第2章 焊条电弧焊

1、第2章焊条电弧焊 一、概述 二、焊条电弧焊设备 三、焊条 四、焊条电弧焊工艺 一、概述 1. 焊条电弧焊的基本原理 2.焊条电弧焊的特点及应用 焊条电弧焊的焊接回路由弧焊电源、电缆、焊钳、焊条、电弧和焊 件组成。 焊条电弧焊主要设备是弧焊电源主要设备是弧焊电源，它的作用是为焊接电弧稳定燃烧 提供所需要的、合适的电流和电压。焊接电弧是负载，焊接电缆连接电 源与焊钳和焊件。 焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方 法。它利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧 的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊 接接头。 焊条电弧焊原理焊条电弧焊原理 1药皮；药皮；2焊芯；焊芯；3保护气；保护气； 4电

2、弧；电弧；5熔池；熔池；6母材；母材； 7焊缝；焊缝；8焊渣；焊渣；9熔渣；熔渣； 10熔滴熔滴 1. 焊条电弧焊的基本原理焊条电弧焊的基本原理 焊接过程中：焊接过程中： v 药皮：药皮：不断地分解、熔化而生成气体及熔渣， 保护焊条端部、电弧、熔池及其附近区域，防止大 气对熔化金属的有害污染。 v 焊芯：焊芯：在电弧热作用下不断熔化，进入熔池， 成为焊缝的填充金属。 1操作灵活 2待焊接头装配要求低 3可焊金属材料广 4焊接生产率低 5焊缝质量依赖性强 2. 焊条电弧焊的特点及应用 二、 焊条电弧焊设备 1. 焊接电源 2. 焊钳 3. 面罩与护目玻璃 4. 焊条保温筒 焊条电弧焊设备 图2-

3、2焊条电弧焊基本装置示意图 1. 焊接电源 焊条电弧焊常用的焊接电源有弧焊变压器、弧焊发电机、磁放大器 式弧焊整流器以及晶闸管弧焊整流器、弧焊逆变电源等。焊条电弧 焊既可以采用直流焊接，也可以采用交流焊接，甚至可采用脉冲焊 接。无论使用哪一种电源，电源都应当具有下降外特性，最好是陡 降的外特性。 选择焊条电弧焊电源应主要考虑以下因素：所要求的焊接电流的 种类；弧焊电源的功率；工作条件和节能要求等。 2. 焊钳 图2-3焊钳的构造 1钳口2固定销3弯臂罩壳4弯臂5直柄6弹簧 7胶木手柄8焊接电缆固定处 电焊钳电焊钳 电焊钳又称焊把，是用以夹持焊条、传导电流的工具 。有300A、500A二两种规格

4、，要求具有良好的绝缘性与隔 热能力。焊条位于水平、45。、90。等方向时焊钳都能夹紧 焊条，并保证更换焊条安全方便、操作灵活。 3. 面罩与护目玻璃 面罩是防止焊接时的飞溅、弧光及其他辐射对焊接操作人员面部 和颈部损伤的一种遮蔽工具。有手持式和头盔式两种，对面罩的 要求是质轻、坚韧、绝缘性和耐热性好。 面罩正面安装有护目滤光片，即护目玻璃，起减弱弧光强度，过 滤红外线和紫外线以保护焊工眼睛的作用。护目玻璃有各种颜色， 从人眼对颜色的适应性考虑，以墨绿、蓝绿和黄褐色为好。颜色 有深浅之分，应根据焊接电流大小和焊接方法以及焊工的年龄与 视力情况选用。 现已发展的一种光电式镜片，它是利用光电转换原理

5、制成的新型 护目滤光片。起弧前是透明的，起弧后迅速变黑，起滤光作用。 这样可以观察焊接操作全过程，杜绝电弧“灼眼”和消除因盲目引 弧而产生的焊接缺陷。 它们是防止焊接飞溅、弧光及高温对焊工面部及颈部灼伤 的一种工具。面罩一般分为手持式和头盔式两种。 要求选用耐燃或不燃的绝缘材料制成，罩体应遮住焊工的 整个面部，结构牢固，不漏光。护目镜按亮度的深浅不同分 为6个型号(712号)，号数越大，颜色越深。 4. 焊条保温筒 焊条保温筒有立式和卧式两种，是焊工焊接操作现场必备的辅具， 装载已烘干的焊条。将已烘干的焊条放在保温筒内供现场使用，可 以起到防粘泥土、防潮、防雨淋等作用，能够避免焊接过程中焊条

6、药皮的含水率上升。一个焊条保温筒通常可装焊条2.55kg，温度一 般在100450之间，能维持焊条药皮含水率不超过0.4。 使用低氢型焊条焊接重要结构时，焊条必须先进烘箱烘焙，烘 干温度和保温时间因材料和季节而异。焊条从烘箱内取出后 ，应储存在焊条保温筒内，在施工现场逐根取出使用。 用以测量坡口角度、间隙、错边以及余高、焊缝宽度 、角焊缝厚度等尺寸。由直尺、探尺和角度规组成。 5. 焊缝尺寸检测器 敲渣锤敲渣锤 用来清除焊渣的一种尖锤，可以提高清渣效率。 钢丝刷钢丝刷 用来清除焊件表面的铁锈、油污等氧化物。 气动打渣工具及高速角向砂轮机气动打渣工具及高速角向砂轮机 用于焊后清渣、焊缝修整及坡口

7、准备。 三、焊条 1. 焊条的组成及分类 2. 焊条的选用 焊条的组成及分类 1)焊条是焊条电弧焊的焊接材料，它由焊芯和药皮(涂层)组成，。 焊条电弧焊时，焊芯与焊件之间产生电弧并熔化为焊缝的填 充金属。 2)焊芯既是电极，又是填充金属。用于焊芯的专用的金属丝(称焊 丝)分为碳素结构钢、低合金结构钢和不锈钢。焊芯的成分 直接影响着熔敷金属的成分和性能。 3)焊条药皮是矿石粉末、铁合金粉、有机物和化工制品等原料按 一定比例配制后压涂在焊芯表面上的一层涂层。 是指在一定长度的金属丝外表层均匀地涂敷一定厚 度的具有特殊作用涂料的手工电弧焊焊接材料，简称为 “焊条焊条”。 （1）电弧容易引燃，在焊接过

8、程中能够稳定燃烧； （2）药皮应均匀熔化，无成块脱落现象。其熔化速度稍慢于焊芯 的熔化速度，从而有利于金属熔滴过渡； （3）焊接过程中不应有较大烟雾和过多飞溅； （4）保证熔敷金属具有一定的抗裂性以及所需的力学性能和化学 成分； （5）焊后焊缝成形正常，焊渣容易清除。 对焊条的基本要求 电焊条由焊芯、涂料药皮焊芯、涂料药皮两部分组成。 目前在焊接生产中广泛使用的基本上都是厚药皮焊条厚药皮焊条。 焊条结构 1）焊芯）焊芯 焊芯：焊芯：是指电焊条用的被药皮包覆的金属芯。 作用：作用： （1）传导电流，产生焊接电弧； （2）焊芯本身熔化形成焊缝中的填充金属。 由于焊芯在电弧高温作用下端部熔化，形成熔

9、滴过渡到 熔池中，因此焊芯的成分对焊缝金局的质量和性能有极大 影响。 通常所说的焊条规格，实际上是指焊芯直径，如：2、 3.2、4、5等，单位是mm。 2）药皮）药皮 焊条药皮：焊条药皮：是指由具有不同物理和化学性质的细粒状物 质经粘结均匀包覆在焊芯表面的涂料层。 焊条药皮的作用：焊条药皮的作用：是在焊接过程中形成具有合适的熔点 、粘度、密度、碱度等物理化学性能的熔渣，保证电弧稳 定燃烧、使熔滴金属容易过渡、在电弧区和熔池周围造成 一种气氛保护焊接区域，获得良好的焊缝成形与性能等。 还可通过向药皮中加入脱氧剂、渗合金元素或一定含量 的铁粉，满足焊缝金属使用性能或提高熔敷效率的要求。 各种原材料

10、根据其在焊条药皮中的作用可分为：各种原材料根据其在焊条药皮中的作用可分为： (1) 稳弧剂 主要作用是使焊条容易引弧及在焊接 过程中保持电弧稳定燃烧。作为稳弧剂的原材料 主要是一些含有一定数量低电离电位易电离元素 的物质，如长石、水玻璃、金红石、钛白粉、大 理石、云母、钛铁矿、还原钛铁矿等。 (2) 造渣剂 焊接时能形成具有一定物理化学性能 的熔渣，保护焊接熔滴和熔池金属，改善焊缝成 形、作为造渣剂的原材料有大理石、萤石、白云 石、菱苦土、长石、白泥、云母、石英、金红石 、钛白粉、钛铁矿等。 (3) 脱氧剂(又称还原剂) 通过焊接过程中的化学冶 金反应，降低焊缝金属中的氧含量，提高焊缝金 属的

11、性能。脱氧剂主要是含有对氧亲和力大的元 素铁合金及其金属粉，常用脱氧剂有锰铁、硅铁 、钛铁、铝铁、硅钙合金等。 (4) 造气剂 在电弧高温作用下分解出气体，形成保护气氛 ，保护电弧及熔池金属，防止周围空气中氧和氮的侵入。 常用的造气剂有碳酸盐(如大理石、白云石、菱苦土、碳 酸钡等)及有机物(如木粉、淀粉、纤维素、树脂等)。 (5) 合金剂 用于补偿焊接过程中合金元素的烧损及向焊缝 中过渡合金元素，以保证焊缝金属的化学成分及性能。根 据需要可选用各种铁合金(如锰铁、硅铁、铬铁、钢铁、 钒铁、铌铁、硼铁、稀土硅铁等)或纯金属(如金属锰、金 属铬、镍粉、钨粉等)。 (6) 增塑剂 主要作用是改善药皮

12、涂料在焊条压涂过程中的 塑性、弹性及流动性，提高焊条的压涂质量，使焊条药皮 表面光滑面不开裂。通常选用有一定弹性、滑性或吸水后 有一定膨胀特性的物料，如云母、白泥、钛白粉、滑石粉 、固体水玻璃、纤维素等。 (7) 粘结剂 使药皮物料牢固地粘结在焊芯上，并使焊条药 皮烘干后具有一定的强度。在焊接冶金过程中不对熔池和 焊缝金属产生有害作用。常用粘结剂是水玻璃（钾、钠及 其混合水玻璃）及酚醛树脂、树胶等。 焊条的分类焊条的分类 电焊条的分类方法很多，可分别按用途、熔渣的酸碱度、 焊条药皮的主要成分、焊条性能特征等不同角度对电焊条进行 分类。 1 1）按焊芯成分分类）按焊芯成分分类 2）按熔渣的酸碱性

13、分类）按熔渣的酸碱性分类 主要是根据焊接熔渣的碱度，即按熔渣中碱性氧化物与 酸性氧化物的比例来划分。 (1) 酸性焊条酸性焊条 药皮中含有大量的TiO2、SiO2等酸性造渣物及一定数量 的碳酸盐等，熔渣氧化性强，熔渣碱度系数小于1。 酸性焊条焊接工艺性好，电弧稳定，可交、直流两用， 飞溅小、熔渣流动性和脱渣性好，熔渣多呈玻璃状，较疏 松、脱渣性能好，焊缝外表美观。 酸性焊条的药皮中含有较多的二氧化硅、氧化铁及氧化 钛，氧化性较强，焊缝金属中的氧含量较高，合金元素烧 损较多，合金过渡系数较小，熔敷金属中含氢量也较高， 因而焊缝金属塑性和韧性较低。 (2) 碱性碱性(低氢型低氢型)焊条焊条 药皮中

14、含有大量的碱性造渣物(大理石、萤石等)，并 含有一定数量的脱氧剂和渗合金剂。碱性焊条主要靠碳酸 盐(如CaCO3等)分解出CO2作保护气体，弧柱气氛中的氢分 压较低，而且萤石中的氟化钙在高温时与氢结合成氟化氢 (HF)，降低了焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢型 焊条。 碱性渣中CaO数量多，熔渣脱硫的能力强，熔敷金属 的抗热裂纹的能力较强。而且，碱性焊条由于焊缝金属中 氧和氢含量低，非金属夹杂物较少，具有较高的塑性和冲 击韧性。 碱性焊条由于药皮中含有较多的萤石，电弧稳定性差 ，一般多采用直流反接，只有当药皮中含有较多量的稳孤 剂时，才可以交、直流两用。 碱性焊条一般用于较重要的焊接结构，

15、如承受动载荷 或刚件较大的结构。 3）按焊条药皮类型分类）按焊条药皮类型分类 按性能分类的焊条，都是根据其特殊使用性能而制造的专用焊专用焊 条条。 如：超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、躺焊焊 条、打底层焊条、高效铁粉焊条、防潮焊条、水下焊条、重 力焊条等。 4）按焊条性能分类）按焊条性能分类 焊条的选用原则焊条的选用原则 1)按焊件的力学性能、化学成分选用按焊件的力学性能、化学成分选用 低碳钢、中碳钢和低合金钢一般按焊件的抗拉强度来选用 相应强度的焊条，只有在焊接结构刚性大，受力情况复杂时 ，才选用比钢材强度低一级的焊条。 对于不锈钢、耐热钢、堆焊等焊件选用焊条时，应从保证 焊接接头的特

16、殊性能出发，要求焊缝金属化学成分与母材相 同或相近。 焊条的选用焊条的选用 当接头坡口表面难以清理干净时，应采用氧化性强，对铁 锈、油污等不敏感的酸性焊条。 在容器内部或通风条件较差的条件下，应选用焊接时析出 有害气体少的酸性焊条。 在母材中碳、硫、磷等元素含量较高时，且焊件形状复杂 、结构刚性大和厚度大时，应选用抗裂性好的碱性焊条。 当焊件承受振动载荷或冲击载荷时，除保证抗拉强度外， 应选用塑性和韧性较好的碱性焊条。 在酸性焊条和碱性焊条均能满足性能要求的前提下，应尽 量选用工艺性能较好的酸性焊条。 2)酸性焊条酸性焊条 V.S. 碱性焊条碱性焊条 薄板焊接或定位焊宜采用E4313焊条，焊件

17、不易烧穿且易引弧 。 在满足焊件使用性能和焊条操作性能的前提下，应选用规格 大、效率高的焊条。 在使用性能基本相同时，应尽量选用价格较低的焊条，降低 焊接生产的成本。 3)按简化工艺、生产率和经济性来选用按简化工艺、生产率和经济性来选用 1)焊条的烘干焊条的烘干 焊条在存放时会从空气中吸收水分而受潮，会影响工 艺性能和焊缝质量，因此焊条(特别是碱性焊条)在使用前 必须烘干。一般酸性焊条烘干温度为75150，保温1 2h；碱性焊条为350 400，保温12h。焊条累计 烘干次数一般不宜超过3次。 焊条的管理及使用焊条的管理及使用 焊条必须分类、分型号、分规格存放，避免混淆。 焊条必须存放在通风良

18、好、干燥的库房内。重要焊接结构使 用的焊条，特别是低氢型焊条，最好储存在专用的库房内。 库房内应设置温度计、湿度计，室内温度在5以上，相对湿 度不超过60。 焊条必须放在离地面和墙壁的距离均在0.3m以上的木架上， 以防受潮变质。 2)焊条的储存保管焊条的储存保管 四、焊条电弧焊工艺 焊前准备 焊接参数的选择 焊前准备 焊接接头形式 坡口准备 焊接接头形式 (1)对接接头这是两工件端面相对平行的接头，是在焊接结构中常采用的接 头形式。 (2)角接接头这是两焊件端面间构成大于30，小于135夹角的接头。 (3)T形接头这是一焊件端面与另一焊件端面构成直角或近似直角的接头。 (4)搭接接头这是两焊

19、件部分重叠构成的接头。 (5)卷边接头这是指焊件端部预先卷边的接头。 (1)对接接头 图2-4对接接头 a)I形b)V形c)X形d)U形e)双U形 (2)角接接头 图2-6角接接头 a)I形b)V形c)单边V形d)X形 (3)T形接头 图2-7T形接头 a)I形b)双I形c)单边V形 (4)搭接接头 图2-8搭接接头 a)不开坡口b)圆孔内塞焊c)长孔内角焊 (5)卷边接头 图2-9卷边接头 坡口准备 焊件开坡口，一是为了使电弧能深入到焊缝根部，保证根部焊透，便于清除 焊渣，获得较好的焊缝成形；二是为调节焊件和填充金属在焊缝中的熔合比。 坡口角度的大小将影响焊缝金属的化学成分和焊接接头质量。通常是随板厚 的增加，坡口角度减小。钝边的作用是保证根部焊缝既能焊透，又不被烧穿。 间隙的作用是保证根部焊透。 选择坡口形状时，主要考虑以下因素：尽量提高生产率、减少焊条消耗量； 焊接可达性要好，保证根部焊透；坡口形状易加工；焊接受形要小。一般同 样厚度的接头，采用X形坡口比V形坡口节省焊条，焊后变形小；采用U形和双 U形坡口又比V形和X形坡口好，但加工困难，主要用于较重要的焊接结构。 选择坡口加工方法时，应根据工件的尺寸、形状及现场具体条件而定。目前 常用的加工方法有剪切(适于I形坡口)、气割(适于V形、X形、Y形、K形等坡口)、 刨边(适于直边任何形式的坡