焊接安全技術(shù)

1、焊接按其方法可分為三大類：熔焊、壓焊及釬焊。這一章介紹利用電能所產(chǎn)生的電弧熱來加熱或熔化金屬進(jìn)行焊接或切割的幾種方法，也是生產(chǎn)中常用的幾種焊接(切割)方法。本著焊接安全問題就是技術(shù)問題這一原則，本章著重從焊接方法的基本原理、安全技術(shù)和工藝技術(shù)要點(diǎn)等方面進(jìn)行闡述。 第一節(jié)手工電弧焊 手工電弧焊亦稱焊條電弧焊是利用焊條和焊件之間的電弧熱使金屬和母材熔化形成焊縫的一種焊接方法。如圖3-1所示，焊接過程中，在電弧高熱作用下，焊條和被焊金屬局部熔化。由于電弧的吹力作用，在被焊金屬上形成了一個(gè)橢圓形充滿液體金屬的凹坑，這個(gè)凹坑稱為熔池。同時(shí)熔化了的焊條金屬向熔池過渡。焊條藥皮熔化過程中

2、產(chǎn)生一定量的保護(hù)氣體和液態(tài)熔渣。產(chǎn)生的氣體充滿在電弧和熔池周圍，起隔絕大氣的作用。液態(tài)熔渣浮起蓋在液體金屬上面，也起著保護(hù)液體金屬的作用。熔池中液態(tài)金屬、液態(tài)熔渣和氣體間進(jìn)行著復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，稱之為冶金反應(yīng)，這種反應(yīng)起著精煉焊縫金屬的作用，能夠提高焊縫的質(zhì)量。隨著電弧的前移，熔池后方的液體金屬溫度逐漸下降，漸次冷凝形成焊縫。一、焊接電弧及其特性 1焊接電弧的產(chǎn)生在兩個(gè)電極之間的氣體介質(zhì)中，強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象稱為電弧。而發(fā)生在焊接電極與工件間隙電離后放電稱之為焊接電弧。焊接電弧從實(shí)質(zhì)上看是氣體導(dǎo)電，把電能轉(zhuǎn)化成熱能、機(jī)械能和光能。其中熱能和機(jī)械能被用來熔化金屬，形成焊接接頭

3、。光能就得靠勞動(dòng)保護(hù)來加以防護(hù)。使氣體電離的辦法主要有兩種：一種是在電極和工件之間加上很高的電壓，在所形成的強(qiáng)電場的作用下使氣體電離，就是擊穿這部分氣體，使它變成導(dǎo)體；另一種辦法是使電極本身發(fā)射電子，這些發(fā)射電子撞擊氣體原子，使自由電子脫離原子核，形成自由電子和正離子，從而使氣體電離。根據(jù)這兩種電離原理，在電弧焊中有相應(yīng)的兩種引弧方法，即非接觸引弧法和接觸引弧法。在非熔化極電弧焊中，廣泛采用非接觸引弧法，如鎢極氬弧焊常用高頻振蕩器引弧，其電壓高達(dá)2000V以上。在熔化極電弧焊中，如手工電弧焊、埋弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊中都采用接觸引弧法。電弧的引燃過程如圖3-2所示。  沿著

4、電弧長度方向焊接電弧由三部分組成：陰極區(qū)、弧柱區(qū)和陽極區(qū)。陽極區(qū)的熱量主要來自自由電子撞人時(shí)所釋放出來的能量。其溫度約為2300。在陽極區(qū)產(chǎn)生的熱量約占電弧總熱量的43。陰極區(qū)的熱量主要來自正離子撞入時(shí)所釋放出來的能量。陰極發(fā)射電子就要消耗一部分能量。因此，一般來說陰極區(qū)的溫度要低于陽極區(qū)的溫度。其溫度約為2100，在陰極區(qū)產(chǎn)生的熱量約占電弧總熱量的36?；≈鶇^(qū)的熱量約占電弧總熱量的21。但因散熱條件比陽極區(qū)和陰極區(qū)都差，因此溫度很高，一般在47007700之間。當(dāng)焊接電流為交流電時(shí)，由于電流在1s內(nèi)要變換100次方向，電極和母材輪流為陰極或陽極，因而陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度相同，等于其平均值。電

5、弧焊主要利用在陽極區(qū)和陰極區(qū)所產(chǎn)生的熱量來熔化金屬。 2、焊接電弧的靜特性及靜特性曲線焊接電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，焊接電流和電弧電壓之間有一定的匹配關(guān)系，稱這種關(guān)系為電弧的靜特性。焊接電流和電弧電壓之間的關(guān)系常用一條曲線形象地表示出來，稱這樣的曲線為焊接電弧的靜特性曲線，如圖3-3所示。 從圖3-3可以看出：曲線呈U形，分三個(gè)區(qū)。I區(qū)稱為下降電弧靜特性曲線。在該區(qū)內(nèi)，焊接電流增加時(shí)，電弧電壓則逐漸降低。此段相當(dāng)于小電流焊接時(shí)的情況，生產(chǎn)實(shí)際上很少采用該區(qū)所包括的電流電壓值。區(qū)稱為平直電弧靜特性曲線。在此區(qū)內(nèi)，電弧長度不變時(shí)電弧焊非熔化極氣體保護(hù)焊的正常焊接工藝參數(shù)都在此區(qū)內(nèi)。區(qū)稱為

6、上升電弧靜特性曲線。在此區(qū)內(nèi)，電流密度非常大，電弧電壓隨焊接電流的增加而增加。熔化極氣體保護(hù)焊的正常焊接工藝參數(shù)在此區(qū)內(nèi)。 3影響焊接電弧穩(wěn)定的因素實(shí)際生產(chǎn)中，焊接電弧可能由于各種原因而發(fā)生燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象，如電弧經(jīng)常間斷，不能連續(xù)燃燒，電弧偏離焊條軸線方向或電弧搖擺不穩(wěn)等。而焊接電弧能否穩(wěn)定，直接影響到焊接質(zhì)量的優(yōu)劣和焊接過程的正常進(jìn)行。影響電弧穩(wěn)定的因素，除操作者技術(shù)不熟練外，大致可歸為以下幾個(gè)方面。(1)焊接電源的種類、極性及性能的影響。一般來說，用直流焊機(jī)比用交流焊機(jī)電弧穩(wěn)定，反接比正接電弧穩(wěn)定，空載電壓較高的焊機(jī)較之空載電壓較低的焊機(jī)電弧穩(wěn)定。(2)焊條藥皮的影響。藥皮中含

7、有易電離的元素，如鉀、鈉、鈣和它們的化合物越多，電弧穩(wěn)定性越好。含有難于電離的物質(zhì)，如氟的化合物越多，電弧穩(wěn)定性就越差。此外，焊條藥皮偏心，熔點(diǎn)過高和焊條保存不好，造成藥皮局部脫落等都會(huì)造成電弧不穩(wěn)。(3)焊接區(qū)清潔度和氣流影響。焊接區(qū)若油漆、油脂、水分及污物過多時(shí)，會(huì)影響電弧的穩(wěn)定性。在風(fēng)較大的情況下露天作業(yè)，或在氣流速度大的管道中焊接，氣流能把電弧吹偏而拉長，也會(huì)降低電弧的穩(wěn)定性。(4)磁偏吹的影響。在焊接時(shí)，會(huì)發(fā)生電弧不能保持在焊條軸線方向，而偏向一邊，這種現(xiàn)象稱為電弧的偏吹。引起電弧偏吹原因除焊條偏心，電弧周圍氣流影響外，在采用直流電焊接時(shí)，還會(huì)發(fā)生因焊接電流磁場所引起的磁偏吹。磁偏吹

8、使焊工難以掌握，電弧對接縫處的集中加熱，使焊縫焊偏，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電弧熄滅。引起磁偏吹的根本原因是由于電磁周圍磁場分布不均勻所致。造成磁場不均勻有兩方面：一種是焊接電纜接在焊件的一側(cè)，焊接電流只從焊件的一邊流過；另一種是在靠近直流電弧的地方有較大的鐵磁物體存在時(shí)，引起電弧兩側(cè)磁場分布不均勻。在焊接過程中，可采用短弧、調(diào)整焊條傾角(將焊條朝著偏吹方向傾斜)或選擇恰當(dāng)?shù)慕泳€部位等措施來克服磁偏吹。二、弧焊電源 1對電源靜特性的要求弧焊電源在規(guī)定運(yùn)行范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出電流和輸出電壓間的關(guān)系，稱為電源靜(或外)特性，一般分下降特性和平特性兩類。如圖3-4所示。下降特性有三種：陡降(恒流)特性，適于鎢

9、極氬弧焊和等離子弧焊，在電弧電壓(弧長)變化時(shí)電流幾乎不變；曲線緩降特性，適于一般手弧焊和埋弧焊，電壓(弧長)變化時(shí)電流也變化，但變化不大；近直線緩降特性，適于粗絲CO，焊和一般手弧焊、埋弧焊，特別適于立焊和仰焊。平特性有兩種：平或稍下降的外特性，適于等速送絲的粗絲氣體保護(hù)焊；上升特性，適于等速送絲的細(xì)絲氣保焊。對平特性電源，弧長變化電壓變化極小而電流變化顯著，加強(qiáng)電弧自調(diào)節(jié)作用，保持焊接規(guī)范穩(wěn)定。電源外特性曲線和電弧靜特性曲線的交點(diǎn)才是電弧燃燒工作點(diǎn)。在電流、電壓偏離工作點(diǎn)時(shí)能自動(dòng)修正回復(fù)到原工作點(diǎn)的才是穩(wěn)定工作點(diǎn)。 2對電源動(dòng)特性要求電源對負(fù)載狀態(tài)突然變化的反應(yīng)能力，即焊接電源適

10、應(yīng)焊接電弧變化的特性稱為電源的動(dòng)特性。電弧的引燃和燃燒看起來很簡單，實(shí)際上在引弧和電弧燃燒的過程中發(fā)生了許多眼睛看不出的變化。例如，焊條電弧焊時(shí)，焊條與工件相碰，焊接電源要迅速提供合適的短路電流；焊條抬起時(shí)，焊接電源要很快達(dá)到空載電壓。焊接時(shí)，熔滴從焊條過渡到熔池，也頻繁地發(fā)生上述的短路和重新引弧的過程。如果焊接電源輸出的電流和電壓不能很快地適應(yīng)電弧焊這些過程中的變化，電弧就不能穩(wěn)定燃燒甚至熄滅。因此說，動(dòng)特性好的電源，按弧長的變化能很快地提供所需要的電流與電壓，使電弧從一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)；電源的動(dòng)特性好時(shí)，引弧容易，即使弧長有變化，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，焊接飛濺小，焊縫成形好。

11、 3對電源空載電壓的要求為保證順利引弧和電弧穩(wěn)定，要求電源有較高的空載電壓，一般選U空(1524)U工。但為保障焊工和焊機(jī)容量設(shè)計(jì)不太大，希望U空盡量低，一般不超過100V，各種弧焊電源的空載電壓要求見表3-1。4弧焊電源弧焊電源根據(jù)其各自的特點(diǎn)可分為弧焊變壓器、弧焊整流器、弧焊發(fā)電機(jī)、晶閘管弧焊電源、晶體管弧焊電源等。具體見表3-2及表3-3。 5手工弧焊設(shè)備(1)手弧焊機(jī)目前，我國手弧焊用的焊機(jī)有三大類：弧焊變壓器、直流弧焊發(fā)電機(jī)和弧焊整流器。其中直流弧焊發(fā)電機(jī)雖然穩(wěn)弧性好，經(jīng)久耐用，電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響小，但硅鋼片和銅導(dǎo)線的需要量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，正逐漸被淘汰。而弧

12、焊整流器的制造質(zhì)量的提高正越來越被應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些新型焊機(jī)，如逆變型弧電源。(2)手弧焊輔助設(shè)備及工具手弧焊輔助設(shè)備和工具有焊鉗、焊接電纜、面罩、敲渣錘、鋼絲刷和焊條保溫筒等。焊鉗是用以夾持焊條進(jìn)行焊接的工具，它應(yīng)安全、輕便、耐用。常用的焊鉗有300A和500A兩種，見表3-4。 焊接電纜應(yīng)用多股細(xì)銅線電纜，一般可選用YHH型電焊橡皮套電纜或YHHR型電焊橡皮套特軟電纜。電纜斷面可根據(jù)焊機(jī)額定焊接電流參數(shù)表3-5選擇。焊接電纜長度一般不宜超過2030m。 面罩是為了防止焊接時(shí)的飛濺、弧光及其他輻射對焊工面部及頸部損傷的一種遮蔽工具，有手持式和頭盔式兩種。焊工護(hù)目遮光鏡片

13、可按表3-6選用。 三、焊條 焊條按其用途分為碳鋼焊條(GB511795)、低合金鋼焊條(GB511895)、不銹鋼焊條(GB98395)、堆焊焊條(GB98485)、鑄鐵焊條(GB1004488)、銅及銅合金焊條(GB946088)、鋁及鋁合金焊條(GB366983)等。在各類焊條中根據(jù)主要性能或化學(xué)成分的不同，再分成若干型號(hào)，其具體的編號(hào)和分類可參閱有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。習(xí)慣上按焊條藥皮的化學(xué)成分不同又可分為酸性氧化物焊條和堿性氧化物焊條兩大類。(1)酸性氧化物焊條一般稱為酸性焊條，其藥皮中主要含有TiO2、FeO和SiO2等酸性氧化物，所以焊條藥皮的氧化性較強(qiáng)。酸性焊條的主要

14、特點(diǎn)是工藝性能良好，成形美觀，對油、銹和水分的敏感性不大，抗氣孔能力強(qiáng)。(2)堿性氧化物焊條一般稱為堿性焊條，其藥皮中主要含有CaCO3、CaF2、MnO2和MgCO3等堿性氧化物，并含有較多的鐵合金作為脫氧劑和滲合金劑，使焊條具有足夠的脫氧能力。堿性焊條主要特點(diǎn)是焊縫金屬的抗裂性良好，力學(xué)性能特別是沖擊韌性較高。由于焊縫金屬擴(kuò)散氫含量低，亦稱之為低氫型焊條。但堿性焊條主要缺點(diǎn)是工藝性能差，易吸潮，對油、銹、水分等臟物敏感性強(qiáng)，脫渣性極差等。組成各種型號(hào)藥皮的酸性氧化物和堿性氧化物在焊接時(shí)匯同合金元素蒸發(fā)氧化，變成各種有毒物質(zhì)，呈氣溶膠狀態(tài)逸出，有礙人的身體健康，尤其是堿性焊條比酸性焊條危害性

15、大。焊條的選用應(yīng)根據(jù)鋼材的類別、化學(xué)成分及力學(xué)性能，結(jié)構(gòu)的工作條件(載荷、溫度、介質(zhì))和結(jié)構(gòu)的剛度特點(diǎn)等進(jìn)行綜合考慮，必要時(shí)，需要進(jìn)行焊接試驗(yàn)來確定焊條型號(hào)和牌號(hào)。1碳鋼焊條的選用一般按焊縫與母材等強(qiáng)的原則選用，但在焊縫冷卻速度大(如薄板施焊、單層焊)時(shí)，往往也選用強(qiáng)度比母材低一級(jí)的焊條。而厚板的多層焊及焊后需進(jìn)行正火處理的情況，為防止焊縫強(qiáng)度低于母材，可選用強(qiáng)度高一級(jí)的焊條。不同強(qiáng)度級(jí)別的母材施焊，應(yīng)選用強(qiáng)度級(jí)別較低的鋼的焊條。2低合金鋼焊條的選用對強(qiáng)度級(jí)別較低的鋼材，其選用原則與低碳鋼焊條相同，基本上是等強(qiáng)原則。對于強(qiáng)度級(jí)別較高的鋼材，特別是高強(qiáng)度鋼，選用焊條時(shí)，應(yīng)側(cè)重考慮焊縫的塑性；對于

16、鉻鉬鋼，則著眼于接頭的高溫性能；對于鎳鋼，則重點(diǎn)考慮焊縫的低溫韌性。低合金異種鋼焊接時(shí)，則應(yīng)該依照強(qiáng)度級(jí)別較低鋼種選用焊條，而施焊工藝則依照強(qiáng)度級(jí)別較高鋼種的工藝，同時(shí)還應(yīng)注意其他因素。3不銹鋼焊條的選用主要依據(jù)熔敷金屬化學(xué)成分和母材相同或相近的原則，以滿足焊縫的耐腐蝕性能。對于Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13、Cr27類鋼，為簡化工藝，往往選用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條來施焊。 四、手工電弧焊的不安全因素和事故 (1)觸電。觸電是手工電弧焊的主要危險(xiǎn)之一，造成觸電事故的原因如下。在更換焊條、電極和焊接操作中，手或身體某部位接觸到電焊條、焊鉗或焊槍的帶電部位，而腳或身體其他部位對

17、地和金屬結(jié)構(gòu)之間無絕緣防護(hù)。在金屬容器、管道、鍋爐、船艙內(nèi)或金屬結(jié)構(gòu)上，或當(dāng)身上大量出汗，在陰雨天、潮濕地點(diǎn)焊接，尤其容易發(fā)生這種事故。在接線、調(diào)節(jié)焊接電流和移動(dòng)焊接設(shè)備時(shí)，手或身體某部位碰觸到接線柱、極板帶電體而觸電。電焊設(shè)備的罩殼漏電，人體碰觸罩殼而觸電。由于電焊設(shè)備接地錯(cuò)誤引起的事故。例如，焊機(jī)的火線與零線錯(cuò)接，使外殼帶電，人體碰觸殼體而觸電。電焊操作過程中，人體觸及絕緣破損的電纜、破裂的膠木盒等。由于利用廠房的金屬結(jié)構(gòu)、管道、軌道、天車吊鉤或其他金屬物體搭接作為焊接回路而發(fā)生的觸電事故。(2)電氣火災(zāi)，爆炸和灼燙等。焊機(jī)和線路的短路、超負(fù)荷等能引起電氣火災(zāi)，在操作地點(diǎn)附近或高空作業(yè)點(diǎn)下

18、方存放有可燃爆炸物品時(shí)，可能引起火災(zāi)和爆炸；由于壓縮鋼瓶及保護(hù)氣體(如氫原子焊使用氫氣作為保護(hù)氣體)的爆炸和著火；特別需要強(qiáng)調(diào)指出，燃料容器和管道的檢修焊補(bǔ)大多采用電弧焊，當(dāng)防爆措施不當(dāng)時(shí)，容易發(fā)生火災(zāi)爆炸和灼燙等嚴(yán)重事故；操作過程中的火花飛濺也會(huì)造成灼燙傷事故。(3)二次事故。登高電焊作業(yè)，除可能發(fā)生直接從高空墜落傷亡事故外，還可能發(fā)生因觸電失控、從空中墜落的二次事故。(4)電焊煙塵和弧光輻射。 五、手工電弧焊操作規(guī)程 分析研究焊接發(fā)生事故的原因表明，焊接設(shè)備和工具的缺陷以及操作失誤是兩大主要原因，因此，建立和執(zhí)行必要的安全操作規(guī)程是保障焊工安全與健康、促進(jìn)安全生產(chǎn)的一項(xiàng)

19、重要措施?？紤]到操作過程的連續(xù)性以及安全問題也就是技術(shù)問題的原則，故將焊接安全與技術(shù)操作規(guī)程集中在一起講述。1準(zhǔn)備工作(1)熟悉構(gòu)件的焊接工藝、焊縫尺寸要求，選擇施焊方法。(2)準(zhǔn)備好工具及防護(hù)用品，檢查調(diào)整設(shè)備，使其導(dǎo)線、電纜接觸良好，如有漏電之處，應(yīng)立即拉下電源開關(guān)，通知電工修理。焊鉗應(yīng)絕緣可靠，禁止私自觸動(dòng)。(3)檢查施焊工地零件堆放是否安全，施焊件支撐是否可靠平穩(wěn)。(4)焊縫組對間隙和坡口形式尺寸應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣要求，若圖樣無要求，在板厚小于或等于6mm時(shí)，焊縫間隙不大于2mm，板厚大于6mm，焊縫間隙不大于3mm。(5)清除焊縫邊緣左右10mm范圍內(nèi)油、銹、水分等污物。對于鑄鋼件，應(yīng)將

20、焊接處的砂子、氧化物清理干凈，露出金屬光澤。(6)調(diào)整好焊接規(guī)范，盡量采用水平和船形位置施焊。(7)電焊機(jī)禁止放置在高溫場所和潮濕地方。(8)工作地點(diǎn)周圍不得有易燃易爆物品，并要離開乙炔瓶和氧氣瓶5m以上。(9)焊機(jī)要求有可靠而牢固的接地或接零。2安全技術(shù)(1)在下雨、下雪時(shí)，不得露天施焊。(2)在高處作業(yè)時(shí)，焊接電纜不準(zhǔn)放在電焊機(jī)上，橫跨道路的焊接電纜必須裝在鐵管內(nèi)防止被壓破漏電。事先檢查周圍有無易燃易爆物品，操作者必須系好安全帶。(3)嚴(yán)禁將焊接電纜與氣焊的膠管混在一起。(4)二次電纜不易過長，一般應(yīng)根據(jù)工作時(shí)的具體情況而定。焊接電纜截面積和允許焊接電流見表3-6。(5)在施焊過程中，當(dāng)電

21、焊機(jī)發(fā)生故障而需要檢查電焊機(jī)時(shí)，必須切斷電源后才能進(jìn)行，禁止在通電情況下用手觸動(dòng)電焊機(jī)的任何部位，以免發(fā)生事故。(6)在船艙內(nèi)焊接時(shí)，應(yīng)設(shè)法通風(fēng)或兩個(gè)人輪換工作。(7)在容器內(nèi)焊接時(shí)，應(yīng)使用膠皮絕緣防護(hù)用具，并在附近安設(shè)一個(gè)電源開關(guān)，由助手專門負(fù)責(zé)看管和監(jiān)護(hù)，同時(shí)要聽從焊接操作人員指示，隨時(shí)切斷電源。(8)在焊接時(shí)，不可將工件拿在手中或用手扶著工件進(jìn)行焊接。(9)連續(xù)焊接超過1h，應(yīng)檢查焊機(jī)電纜，如發(fā)熱溫度達(dá)到80，必須切斷電源。3焊接工藝手工電弧焊的工藝參數(shù)有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊道層數(shù)、電源種類和極性等。(1)焊條直徑的選擇是根據(jù)被焊工件的厚度、接頭形狀、焊接位置和預(yù)熱

22、條件來確定的。焊條直徑規(guī)格為：16mm，25mm，32mm，50mm、58mm等。根據(jù)被焊工件的厚度，焊條直徑按表3-7進(jìn)行選擇。帶坡口多層焊時(shí)，首層用32mm焊條，其他各層用直徑較大的焊條。立、仰或橫焊，使用焊條直徑不宜大于40mm，以便形成較小的熔池，減少熔化金屬下淌的可能性。焊接中碳鋼或普通低合金鋼時(shí)，焊條直徑應(yīng)適當(dāng)比焊接低碳鋼時(shí)要小一些。(2)焊接電流的選擇焊接電流對焊接過程焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率的影響見表3-8。焊接電流的選擇，主要決定于焊條的類型、焊件材質(zhì)、焊條直徑、焊件厚度、接頭形式、焊接位置以及焊接層數(shù)等。在使用一般碳鋼焊條時(shí)，焊接電流大小和焊條直徑的關(guān)系為式中 I焊接電流，A； d焊條直徑，mm。根據(jù)