第一章-焊条电弧焊课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一篇 焊接方法及设备,第一篇 焊接方法及设备,1,常用焊接方法及其应用,第一章 焊条电弧焊,定义与工作原理,焊条电弧焊是药皮焊条手工电弧焊的简称。是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。,它利用焊条与工件之间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部，在焊条端部迅速熔化的金属以细小熔滴经弧柱过渡到工件已经局部熔化的金属中，并与之融合一起形成熔池，随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。焊接过程中焊条芯是焊接电弧的一个极，并作为填充金属熔化后就成为焊缝的组成部分；焊条的药皮经电弧高温分解和熔化而生成气体和熔渣，对金属熔滴和熔池起防止大气污染的保护作用和冶金反应作用；某些药皮加入金属粉末为焊缝提供附加的填充金属。,电弧中心的温度在5000以上，电弧电压在1640 V范围，焊接电流在20一500A之间。图1是焊条电弧焊典型焊接装置组成，图2为电弧区的详图。,常用焊接方法及其应用第一章 焊条电弧焊 定义与工作原理,2,常用焊接方法及其应用,常用焊接方法及其应用,3,工艺特点,1)焊条电弧焊设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好，不受场地和焊接位置的限制，在焊条能达到的地方一般都能施焊这些都是被广泛应用的重要原因。,2)可焊金属材料广，除难熔或极易氧化的金属外，大部分工业用的金属均能焊接：,3)待焊接头装配要求较低，但对焊工操作技术要求高，焊接质量在一定程度上取决于焊上的操作水平；,4)劳动条件差，熔敷速度慢，生产率低。因所用焊条尺寸一般已固定，其直径在1.65mm范围，长度在200一450mm之间，焊接电流一般在500A以下。每焊完一根焊条，必须更换焊条，并残留下一截焊条头，而末被充分利用，焊后还须清渣等，故生产率低。,常用焊接方法及其应用,工艺特点常用焊接方法及其应用,4,适用范围与局限性,1）可焊工件厚度范围,见表32l，1mm以下的薄板不宜用焊条电弧焊；采取坡口多层焊的厚度虽不受限制，但效率低，填充金属量大，其经济性下降，所以一般多用在3-40mm之间。,常用焊接方法及其应用,2）可焊金属范围,能焊的金属有：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及其合金；能焊但可能需预热、后热或两者兼用的金属有：铸铁、高强度钢、淬火钢等：不能焊的金属主要有：低熔点金属如锌、铅、锡及其合金；难熔金属如钨、钼、钽等，活性金属如钛、铌、锆等。,适用范围与局限性常用焊接方法及其应用2）可焊金属范围,5,3）最合适的产品结构和生产性质,结构复杂的产品，在结构上具有很多短的或不规则的、具有各种空间位置及其它不易实现机械化或自动化焊接的焊缝，最宜用焊条电弧焊：单件或小批量的焊接产品多采用焊条电弧焊：在安装或修理部门因焊接位置不定，焊接工作量相对较小，亦宜采用焊条电弧焊。,常用焊接方法及其应用,3）最合适的产品结构和生产性质常用焊接方法及其应用,6,常用焊接方法及其应用,焊接设备,焊接设备主要有弧焊电源、焊钳和焊接电缆；面罩、敲渣锤、钢丝刷和焊条保温筒等，统称辅助设备或工具。,1）弧焊电源,焊条电弧焊用的弧焊电源是一台额定电流在500A以下的具有下降外特性的弧焊电源，它既可是普通交流电的，如弧焊变压器；也可是直流电的，如弧焊整流器、弧焊逆变器等。特殊情况下也可使用矩形波交流弧焊电源和脉冲弧焊电源。在具体选用时还须考虑如下因素：,常用焊接方法及其应用焊接设备1）弧焊电源,7,A对电流种类的选择,（1）电压降 交流电在焊接电缆中电压降较小，若焊接在远离电源处进行，宜选用交流电。但要注意，传导交流电的电缆不应盘绕，否则产生感应电流而减少电流输出。,（2）小电流 使用小直径焊条和低的焊接电流时，直流电具有较好的操作性能它易引弧和稳弧，故宜选用直流电。因此，薄板焊接用直流电比文流电更合适。,（3）电弧长度 需要采用短弧焊工艺时，(如用碱性焊条施焊时)，因电弧电压低，用直流比交流电容易实现。,（4）电弧偏吹 用交流电焊接很少引起电弧偏欢，因磁场每秒钟100次不断地变换极性。用直流电焊接钢材时，若电弧周围的磁场不平衡，就可能出现电弧偏吹。电弧偏吹能造成焊接缺陷。,（5）焊接位置 进行立焊和仰焊时，常用较低的焊接电流，用直流电焊接略优于交流电。若用交流电，则须使用可以进到全位置焊接的电焊条。,（6）焊条 各类焊条均可用直流电焊接，在药皮中含有稳弧剂的焊条才可可交流电焊接有极性要求的焊条，必须采用直流电焊接。,常用焊接方法及其应用,A对电流种类的选择常用焊接方法及其应用,8,B 外特性的选择,焊条电弧焊时，焊工很难保持弧长恒定。因此，具有恒压(平)外特性的弧焊电源不适用。 而应选用恒流(或陡降)外特性的弧焊电源，因为在恒流电源中，弧长发生变化时，电流只产生很小的变化。当用于焊接非平焊位置的焊缝或装配间隙大小不均的接头根部焊道时，宜采用具有较为缓降外特性的弧焊电源。这样，焊工可以利用弧长变化在特定的范围内调控焊接电流，以控制焊缝成形。如果为了提高引弧性能和电弧熔透能力，而须增加焊接短路电流时，可以选用更为理想的恒流加外拖的外特性。,焊条电弧焊电源要具有一定的空载电压是为了易于引弧，一般在50-100V之间。引燃后的电弧电压(即工作电压)在16-40V之间。该电压由电弧长度和所用焊条类型决定。,常用焊接方法及其应用,B 外特性的选择常用焊接方法及其应用,9,2）,辅助器具,（1）焊钳,焊条电弧焊时，用以夹持焊条进行焊接的工具渭焊钳，俗称电焊把。除起夹持焊条作用外。还起传导焊接电流的作用。对焊钳的要求是导电性能好、外壳应绝缘、重量轻、装换焊条方便、夹持牢固和安全耐用等。焊钳有各种规格，以适应各种标准焊条直径。每种规格的焊钳是以所要夹持的最大直径焊条需用的电流设计的。采用不致过热的最小规格的焊钳，对于焊接作业最为合适。这是最轻的，并保证操作最方便。,电接触不良和超负荷使用是焊钳发热的原因绝对不许用浸水方法去冷却焊钳。,常用焊接方法及其应用,2）辅助器具常用焊接方法及其应用,10,（2）面罩与护目镜,面罩是防止焊接时的飞溅、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，即护目镜，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。有各种颜色，从人眼对颜色的适应性，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，改正不论电流大小均使用块滤光片的陋习。在护目滤光片外侧，应加一块尺寸相同的一般玻璃，防止被金属飞溅污染。,现已发展一种光电式镜片，它是利用光电转换原理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“打眼”和消除因盲日引弧而产生的焊接缺陷。,常用焊接方法及其应用,（2）面罩与护目镜常用焊接方法及其应用,11,（3）接地夹钳,接地夹钳是将焊接导线或接地电缆接到工件上的一种器具。接地夹钳必须能形成牢固的连接，又能快速且容易地夹到工件上。对于低负载持续率来说，弹簧夹钳可能是合适的。但在使用大电流时，可能需要螺丝夹钳，以使夹钳不过热并形成良好的连接。,（4）焊接电缆,利用焊接电缆将焊钳和接地夹钳接到电源上。焊接电缆是焊接回路的一部分。焊接电缆应具有最大的挠度，以便能够容易操作，特别是焊钳的操纵。电缆也必须耐磨和耐擦伤。,焊接电缆由许多股绞合在一起的细铜丝或铝丝组成，并且包在软的绝缘包皮内。包皮是用合成橡胶或采用韧性好、电阻高和耐热性好的塑料制成。在绞合导线和包皮之间缠绕有保护层，以使导线和包皮之间有一些活动余地而获得最大的柔软性。,焊接电缆可制成各种规格。每一特定用途所要求的电缆规格取决于焊接所用的最大电流、焊接电路长度（焊接电缆和接地电缆的总和）以及焊机的负载持续率。如使用铝电缆，它应比该种用途的铜电缆大两个规格。电缆直径随着焊接电流增加而增大，以使电缆中的电压降和附带的电能损耗保持在允许的水平上。,如果需要长电缆，可用相配的电缆接头将短电缆连接起来。接头必须保证低电阻的良好接触，其绝缘必须相当于电缆的绝缘。利用每根电缆端头的接线片将电缆接到电源上。电缆和接头或接线片之间的连接必须牢固，而且电阻要小。可采用钎焊接头和机械接头。铝电缆要求良好的机械接头，以避免过热。铝的氧化显著地提高了接头的电阻。当然，这可导致过热、过大的电能损耗乃至烧坏电缆。,必须注意防止损坏电缆的包皮，特别是接焊条的电缆。与热金属和尖锐边缘接触可能会烧坏和割破包皮和接地电缆。,常用焊接方法及其应用,（3）接地夹钳常用焊接方法及其应用,12,（5）防护服,在焊接过程中，电弧中会飞出火花或熔滴，特别是在非平焊位置或采用非常大的焊接电流焊接时，这个问题更为突出。为保证在这些条件下防止烧伤，焊工应戴防护手套、穿防护裙和工作服。也要求防护焊工的踝关节和脚不受熔渣和飞溅物的烧伤。建议穿平脚裤或带护脚套。,（6） 焊条保温筒,焊条保温筒是装载己烘干的焊条，是能保持一定温暇以防止焊条受潮的一种荷形容器。有立式和卧式两种，内装焊条2.5-5kg，焊工可随身携带到现场，随用随取。通常是利用弧焊电源二次电压对简内加热，温度一般在100-450之间，能维持焊条药皮含水率不大于0.4。,用碱性低氢型焊条焊接重要结构，如压力容器等产品，焊工每人应配备一个。,国产TRB一5(立式)和TRB一5W(卧式)焊条保温筒可装焊条5kg，使用电压为25-80V，加热功率100W，恒温温度(13535)。,常用焊接方法及其应用,（5）防护服常用焊接方法及其应用,13,5 焊条电弧焊接头的设计与选用,（1）接头的基本形式,最适于焊条电弧焊的焊接接头有对接、搭接、T形接、角接和端接等5种基本形式。设计或选用接头形式时，主要是根据产品结构特点和焊接工艺要求，并综合考虑承载条件、焊接可达性、焊接应力与变形以及经济成本等因素。表3-2-4是焊条电弧焊常用的接头基本形式及其主要特点，每一种接头的基木形式中，都可根据焊件的实际情况和需要，设计出不同的构造形状，如对接接头就可以设汁成开坡口的或不开坡口的可以两面施焊的或只能单面焊的等等。,常用焊接方法及其应用,5 焊条电弧焊接头的设计与选用常用焊接方法及其应用,14,常用焊接方法及其应用,常用焊接方法及其应用,15,（2） 焊缝坡口的基本形式,坡口是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状的经装配后构成的沟槽。预制坡口(俗称开坡口)的主要日的是为了获得设计所要求的熔透深度和焊缝形状，焊条电弧焊通常板厚3mm时，才考虑开坡口。表3-2-5列出焊条电弧焊最为常用几种接头焊缝坡口的基本形式，可见，I形、V形和U形是坡口的基本型，其余都是它们的变化形式。I形是由两焊件端平面组合，V形是由两焊件端斜面的组合，U形是两焊件端曲面组合；V形节纯边就变成Y形，V形的一半构成半边V，双半边V构成了K形，双V构成了X形，U它的一半变成J形等。设计或选用坡口形式要综合考虑如下因素：,A)达到设计所需的熔深和焊缝成形 这是保证焊接接头工作性能主要因素。,B)具有可达性 即焊工能按工艺要求自如地进行运条，顺利地完成焊缝金属的熔敷，获得无工艺缺陷的焊缝。,C)有利丁控制焊接变形和焊接应力 这是为了避免焊接裂纹和减少焊后矫形的工作量。,D )经济 要综合坡口加工费用和填充金属量消耗的大小。,常用焊接方法及其应用,（2） 焊缝坡口的基本形式常用焊接方法及其应用,16,常用焊接方法及其应用,常用焊接方法及其应用,17,（3）坡口的制备,坡口制备包括坡口形状的加工和坡口侧的清理工作。根据焊件结构形式、板厚利材料的不同，坡口制备的方法也不同，图3-2-4列出无须加工的坡口和须要加工的坡口。常用的坡口加工方法有：,A）剪切,用于I形坡口(即不开坡口)的薄钢板的边缘加工。,B）刨削,用刨床或刨边机加工直边的坡口，能加工任何形状的坡口，加工后的坡口平直、精度高。薄钢板I形坡口的加工可以多层钢板叠在一起，一次刨削完成，可提高效率。,C）车削,圆管、圆柱体、圆封头或圆形杆件的坡口均可在车床上车削加工。,D）专用坡口加工机加工,有平板直边坡口加工机和管接头坡口加工机，可分别加工平钢板边缘或管端的坡口。,E）热切割,普通钢的坡口加工应用最广泛的是氧-乙炔火焰切削，不锈钢采用等离子弧切割。能切割各种角度的直边坡口和各种曲线状焊缝的坡口，尤其适用切割厚钢板。,常用焊接方法及其应用,（3）坡口的制备常用焊接方法及其应用,18,F）碳弧气刨,目前主要用于多层焊背面清焊根和开坡口。为了防止焊缝渗碳，焊前必须用砂轮把气刨的坡口表面打磨，以消除坡口表面渗碳层。,经坡口加工后的待焊边缘，若受到油锈等污染，焊前须消除干净，简易方法有火焰烧烤或砂轮打磨等。,常用焊接方法及其应用,F）碳弧气刨常用焊接方法及其应用,19,（4）焊接位置,熔焊时，焊缝所处的空间位置称焊接位置。尽管焊条电弧焊具有任何位置的焊缝均能完成焊接，但只要条件允许，都尽可能使之在平焊位置(对角焊缝又叫“船形”位置)进行焊接因为此位置重力有利于焊接焊缝成形好，操作最容易，对技能要求较低，焊接质量易于保证；可以使用较大的焊条直径和较高的焊接电流，因而可获得较高的熔敷率。,常用焊接方法及其应用,（4）焊接位置常用焊接方法及其应用,20,（5）焊条电弧焊接的工艺参数,焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称，叫焊接工艺参数。焊条电弧焊的工艺参数也括：,焊条直经、焊接电流、电弧电压、焊接速度、热输入,等。过去又称焊接规范。,A）焊条直径,焊条直径大小对焊接质量和生产率影响很大。通常是在保证焊接质量前提下，尽可能选用大直径焊条以提高生产率。如果从保证焊接质量来选焊条直径时，则须综合考虑：焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊道层次和允许的线能量等因素。,厚焊件可以采用大直径焊条及相应大的焊接电流，这样有助于焊缝金属在接头中完全熔合和适当的熔深，其熔敷速度也高于小直径焊条，表3-2-8是按板厚来选用焊条直径。,常用焊接方法及其应用,（5）焊条电弧焊接的工艺参数常用焊接方法及其应用,21,B）焊接电流,焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，它直接影响焊接质量和生产率。总的原则是在保证焊接质量的前提下，尽量用较大的焊接电流以提高焊接生产率。,确定焊条电弧捍焊接电流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、母材性质和施焊环境等因素。其中最主要的是焊条直径和焊接位置。有三种方法可确定焊接电流：, 经验公式 一般碳钢焊接结构是根据焊条直径按下式来确定焊接电流。,I=kD,I,焊接电流(A)：,D,焊条(即焊芯)直径(mm),k,经验系数，可按下表确定：,常用焊接方法及其应用,B）焊接电流常用焊接方法及其应用,22,根据上面经验公式汁算出的焊接电流，只是大概的参考数值，在实际使用时还应根据具体情况灵活掌握。例如板厚较大时，或T形接头和搭接接头时施焊环境温度低时，均因导热快，焊接电流必须大一些；立焊、横焊和仰焊时，为了防止熔化金屈从熔池中流淌，须减小熔池面积以便于控制焊缝成形，须采用较小一些的焊接电流，一般比平焊位置小10-20。焊接不锈钢，使用不锈钢焊条时，为了减小晶间腐蚀，以及减少焊条发红焊接电流应小一些。,根据上面经验公式汁算出的焊接电流，只是大概的参考数值,23, 查焊接工艺参数表 根据本厂长期生产积累的经验总结出实用的表格，从表中根据焊接位置，板厚和焊条直径等直接查出焊接电流。表3-2-9可供参考。,常用焊接方法及其应用, 查焊接工艺参数表 根据本厂长期生产积累的经验总结出实用,24,由焊接上艺试验确定 对于普通结构，利用经验公式或查表确定焊接电流一般已足够。但是对于某些金属材料如合金钢焊接或重要的焊接结构如锅炉压力容器的焊接等，焊接电流必须通过试验加以确定。对热输入敏感的金属材料，必须根据试验得出的许用热输入来确定焊接电流范围。总之，重要金属结构必须按焊接工艺评定合格后的工艺来确定焊接电流。,常用焊接方法及其应用,C）焊接层数,厚板焊接常是开坡口采用多层焊或多层多道焊，见图3-2-9。层数增多对提高焊缝的塑性和韧性有利，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，尤其对易淬火钢效果明显。但随着层数增多，生产效率下降，往往焊接变形也随之增加。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。一般每层厚度以小大于4-5mm为好。,由焊接上艺试验确定 对于普通结构，利用经验公式或查表确定,25,