手工电弧焊的应用.doc

专业：机械设计制造及自动化班级：09级本科三班学生姓名：王重阳指导教师：刘怿凡完成时间： 2020年1月16日手工电弧焊的应用The application of Manual electric arc welding武汉生物工程学院13目录1 手工电弧焊介绍（3） 1.1 基本知识（3） 1.1.1 电焊机和焊钳（4） 1.1.2 电焊条（6） 1.1.3 焊接接头、破口和焊缝位置（6） 1.1.4 焊条直径和焊接电流的选择（8） 1.1.5 手工电弧焊的特点（8） 1.2焊条和药皮（9） 1.2.1焊条分类（9） 1.2.2药皮的作用（9） 1.3对接平焊的操作过程 （9）2 手工电弧焊应用（10）3 手工电弧焊触电防止（11）3.1 手工电弧焊安全技术要求（11）3.2 手工电弧焊防触电措施（11）参考文献（12）手工电弧焊简介 手工电弧焊是以焊条和焊件作为两个电极，被焊金属称为焊件或母材。焊接时因在两电极间的气体介质中产生放电电弧，强烈而持久的放电电弧产生的高温和吹力作用使焊件局部熔化，使两块分离的金属熔合在一起，从而获得牢固的接头。在被焊金属上形成一个椭圆形充满液体金属的凹坑，这个凹坑称为熔池。随着焊条的移动熔池冷却凝固后形成焊缝。焊缝表面覆盖的一层渣壳称为熔渣。焊条熔化末端到熔池表面的距离称为电弧长度。从焊件表面至熔池底部距离称为熔透深度Brief Introduction Of Manual Electric Arc Welding Manual electric arc welding is a welding rod and welding pieces as the two electrode,The metal to be welded called weld or parent material.Soldering because between two electrode gas medium to produce a discharge arc, intense and persistent discharge arc to generate high temperature and blowing force welding pieces of partial melting, so that two separate metal fused together, thereby obtaining a tight joint.In the metal to be welded is formed on an oval filled with liquid metal pit, the pit known as molten pool.As the electrode movement formed by the cooling and solidifying of weld pool.Weld surface covering a layer of slag shell called slag.Melting end to the weld pool surface is called arc length distance.From the welding pieces of the surface to melt bottom distance called the depth of penetration.第一章 手工电弧焊介绍1.1基本知识 电弧焊是利用电弧放电所产生的热量，将焊条和工件局部加热熔化，冷凝后，而完成焊接的。电弧焊的过程如图 1-1 所示。将工件和焊钳分别接到电焊机的两个电极上，并用焊钳夹持焊条。焊接时，先将焊条与工件瞬时接触，随即再把它提起，在焊条和工件之间便产生了电弧。电弧热将工件接头处和焊条熔化，形成一个熔池。随着焊条沿焊缝的方向向前移动，新的熔池不断形成，先熔化了的金属迅速冷却、凝固，形成一条牢固的焊缝，就使两块分离的金属连成一个整体。电弧中心处的最高温度可达 6000 。 图11 焊条电弧焊 图12 焊条 1.1.1 电焊机和焊钳焊条电弧焊用的电焊机有交流电焊机和直流电焊机两种。（ 1 ）交流电焊机 交流电焊机是一种特殊的降压变压器（图 1-3）。它将电源电压（ 220 伏或 380 伏）降至空载时的 60 70 伏，工作电压为 30 伏，它能输出很大的电流，从几十安培到几百安培。根据焊接需要，能调节电流大小。电流的调节可分粗调和细调两级。粗调是改变输出抽头的接法，调节范围大。细调是旋转调节手柄，将电流调节到所需要的数值。 交流电焊机结构简单，制造和维修方便，价格低，工作噪声小，应用很广。缺点是焊接电弧不够稳定。 图13 交流焊接机（ 2 ）直流电焊机直流电焊机是由交流电动机和特殊的直流发电机组成的（图 1-4 ）。电动机带动发电机旋转，发出满足焊接要求的直流电，其空载电压约为 50 80 伏，工作电压为 30 伏。电流调节范围为 45 320 安培，也分粗调和细调两级。 直流电焊机有两种接法。当工件接正极，焊条接负极时称正接法。若工件接负极，焊条接正极则称反接法。由于电弧正极区的温度高，负极区的温度低，因此正接法时，工件的温度高，用于焊接黑色金属；反接法用于焊接有色金属和薄钢板。直流电焊机焊接时，电弧稳定，能适应各种焊条，但结构复杂，价格高。交、直流电焊机的规格是以正常工作时能供给的最大电流来表示的。如 BX1-330 表示额定电流为 330 安培的交流电焊机。（ 3 ）焊钳和面罩焊钳是用于夹持焊条和传递电流的。面罩则是用以保护眼睛和面部，以免被弧光灼伤。图14 直流焊接机1.1.2 电焊条焊条是由金属的焊条芯和药皮所组成的。焊条芯既是焊接时的电极，又是填充焊缝的金属（图12）。药皮由矿石粉、铁合金粉和水玻璃等配制而成，粘涂在焊条芯的外面。药皮的作用是使电弧容易引燃并稳定燃烧，保护熔池内金属不被氧化，以及补充被烧损的合金元素，提高焊缝的力学性能。按用途的不同，电焊条有低碳钢焊条、合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条等。焊条直径以焊条芯的直径表示。常用的焊条芯的直径为 3.2 6mm ，长度为 300 450mm 。1.1.3 焊接接头、坡口和焊缝位置在焊条电弧焊中，由于产品结构形状、材料厚度和焊件质量要求的不同，需要采用不同型式的接头和坡口进行焊接。接头型式有对接、搭接、 T 型接和角接等，如图 15 所示。图15 焊接接头形式对接接头是最常用的接头型式。当工件较薄时，可不开坡口，只要工件接头之间留有间隙；厚度小于 3mm 可一面施焊，厚度为 4 6mm 时，需要两面施焊。工件厚度大于 6mm 时，为了保证能焊透，需要开出各种形式的坡口，如图 16 所示。 V 形坡口加工方便。 X 形坡口，由于焊缝两面对称，焊接应力和变形小；当工件厚度相同时，较 V 形坡口节省焊条。在焊接锅炉、高压容器等重要厚壁构件时，还采用 U 形坡口。这种坡口容易焊透，工件变形小，但加工 X 形和 U 形坡口都比较费时。图16 焊接接头坡口T 型接头也常用，较厚的工件也可开各种形式的坡口。搭接和角接由于接头强度低，故采用的比较少。按照焊缝在空间的位置不同，焊接方法可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种，如图 17所示。图17 焊接的位置平焊操作容易，劳动强度小，焊缝质量高。立焊、横焊和仰焊由于熔池中液体金属有滴落的趋势，操作困难，质量不易保证，所以应尽可能地采用平焊。 图181.1.4 焊条直径和焊接电流的选择焊条直径和焊接电流的大小是影响焊接质量和生产率的重要因素。焊条直径 d 取决于工件厚度、接头型式和焊缝在空间的位置，通常是按工件厚度选取，如平焊低碳钢时，焊条直径可按表 1-1 选取。 表11焊接电流按焊条直径选取。平焊低碳钢时，可按经验公式计算。H= （ 30 55 ）r （11） H电流； Rd/2（焊条半径）；工件厚、焊工技术水平高、野外操作，宜取大值。此外，在相同的条件下，立焊比平焊的电流要减少 10 15% ，仰焊则应减少 15 20% 。1.1.5手工电弧焊的特点手工电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，简称手弧焊。其优点： 1、设备简单。 2、 操作灵活方便。 3、能进行全位置焊接适合焊接多种材料。 缺点： 1、气孔：焊件表面焊前清理不良，药皮受潮，焊接电流过小或焊接速度过快，使气体来不及逸出熔池。2、咬边：焊接电流过大、电弧过长、运条方法不当等会形成咬边。3、夹渣：接头清理不良、焊接电流过小，运条不适和多层焊时前道焊缝的熔渣未清除干净等易产生夹渣。4、未焊透：焊接电流过小，焊接速度太快、坡口角度太小或装配间隙太小、电弧过长等易形成未焊透。5、裂缝：不正确的预热和冷却，不合理的焊接工艺（如焊接次序）、钢的含硫量过高、气孔与夹渣的诱发等均会形成裂缝。1.2焊条和药皮压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。焊条药皮的化学成分对电弧的稳定性、熔深、金属熔敷率和定位能力有很大影响。焊条可分为三大类：纤维素型焊条；氧化钛药皮焊条；碱性焊条。1.2.1 焊条分类（1）纤维素型焊条的药皮中含有大量的纤维素，它的特点是电弧熔深深、摩擦变形速度快，这也提高了整个焊接速度。但由于焊缝沉淀物比较粗糙并且和流动的熔渣混合在一起，所以除渣很困难。这种焊条在任何位置都可以使用，而且因其在高架焊管（stovepipe welding technique）中的使用而为人们所熟悉。 特点：在所有位置都能形成较深的熔深；适用于向下立焊；良好的机械性能；产生大量的氢有造成热影响区（Haz）裂纹的风险。 （2）氧化钛焊条的药皮中含有大量的氧化钛（rutile）。氧化钛使起弧、平滑电弧操作和降低弧飞溅变得容易。这种通用焊条具有良好的焊接特性。在交流电或直流电下，它们可用于所有位置的焊接，特别适用于横角/立角位置的接头焊接。 特点：合适的焊缝金属机械性能；粘性熔渣能形成良好的焊道外形；定位焊接可能会产生流动的熔渣（含氟化物）；易清除熔渣。 1.2.2药皮的作用药皮中含有大量的碳酸钙（石灰石）、氟化钙（萤石）。这使它的熔渣比氧化钛型焊条的熔渣更易流动，这也是一种协助立焊和仰焊快速冷却的方法。这些焊条用于焊接中型和大型结构，要求具有较高的焊接质量、良好的机械性能和抗裂纹能力（过度拘束会产生裂纹）。 1.3 对接平焊的操作过程 引弧 引燃并产生稳定电弧的过程称为引弧。引弧方法有敲击法和磨擦法两种。引弧时焊条提起动作要快，否则容易粘在工件上。如发生粘条、可将焊条左右摇动后拉开，若接不开，则要松开焊钳，切断焊接电路，待焊件稍冷后再作处理。运条 焊接时，焊条应有三个基本运动；焊条向下送进，送进速度应与焊条的熔化速度相等。以便弧长维持不变；焊条沿焊接方向向前运动，其速度也就是焊接速度；横向摆动，焊条以一定的运动轨道周期地向焊缝左右摆动，以获得一定宽度的焊缝。这三个运动结合起来称为运条。收尾 在焊缝焊完时，不应在焊缝尾处出现尾坑。如果收尾时立即拉断电弧、则会在焊缝尾部出现低于焊件表面的弧坑，所以焊缝的收尾不仅要熄弧，还要填满弧坑。一般的收尾方法有：划圈收尾法（即焊条停止向前移动，而朝一个方向旋转，自下而上地慢慢拉断电弧）、反复断弧收尾法和回弧收尾法等。提前的点固 为了固定两焊件的相对位置，焊前要在工件两端进行定位焊（通常称为点固）。点固后要把渣清理干净。若焊件较长，则可每隔200-300mm左右，点固一个焊点。第二章 手工电弧焊运用目前，晶体管逆变技术可以生产出质量较轻的小型电源。这些电源越来越多的被用于工地焊接中，它们可以方便地在各个工作点间移动。这些电源由电力控制，可用于MIG和TIG焊，提高了电源的适应性。现在，密封的容器内也可以使用焊条。这些真空包装的焊条在使用前不需再进行烘焙。但是，如果包装被打开或者损坏，就必须依照生产厂商的说明重新烘焙焊条。 大型电机转轴的补焊从英国进口的一台1150hP同步电动机,因运行故障需更换转轴,选用220 2490mm的40Cr钢,切削加工前整材进行调质处理,后在半精车时不慎将两轴承肩距离( 1620mm)车短了5mm,见图1,为避免重大损失,对该轴进行了焊补修理,由于转轴已处于半精车阶段,待磨面直径仅留有0.3mm0.5mm的磨削余量,非磨面都已达到图纸尺寸要求,使工件在焊补后不能再采用入炉焊后热处理工艺,但这样就无法保证质量,在对该转轴采取以下焊补方法后,保证了其质量及使用要求。图111 150hP同步电机转轴2焊前准备(1)焊前转轴表面应仔细清理,严格清除一切会产生氢气的油类等杂质。(2)选用J857 焊条,3. 2mm。焊前将焊条在炉中250300烘干2h,随用随取,消除焊条中的水分。(3)在直流电焊机上采用反接法。3焊补工艺(1)将整个转轴放进烘炉预热到300后取出。(2)将转轴吊到滚轮支架上,滚轮应支承于轴上135及140两外圆处,装上扳转卡箍。(3)采用对称交错焊补,每圈分8段,每层接头收尾均应错开, 填满弧坑, 电流值取90A100A,慢焊速,以防止转轴过热,减小熔深和热影响区。采用连续施焊,焊缝宽度应大于6mm,高出转轴表面2mm,第1层和第2层的焊接次序见图2所示,第3层次序与第1层相同,第4层与第2层相同,其余类推。图22焊接次序(4)焊毕立即用两把气割炬加热焊补位置两侧100mm120mm以内区域,同时不断转动转轴,使加热均匀,避免变形。(5) 用半导体点温计检测, 当温度达到550600时,再保温1h , 然后将转轴吊入300烘炉内, 随炉冷却至常温。其目的是消除焊接应力, 降低扩散氢的含量, 改善热影响区金相组织。焊补后进行硬度测试,焊补区115mm外圆处硬度HB248;130mm 外圆处硬度HB254。电机转轴经焊补、精加工后装上同步电机,到目前为止已运行5年多,运转正常。第三章 手工电弧焊防触电措施 3.1 手工电弧焊安全技术要求l.电焊机的外壳和工作台，必须有良好的接地。 2.电焊机空载电压应在6090V之间。 3.电焊设备应使用带电保险的电源刀闸，并应装在密闭箱内。 4.焊机使用前必须仔细检查其一、二次导线绝缘是否完整，接线是否绝缘良好。 5.当焊接设备与电源网路接通后，人体不应接触带电部分。 6.在室内或露天现场施焊时，必须在周围设挡光屏，以防弧光伤害工作人员的眼睛。 7.焊工必须配备合适滤光板的面罩、干燥的帆布工作服、手套、橡胶绝缘和清渣防护白光眼镜等安全用具。 8.焊接绝缘软线不得少于5m，施焊时软线不得搭在身上,地线不得踩在脚下。 9.严禁在起吊部件的过程中，边吊边焊。 10.施焊完毕后应及时拉开电源刀闸。3.2 手工电弧焊防触电措施1焊接工作前，要先检查焊机设备和工具是否安全可靠。例如焊机外壳是否接地