手工电弧焊.

第四章手工电弧焊SMAW电弧焊是熔化焊中最基本的焊接方法，它也是在各种焊接方法中应用最普遍的焊接方法，其中最简单最常见的是使用电焊条的手工焊接，称为手工电弧焊或简称手弧焊。这种方法设备简单，灵活方便，尤其适于结构形状复杂、焊缝短或弯曲的焊件和各种不同空间位置的焊缝焊接。第四章手工电弧焊SMAW4.1手工电弧焊的基本特征4.2手工电弧焊的焊接工艺4.3手工电弧焊的质量控制4.1特征4.1.1SMAW的过程和应用特征1设备简单、机动灵活、适用面广2手工操作，劳动强度大，生产率低3不适合钛等活泼金属、难熔金属及低熔点金属4.1.2操作引弧接触引弧，采用短路敲击或划擦法引燃电弧运条沿焊条轴线的送进、沿焊缝移动、横向摆动焊缝的收尾1）划圈收尾法：适用于厚板，2）反复断弧法：适用于薄板和大电流焊接3）前移收尾法：适于更换焊条或临时停弧4）后移收尾法：适于碱性焊条。4.1.2操作焊条的送进1）焊条朝熔池方向逐渐送进，这是为了以维持所要求的电弧长度。焊条的送进速度应等于焊条的熔化速度，如果送进速度比熔化速度慢，则电弧被逐渐拉长，严重时形成断弧现象；反之，如果焊条送进速度太快，则弧长迅速缩短，最后导致焊条与焊件接触短路，电弧熄灭。2）焊条沿焊接方向的移动速度，即手弧焊的焊接速度。太快时，电弧来不及熔化足够的焊条和母材，造成焊缝断面太小以及容易形成未焊透等缺陷；太慢时，熔化金属堆积过多，加大了焊缝断面，并且使焊件加热温度过高，薄件则容易被烧穿。3）焊条作横向摆动是为了获得一定宽度的焊缝，特别是当焊件开坡口时，由于焊口较宽，常采用摆动焊条使两侧金属能够焊透。控制焊缝的熔宽，保证焊缝两侧良好的熔合；控制熔池的结晶焊条的摆动焊条的摆动1直线往复形：I形坡口的对接焊，多层焊的第一层；速度快，焊缝窄，散热快，适宜薄板2锯齿形：控制金属的流动和焊缝的宽度，任何接头3月形：熔化良好，保温时间长，焊缝成形好4三角形：控制金属的熔化，焊缝成形较好5圆形：熔化时间长，温度高，适宜厚板的平焊焊条的摆动焊条的摆动焊条的摆动弧坑第四章手工电弧焊SMAW4.1手工电弧焊的基本特征4.2手工电弧焊的焊接工艺4.3手工电弧焊的质量控制4.1手工电弧焊的基本特征4.1.1SMAW的过程和应用特征1设备简单、机动灵活、适用面广2手工操作，劳动强度大，生产率低3不适合钛等活泼金属、难熔金属及低熔点金属引弧接触引弧，采用短路敲击或划擦法引燃电弧运条沿焊条轴线的送进、沿焊缝移动、横向摆动焊缝的收尾1）划圈收尾法：适用于厚板，2）反复断弧法：适用于薄板和大电流焊接3）前移收尾法：适于更换焊条或临时停弧4）后移收尾法：适于碱性焊条。4.1.2操作4.1.3焊接参数的选择工件的材质、厚度及强度要求坡口条件、装配间隙焊条的直径和类型电流的种类和极性电压和焊速焊道层数手工焊的主要参数为：焊条直径、焊接电流、焊接层数1焊条直径的选择焊条的直径是焊条规格的主要参数，它是由焊芯的直径来表示的。常用的焊条直径有2～6mm，长度为250～450mm。一般细直径的焊条较短，粗焊条则较长。下表是其部分规格。1焊条直径的选择1）对根部不要求完全均匀焊透的开I形坡口的角接、T形接、搭接焊缝和背面清根封底焊的对接焊缝，焊条直径可根据焊件厚度进行选用焊件厚度＜44～12＞12焊条直径不超过焊件厚度3.2～4.0＞4.02）焊件厚度相同但所处焊接位置不同，应选用不同直径的焊条，如横焊、立焊位置焊接时，绝少使用直径5mm的焊条。3）不同的接头形式应选用不同直径的焊条。如T形接头，由于散热条件比对接接头好，所以可选用较粗直径的焊条。4）开坡口的接头第一层打底焊时应选用直径较细的焊条，如对接接头打底焊时选用直径为3.2mm的焊条，而其余各层可选用直径为4.0mm的焊条。2焊接电流的选择1）根据焊条直径进行选用焊条直径(mm)1.62.02.53.24.05.05.8焊接电流(A)25～4040～6550～80100～130160～210200～270260～300碳钢焊条的焊接电流和焊条直径的关系2）根据钢板厚度、焊接位置进行适当的调整焊接电流。钢板越厚，焊接热量散失得越快，应选用电流值的上限。立、仰、横焊时应选用较小的电流，通常应比平焊小10%左右。3）焊接电流的种类根据焊条的性质进行选择。酸性焊条是交、直流两种焊条，但通常选用交流电源进行焊接，碱性焊条中的低氢钠型焊条（如E5015），必须选用直流电源（并采用直流反接），低氢钾型焊条（如E5016），可以选用交流电源进行焊接。此外，焊接薄板时，由于采用小电流施焊，选用直流电源进行焊接。焊接层数的选择厚板手弧焊时，应开坡口并采用多层焊（每层1条焊缝）或多层多道焊（每层有2条以上的焊缝），多层焊和多层道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄，因此，接头的塑性和韧性都较好。4.1.4弧焊电源弧焊电源的静态外特性：在稳定状态下，弧焊电源输出的端电压和电流之间的关系外特性方程式为：Uy=E—Iyr0下降特性、平特性（恒压特性）、上升特性手工电弧焊的焊接电源的外特性必须是下降特性的。电源外特性和电弧静特性曲线必须能够相交，其交点决定了电弧的工作电压和电流。稳定工作点的条件是电弧静特性曲线在工作点上的斜率大于电源外特性曲线在工作点上的斜率。电弧静特性与电源外特性的配合电源的外特性曲线1陡降特性：TIGPAW2缓降特性：SMAWSAW3缓降特性：粗丝CO2、SMAWSAW4平特性：等速送丝的粗丝和细丝气体保护焊5上升特性：等速送丝的细丝气体保护焊电弧静特性与电源外特性的配合弧焊电源电源调节特性弧焊电源能满足不同工作电压、电流的需求的可调性能为其调节特性空载电压和短路电流保证引弧容易电源的动特性电源的动特性是指电弧的负载状态发生变化时，弧焊电源输出电压逾电流的响应过程，也可以用弧焊电源的输出电流和电压对时间的关系，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力。负载持续率用负载持续率来表示某种负荷状态，即Fs=负载持续运行时间/（负载持续运行时间＋休止时间）×100％＝t/T×100％弧焊电源SMAW的电源调节特性弧焊电源手工电弧焊机的类型交流弧焊电源是一类特殊的降压变压器，自己的特点：为稳弧有一定的空载电压和较大的电感；主要用于手工焊、埋弧焊和钨极氩弧焊，应具有下降特性。四种形式：动铁心式、同体式、抽头式和动圈式直流弧焊电源三种形式：硅整流式、可控硅整流式、逆变控制式交直流两用弧焊电源单相交流弧焊变压器和整流器组合而成弧焊电源的选用1、酸性焊条焊接一般的低碳钢，交流弧焊电弧；碱性焊条焊接高压容器、高压管道或合金钢、有色金属、铸铁时，选用直流电源。2、容量的大小依据板厚等条件选择3、经济方面的依据4.1.5焊条1焊条的功能:焊条芯、药皮1）焊条芯：（1）作为电极导电；（2）作为焊缝的熔敷金属2）药皮：（1）稳弧作用（2）保护作用（3）脱氧作用（4）渗合金作用（5）改善焊接工艺性能作用焊条的分类2焊条分类：按焊条芯成分分类：不锈钢焊条、铜及铜合金焊条和铝及铝合金焊条按焊条药皮类型（1）氧化钛型－钛型（2）氧化钛钙型－钛钙型（3）钛铁矿型（4）氧化铁型（5）纤维素型（6）低氢型（7）石墨型（8）盐基型焊条的分类按熔渣酸碱型分类（1）酸性焊条：熔渣中Fe、Ti、Si的氧化物含量大，氧化性较强，对铁锈不敏感，氢气孔倾向小。焊接功能好，焊缝光洁美观，但焊缝热裂倾向大，焊缝的冲击韧性低。典型型号有：E4303(J422)（2）碱性焊条：碱性氧化物含量大（大理石、萤石及铁合金），电弧气氛中含氢量极低，又称为低氢焊条，焊缝中含氧量和杂质少，具有一定的塑性和韧性。典型型号E5015(J507)焊条的分类常用的碳钢焊条酸性焊条：Ⅰ类高钛型（J421）、钛钙型(J422)焊缝成型好，脱渣容易、操作工艺好Ⅱ类钛铁矿型(J423)、氧化铁型（J424）、纤维素型（J425）次于1类碱性焊条：低氢型（J426、J427）操作工艺差酸性焊条和碱性焊条碱性焊条：在很大的电流范围内均为大滴状或短路过渡，原因是①液体金属与熔渣的界面有很大的表面张力，不易渣壁过渡②电弧气氛中含有30%的CO2气体，低压时短路过渡，弧长较长时为大滴过渡。酸性焊条：细颗粒过渡。因为渣和液态金属含有大量的氧，金属与渣的界面上的表面张力较小。焊条熔化时，熔滴尺寸受电流的影响较大。a碱性焊条bcde酸性焊条焊条的选用1）据被焊母材的物理、力学性能及化学成分选用，对低、中碳钢和低合金结构钢，按“等强度”的原则（即要求母材与焊缝的强度一致）2）按焊件的工作条件和使用要求的选用3）按焊接结构的特点和焊接设备条件4）按劳动条件与经济效益选用4.2手工电弧焊的焊接工艺4.2.1接头形式及坡口焊接接头是指用焊接方法把两部分金属连接起来的连接部分，它包括焊缝、熔合区和热影响区。焊缝是焊接接头的一部分，焊缝的形式是由焊接接头的形式来决定的。1、焊接接头4.2手工电弧焊的焊接工艺4.2.1接头形式及坡口根据焊件厚度、结构形状和使用条件的不同，最基本的焊接接头形式有四种：坡口型式：焊接前把两焊件间的待焊处加工成所需的几何形状称为坡口，俗称开坡口。坡口的作用是为了保证电弧能深入焊缝根部，使根部能焊透，以便清除熔渣，以获得较好的焊缝成形和保证焊缝质量。2、焊接坡口、焊接位置选择坡口型式时，应考虑如下问题：是否能保证焊缝焊透；坡口形式是否容易加工，应尽可能提高劳动生产率、节省焊条；焊后变形量尽可能小等。常用的坡口型式有：I形、U形、V形、K形和X形等。坡口的典型尺寸GB985—88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》。1）厚度不大于3mm的碳钢、低合金钢、不锈钢、铝的对接接头及厚度不大于2.5mm的高镍合金，一般开I形坡口。2）厚度在3～12mm的上述材料，可开U形、Y形或J型坡口。3）厚度大于12mm的上述材料，采用双U形或双Y形坡口。4）Y形坡口的坡口角度：碳钢、低合金钢及不锈钢为60°，高镍合金钢为80°；当用交流电焊接铝时为90°。多层焊多层焊多层焊示例示例焊接的空间位置焊缝在结构上的位置不同时，对施焊的难易程度影响很大，从而也影响了焊接质量和生产率。图示为对接与角接焊接空间位置。一般把焊缝按空间位置的不同分为四类：平焊、立焊、横焊和仰焊。其中平焊操作方便，劳动强度小，焊接液滴不会外流，飞溅较少，易于保证质量，是最理想的操作空间位置，应尽可能地采用。立焊和横焊焊接液滴有下流倾向，不易操作，而仰焊位置最差，液滴易万滴，操作难度大，不易保证质量。所以应尽可能安排在平焊位置施焊。3.焊接规范参数的选择焊接规范是指焊接过程中工艺参数值，要获得质量优良的焊接接头，就必须合理地选择焊接工艺参数。工艺参数有：焊接电流；电源种类和极性；焊接速度、道数、层数；焊条直径；焊缝的长度、宽度、厚度和弧长等。其中焊接电流是最重要的工艺参数，它直接影响焊接接头质量和生产率，其次是焊条直径、焊接速度和焊接层数等。3.焊接规范参数的选择⑵焊接速度的选择焊接速度是指单位时间里完成的焊缝长度。它对焊缝质量影响也很大。焊接速度过快，易产生焊缝的熔深浅、焊缝宽度小，甚至可能产生夹渣和焊不透的缺陷；焊接速度慢，焊缝熔深较深、焊缝宽度增加，特别是薄件易烧穿。手弧焊时，焊接速度由焊工凭经验掌握，一般在保证焊透的情况下，应尽可能增加焊接速度。⑶焊弧长度的选择焊弧长度是指焊接电弧的长度。电弧过长，燃烧不稳定，熔深减小，空气易侵入熔池产生缺陷。电弧长度超过焊条直径者为长弧，反之为短弧。因此，操作时尽量采用短弧才能保证焊接质量，即弧长L=0.5～1d（mm）。一般多为2～mm。4.3手工电弧焊的质量控制4.3.1焊接变形4.3.2焊接缺陷4.3.1焊接变形1焊接残余变形：纵向收缩、横向收缩、弯曲、扭曲、角变形等纵向和横向收缩是最本质的变形，弯曲、扭曲、角变形等是焊缝不对称、加热膨胀及收缩在抗弯、抗扭断面一侧而造成的，波浪变形发生在薄板中。2焊接残余应力：复杂的三维应力3焊接残余变形和残余应力的影响因素1）材料的热物理性能及金属的微观组织特征2）焊接热输入的大小3）焊缝的对称性4）