电焊工操作技术要领图解

青工操作技术要领图解系列电焊工操作技术要领图解丛书主编王志鑫本书编著胡玉文郭新照张云燕本书主审张增国范鹏章本书绘图王力本书照片刘玉强第一章焊接基础第一节焊接工艺知识第二节常用设备及工具第二章焊条电弧焊操作技术第一节引弧及运条方法第二节焊道的连接和收尾第三节平敷焊第四节平对接焊第五节平角焊第六节立对接焊第七节立角焊第八节横对接焊第九节仰焊第十节水平固定管焊第十一节垂直固定管焊第三章常见焊接缺陷及防止方法第四章气体保护焊及气割技术简介第一节气体保护焊简介第二节手工气割第五章电弧焊安全技术与劳动保护电焊工操作技术要领图解目录第一节电弧焊安全技术第二节焊接劳动卫生与防护第一章焊接基础【学习要求】了解焊接的分类及特点；掌握焊条电弧焊的特点。理解焊接电弧的构造、温度分布；掌握焊接电源的极性及应用。了解药皮的作用、类型，常用焊条型号的含义；掌握酸性、碱性焊条的性能及工艺特点。掌握焊接接头和焊接位置的基本形式。掌握焊接工艺参数的选择方法。了解焊接残余变形的基本形式及焊接结构的合理设计方法。掌握焊条电弧焊常用弧焊设备的种类、使用及维护。了解常用工具的使用方法。第一节焊接工艺知识一、焊接的概念及分类焊接就是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工工艺方法。焊接与其它连接方法相比较具有节省金属材料、减轻结构重量、简化加工与装配工序、接头的致密性好、能承受高压、易实现机械化和自动化生产、提高生产率和质量、改善劳动条件等一系列特点。目前常用的焊接方法分类如图。图二、焊条电弧焊焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法（又称手工电弧焊）。操作时，焊条和焊件分别作为两个电极，利用焊条与焊件之间产生的电弧热量来熔化焊件金属，冷却后形成焊缝（图）。焊条电弧焊是一种发展比较早的电弧焊方法，目前仍然是应用最广泛的一种焊接方法。其特点是：设备简单、维护方便、成本低；工艺灵活、适应性强；对焊件的装配要求较低；劳动强度高、生产效率低。图焊缝熔池保护气体电弧熔滴焊条焊钳弧焊设备焊接电缆焊件三、焊接电弧焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或焊条与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象（图）。焊接电弧在焊接过程中为焊接材料提供热量来进行焊接。图焊接电弧的构造：焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成（图）。 图（）阴极区：阴极区是从阴极表面起靠近阴极的地方，区域很窄。阴极区主要是向弧柱区提供电子流和接受弧柱区送来的正离流阴极区温度一般达，放出热量占焊接总热量的左右。（）阳极区：阳极区是从阳极表面起靠近阳极的地方，区域较阴极区宽。阳极区主要是接受弧柱区流过来的电子流和向弧柱区提供正离子流，阳极区温度一般达，放出热量占焊接总热量的左右。（）弧柱区：弧柱区是在阴极区和阳极区中间的区域，弧柱区的长度占电弧长度的绝大部分。弧柱区起着电子流和正离子流的导电通路的作用，弧柱区的中心温度可达，放出热量占焊接总热量的左右。焊接电源的极性及应用：因电弧温度有差异，当焊件与焊钳的正、负极接法不同时，其温度也不相同。在使用直流弧焊电源时，应考虑选择电源的极性问题，以保证电弧稳定燃烧和焊接质量。电源极性就是指在使用直流弧焊电源时，焊件与电源输出端正、负极的接法。它分正接、反接两种。正接就是焊件接电源正极、焊钳接电源负极；反接 图 焊条焊件电源就是焊件接电源负极、焊钳接电源正极（图）。采用直流电源，在使用酸性焊条时，如果焊接厚钢板，可采用直流正接，以获得较大的熔深；而在焊接薄钢板时，则采用直流反接，可防止烧穿。若酸性焊条采用交流电源时，其熔深适中。如果在焊接重要结构使用碱性焊条时，无论焊接厚板还是薄板，均应采用直流反接，以减少飞溅和气孔，使电弧稳定燃烧。四、焊条焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极（图、图）。压涂在焊芯表面上的涂料层称药皮；焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊条端部未涂药皮的焊芯部分长为，是焊条夹持端，供焊钳夹持并利于导电。在焊条前端药皮有左右倾角，将焊芯金属露出，便于引弧。常用的焊条直图图径有、三种。焊芯：焊接时焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧把电能转化成热能；二是焊芯本身熔化，作为填充金属与液体的母材金属熔合形成焊缝，同时起调整焊缝中合金元素成分的作用。焊条电弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属的。焊条药皮：焊条药皮具有气保护、渣保护、冶金处理渗合金、改善焊接工艺性能等作用。常用的焊条药皮类型是钛钙型和低氢钠型。焊接生产中经常使用的焊条，其药皮是钛钙型，焊条的药皮是低氢钠型。焊条的分类：按焊条药皮熔化后的熔渣性质，焊条分酸性焊条和碱性焊条两大类。一般金属材料的焊接主要选用酸性焊条。酸性焊条引弧容易，电弧稳定，可用交直流电源焊接，脱渣性好，对铁锈、油污、水分等不敏感。焊接时飞溅小，烟尘较少。焊缝金属机械性能一般，其主要适用于对焊缝连接要求不高的低碳钢板。碱性焊条电弧的稳定性较差，只能采用直流电源焊接，脱渣性较差，焊接时飞溅较大，烟尘较多。焊缝金属的塑性、冲击韧性和抗裂性能较好，其一般用于对焊接质量要求较高的金属材料。常用焊条型号的含义：焊条的使用与保管：由于焊条药皮成分及其它因素的影响，焊条往往会因吸潮而导致使用工艺性能变坏，造成电弧不稳，飞溅增大，并且容易产生气孔、裂纹等缺陷，因此焊条使用前最好烘干。酸性焊条视受潮情况在烘干，但新焊条一般不必烘干；碱性焊条在烘干，烘干的焊条应放保温箱（筒）内，随用随取。一根焊条应尽量一次焊完，避免焊缝接头过多而降低质量。焊条残头有药皮部分的长度一般应小于，以免浪费焊条。焊条必须在干燥、通风良好的室内仓库中存放。焊条应离地存放在架子上，离地面距离不小于，严防焊条受潮。五、焊接接头采用焊接的方法连接的接头称为焊接接头。它包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。焊缝尺寸的表示方法如图。图焊缝熔合区表示焊缝宽度表示焊缝高热影响区母材度（余高）表示焊缝熔深焊接的接头形式有多种，其中最主要的有对接接头、角接接头、搭接接头和形接头四种，如图。六、焊接位置焊接时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置。焊接位置分为平焊位置、横焊位置、立焊位置、仰焊位置四种形式（图）。图七、焊接坡口坡口的作用是为了保证焊缝根部焊透，保证焊接质量和连接强度，同时调整基本金属与填充金属的比例。根据设计或工艺的需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。焊接接头坡口的基本形式有形坡口、形坡口、形坡口、形坡口四种。（）形坡口：用于较薄钢板的对接焊接，厚度在以下的钢板可以采用形坡口（图）。（）形坡口：形状简单，加工方便，是最常用的坡口形式。常用于厚度在工件的焊接（图）。图 图）形坡口：由于采用双面焊，焊后的残余变形较小。常用于厚度在钢板的焊接（图）。 图 图）形坡口：用于厚板焊接，焊缝变形小，但是形坡口的加工困难，一般用于重要的焊接结构（图）。以上四种坡口只是基本的坡口形式，工作中可根据其具体结构确定。坡口的选择原则：坡口的形状容易加工；焊接后焊件的变形应尽可能小；要保证焊件焊透；尽可能节省金属材料，提高生产效率。对坡口钝边和间隙的要求：留钝边的目的是防止烧穿，留根部间隙的目的是保证焊透。钝边和间隙的尺寸必须配合好，应根据焊缝位置、焊件厚度、坡口形式及操作方法进行合理选择。八、焊接工艺参数焊接工艺参数（焊接规范）是为了保证焊接质量而选取定的各个参数的总称。焊条电弧焊的工艺参数通常包括焊条牌号、焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝的形状、尺寸、焊接质量和生产效率，是焊接工作应该注意的首要问题。焊条直径的选择：焊条直径主要根据焊件厚度、焊接位置、接头形式、焊接层数等进行选择。焊接位置不同时，选取焊条直径也不同。平焊时，可选用直径较大的焊条；立焊时，焊条直径最大不超过；而仰焊、横焊一般不超过。在进行多层焊时，为了保证根部焊透，第一层采用小直径焊条进行打底，以后各层根据板厚情况选用较大直径焊条。对于根部不要求完全焊透的搭接接头、形接头，可以选用较大直径的焊条，以提高生产效率。焊接电流的选择：焊接时流经焊接回路的电流称为焊接电流。焊接电流大时，飞溅和烟雾较大，焊条药皮易发红和脱落，且易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷；电流太小时，则引弧困难，电弧不稳定，熔池温度低，焊缝窄而高，熔合不好，易产生夹渣、未焊透、未熔合等缺陷（图）。焊接电流的选择主要根据焊条直径、焊接位置、焊接层数等进行选择。 图（）焊接电流过大（）焊接电流过小（）焊接电流适中（）根据焊条直径选择焊接电流（表）：焊接电流的大小可以根据下面的经验公式来估算：（）电焊工操作技术要领图解式中：为焊接电流（）；为焊条直径（）。 表各种直径焊条使用的焊接电流焊条直径（） 1.6 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 6.0焊接电流（） 根据上式所确定的焊接电流范围，通过试焊可得到合适的焊接电流。可根据下列经验来判断所选择的焊接电流是否合适。听声音：焊接时可以从电弧的响声来判断电流大小。当焊接电流较大时，发出“哗哗”的声音；当焊接电流较小时，发出“丝丝”的声音，容易断弧；焊接电流适中时，发出“沙沙”的声响，同时夹着清脆的劈啪声。看飞溅：电流过大时，飞溅严重，电弧吹力大，爆裂声响大，可以看到大颗粒的熔滴向外飞出；电流过小时，电弧吹力小，飞溅小，熔渣和铁水不易分清。看焊条熔化情况：电流过大时，焊条用不到一半即出现焊条红热情况，出现药皮脱落现象；电流过小时，焊条熔化困难，易与焊件粘连。看熔池状况：电流较大时，椭圆形熔池长轴较长；较小时，熔池呈现扁形；电流适中时，熔池形状呈鸭蛋形。看焊缝成形：电流过大时，焊缝宽而低，易咬边，焊波较稀；电流较小时，焊缝窄而高，焊缝与母材熔合不良；电流合适时，焊缝成形较好，高度适中，过渡平滑。（）根据焊接位置选择焊接电流：当焊接位置不同时，所用的焊接电流大小也不同。平焊时，由于运条和控制熔池中的熔化金属都比较容易，可选用较大的焊接电流。立焊时，所用的焊接电流比平焊时小；而横焊、仰焊时，焊接电流比平焊时要减小；使用碱性焊条时，比使用酸性焊条焊接的电流要减小。（）根据焊接层数选择焊接电流：通常情况下，焊接打底焊道时，使用较小的焊接电流，有利于保证焊接质量；焊接填充焊道时，通常采用较大的焊接电流；而盖面焊接时，为了防止咬边和获得美观的焊缝成形，使用适中的焊接电流。电弧电压的选择：电弧两端之间的电压降即电弧电压。当焊条和母材一定时，主要由电弧长度来确定。电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。焊接过程中为保证焊接质量应该使用短弧焊接。所谓短弧，一般认为是焊条直径的倍。即（）式中：为电弧长度（）；为焊条直径（）。焊接过程中不管选用哪种类型的焊条，都应保持电弧长度基本不变。速度的选择：焊接速度是指单位时间内完成的焊缝长度。焊接速度可由焊工根据具体情况灵活掌握，以保证焊缝外形尺寸符合要求、熔合良好为原则。焊接层数的选择：中厚板焊接时，要开坡口，然后进行多层多道焊。采用多层焊和多层多道焊时，每层焊缝不宜过厚，一般每层焊缝的厚度不应大于。九、焊接应力与变形由焊接热过程引起的应力与变形就是焊接应力和焊接变形。焊接残余变形按其变形的基本形式可分为纵向变形、横向变形、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等（图）。焊接残余变形的根本原因是焊后焊缝的纵向和横向应力。焊接应力按其作用方向分纵向应力和横向应力。合理的设计方案是控制焊接残余变形与应力的重要措施。焊接结构在设计时要考虑以下方面：在保证结构有足够强度的前提下，尽量减小焊缝的数量和尺寸；对称布置焊缝；必要时预先留出收缩余量；适当采用冲压结构，减少焊接结构；将焊缝布置在最大工作应力之外；留出装焊夹具的位置等。 图第二节常用设备及工具一、电焊机焊条电弧焊常用的电焊机有交流电焊机（弧焊变压器）和直流电焊机（弧焊整流器）两种。常用的交流电焊机：（）型电焊机：它属于动铁芯漏磁式弧焊变压器，空载电压为，工作电压为，焊接电流调节范围为。型电焊机的外形及外部接线如图、图。型电焊机的焊接电流调节是通过转动调节手柄改变动铁芯的位置来实现（图）。当调节手柄顺时针转动时，焊接电流增大；逆时针转动时，焊接电流减小。 图 图 电流指示刻度电流调节手柄焊钳焊件（）型电焊机：它属于动圈式弧焊变压器，空载电压为，工作电压为，焊接电流调节范围为。型电焊机的外形及接线如图、图。焊接电流的调节，型电焊机的电流调节分粗调节和细调节两种：一 是粗调节，通过改变一、二次绕组的匝数来实现，即调节图所示的电流调节开关，其电流调节分档和档，档电流调节范围为，档电流调节范围为。二是细调节，通过转动手柄来改变一、二次绕组的距离来达到（图）。当顺时针转动手柄时，焊接电流减小；逆时针转动手柄时，焊接电流增大。 图 图 图 电流调节手柄档位旋钮电流刻 度值焊钳工件常用的直流电焊机：型弧焊整流器是一种将交流电变压、整流转换成直流电的弧焊电源。它属于晶闸管式弧焊整流器，采用全集成电路控制电路，三相全桥式整流电源。型弧焊整流器的外形及接线如图、图。焊接电流的调节方法是借助调节面板上的焊接电流控制开关来进行。沿顺时针转动时，焊接电流增加；沿逆时针转动时，焊接电流减小（图）。 图 图 图 图 指示灯熔断器焊接电 流指示表焊接电流调节旋钮 推力电流调节旋钮电源 开关焊钳工件 小型电焊机简介：（）简易弧焊变压器，如图。其特点是轻巧紧凑，便于移动，价格低廉，可使用和两种电压，适用于维修等工作量较小的场合使用。（）型（抽头式）、型（动铁芯式）焊机，如图、图。其特点是外形美观，轻巧紧凑，移动方便，价格较低，可使用和两种电压，适用于工作量不大的焊接加工及生产。（）型（动铁芯式）焊机，如图。其特点是功率较大，移动较方便，价格较低，可使用和两种电压，适用于工作量较大的焊接加工生产。类似小型焊机的种类繁多，另外还有小型直流焊机，使用性能比交流焊机要好，但价格较高，建议根据实际情况选用。 图 图 图 图 图二、电弧焊设备的正确使用弧焊电源是供电设备，在使用过程中要注意操作者的安全，不要造成人身触电事故，要注意到对弧焊电源的正常运行和维护保养，不应发生损坏弧焊电源的事故。为了正确地使用弧焊电源，应注意如下几个方面：应尽可能要放在通风良好、干燥、不靠近高温和空气粉尘多的地方。接线和安装应由专门的电工负责，焊工不应自行动手。弧焊变压器和弧焊整流器必须接地，以防机壳带电。弧焊电源接入电网时，必须使两者电压相符合。启动弧焊电源时，电焊钳和焊件不能接触，以防短路。应按照弧焊电源的额定焊接电流和负载持续率来使用，不要使弧焊电源因过载而被损坏。经常保持焊接电缆与弧焊电源接线柱的接触良好，要用专用接线鼻，注意紧固螺母（图），不得将线芯曲卷直接接在焊机上（图）。 图 图调节焊接电流和变换极性接法时，应在空载下进行。露天使用时，要防止灰尘和雨水侵入弧焊电源内部。弧焊电源移动时不应受剧烈振动，以免影响工作性能。要保持弧焊电源的清洁，应定期清理内部的灰尘。当弧焊电源发生故障时，应及时进行检查和修理。工作完毕或临时离开工作场地时，必须及时切断弧焊电源。三、常用工具简介焊钳：焊钳是用以夹持焊条并传导电流以进行焊接的工具，焊钳应能夹紧焊条，更换焊条方便，并且质量轻，便于操作，安全性高。焊钳构造如图、图。 图 图 钳口固定销弯臂罩壳弯臂直柄弹簧 胶木手柄焊接电缆固定处焊帽：焊帽是为了防止焊接时产生的飞溅、弧光及其它辐射对焊工面部及颈部损伤的一种遮蔽的工具。焊帽分手持式和头盔式两种（图）。焊帽上装有用以遮蔽焊接有害光线的护光遮光镜片，一般视力较好者，宜用色号大些和颜色深些的护目玻璃，以保护视力。为保护护目镜片不被焊接时的飞溅损坏，可在外面加上两片无色透明的防护白玻璃。 3磨光机（图）：用于磨削平面及除锈，如图。焊接前的坡口钝边磨削，如图。工件组对时，对较长的工件进行磨削，如图。焊点的清除、修改，如图、图。另外，还用于多层焊时层间缺陷的磨削和一些焊缝表面缺陷等的磨削工作等。 图 图 图 图 图 图 图4. 切割机：以切割砂轮片的直径分为、两种。常用的切割机主要对角钢、方钢、圆钢等进行切割下料，操作方法如图。其它辅助工具：手锤、敲渣锤、錾子、钢丝刷、钢卷尺、钢板尺、角尺，主要用于对焊件的清理除锈、校正、装配、清渣等（图）。 （） （） （） （） 图【思考题】什么是焊接？焊接同其它连接方法相比较，具有什么优点？什么是焊条电弧焊？焊条电弧焊有什么特点？焊接电弧有哪几部分组成？各部分的温度分布如何？电弧电压与电弧长度有何关系？焊芯和焊条药皮在焊接过程中各具有什么作用？简述酸性、碱性焊条的工艺性能特点。解释常用焊条、焊条型号的含义。常用焊接接头形式有哪些？焊接接头有哪几部分组成？焊接位置分几种？开坡口的作用是什么？坡口有哪些基本形式？选择坡口的原则是什么？焊条电弧焊时如何选择焊条？焊条电弧焊时如何选择焊接电流？根据实际经验如何判断焊接电流的合适？焊接残余变形有几种基本形式？产生焊接残余变形的根本原因是什么？如何合量的设计焊接结构以减少焊接残余变形与应力？型、型弧焊变压器如何调节焊接电流？型弧焊整流器如何调节焊接电流？如何正确使用弧焊电源？焊条电弧焊的常用工具有哪些？各具有什么作用？第二章焊条电弧焊操作技术【学习要求】掌握电弧焊操作的基本原理。掌握焊条电弧焊的板状及一般管子焊接的基本操作步骤和方法。能根据材料及焊接位置等选择焊接工艺参数。会分析焊接缺陷产生的原因，找出解决的办法。【本章学习指导】通过实践我们得知，手工电弧焊的基本操作原理是，在一定焊接工艺参数下，焊工一边仔细观察，一边有规律地运条，这是一个人为的有机整体活动过程，由于焊接过程的复杂性，运条很大程度上依赖于观察，这也是这项技能的显著特征。那么，观察什么呢？总的来说，就是观察金属表面被电弧熔化所形成的一个液态金属区域，虽然它的面积和体积很小，人们却都叫它“熔池”。正是它，包含了焊接冶金过程及焊接操作过程许许多多的原理和奥妙，因此对于电弧焊技能，学会观察熔池对于我们显得尤为迫切和重要，即我们要不断地培养和提高“熔池观察能力”。然而，规范的运条是保证良好熔池状态产生与存在的前提，人为的操作，不可能像机械那样非常的规范，我们每个人都要受到经验、方法、心理、体质等因素的影响，因此要得到一个非常规范的运条，必须刻苦的练习。培养和提高我们对电弧的驾驭能力，即“运条能力”。 综上所述，手工电弧焊操作技能水平的高低，归根结底就是“运条能力”与“熔池观察能力”在现有水平和发展水平的具体体现，尽管这两个“能力”是一个有机结合的整体动作过程，但我们可以把焊接技能的原理和特征，根据我们的经验和理解，用以下方式表达我们本章学习与训练的重点。