焊条电弧焊与电弧切割

关于焊条电弧焊与电弧切割第一节焊条电弧焊与电弧切割的工作原理、适用范围及安全特点第2页,共52页，2024年2月25日，星期天一、焊条电弧焊与电弧切割的基本原理（一）焊条电弧焊的基本原理它是利用电弧放电（电弧燃烧）所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。（二）电弧切割的基本原理电弧切割主要有碳弧气割、碳弧刨割条和等离子弧切割第3页,共52页，2024年2月25日，星期天二、焊条电弧焊与电弧切割的适用范围（一）焊条电弧焊的适用范围适用于绝大多数金属材料及各种厚度、各种结构形状的焊接。可以进行平焊、立焊、横焊、仰焊等多位置焊接。（二）电弧切割的适用范围1）对焊缝进行清根；2）加工坡口；3）对窄小空间位置的焊缝进行切割；4）清除不合格焊缝中的缺陷；5）切割铸铁、不锈钢、铜、铝等金属第4页,共52页，2024年2月25日，星期天三、焊条电弧焊与电弧切割的安全特点（一）焊条电弧焊的安全特点（1）焊接设备空载电压高于安全电压，有触电危险；（2）在电弧高温作用下，焊接区内产生大量粉尘，在电弧强烈辐射作用下，产生有毒气体，会引起危害焊工健康的多种疾病；（3）弧光辐射会引起操作者眼睛、皮肤疾病；（4）由于焊机线路故障或飞溅会引起爆炸和火灾事故。第5页,共52页，2024年2月25日，星期天（二）电弧切割的安全特点（1）露天操作应顺风方向操作，防止熔渣灼伤和引起火灾；（2）在容器或舱室等狭小地方操作时，应加强抽风和排除烟尘；（3）切割时适用带铜皮的专用碳棒；（4）防止焊机超载，以免烧坏焊机。第6页,共52页，2024年2月25日，星期天第二节焊条及焊接参数的选择方法一、焊条的选择方法（一）焊条的组成焊条是涂有药皮供焊条电弧焊使用的熔化电极。它由焊芯和药皮两部分组成，常用的有Φ2.5、Φ3.2、Φ4、Φ5几种规格，其长度一般在250～450mm之间。（二）焊条的分类（三）焊条的选用第7页,共52页，2024年2月25日，星期天二、焊接参数的选择方法

焊条电弧焊的焊接工艺参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。第8页,共52页，2024年2月25日，星期天第三节焊条电弧焊与电弧切割设备的基本结构和原理焊条电弧焊焊机按结构不同分为：弧焊变压器、弧焊发电机、弧焊整流器三种；按电源的种类不同分为：交流弧焊机、直流弧焊机两大类。第9页,共52页，2024年2月25日，星期天第四节焊条电弧焊的操作和安全要求一、焊条电弧焊的操作（一）引弧（二）运条（三）收尾二、焊条电弧焊的安全要求（1）电焊机（2）焊接电缆（3）电焊钳（4）其他要求第10页,共52页，2024年2月25日，星期天

电弧在工件与焊条两极之间的气体介质中持续强烈的放电现象。电弧中心部分的温度可达6000～8000℃，两电极的温度可达2400～2600℃。电弧燃烧的必要条件：

气体电离、阴极电子发射第11页,共52页，2024年2月25日，星期天1、气体电离

使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离。（1）热电离气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。（2）电场作用下的电离

带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，当不断与中性粒子相碰撞时，则不断产生电离。（3）光电离中性粒子在光辐射的作用下产生的电离称为光电离。第12页,共52页，2024年2月25日，星期天2、阴极电子发射

阴极的金属表面连续地向外发射电子的现象，称为阴极电子发射。

（1）热发射（2）电场发射（3）撞击发射第13页,共52页，2024年2月25日，星期天热发射：

焊接时，阴极表面温度很高，阴极中的电子运动速度很快，当电子的动能大于阴极内部正电荷的吸引力时，电子即冲出阴极表面，产生热发射。第14页,共52页，2024年2月25日，星期天电场发射：在强电场的作用下，由于电场对阴极表面电子的吸引力，电子可以获得足够的动能，从阴极表面发射出来。第15页,共52页，2024年2月25日，星期天撞击发射：当运动速度较高，能量较大的正离子撞击阴极表面时，将能量传递给阴极而产生的电子发射现象，叫撞击发射。第16页,共52页，2024年2月25日，星期天1、碳弧气割碳弧气割是利用碳极电弧的高温，把金属的局部加热到熔化状态，同时用压缩空气的气流把熔化金属吹掉，从而达到对金属进行切割的一种加工方法。第17页,共52页，2024年2月25日，星期天2、碳弧刨割条利用药皮在电弧高温下产生的喷射气流，吹除熔化金属，达到刨割的目的。电弧刨割条的外形与普通焊条相同。第18页,共52页，2024年2月25日，星期天1、焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。

焊芯的作用：

1）传导焊接电流，把电能转换成热能；

2）本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。

焊芯中合金元素对焊接的影响

1）C：钢中的主要元素，含C↑-----强度、硬度↑，塑性↓。低碳钢焊芯含C量一般≤0.1％。

2）Mn：一种较好的合金剂、脱氧剂，含Mn↑-----强度、韧性↑，与S化合形成硫化锰，减少了焊缝的热裂倾向。碳素结构钢焊芯的含Mn量为0.30％～0.55％。

3)Si：一种较好的合金剂、脱氧剂，含Si适量-----屈服强度、弹性、抗酸性↑，含量过高------塑、韧性↓。

4）Cr：提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，易于氧化成Cr2O3,提高了渣的粘度，增加了金属夹杂物的可能性。第19页,共52页，2024年2月25日，星期天5）Ni：能提高钢的韧性。6）S：一种有害杂质，S↑---热裂倾向↑。焊芯中含S≤0.04％，重要结构≤0.03％。7）P：一种有害杂志，P↑---韧性，特别是低温冲击韧性↓，产生冷脆。焊芯中含P≤0.04％，重要结构≤0.03％。

焊芯的分类焊接用钢丝可分为碳素结构钢合金结构钢不锈钢第20页,共52页，2024年2月25日，星期天2、药皮压涂在焊芯表面的途层称药皮。焊条药皮的作用1）机械保护作用气保护渣保护2）冶金作用：通过熔渣与熔化金属冶金反应，除去有害杂质O、H、S、P和添加有益的合金元素，使焊缝获得合乎要求的机械性能。3）改善焊接工艺性能使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。第21页,共52页，2024年2月25日，星期天焊条药皮的组成焊条药皮由各种矿物类、铁合金有机物和化工产品组成。按其在焊接过程中所起的作用通常分为：稳弧剂，如碳酸钾、碳酸钠造渣剂，如钛铁矿、萤石造气剂，如大理石、纤维素脱氧剂，如锰铁、硅铁合金剂，如铬、锰、硅稀释剂，如萤石、钛白粉粘结剂，如水玻璃增塑剂，如云母、钛白粉第22页,共52页，2024年2月25日，星期天焊条的分类低碳钢和低合金高强钢焊条（结构钢焊条）钼和铬钼耐热钢焊条不锈钢焊条堆焊焊条低温钢焊条铸铁焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合金焊条按焊条的用途分第23页,共52页，2024年2月25日，星期天焊条的分类按焊条药皮熔化后的熔渣特性分酸性焊条：熔渣的主要成分是SiO2、TiO2、Fe2O3等酸性氧化物。具有较强的氧化性，对铁锈不敏感，氢气孔少，焊缝金属机械性能低。用于低碳钢和不重要结构的焊接。碱性焊条：熔渣主要成分是大理石、萤石等碱性氧化物。对铁锈、水分敏感，易形成氢气孔，焊缝金属机械性能和抗裂性能好，用于合金钢和较重要结构的焊接。第24页,共52页，2024年2月25日，星期天焊条的选用主要是根据焊接结构钢材的化学成分、机械性能、焊接性、工作环境、等要求，以及焊接结构的形状、受力情况和焊接设备等方面进行选择。选用原则：考虑焊件的机械性能、化学成分A.低碳钢、中碳钢和低合金钢按等强匹配的原则来选用焊条；B.对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝应选用碱性焊条，低碳钢焊件坡口处有无法清除的铁锈、油污时，选用酸性焊条；C.异种钢焊接时按低强匹配的原则选用焊条。第25页,共52页，2024年2月25日，星期天焊条的选用考虑焊件的工作条件及使用性能对于工作环境有特殊要求的，应选用相应的焊条，如低温钢焊条、水下焊条等；珠光体耐热钢焊条选用与钢材化学成分相似的焊条，或根据焊件的温度来选用。第26页,共52页，2024年2月25日，星期天焊条的选用考虑简化工艺、提高生产率、降低成本薄板焊接或点焊时宜采用E4313焊条；在满足使用性能和操作性能的前提下，应选用大规格、效率高的焊条；在使用性能基本相同时，尽量选用价格低的焊条。第27页,共52页，2024年2月25日，星期天（一）焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置、焊接层次。焊件厚度（mm）≤23～45～12＞12焊条直径（mm）23.24～5≥5焊条直径与焊件厚度关系第28页,共52页，2024年2月25日，星期天（二）焊接电流的选择主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次来选择，最主要的是焊条直径、焊缝空间位置。焊条直径与焊接电流的关系如下：

I=kdI：焊接电流，k：与焊条直径有关的系数，d：焊条直径d1.62～2.53.24～6k15～2520～3030～4040～50不同焊条直径的k值第29页,共52页，2024年2月25日，星期天（三）电弧电压的选择电弧长，电压高；电弧短，电压低。焊接时一般采用短弧焊接。短弧一般为焊条直径的0.5～1.0倍：

L弧＝（0.5～1.0）d（四）焊接层数的选择焊件厚度较大时，往往需要多层焊。每层厚度应≤4～5mm，焊接层数可按一下公式计算：n：焊接层数；δ：焊件厚度；m：经验系数，一般取0.8～1.2；d：焊条直径第30页,共52页，2024年2月25日，星期天（五）电源种类和极性选择重要结构或厚板大刚度结构选择直流电源，其他情况选择交流电源。碱性焊条和薄板焊接采用直流反接，酸性焊条通常采用正接。第31页,共52页，2024年2月25日，星期天交流弧焊机以交流电形式向焊接电弧输送电能的设备。它是一种特殊的降压变压器。常见的交流弧焊机有动铁式（BX1-330型）和动圈式（BX3-330型）两类。第32页,共52页，2024年2月25日，星期天直流弧焊机直流弧焊机有直流弧焊发电机（AX7-300）和弧焊整流器(ZXG-300)两种。直流弧焊发电机由一台异步电动机和一台弧焊发电机组成。弧焊整流器是将交流电经变压，整流转换成直流电的电源。由于弧焊整流器没有旋转部分，噪音小、空载损耗小、效率高、成本低和制造维护简单等优点，有取代直流弧焊发电机的趋势。第33页,共52页，2024年2月25日，星期天负载持续率是指在选定的工作时间周期内，焊机负载的时间占选定的工作时间周期的百分率。它是用来表示焊机工作状态的参数，是在选定的工作时间周期内允许焊机连续负载的时间。第34页,共52页，2024年2月25日，星期天焊机的外特性在规定的范围内，焊机稳态输出电流和输出电压之间的关系称为焊机的外特性。焊机的外特性有三种形式：下降特性（陡降、缓降）平特性上升特性第35页,共52页，2024年2月25日，星期天焊条电弧焊辅助设备和工具包括：电焊钳、焊接电缆、面罩及其它防护工具。（一）电焊钳：是夹持焊条并传导电流的器具。要求：焊条夹持牢固、可靠的绝缘、隔热好、重量轻。（二）焊接电缆：根据焊机容量选择电缆截面。需长电缆时，应加大截面积，使焊接电缆上的电压降不超过4V。焊接电缆选用表最大焊接电流（A）200300450600电缆截面积（mm2）25507095第36页,共52页，2024年2月25日，星期天（三）面罩及其它防护用具面罩：保护焊工眼睛和面部不受电弧光的辐射和灼伤。分手持式和头盔式两种。护目玻璃：过滤红外线、紫外线，减弱弧光。以墨绿色居多。其他防护工具：焊工专用手套、护脚、平光镜等第37页,共52页，2024年2月25日，星期天

交流弧焊机与直流弧焊机的比较项目直流弧焊机交流弧焊机电弧稳定性高低焊接电流受电网波动干扰小大构造和维修稍复杂简单工作噪声很少较小供电方式三相供电单项供电触电危险较小较大功率因数较高较低能耗指数小较大成本较高低重量较轻轻第38页,共52页，2024年2月25日，星期天（一）引弧

1、直击法

2、划擦法第39页,共52页，2024年2月25日，星期天（二）运条焊条的三个基本运动：

1、沿焊条中心线向熔池送进运动

2、焊条的横向摆动

3、沿焊接方向移动运条方法：第40页,共52页，2024年2月25日，星期天第41页,共52页，2024年2月25日，星期天（三）收尾划圈收尾法焊条移至焊缝终点时，作圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧。适用于厚板焊接。回焊收尾法焊条移至收尾处不熄弧，改变焊条角度回焊一小段。适用于碱性焊条。反复断弧收尾法收尾时，焊条在弧坑处反复熄弧、引弧，直到填满弧坑。适用于薄板和大电流焊接。第42页,共52页，2024年2月25日，星期天（1）电焊机1）必须符合有关标准的安全要求；2）工作环境应与焊机技术说明书上的规定相符；3）防止碰撞和剧烈振动；4）装有独立的容量符合要求的电源开关；A、电源控制装置应在焊机附近且便于操作；B、采用启动器启动焊机，应先送电后启动焊机；C、初级电源线长度应≤2～3m。电源线较长时应距地2.5m以上沿墙或立柱布设，不许脱在地上。5）外露带电部分，应设有完好的防护装置；6）用插头插座联接时，插销孔的接线端应用绝缘板隔离；7）禁止用金属构架和设备作为焊接回路；8）焊机不允许超负荷使用，运行时温升不能超过标准规定；第43页,共52页，2024年2月25日，星期天9）放置地点应通风良好、干燥、平稳，且远离高热、易燃易爆危险环境；10）注意对整流焊机硅整流器的保护和冷却；11）禁止在焊机上放置物体和工具，启动前检查焊钳、焊件是否短路；12）采用连片改变电流时，应断电；13）焊机应保持清洁；清扫时应断电；14）焊机受潮应进行人工干燥；15）每半年进行一次维修保养；16）经常检查各接线是否连接良好；17）工作完毕，应切断电源；18）焊机的外壳必须采取保护接地，防止触电，且接地装置经常保持良好，禁止用氧气、乙炔管道作为自然接地极，防止产生火化而爆炸，电焊机组或集装箱式电焊设备应安装接地装置，焊接工作台应与接地装置联接；第44页,共52页，2024年2月25日，星期天1、焊接电缆应采用多股细铜线电缆，其截面应根据焊接电流大小和电缆长度按规定选用；且电缆应轻便柔软，便于操作；2、外皮完整、绝缘良好，绝缘电阻不小于1MΩ；3、电缆线长度一般不超过20～30m；4、焊机用电缆应使用整根导线，需长导线时，应用接头连接器连接牢固，接头不超过2个；5、横穿马路或通道时，应采用保护套，禁止搭在氧、乙炔气瓶等易燃易爆的容器和材料上；6、禁止用厂房的金属结构、轨道、管道、暖气设施或其他金属物搭接起来作焊接电缆；7、禁止与油脂等易燃物料接触。（2）焊接电缆

第45页,共52页，2024年2月25日，星期天（三）电焊钳1、必须具有良好的绝缘性和隔热能力；2、导电部分应用紫铜制成，与电缆的连接应简便牢靠，接触良好；3、在水平、45°、90°方向都能加紧焊条，且保证更换焊条安全方便；4、操作灵活，重量轻，重量不超过600g；5、