焊接有色金属及薄钢板。
直流电焊机的接线法有正接法和反接法，如图7-5所示。
图7-5 直流弧焊机的接线法
7.2.1.3 焊 条
焊条
焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯起导电和填充金属的作用，药皮则用于保证焊接过程顺利进行，并使焊缝具有一定的化学成分和力学性能。
根据被焊金属材料的不同，焊条可分为低碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条及焊丝、铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条等，其中应用最多的是低碳钢焊条和低合金钢焊条。按药皮的类型分为酸性焊条和碱性焊条两大类，若药皮以酸性氧化物（如TiO2、SiO2等）为主，则称为酸性焊条，如钛钙性焊条（如E4303）；若药皮以碱性氧化物（如Ca等）为主，则称为碱性焊条，如以碳酸盐和萤石为主的低氢型焊条（如E4316）。
焊条型号是国家标准中规定的焊条代号。由大写英文字母E和四位阿拉伯数字组成，如E4303、E5016、E5017等，其中，“E”表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa。第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适于全位置焊接（平、立、仰、横）；“2”表示只适于平焊和平角焊；“4”表示适于向下立焊。第三位和第四位数字组合时表示焊接电流的种类及药皮类型，如“03”为钛钙型药皮，交流或直流正、反接；“15”为低氢钠型药皮，直流反接；“16”为低氢钾型药皮，交流或直流反接。
焊条牌号是焊条生产行业统一的焊条代号。焊条牌号由一个大写汉语拼音字母和三个数字组成，如J422、J507等。其中，拼音表示焊条的大类，如“J”表示结构钢焊条，“Z”表示铸铁焊条；前两位数字代表焊缝金属抗拉强度等级，单位为MPa；末尾数字表示焊条的药皮类型和焊接电源种类，具体见表7-1。
焊条的种类很多，正确选用焊条对焊接质量、生产效率有很大的影响。选用焊条时应遵循以下原则：
（1）对低碳钢和低合金高强度结构钢焊件，要求焊缝金属与焊件的强度相等，可以根据焊件强度来选用相同强度等级的焊条。但应注意，焊件是按屈服强度确定等级的，而结构钢焊条的等级是指焊缝金属抗拉强度的最小值。焊接异种钢结构时，应按强度等级低的钢种选用焊条。
表7-1 焊条药皮类型与焊接电源种类
（2）对承受交变载荷或冲击载荷、形状复杂、刚度大的焊接结构，要求塑性好，冲击韧性高，抗裂性强，应选用碱性焊条；对于薄板和刚度较小、构件受力不复杂、母材质量较好以及焊接表面带有油污、水分、铁锈等的难以清理的结构件，应尽量选择酸性焊条。
（3）对于加工过程中须经热加工或须经过焊后热处理的焊件，应选择能保证热加工或热处理后焊缝强度及韧性的焊条。
（4）焊接耐热钢焊件或不锈钢焊件等，应选择具有相同或相近化学成分的专用焊条，以保证焊接接头的特殊性能要求。
7.2.1.4 焊条电弧焊工艺
1. 接头形式
焊接接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头等，如图7-6所示。
图7-6 焊条接头形式
接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各方面因素综合考虑决定。
2. 坡口形式
根据设计需要，在焊件的待焊部位当焊件板厚在6 mm以下对接时，一般可不开坡口直接焊成。板厚较大时，为了保证焊透，接头处应根据工件厚度预制各种坡口，坡口角度和装配尺寸可按标准选用。厚度相同的工件常有几种坡口形式可供选择，V形和U形坡口只需一面焊，可焊到性较好，但焊后角变形较大，焊条消耗量也大些。双V形和双U形坡口可两面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量较少，但必需两面都可焊到，所以有时受到结构形状限制。U形和双面U形坡口根部较宽，允许焊条深入与方便运条，容易焊透，而且焊条消耗量也较小，但因坡口形状复杂，需用机械加工准备坡口，所以成本较高，一般只在重要的承受动载荷的厚板结构中采用。常用的坡口形式如图7-7所示。
图7-7 坡口形式
3. 焊接位置
焊接时，焊缝所处的空间位置称为焊接位置。焊接位置不同，焊接难度也不同，对焊接质量和生产效率也有影响，如图7-8所示。
图7-8 焊接位置
7.2.1.5 焊接参数
焊接参数是指为保证焊接质量而选定的各物理量的总称。焊条电弧焊的工艺参数主要有以下几种：
1. 焊条直径
焊条的直径是指焊芯的直径，一般焊接厚板应选用粗焊条，焊接薄板则用细焊条；另外，焊条直径还与接头形式及焊接位置密切相关，如立焊、横焊和仰焊所用的焊条应该比平焊细些。焊条直径的选择参考见表7-2。
表7-2 焊条直径选择参考
2. 焊接电流
焊接电流是焊接的主要参数，直接影响到接头质量。焊接电流过大，易产生咬边、烧穿、焊瘤等缺陷；焊接电流过小，易产生未焊透、夹渣等缺陷。用低碳钢焊条平焊时焊接电流的选择范围见表7-3。
表7-3 焊接电流选择范围
焊接电流也可用经验公式估算：
I=（30～40）d
式中 I ——焊接电流，A；
d ——焊条直径，mm。
3. 电弧电压
电弧电压是指电弧两端（两极）之间的电压降，它由电弧长度决定。电弧长则电压高，电弧短则电压低，电弧变长稳定性就差。因此，在焊接时应尽量使用短弧，一般要求电弧长不超过焊条直径。
4. 焊接速度
焊接速度是指单位时间内完成的焊缝长度，它是影响焊接效率高低的重要因素。在保证焊透并使焊缝高低、宽窄一致的前提下，应尽量提高焊接速度。焊接速度慢，焊缝高而宽，焊薄板易烧穿；焊接速度快，焊缝矮而窄，不易焊透。沿焊接方向的分速度一般以140～160 mm/min为宜。
7.2.1.6 焊接操作要领
焊条电弧焊操作要领
焊条电弧焊是在面罩下观察和进行操作的，因此不仅要求有较为熟练的操作技术，还应注意力高度集中。根据焊件材料、厚度选择焊条、焊接电流，焊接前，应把工件接头两侧20 mm范围内的表面清理干净（清除铁锈、油污、水分），并使焊条的端部金属外露，以便进行短路引弧。
焊条电弧焊的焊接步骤一般包括引弧、运条、接头、收尾和焊后清理等环节。
（1）引弧 即引燃焊接电弧。引弧方法有划擦法和敲击法两种。
（2）运条 是焊接过程中焊条的运动方式。一般情况下焊条有三个基本运动：朝熔池方向逐渐送进、沿焊接方向逐渐移动和横向摆动。运条方法主要有直线形、锯齿形、月牙形、三角形、圆圈形运条法。
（3）收尾 是指一根焊条焊完或焊接结束时的熄弧方法。常用的有划圈收尾法、反复断弧收尾法和回焊收尾法。
（4）焊后清理和检查 是指焊接结束后，待焊缝温度降低后，用敲渣锤轻轻敲击除掉表面焊渣，用扁铲铲除焊件上飞溅的金属，使用钢丝刷清理焊缝及其周围，清理干净的焊缝，可用肉眼及放大镜进行外观检查，必要时应用仪器检验。
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2023-06-30
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