手工电弧焊(培训用)

手工电弧焊与CO2气体保护焊绪论一、焊接与焊接方法1、焊接焊接就是通过适当的手段，使两个分离的固体产生原子（分子）间结合而连成一体的方法2、焊接方法及分类固相焊熔化焊钎焊基本焊接方法电阻对焊冷压焊超声波焊爆炸焊锻焊扩散焊电弧焊气焊电子束焊铝热焊激光焊电阻焊电渣焊烙铁钎焊感应钎焊炉中钎焊盐浴钎焊电子束钎焊熔化极非熔化极手工电弧焊埋弧焊氩弧焊（熔化极）CO2焊螺柱焊钨极氩弧焊原子氢焊等离子弧焊氢氧气焊氧乙炔气焊氧液化石油气焊二、手工电弧焊手工电弧焊（简称手弧焊）是以手工操作的焊条和被焊接的工件做为两个电极，利用焊条与焊件之间的电弧热量熔化金属进行焊接的方法。1、手工电弧焊原理焊接过程：手工电弧焊由焊接电源、焊接电缆、焊钳、焊条、焊件、电弧构成回路，焊接时采用焊条和工件接触引燃电弧，然后提起焊条并保持一定距离，在焊接电源提供合适电弧电压和焊接电流下电弧稳定燃烧，产生高温，焊条和焊件局部加热到融化状态。焊条端部熔化的金属和被熔化的焊件金属熔合在一起，形成熔池。在焊接中，电弧随焊条移动，熔池中的液态金属逐步冷却结晶后便形成焊缝，两焊件被焊接在一起。手工电弧焊焊接过程在焊接中，焊条的焊芯熔化后以熔滴的形式向熔池过渡，同时焊条涂层产生一定量气体和液态熔渣。产生的气体充满在电弧和熔池周围，隔绝空气。液态熔渣比液态金属密度小，浮在熔池上面，从而起到保护熔池作用。熔池内金属冷却凝固时熔渣也随之凝固形成焊渣覆盖在焊缝表面，防止高温的焊缝金属被氧化，并且降低焊缝的冷却速度。在焊接过程中，液态金属与液态熔渣和气体间进行脱氧、去硫、去磷、去氢等复杂的冶金反应，从而使焊缝金属获得合适的化学成分和组织。2、电弧引燃方法电弧引燃的两种方法：一是高频高压引弧法，主要用于钨极惰性气体保护焊中；二是接触短路引弧法，用于手工电弧焊中，接触短路引弧法的过程见下图。3、焊接电弧的稳定性影响焊接稳定性的因素：1）焊工操作技术：如焊接操作中电弧长度控制不当，将会产生断弧；2）弧焊电源：a弧焊电源特性，符合电弧燃烧的要求时，稳定性好，反之则差；b弧焊电源的种类。直流焊接电源比交流弧焊电源的电弧稳定性好；c弧焊电源的空载电压。越高引弧越容易，电弧燃烧的稳定性越好，但空载电压过高时对焊工人身安全不利。3）焊接电流：焊接电流大，电弧温度高，电弧燃烧越稳定；4）焊条涂层：焊条涂层中含电离电位较低的物质（如钾、钠、钙的氧化物）越多，气体电离程度越好，导电性越强，则电弧燃烧越稳定；5）电弧长度：电弧长度过短，容易造成短路；过长就会产生剧烈摆动，破坏焊接电弧稳定性，而且飞溅大；6）焊接表面状况、气流、电弧偏吹等：表面不清洁，气流，大风，电弧偏吹等都会降低电弧燃烧稳定性。4、电焊条（带有涂层的供手工电弧焊使用的熔化电极）由焊芯和涂层组成，头部为引弧端，尾部为夹持端，有一段无涂层的裸焊芯，便于焊钳夹持和利于导电，见右图1）焊芯：被涂层覆盖的金属芯，作用是导电，产生电弧，溶化后做为填充金属与被熔化的母材融合形成焊缝2）涂层：压涂在焊芯表面上的涂料层称为涂层（又称药皮）其作用有：保护作用、冶金作用、改善焊接工艺性能其成分有：稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、稀释剂、粘结剂以及增塑剂焊条的型号焊条型号是国家标准中规定的焊条代号,焊接结构中应用最广的碳钢焊条和低合金钢焊条,相应的国家标准为GB/T5117-1995和GB/T5118-1995.标准规定，碳钢焊条型号由字母E和四位数字组成，例如E4301，E4301代表焊条熔敷金属抗拉强度不低于430mpa代表焊条适用的焊接位置（0,1代表全位置，2适用平焊和平角焊，4适用于向下立焊）第三位和第四位数字组合代表电流的种类和药皮的类型5、焊接工艺与工艺技术1)常见的弧焊变压器见右图直流弧焊发电机直流弧焊发电机能获得稳定的直流电，因此，引弧容易，电弧稳定，但运转的时候噪声比较大，空载损耗大，并且结构复杂，造价高，易损坏，维修比较困难，逐渐被弧焊整流器所替代。由于焊接电弧发出的热量在阴极区和阳极区有差异，所以在使用直流电源进行焊接时，就有两种不同的接法：2)焊接接头、坡口和焊缝a）焊接接头（用焊接的方法连接的接头叫焊接接头）如图所示，焊接接头由三部分组成：焊缝、熔合区和热影响区焊缝是工件经焊接后形成的结合部分，通常由熔化的母材和焊材组成。热影响区是焊接过程中未熔化，但因受焊接热量影响而发生金相组织和力学性能变化的区域。熔合区介于焊缝和热影响区中间，是焊缝和母材交接过渡的区域，它刚好加热到熔点和凝固温度区间，处于半熔化状态的部分。b）焊接接头的形式焊接接头的形式很多，其基本形式可分为四种：对接接头、角接接头、搭接接头和T型接头，如图。其他类型的接头有十字接头、端接接头、斜对接接头、卷边接头、套管接头锁底对接接头等（1）对接接头：两焊件表面构成大于或等于135度，小于或等于180度夹角的接头称为对接接头，它是各种焊接结构中采用最多的一种接头形式。对接接头的应力集中相对较小，能承受较大载荷。（2）角接接头：两焊件表面间构成大于30度，小于135度的接头称为角接接头，这种接头承载能力很差，一般用于不重要的焊接结构或箱形物体上。（3）搭接接头：两焊件部分重叠放置构成的接头称搭接接头。搭接接头应力分布不均匀，承载能力较低，但是由于搭接接头焊前准备和装配工作简单，焊后横向收缩量也较小，因此在焊接结构中仍然得到应用。(4）T型接头：一焊件的端面与另一焊件的表面构成直角或近似直角的接头称T型接头。其承载能力低，应力分布不均匀，但能承受各个方向力和力矩，在生产中应用也很普遍c)焊接坡口的形式根据设计和工艺的需要，在焊件待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽，称为坡口。利用机械、火焰或电弧等方法加工坡口的过程称为开坡口。坡口的形式很多，基本形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口和U形坡口，如图：在焊接较厚（厚度大于6mm）的钢板时，需要在钢板的焊接部位开坡口。坡口的作用是确保焊件焊透，从而保证焊缝的质量。d)焊缝根据不同的分类方法焊缝具有不同的形式。通常情况下，焊缝是以所在的空间位置，结合形式和焊缝连续情况进行分类的。根据焊缝所在的空间位置的不同，焊缝可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝、仰焊缝四种形式，对相应空间位置的焊缝的焊接分别称为平焊、横焊、立焊、仰焊，如图：根据结合形式的不同，焊缝主要分为对接焊缝和角焊缝，另外还有塞焊缝和端接焊缝，下图是对接焊缝各部分名称和角接焊缝各部分名称3）焊接工艺参数的选用（1）焊条的选择a、焊条型号的选择：在焊缝金属中，填充金属约占50%~70%，因此焊条型号对焊缝金属的化学成分和力学性能其重要作用。b、焊条直径的选择，主要有以下几个因素：焊件厚度，厚度越大，焊条直径越大；焊缝位置，相同的板厚，平焊缝焊条直径要大些，立焊缝最大不超过5mm，仰焊、横焊焊条最大直径不超过4mm，这样形成较小熔池，减少熔化金属下淌。焊接层数，多层焊道焊接时，第一层应选用直径较小的焊条，一般为2.5mm或3.2mm的焊条，这是因为第一层焊条直径过大时，焊条不能深入坡口根部而造成电弧过长，产生未焊透缺陷。下图是焊条直径与焊件厚度的关系（2）焊接电流的选择焊接电流是手工电弧焊中最重要的参数。影响焊接电流大小的因素很多，如焊条直径，焊条型号，涂层类型、焊接厚度、接头形式、焊接位置、和焊道、焊层等，但主要是焊条直径、焊接位置和焊道、焊层。a、焊条直径与焊接电流的关系焊条直径越大，熔化焊条所需热量越多，所需焊接电流越大。每种直径的焊条都有一个合适的焊接电流范围，如图焊接电流还可以根据下面的经验计算公式进行计算：I=(35~55)d式中：I为焊接电流d为焊条直径b、焊接位置：在其他焊接条件相同情况下，平焊位置可选择偏大的焊接电流，横焊、立焊、仰焊的焊接电流应小些，约小10%~20%。（3）电弧电压手工电弧焊的电弧电压与电弧长度成正比（4）焊接速度焊接过程中焊条沿焊接方向移动的速度，即单位时间内完成的焊缝长度，称为焊接速度。速度过快会造成行风变窄，高低不平，形成未焊透，熔合不良等缺陷；如过慢则热量输入多，热影响区变宽，接头晶粒组大，力学性能降低，焊接变形加大，速度应根据具体情况保持均匀适当。4）手工电弧焊常用工具（1）防护用具手工电弧焊焊工常用防护用品如右图主要有：面罩（手持式又叫盾式和头戴式又叫盔式之分）、工作服、焊工手套、护脚、工作鞋、口罩、平光眼镜等面罩（2）焊工常用工具焊工常用工具有：焊钳、焊接电缆、焊条保温桶、敲渣锤和钢丝刷、角向磨光机，以及扁铲等焊钳角向磨光机5）各种位置焊接操作1）引弧（手工电弧焊时引燃电弧的过程称为引弧）常用的引弧方式又划擦引弧法和直击引弧法，如图：a、划擦法引弧的操作要领：先将焊条的末端对准焊件，然后手腕扭转一下，像划火柴似的将焊条在焊件表面轻轻划擦一下，引燃电弧，再迅速将焊条提起2-4mm，使电弧引燃，并保持电弧长度，使之稳定燃烧。b、直击法引弧的操作要领：将焊条末端对准焊件，然后将手腕下弯，使焊条轻微碰一下焊件后迅速提起2-4mm，即引燃电弧，引弧后，手腕放平，使电弧长度保持在与所用焊条直径适当的范围内，使电弧稳定燃烧。2）平敷焊（在平焊位置上堆敷焊道的一种焊接操作方法）焊接操作时，焊工左手持面罩，右手握焊钳，如右图：焊条工作角（焊条轴线在和焊条前进方向垂直的平面内投影与工件表面间夹角）为90度。焊条前倾角+10度~+20度（正倾角表示焊条向前进方向倾斜，负倾角表示向前进方向的反方向倾斜）如下图平敷焊操作图平敷焊的焊条角度a、焊道的起头起头时焊件温度较低，所以起点处熔深较浅。可在引弧后先将电弧稍微拉长，对起头处预热，然后再适当缩短电弧进行正式焊接。b、运条在正常焊接时，焊条的运动可分为三种基本运动形式：沿焊条中心线向熔池送进、沿焊接方向移动、焊条横向摆动，如右图c、运条方法厚板在焊接时，为了获得较宽的焊缝，焊条沿焊缝横向做有规律的摆动，根据摆动规律的不同，通常有以下运条方法：直线形运条法。常用于I形坡口的对接平焊，多层焊的第一层焊道或多层多道焊直线往复运条法。特点是焊接速度快、焊缝窄、散热快，适用于薄板或接头间隙较大的多层焊的第一道焊道。锯齿形运条法。焊接时，焊条末端作锯齿形连续摆动和向前移动，并在两边稍停片刻，以防产生咬边，这种方法容易掌握，生产应用较多。月牙形运条法。这种运条方法熔池存在时间常，易于熔渣和气体析出，焊缝质量高。斜三角形运条法。这种运条方法能够借助焊条的摇动来控制熔化金属，促使焊缝成型良好，适用于T形接头的平焊和仰焊以及开有坡口的横焊。正三角形运条法。这种方法一次能焊出较厚的焊缝断面，不易夹渣，生产率高，适用于开坡口的对接接头。正圆圈形运条法。这种运条方法熔池存在时间长，温度高，便于熔渣上浮和气体析出，一般只用于较厚焊件的平焊。斜圆圈形形运条法。这种运条方法有利于控制熔池金属不下淌，适用于T形接头的平焊和仰焊，对接接头的横焊。8字形运条法。这种运条方法能保证焊缝边缘得到充分加热，熔化均匀，保证焊透，适用于带有坡口的厚板对接焊。d、焊道的连接（如图四种方式）尾头相接是以先焊焊道尾部接头的连接方式，这种接头应用最多头头相接是从先焊焊道起头处续焊接头的连接方式，要求先焊焊道的起头略前处引弧，并稍微拉长电弧，将电弧拉至起头处，并覆盖其端头，带起头处焊平后再向反向移动。如下左图。尾尾相接就是后焊焊道从接口的令一端引弧，焊到前焊道的结尾处，焊接速度略慢些，以填满弧坑，然后以较快的焊接速度再向前焊一小段，熄弧。如下右图。首尾相接是后焊焊道的结尾与先焊焊道的起头相连接，利用结尾时的高温重复熔化先焊焊道的起头处，将焊道焊平后快速收尾。1是先焊焊道，2是后焊焊道e、焊道的收尾焊道的收尾就是一条焊道结束时如何収弧。常用的方法有以下三种：画圈收尾法焊条移至焊道终点时，利用手腕动作使焊条尾端做圆圈运动，直到填满弧坑后再拉断电弧，此法适用厚板焊接，薄板容易烧穿。反复断弧收尾法焊条移至焊道终点时，反复在弧坑处熄弧---引弧多次，直至填满弧坑，此法适用薄板和大电流焊接，但碱性焊不适合，易出现气孔。回焊收尾法焊条移至焊道收尾处