焊接方法与设备使用 教学课件作者 曹朝霞 齐勇田 主编 _焊条电弧焊

第2章 焊条电弧焊2l掌握焊条电弧焊的原理、特点及应用。掌握焊条电弧焊的原理、特点及应用。l掌握常用焊条电弧焊设备的结构组成、性能特点及技术掌握常用焊条电弧焊设备的结构组成、性能特点及技术 参数。参数。l合理选择和使用焊条电弧焊设备及工具。合理选择和使用焊条电弧焊设备及工具。l能够制定焊条电弧焊工艺，实施焊条电弧焊操作。能够制定焊条电弧焊工艺，实施焊条电弧焊操作。34562 2生产效率低；生产效率低；3 3劳动强度大、劳动条件差；劳动强度大、劳动条件差；7 1 1可焊工件厚度范围可焊工件厚度范围 2 2可焊金属种类范围可焊金属种类范围 能焊的金属有：非合金钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢能焊的金属有：非合金钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铝铜及其合金；、铝铜及其合金；3 3最适宜的产品结构和生产性质最适宜的产品结构和生产性质 结构复杂，短或不规那么的、具有各种空间位置及不易结构复杂，短或不规那么的、具有各种空间位置及不易实现机械化或自动化焊接的焊缝，单件或小批量；在安装实现机械化或自动化焊接的焊缝，单件或小批量；在安装或修理部门，亦宜采用焊条电弧焊。或修理部门，亦宜采用焊条电弧焊。由于它具有以上特点及应用范围，所以仍然是目前焊接由于它具有以上特点及应用范围，所以仍然是目前焊接生产中使用最广泛的焊接方法。生产中使用最广泛的焊接方法。8 焊条电弧焊最理想的外特性焊条电弧焊最理想的外特性 电源外特性为陡降好一些电源外特性为陡降好一些 外拖特性焊接电源外拖特性焊接电源 保证引弧容易和电弧稳定，尽可能低。一般交保证引弧容易和电弧稳定，尽可能低。一般交流弧焊电源：流弧焊电源：U U0 0=55=5570V70V，直流弧焊电源：，直流弧焊电源：U U0 0=45=4585V85V。一般不得超过。一般不得超过100V100V，特殊情况下，必须具有，特殊情况下，必须具有自动防触电装置。自动防触电装置。一般限制短路稳态电流不大于焊接电流的一般限制短路稳态电流不大于焊接电流的50%50%。BX3-300BX3-300和动铁式的和动铁式的BX1-315BX1-315。根据采用大功率开关电子元件的不同，可分为晶闸管根据采用大功率开关电子元件的不同，可分为晶闸管式、晶体管式、场效应晶体管式和绝缘栅极双极晶体管式式、晶体管式、场效应晶体管式和绝缘栅极双极晶体管式等种类。根据输出电流的不同，又分为交流式弧焊逆变器等种类。根据输出电流的不同，又分为交流式弧焊逆变器、直流式弧焊逆变器式脉冲式逆变器。、直流式弧焊逆变器式脉冲式逆变器。常用的国产型号有常用的国产型号有ZX7-250ZX7-250、ZX7-400ZX7-400等。等。使用中，可以根据产品的技术要求、经济效益、工作使用中，可以根据产品的技术要求、经济效益、工作条件及生产的实际需要来选择焊接电源种类。一般应尽量条件及生产的实际需要来选择焊接电源种类。一般应尽量选用弧焊变压器，必须选直流电源时如碱性焊条，最选用弧焊变压器，必须选直流电源时如碱性焊条，最好选用弧焊逆变器，其次是弧焊整流器，尽量不要选弧焊好选用弧焊逆变器，其次是弧焊整流器，尽量不要选弧焊发电机。另外具体的弧焊电源型号，可参考发电机。另外具体的弧焊电源型号，可参考GB10249-GB10249-2021?2021?电焊机型号编制方法电焊机型号编制方法?。a测错边量 b测焊缝宽度 c测角焊缝有效厚度d测X形坡口角度 e测焊缝余高 f测焊脚高度 g测坡口间隙 h测坡口角度板 i测坡口角度管 常见的四种接头形式常见的四种接头形式 坡口是指根据设计或工坡口是指根据设计或工艺需要，在焊件待焊部位加艺需要，在焊件待焊部位加工成一定几何形状经装配后工成一定几何形状经装配后构成的沟槽构成的沟槽,俗称开坡口，俗称开坡口，使焊接电弧深入坡口底层，使焊接电弧深入坡口底层，保证焊透，便于清渣，获得保证焊透，便于清渣，获得较好成形，还能调节母材和较好成形，还能调节母材和填充金属的比例。填充金属的比例。以常见的碳钢、低合金高强钢为例来说明。以常见的碳钢、低合金高强钢为例来说明。坡口形式取决于焊接接头形式，工件厚度以及对接头坡口形式取决于焊接接头形式，工件厚度以及对接头质量的要求。根据板厚不同，焊条电弧焊接头常用的坡口质量的要求。根据板厚不同，焊条电弧焊接头常用的坡口类型有类型有I I形、形、V V形、形、Y Y形、形、X X形、形、U U形等。形等。坡口制备的方法很多，应根据工件的尺寸、形状与加坡口制备的方法很多，应根据工件的尺寸、形状与加工条件综合考虑进行选择。目前工厂中常用剪切、气割、工条件综合考虑进行选择。目前工厂中常用剪切、气割、刨边、车削、碳弧气刨等方法制备坡口。刨边、车削、碳弧气刨等方法制备坡口。2.3.2 2.3.2 焊前准备焊前准备 确定后，可用夹具或定位焊缝把它们固定起来，然后进确定后，可用夹具或定位焊缝把它们固定起来，然后进行正式焊接。定位焊的焊道短，冷却快，比较容易产生焊接行正式焊接。定位焊的焊道短，冷却快，比较容易产生焊接缺陷，假设缺陷被正式焊缝所覆盖而未被发现、将造成隐患缺陷，假设缺陷被正式焊缝所覆盖而未被发现、将造成隐患。所以一般定位焊应比正常焊接的电流大。所以一般定位焊应比正常焊接的电流大15152020。5.5.焊前预热焊前预热 预热的主要作用是降低焊后冷却速度，减少淬硬程度、预热的主要作用是降低焊后冷却速度，减少淬硬程度、改善组织，防止产生焊接裂纹，减少焊接应力与变形。改善组织，防止产生焊接裂纹，减少焊接应力与变形。加热范围，对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的加热范围，对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的5 5倍倍工件整体预热一般在炉内，一般在坡口两侧各工件整体预热一般在炉内，一般在坡口两侧各75-100mm75-100mm内应内应保持一个均热区域。整体预热一般炉内进行；局部预热可用保持一个均热区域。整体预热一般炉内进行；局部预热可用火焰加热、工频感应加热或红外线加热。火焰加热、工频感应加热或红外线加热。焊件厚度1.5234561212焊条直径1.623.23.244546 板厚相同，焊接平焊缝的焊条应比其他位置大一些板厚相同，焊接平焊缝的焊条应比其他位置大一些，立焊最大不超过，立焊最大不超过5mm5mm，而仰焊和横焊最大不超过，而仰焊和横焊最大不超过4mm4mm，这样可形成较小的熔池，减少熔化金属的下淌。这样可形成较小的熔池，减少熔化金属的下淌。进行多层焊时，如果第一层焊缝所采用的焊条直径进行多层焊时，如果第一层焊缝所采用的焊条直径过大，会造成因电弧过长而焊不透，因此为了防止根部过大，会造成因电弧过长而焊不透，因此为了防止根部焊不透，第一层焊条直径应选用较小的，以后各层可根焊不透，第一层焊条直径应选用较小的，以后各层可根据焊件厚度，选用较大直径的焊条。据焊件厚度，选用较大直径的焊条。搭接接头、搭接接头、T T形接头因不存在全焊透问题，所以应选形接头因不存在全焊透问题，所以应选用较大的焊条直径来提供生产率。用较大的焊条直径来提供生产率。交流电源焊接，电弧稳定性差。直流电源焊接，电交流电源焊接，电弧稳定性差。直流电源焊接，电弧稳定，飞溅小，但磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧稳定，飞溅小，但磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧形差，必须采用直流电源。小电流焊接薄板时，也常弧形差，必须采用直流电源。小电流焊接薄板时，也常用直流电源，因为引弧容易、电弧稳定。用直流电源，因为引弧容易、电弧稳定。直流电弧焊时，焊件的极性有正极性和反极性。所直流电弧焊时，焊件的极性有正极性和反极性。所谓的正极性是指焊件接电源正极、电极接电源负极的接谓的正极性是指焊件接电源正极、电极接电源负极的接线法，也称正接；反之称为反极性或反接。对于交流电线法，也称正接；反之称为反极性或反接。对于交流电源来说，极性是交变的，所以不存在。源来说，极性是交变的，所以不存在。极性的选择，主要根据焊条的极性的选择，主要根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。当性质和焊件所需的热量来决定。当阳极和阴极的材料相同时，由于阳阳极和阴极的材料相同时，由于阳极区温度高于阴极区，因此使用酸极区温度高于阴极区，因此使用酸性焊条如性焊条如E4303E4303焊接厚板时，焊接厚板时，可采用直流正接，以获得较大的熔可采用直流正接，以获得较大的熔深；而在焊接薄板时，那么采用直深；而在焊接薄板时，那么采用直流反接，可以防止烧穿。流反接，可以防止烧穿。重要结构焊接，一般使用重要结构焊接，一般使用碱性低氢钠型焊条如碱性低氢钠型焊条如E5015E5015,无论焊接薄板或厚板，均无论焊接薄板或厚板，均采用直流反接，这样可以减少采用直流反接，这样可以减少飞溅和气孔，并使电弧稳定燃飞溅和气孔，并使电弧稳定燃烧。烧。焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，直接影响焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，直接影响焊接质量和生产率。焊接电流过小会使电弧不稳，造成焊接质量和生产率。焊接电流过小会使电弧不稳，造成未焊透、夹渣以及焊缝成形不良等缺陷；焊接电流过大未焊透、夹渣以及焊缝成形不良等缺陷；焊接电流过大易产生咬边、焊穿、增加工件变形和金属飞溅量，也会易产生咬边、焊穿、增加工件变形和金属飞溅量，也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化。总的原那么是使焊接接头的组织由于过热而发生变化。总的原那么是保证焊接质量的前提下，尽量用较大的焊接电流以提高保证焊接质量的前提下，尽量用较大的焊接电流以提高生产率。生产率。确定焊条电弧焊的焊接电流的大小要根据焊条类型确定焊条电弧焊的焊接电流的大小要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置、母材性、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置、母材性质和施焊环境等因素综合考虑。其中最主要的是焊条直质和施焊环境等因素综合考虑。其中最主要的是焊条直径和焊接位置。径和焊接位置。对于一定直径的碳钢酸性焊条焊接电流大小与焊条直对于一定直径的碳钢酸性焊条焊接电流大小与焊条直径的关系，一般可根据经验公式来选择：径的关系，一般可根据经验公式来选择：I=(35I=(3555)d55)d 焊条直径相同，平焊时，运条和控制熔池液态金属都焊条直径相同，平焊时，运条和控制熔池液态金属都较容易，可选择较大的电流。但其他位置，为了防止熔化较容易，可选择较大的电流。但其他位置，为了防止熔化金属从熔池中流出，要使熔池尽可能小些，通常立焊、横金属从熔池中流出，要使熔池尽可能小些，通常立焊、横焊的电流比平焊时小焊的电流比平焊时小10%10%15%15%，仰焊时的焊接电流比平焊，仰焊时的焊接电流比平焊时小时小15%15%20%20%。其他条件相同，碱性焊条电流应比酸性的小其他条件相同，碱性焊条电流应比酸性的小101015%15%，否那么焊缝易形成气孔；不锈钢电阻大，药皮易发红，否那么焊缝易形成气孔；不锈钢电阻大，药皮易发红，电流应比碳钢的小电流应比碳钢的小15%15%20%20%。焊接打底层时，特别是单面焊双面成形时，为保证反焊接打底层时，特别是单面焊双面成形时，为保证反面焊接质量，通常选用较小的焊接电流；焊接填充层时为面焊接质量，通常选用较小的焊接电流；焊接填充层时为提高效劳，保证熔合良好，常选用较大的焊接电流；焊接提高效劳，保证熔合良好，常选用较大的焊接电流；焊接盖面层，为了防止咬边和保证焊缝成形，使用的焊接电流盖面层，为了防止咬边和保证焊缝成形，使用的焊接电流应比填充层稍微小些。应比填充层稍微小些。焊条直径/mm1.62.02.53.24.05.06.0焊接电流/A254040655080100130160210200270260300 中厚板的焊接通常要开坡口并采用多层焊或多层多中厚板的焊接通常要开坡口并采用多层焊或多层多道焊。层数增多对提高焊缝缝的塑韧性有利，因为后焊道焊。层数增多对提高焊缝缝的塑韧性有利，因为后焊道对前焊道有回火作用，使热影响区显微组织变细，尤道对前焊道有回火作用，使热影响区显微组织变细，尤其对易淬火钢效果明显。但层数增多，生产效率下降，其对易淬火钢效果明显。但层数增多，生产效率下降，往往变形也增加。层数过少，每层焊缝厚度过大，接头往往变形也增加。层数过少，每层焊缝厚度过大，接头易过热引起晶粒粗化，反而不利。对质量要求较高的焊易过热引起晶粒粗化，反而不利。对质量要求较高的焊缝，一般每层厚度以不大于缝，一般每层厚度以不大于45mm为宜。为宜。焊接层数主要根据钢板厚度、焊条直径、坡口焊接层数主要根据钢板厚度、焊条直径、坡口型式和装配间隙等来确定，可作如下近似估算：型式和装配间隙等来确定，可作如下近似估算：n=/d n=/d 电压主要由电弧长度来决定。电弧长，电弧电压高电压主要由电弧长度来决定。电弧长，电弧电压高；反之就低。焊接时电弧电压由焊工根据具体情况灵活；反之就低。焊接时电弧电压由焊工根据具体情况灵活掌握。掌握。因此，焊接时力求使用短弧焊接，弧长一般为焊条因此，焊接时力求使用短弧焊接，弧长一般为焊条直径的倍，相应的电压为直径的倍，相应的电压为1625V。在立焊、仰焊时。在立焊、仰焊时弧长应比平焊更短，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下弧长应比平焊更短，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下淌。碱性焊条焊接时弧长应比酸性的短，以利于电弧的淌。碱性焊条焊接时弧长应比酸性的短，以利于电弧的稳定和防止气孔。稳定和防止气孔。焊接速度是单位时间内完成的焊缝长度。直接决定生焊接速度是单位时间内完成的焊缝长度。直接决定生产率。应均匀，既要保证焊透又不能烧穿，同时还要保证产率。应均匀，既要保证焊透又不能烧穿，同时还要保证焊缝宽度和高度符合图样设计要求。焊缝宽度和高度符合图样设计要求。过快，熔化能量不够，易造成未熔合、焊缝成形不良过快，熔化能量不够，易造成未熔合、焊缝成形不良等缺陷；过慢，使高温停留时间增长，焊接接头的晶粒变等缺陷；过慢，使高温停留时间增长，焊接接头的晶粒变粗，力学性降低，同时使工件变形量增大。当焊接较薄工粗，力学性降低，同时使工件变形量增大。当焊接较薄工件时，易形成烧穿。件时，易形成烧穿。所以，在保证不焊穿和成形良好的条件下，应尽量采所以，在保证不焊穿和成形良好的条件下，应尽量采用较大的焊条直径、焊接电流和低的电弧电压，并根据实用较大的焊条直径、焊接电流和低的电弧电压，并根据实际情况适当提高焊接速度，以提高焊接生产率。际情况适当提高焊接速度，以提高焊接生产率。运条的方法有很多种，有直线形运条的方法有很多种，有直线形运条法、直线往复形运条法、锯运条法、直线往复形运条法、锯齿形运条法、月牙形运条法等，齿形运条法、月牙形运条法等，具体选用时，应根据接头形式、具体选用时，应根据接头形式、装配间隙、焊缝的空间位置、焊装配间隙、焊缝的空间位置、焊条直径与性能、焊接电流及焊工条直径与性能、焊接电流及焊工技术水平等来确定。技术水平等来确定。a a中间接头中间接头 b b相背接头相背接头c c相向接头相向接头 d d分段退焊接头分段退焊接头a a划圈收弧法划圈收弧法 b b反复收弧法反复收弧法 c c回焊收弧法回焊收弧法 d d采用熄弧板采用熄弧板 45【综合训练综合训练】1 1操作准备操作准备 1 1焊机焊机:交流或直流焊机。交流或直流焊机。2 2实习焊件实习焊件:Q235:Q235钢板，每组钢板，每组2 2块，每块长块，每块长300mm300mm，宽，宽 100mm 100mm，板厚，板厚4 46mm6mm。3 3焊接材料焊接材料:E4303:E4303焊条焊条 结结422422，直径或。，直径或。46【综合训练综合训练】2 2操作要领操作要领 1 1用砂纸或手砂轮磨光待焊处，直至露出金属光泽。用砂纸或手砂轮磨光待焊处，直至露出金属光泽。2 2装配及定位焊，见图装配及定位焊，见图2-362-36，校正焊件。，校正焊件。3 3施焊，引弧施焊，引弧运条运条收弧。收弧。4 4正面焊完之后，反面焊接焊前，应先清根，然后用直正面焊完之后，反面焊接焊前，应先清根，然后用直 径焊条焊接根部。径焊条焊接根部。5 5使用直流焊机，要消除磁偏吹对焊接质量的影响。使用直流焊机，要消除磁偏吹对焊接质量的影响。6 6焊后外观检验。焊后外观检验。3 3本卷须知。本卷须知。47【综合训练综合训练】1 1操作准备操作准备 1 1焊机：交流或直流焊机。焊机：交流或直流焊机。2 2实习焊件：实习焊件：Q235Q235钢板，每块长钢板，每块长300mm300mm，宽，宽100mm100mm，板厚，板厚 6 68mm8mm，每组，每组2 2块。块。3 3焊接材料：焊接材料：E4303 E4303焊条结焊条结422422 或或E5015E5015焊条结焊条结 507 507，直径，直径3.2 mm3.2 mm。48【综合训练综合训练】2 2操作要领操作要领 1 1装配及定位焊。装配及定位焊。2 2立角焊需用小直径焊条和短弧焊接。立角焊需用小直径焊条和短弧焊接。3 3为了使两焊件能够均匀受热，保证熔深和提高效率，为了使两焊件能够均匀受热，保证熔深和提高效率，应注意焊条位置和倾斜度。应注意焊条位置和倾斜度。4 4控制熔池金属，焊条要按熔池金属的冷却情况有节奏控制熔池金属，焊条要按熔池金属的冷却情况有节奏 地上下摆动。地上下摆动。5 5根据不同板厚和焊脚尺寸的要求，选择适当的运条方根据不同板厚和焊脚尺寸的要求，选择适当的运条方 法。法。6 6当间隙超过焊条直径时，先把过大的间隙填满后，再当间隙超过焊条直径时，先把过大的间隙填满后，再 进行正常焊接。进行正常焊接。3 3本卷须知。本卷须知。49 2思考与练习 1填空题 2简答题【综合训练综合训练】