第5章焊条电弧焊

,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,第五章 焊条电弧焊,基 本 要 求,了解,焊条电弧焊的原理及特点。,掌握,常用弧焊电源的类型及对弧焊设备的要求。,了解,焊条电弧焊的辅助工具。,掌握,焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择。,掌握,焊条电弧焊的基本操作技术。,重 点,常用弧焊电源的类型及对弧焊设备的要求,焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择,焊条电弧焊的基本操作技术,一、焊条电弧焊的基本原理,焊条电弧焊通常用英文简称,SMAW(Shielded,Metal Arc Welding),表示。是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。,焊条电弧焊的过程如图所示：,5-1 焊条电弧焊的原理及特点,目的与要求：了解焊条电弧焊的原理和特点及其适用范围。,二、焊条电弧焊的特点,1,、焊条电弧焊具有以下优点：,（,1,）操作灵活，适应性强。 设备简单，不受焊缝空间位置、接头 形式及操作场合的限制。,（,2,）对焊接接头的装配要求低。,（,3,）可焊材料广，常用于低碳钢、低合金结构钢的焊接。,2,、焊条电弧焊具有以下缺点：,（,1,）,生产率低，劳动强度大。,（,2,）,焊缝质量依赖性强。,5-2 焊条电弧焊设备及工具,弧焊工艺要求焊接电源的特点,保证引弧容易；,保证电弧稳定；,保证焊接规范稳定；,具有足够宽的焊接规范调节范围。,目的与要求,掌握焊条电弧焊设备的种类、性能特点。,了解常用工具的选与使用。,一、对焊条电弧焊设备的要求（难点）,1,、对外特性形状的要求,陡降的外特性,(1),电源：,对负载提供电能的装置。弧焊电源是对焊接电弧提供电能的装置。,(2),电源外特性：,电源内部参数一定的情况下，,改变负载时，电源输出的电压的稳,定值,Uy,与输出的电流的稳定值,Iy,之,间的关系曲线,Uy,=,f(Iy,),称为电,源的外特性。,直流时，,Uy,和,Iy,为平均值，,交流电源则为有效值。,陡降特性稳定，但短路电流,小，不利于引弧，提出外拖,特性焊接电源。,2,、对空载电压的要求 交流,55,70V,直流,45,85V,(1),电源空载电压的要求：, 保证引弧容易：引弧时，需要焊条或焊丝与工件接触，因两者之间往往存在锈污等杂质，需要高的空载电压击穿接触面，实现导通；电离在初始阶段需要高的电场。,保证电弧稳定燃烧：,U,0,(1.82.25)U,f,。,保证电弧的功率稳定性：,2.5U,0,/U,f,1.57,。, 经济性：材料多、质量大、效率低。,保证人身安全。,(2),规则：,在保证引弧容易和电弧稳定的条件下，采用尽可能低的空载电压。,交流弧焊电源：,U0=5570V,直流弧焊电源：,U0=4585V,一般规定空载电压不得超过,100V,，特殊情况下，要超过,100V,，必须具有自动防触电装置。,3,、对电流调节特性的要求,(a),电流比较小，空载电压比较低，调节不理想，,主要是小电流时，空载电压低，不易引弧和保,证电弧稳定燃烧。,(b),空载电压不变，依靠调节陡降程度来调节电流，,效果比较好。,(c),空载电压随着电流的增大而减小。,4,、对动特性要求 （动态响应特性）,(1),动特性：,电弧负载发生变化时，焊接电源输出电,压和电流的响应过程。可以用弧焊电源与时,间的关系表征，他表明焊接电源对负载的瞬,态改变的适应能力。,(2),动特性好：,引弧、重新引燃电弧容易、稳定、飞溅少。,二、常用焊条电弧焊机简介（重点）,1,、弧焊变压器（交流弧焊机）（,BX,系列,）,动铁,(,芯,),式； 动圈,(,绕组,),式； 抽头式。,2,、直流弧焊发电机,（,AX,系列） （已淘汰）,直流弧焊发电机是由一台电动机和一台弧焊发电机组成的机组。,特点：耗电量大，用材料多，噪音。国家规定停止生产该类焊机。,3,、弧焊整流器,(1),硅弧焊整流器（,ZXG,系列,）,硅弧焊整流器是一种直流弧焊电源,它以硅二极管作为整流元件,将交流电整流成直流电,.,虽然最早使用的直流弧焊电,源是直流弧发电机,.,但随着半导体技术的发展,到了,50,年代,具有优越性能的大容量硅二极管问世,使硅弧焊整流器应运产生,它与直流弧焊发电机相比有以下优点,:,易造好修,节省材料、减轻重量、降低成本、提高效率。易于获得不同形状的外特性，以满足不同焊接工艺的要求。噪声小。由于它具有以上的优越性，曾成为直流弧焊发电机的部分替代产品。,降压,获得下降外特性特性,整流,改善控制动特性,（,2,）晶闸管式弧焊整流器（,ZX5,系列）,主要特点： 动特性好（电磁惯性小）,控制性好（小功率控制大功率）,节能（空载电压低，无机械损耗）,省材料 噪音小 设备复杂,4,、弧焊逆变器（,ZX7,系列）,四者的性能特点比较,补充：弧焊电源的选择与正确使用,特点：,省料、质量轻、体积小：传统弧焊电源用工频传送电能，而逆变电机使用几千到几万,Hz,的频率传送电能。制作变压器的用料与频率成反比，因而逆变电机的重量为普通电机的,1/5,到,1/10,，体积为原来的,1/3,左右。,高效节能：变压器处于开关状态，变压器采用铁损小的材料。从而效率高，可达,80-90%,；主电路有电容，从而功率因数高。,改善工艺性能：工作频率高，需要的滤波电感小，电磁惯性小，动特性好。可以进一步逆变。,三、焊条电弧焊所用工具,1,、电焊钳,(300A,、,500A,两种，,要求绝缘隔热,),2,、面罩,/,护目镜,3,、焊条保温筒,(,低氢型焊条使用,);,4,、焊缝尺,;,5,、渣锤,; 6,、钢丝刷,; 7,、气铲、角磨机；,8,、接地夹钳；,9,、焊接电缆。,一、焊接接头形式、坡口和焊缝,1,、接头形式,5-3 焊条电弧焊工艺,目的与要求：了解并掌握焊条电弧焊工艺的内容、工艺参数与措施的制定。,(a),对接接头：,两焊件端面相对平行的接头。,(b),角接街头：,两钢板端面构成大于,30,而小于,135,夹角的接头。,(,c)T,型接头：,一焊件表面与另一焊件面构成直角或近似直角的接头。,(d),搭接街头,：,两钢板部分重叠构成的接头。,2,、坡口：焊透 调熔合比,3,、,焊缝的空间位置,其表示法参见,GB/T324-1988,二、焊接工艺参数及选择（重点、难点）,焊接工艺参数的内容；,、,、,U,、,V,焊件厚度,/,2,3,45,612,13,焊条直径,/ ,2,3.2,3.24,45,46,在板厚相同的条件下，平焊位置的焊接所选用的焊条直径应比其他位置大一些，立焊、横焊和仰焊应选用较细的焊条，一般不超过,4.0,。第一层焊道应选用小直径焊条焊接，以后各层可以根据焊件厚度选用较大直径的焊条。,T,形接头、搭接接头都应选用较大直径的焊条。,1,、焊条直径,：,2.0,、,3.2,、,4.0mm ,（原则：能大则大效率高）,焊条直径是指焊芯直径,.,它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径一般根据焊件厚度选择；同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要结构还要考虑焊接热输入的要求。一般情况下，焊条直径与焊件厚度之间的参考数据见下表。,2,、焊接电源种类和极性的选择,用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流电源焊接时，电弧稳定，柔顺、飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差，通常必须采用直流弧焊电源。用小电流焊接薄板时，也常用直流弧焊电源，因为引弧比较容易，电弧比较稳定。,低氢型焊条用直流电源焊接时，一般要用反接，因为反接的电弧比正接的稳定。焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳，因此焊接薄板时，不论用碱性焊条还是用酸性焊条，都选用直流反接。,3,、焊接电流的选择,选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。如果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。反之，焊接电流过大易产生咬边、焊穿、增加焊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。所以，焊接时要合理选择焊接电流。,4,、焊缝层数的选择,在焊件厚度较大时，往往需要进行多层焊。对于低碳钢和强度等级较低的低合金钢的多层焊时，第层焊缝厚度过大时，对焊缝金属的塑性（主要表现在冷弯上）有不利影响。因此，对质量要求较高的焊缝，每层厚度最好不大于,45,mm,。,焊接层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定，可作如下近似估算：,n =,/d,式中，,n,为焊接层数；,为焊件厚度（,mm,）；,d,为焊条直径（,mm,）。,5,、电弧电压与焊接速度的控制,焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定：电弧长度越长，电弧电压就越高；电弧长度越短，电弧电压就越低。在焊接过程中，应尽量使用短弧焊接。立焊、仰焊时弧长应比平焊更短些，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下滴。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些，以利于电弧的稳定和防止气孔产生。,焊接过程中，焊接速度应当均匀适当，既要保证焊透又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计要求。如果焊接速度过快，熔化温度不够，易造成未熔合、焊缝成形不良等缺陷；如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，力学性降低，同时使焊件变形量增大。当焊接较薄焊件时，易形成烧穿。,焊接速度直接影响焊接生产率，所以应该在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以提高焊接生产率。,焊接参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的焊接参数，如降低焊接电流，增大焊接速度等，都可以减小热影响区的尺寸。不仅如此，从防止过热组织和晶粒细化角度看，也是采用小参数比较好。,三、焊条电弧焊的基本操作技术,1,、引弧,(1),划擦法：,先将焊条对准焊件，再将焊条像划火柴似的在焊件表面轻轻划擦，引燃电弧，然后迅速将焊条提起,2-4mm,，并使之稳定燃烧。,(2),直击法：,将焊条末端对准焊件，然后手腕下弯，使焊条轻微碰一下焊件，再迅速将焊条提起,24mm,，引燃电弧后手腕放平，使电弧保持稳定燃烧。这种引弧方法不会使焊件表面划伤，又不受焊件表面大小、形状的限制,所以是在生产中主要采用的引弧方法。但操作不易掌握，需提高熟练程度。,2,运条,运条是焊接过程中最重要的环节，它直接影响焊缝的外表成,形和内在质量。电弧引燃后，一般情况下焊条有三个基本运动：,朝熔池方向逐渐送进；沿焊接方向逐渐移动；横向摆动。,常用的运条方法,：,(1),直线形运条法,(2),直线往复运条法,(3),锯齿形运条法,(4),月牙形运条法,(5),三角形运条法,(6),圆圈形运条法,运条的基本动作,3,焊缝收尾,焊缝收尾时，为了不出现尾坑，焊条应停止向前移动，而采用划圈收尾法或反复断弧法等自下而上地慢慢拉断电弧，以保证焊缝尾部成形良好。,(1),划圈收尾法：,焊条移至焊道的终点时，利用手腕的动作做圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧。该方法适用于厚板焊接，用于薄板焊接会有烧穿危险。,(2),反复断弧法：,焊条移至焊道终点时，在弧坑处反复熄弧、引弧数次，直到填满弧坑为止。该方法适用于薄板及大电流焊接，但不适用于碱性焊条，否则会产生气孔。,(3),转移收尾法：,焊条移到焊缝终点时，在弧坑处稍作停留，将电弧慢慢拉长，引导焊缝边缘的母材坡口内。适用于碱性焊条，在焊条的更换，临时停弧时常用。,四、单面焊双面成形操作技术,(1),特点,一般用在,V,形坡口对接焊。,断弧法,是通过电弧的不断引燃和熄灭来控制熔池的温度和熔池形状，达到单面焊双面成形的目的；,连弧法,则是在一底层焊条焊接过程中不存在人为地熄弧，通过选择适当的焊接工艺参数、运条方法、焊条角度来控制熔池温度及熔池形状，达到单面焊双面成形的目的。,(2),机理,渗透成形,是在坡口无间隙或间隙很小时采用压低电弧直线形运条法。,穿透成形,是在坡口、间隙和钝边合适的情况下，采用锯齿形或月牙形短弧运条法，使焊道前方始终保持穿透的熔孔，坡口两侧母材金属和填充金属熔化后均匀地搅拌成熔池。,图,5-13,单面焊双面成形机理,a),渗透成形焊缝,b),穿透成形焊缝,五、管道立向下焊接技术,(1),特点,在焊接结构中的立焊位置，焊接时用立向下焊条，由上向下运条进行施焊的一种操作方法。,(2),操作方法,1.,底层焊,指焊接底层第一层焊道。焊接时从管顶中部略超过中心线,5,10mm,处起焊，从坡口表面上引弧，然后将电弧引至起焊处。电弧在起焊处稍作停留，待钝边熔透后沿焊缝直拖向下，采用短弧操作。,2.,热焊,与底层焊时间间隙不宜太长,焊条直径可与底层焊时相同或略大，运条时一般直拖向下或稍作摆动，但摆动时电弧长度要适中，保持短弧焊接，焊条倾角与底层焊时相同。,3.,填充焊,是为盖面焊接打基础的，焊道均匀、饱满，两侧熔合良好且不能破坏坡口。焊条直径和焊接电流可大些。采用直线运条或稍作摆动，保持短弧焊接。,4.,盖面焊,焊条直径可与填充焊道时相同或更大，但焊接电流不宜太大。采用直线稍加摆动运条，摆动幅度要适当，以压两侧坡口,1.5,2.0,为宜。收弧时，焊条要慢慢抬起，以保证焊道均匀过渡。,六、焊条电弧焊的特殊方法,1.,重力焊,重力焊,(Gravity Welding),是高效铁粉焊条和重力焊机架相结合的一种半机械化焊接方法。,将重力焊条的引弧端对准焊件接缝，另一端夹持在可滑动夹具上，引燃电弧后，随着电弧的燃烧，焊条靠重力下降进行焊接。,图,5-16,重力焊机架示意图,1-,定位棒,2-,滑轨,3-,支架,4-,电缆,5-,焊条,6-,焊缝,7-,电弧,8-,焊条夹钳,9-,滑块,2.,躺焊,躺焊,(Fire Cracker Welding),是一种将焊条躺置在接缝上，从一端引弧而焊条自动连续熔化进行焊接的一种电弧焊方法。,用厚药皮焊条，每侧药皮厚度为,1.6,2.2mm,。最好使用粗焊条，直径,5,12mm,，焊条长度,400,1200mm,。,躺焊示意图,5-4 焊条电弧焊缝形状缺陷及防止措施,(1),焊缝尺寸不符合要求,指焊缝余高及余高差、焊缝宽度及宽度差、错边量、焊后变形量等不符合标准规定的尺寸，焊缝高低不平，宽窄不齐，变形较大等。,产生原因是坡口角度不当或钝边及装配间隙不均匀；焊接工艺参数选择不合理；焊工的操作技能较低等。,(2),咬边,由于焊接工艺参数选择不正确或操作工艺不正确，在沿着焊趾的母材部位烧熔形成的沟槽或凹陷称为咬边。,产生的原因主要是电流过大，电弧过长，焊条角度不正确，运条方法不当等。,(3),未焊透,指焊接时焊接接头底层未完全熔透的现象。,造成应力集中，易引起裂纹。,原因是：坡口角度或间隙过小、钝边过大，焊接工艺参数选用不当或装配不良，焊工操作技术不良而造成。,(4),未熔合,指熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。,原因是焊接热输入低，电弧指向偏斜，坡口侧壁有锈垢及污物，层间清渣不彻底等。,(5),焊瘤,指焊接过程中熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。,产生的原因是由于熔池温度过高，液体金属凝固较慢，在自重的作用下形成。,(6),弧坑,焊缝收尾处产生的下陷部分叫做弧坑。,产生原因主要是熄弧停留时间过短，薄板焊接时电流过大。,