焊接方法與設(shè)備使用 教學(xué)課件作者 曹朝霞 齊勇田 主編 _焊條電弧焊

1、第2章 焊條電弧焊(SMAW)第2章 焊條電弧焊2第2章 焊條電弧焊 學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握焊條電弧焊的原理、特點及應(yīng)用。掌握常用焊條電弧焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、性能特點及技術(shù) 參數(shù)。合理選擇和使用焊條電弧焊設(shè)備及工具。能夠制定焊條電弧焊工藝，實施焊條電弧焊操作。3第二章 焊條電弧焊主要內(nèi)容 2.1 焊條電弧焊概述 2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具 2.3 焊條電弧焊工藝 42.1 焊條電弧焊概述焊條電弧焊通常用英文簡稱SMAWShielded Metal Arc Welding表示，是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。2.1.1 焊條電弧焊原理 熱源：電弧建立在焊焊條與熔池間 焊縫：熔化焊絲+母材金屬 保護(hù)：

2、氣-渣聯(lián)合保護(hù)52.1 焊條電弧焊概述2.1.1 焊條電弧焊原理62.1.2 焊條電弧焊特點及應(yīng)用范圍 1. 特點 與其它電弧焊方法相比，優(yōu)點如下：1設(shè)備簡單、維護(hù)方便；2操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)；3對接頭裝配要求比較低 ；4應(yīng)用范圍廣； 但是，也存在缺乏：1焊接質(zhì)量對焊工的操作技術(shù)、心理素質(zhì)等要求比較高；2生產(chǎn)效率低；3勞動強(qiáng)度大、勞動條件差；2.1 焊條電弧焊概述72.1 焊條電弧焊概述2.1.2 焊條電弧焊特點及其應(yīng)用 2. 應(yīng)用范圍 1可焊工件厚度范圍 2可焊金屬種類范圍 能焊的金屬有：非合金鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鋁銅及其合金； 3最適宜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)性質(zhì) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，短或不規(guī)那么的

3、、具有各種空間位置及不易實現(xiàn)機(jī)械化或自動化焊接的焊縫，單件或小批量；在安裝或修理部門，亦宜采用焊條電弧焊。 由于它具有以上特點及應(yīng)用范圍，所以仍然是目前焊接生產(chǎn)中使用最廣泛的焊接方法。8 2.2.1 對焊條電弧焊設(shè)備的要求 2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具 1.對弧焊電源外特性形狀的要求 焊條電弧焊最理想的外特性 電源外特性為陡降好一些 外拖特性焊接電源 2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具 2.對弧焊電源空載電壓的要求 保證引弧容易和電弧穩(wěn)定，盡可能低。一般交流弧焊電源：U0=5570V，直流弧焊電源：U0=4585V。一般不得超過100V，特殊情況下，必須具有自動防觸電裝置。3.對弧焊電源穩(wěn)態(tài)短路電流

4、的要求 一般限制短路穩(wěn)態(tài)電流不大于焊接電流的50% 。 2.2.1 對焊條電弧焊設(shè)備的要求2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具4.對弧焊電源調(diào)節(jié)特性的要求 弧焊電源能在一定范圍內(nèi)，對焊接電流作均勻、靈活的調(diào)節(jié)，以保證焊接接頭的質(zhì)量。 5.對弧焊電源動特性的要求 動特性是指，電弧負(fù)載發(fā)生變化時，焊接電源輸出電壓和電流的響應(yīng)過程。 可以用弧焊電源與時間的關(guān)系表征，他說明焊接電源對負(fù)載的瞬態(tài)改變的反響能力。 動態(tài)性好，引弧容易、電弧穩(wěn)定、飛濺少、焊縫成形好，是衡量弧焊電源質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具2.2.2 焊條電弧焊設(shè)備的選用 設(shè)備主要是指焊接電源，常稱電焊機(jī)。焊接電源可以是交流也可

5、以是直流。根據(jù)結(jié)構(gòu)原理，焊條電弧焊的弧焊電源常有弧焊變壓器、弧焊整流器和弧焊逆變器。1.弧焊變壓器 也稱交流弧焊電源，是最簡單和常用的弧焊電源。它是把網(wǎng)路電壓的交流電變成適宜于電弧焊的低壓交流電。結(jié)構(gòu)簡單、易造易修、本錢低、效率高、磁偏吹小、噪音小等優(yōu)點，但電弧穩(wěn)定性差、功率因數(shù)較低。常用的有動圈式的如BX3-300和動鐵式的BX1-315。2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具2.弧焊整流器 弧焊整流器是把交流電經(jīng)降壓整理后獲得直流電的電器設(shè)備。具有制造方便、價格低、空耗小、噪音小、可遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)、磁偏吹較大的特點。常用的硅弧焊整流器ZXG系列、晶閘管式焊整流器ZX5系列。 另外要說的直流弧焊發(fā)電機(jī)，雖

6、然鞏固耐用，電弧燃燒穩(wěn)定能用于沒有電源的野外施工，但損耗大、效率低、噪音大、本錢高、重量大、難維修，屬于國家規(guī)定的淘汰產(chǎn)品。2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具3.弧焊逆變器 是把三相或單相交流經(jīng)整流后，由逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)閹装僦翈兹f赫茲的中頻交流電，降壓后輸出交流或直流。整個過程是：工頻交流-直流-逆變?yōu)橹?、高頻交流-降壓-交流-再次變直流。 與傳統(tǒng)的弧焊電源比，具有：引弧成功率高；電源電壓適用范圍寬；電弧穩(wěn)定，熔池易于控制；飛濺小、不粘焊條；可調(diào)節(jié)推力電流，保證最正確引弧性能；可調(diào)節(jié)引弧電流，保證最正確引弧性能；特別是體積小、重量輕、高效低耗，符合國家可持續(xù)化開展戰(zhàn)略。所以是最有開展前景的焊接電源。當(dāng)然

7、也有設(shè)備復(fù)雜、維修本錢高等缺點。2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具 根據(jù)采用大功率開關(guān)電子元件的不同，可分為晶閘管式、晶體管式、場效應(yīng)晶體管式和絕緣柵極雙極晶體管式等種類。根據(jù)輸出電流的不同，又分為交流式弧焊逆變器、直流式弧焊逆變器式脈沖式逆變器。 常用的國產(chǎn)型號有ZX7-250、ZX7-400等。 使用中，可以根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)效益、工作條件及生產(chǎn)的實際需要來選擇焊接電源種類。一般應(yīng)盡量選用弧焊變壓器，必須選直流電源時如堿性焊條，最好選用弧焊逆變器，其次是弧焊整流器，盡量不要選弧焊發(fā)電機(jī)。另外具體的弧焊電源型號，可參考GB10249-2021?電焊機(jī)型號編制方法?。2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工

8、具2.2.3 焊條電弧焊設(shè)備常見故障判斷與排除 弧焊電源是電弧的供電設(shè)備，使用過程中要注意對焊工的平安，防止發(fā)生人身觸電事故。同時，要保證焊機(jī)的正常運(yùn)行，防止焊機(jī)損壞。 為了正確使用，當(dāng)發(fā)生故障時，能及時處理才能保證完好和生產(chǎn)的正常運(yùn)行。要懂得一些常見故障的分析與處理方法。 具體的請參考表2-1 弧焊變壓器常見故障產(chǎn)生原因及處理方法、表2-2 ZX5晶閘管弧焊整流器常見故障產(chǎn)生原因及處理方法和表2-3 ZX7弧焊逆變器常見故障產(chǎn)生原因及處理方法。2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具2.2.4 焊條電弧焊所用工具1.焊鉗和焊接電纜 2.面罩和護(hù)目鏡 2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具3.焊條保溫筒和焊縫檢驗尺

9、 a測錯邊量 b測焊縫寬度 c測角焊縫有效厚度2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具d測X形坡口角度 e測焊縫余高 f測焊腳高度 g測坡口間隙 h測坡口角度板 i測坡口角度管2.2 焊條電弧焊設(shè)備及工具4.常用清渣打磨工具和勞動保護(hù)用品 2.3 焊條電弧焊工藝2.3.1 焊接接頭形式及焊縫符號 1. 焊接接頭形式 常見的四種接頭形式2.3 焊條電弧焊工藝 2. 焊接坡口形式 坡口是指根據(jù)設(shè)計或工藝需要，在焊件待焊部位加工成一定幾何形狀經(jīng)裝配后構(gòu)成的溝槽,俗稱開坡口，使焊接電弧深入坡口底層，保證焊透，便于清渣，獲得較好成形，還能調(diào)節(jié)母材和填充金屬的比例。 2.3.1 焊接接頭形式及焊縫符號 2.3 焊條電

10、弧焊工藝 3.焊縫符號 (1)根本符號 根本符號表示焊縫橫截面的根本形式或特征，采用近似于焊縫橫斷面形狀的符號表示。 (2)補(bǔ)充符號 補(bǔ)充符號用來補(bǔ)充說明有關(guān)焊縫或接頭的某些特征諸如外表形狀、襯墊、焊縫分布、施焊地點等 。(3)尺寸符號 尺寸符號是表示坡口和焊縫尺寸的符號，必要時，可以在焊縫符號中標(biāo)注尺寸 。2.3.1 焊接接頭形式及焊縫符號 2.3 焊條電弧焊工藝2.3.2 焊前準(zhǔn)備 1.坡口的選擇與加工 以常見的碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼為例來說明。 坡口形式取決于焊接接頭形式，工件厚度以及對接頭質(zhì)量的要求。根據(jù)板厚不同，焊條電弧焊接頭常用的坡口類型有I形、V形、Y形、X形、U形等。 坡口制備的方

11、法很多，應(yīng)根據(jù)工件的尺寸、形狀與加工條件綜合考慮進(jìn)行選擇。目前工廠中常用剪切、氣割、刨邊、車削、碳弧氣刨等方法制備坡口。2.3 焊條電弧焊工藝2.3.2 焊前準(zhǔn)備 2.焊接區(qū)域的清理 焊前對接頭坡口及其附近約20mm內(nèi)的外表油、銹、漆和水等的清理。堿性焊條焊接時，清理要求嚴(yán)格和徹底，否那么極易產(chǎn)生氣孔和延遲裂紋。酸性焊條對銹不很敏感，假設(shè)銹蝕較輕焊縫質(zhì)量要求不高時，可以不清理。 清理時可根據(jù)被清物的種類及具體條件，分別選用鋼絲刷刷、砂輪磨或噴丸處理等手工或機(jī)械方法，也可用除油劑汽油、丙酮清洗的化學(xué)方法，必要時，還可用氧乙炔焰烘烤清理的部位，以去除工件外表油污和氧化膜。2.3 焊條電弧焊工藝 2

12、.3.2 焊前準(zhǔn)備 3.焊條烘干 一般酸性焊條的烘干溫度為70150，最高不超過250，時間1；堿性焊條極易吸潮且藥皮中沒用有機(jī)物，因此烘干溫度高些，一般為300400，保溫12h。 4.工件的裝配定位 目的是使工件對正，以及到達(dá)預(yù)定的坡口形狀和尺寸。裝配間隙大小和在接頭長度方向上的均勻性對焊接質(zhì)量、生存率以及制造本錢都有很大影響，因此要引起足夠重視。 2.3 焊條電弧焊工藝 2.3.2 焊前準(zhǔn)備 確定后，可用夾具或定位焊縫把它們固定起來，然后進(jìn)行正式焊接。定位焊的焊道短，冷卻快，比較容易產(chǎn)生焊接缺陷，假設(shè)缺陷被正式焊縫所覆蓋而未被發(fā)現(xiàn)、將造成隱患。所以一般定位焊應(yīng)比正常焊接的電流大1520。

13、 5.焊前預(yù)熱 預(yù)熱的主要作用是降低焊后冷卻速度，減少淬硬程度、改善組織，防止產(chǎn)生焊接裂紋，減少焊接應(yīng)力與變形。 加熱范圍，對接接頭每側(cè)加熱寬度不得小于板厚的5倍工件整體預(yù)熱一般在爐內(nèi)，一般在坡口兩側(cè)各75-100mm內(nèi)應(yīng)保持一個均熱區(qū)域。整體預(yù)熱一般爐內(nèi)進(jìn)行；局部預(yù)熱可用火焰加熱、工頻感應(yīng)加熱或紅外線加熱。 2.3 焊條電弧焊工藝2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 焊接工藝參數(shù)，是指焊接時為保證焊接質(zhì)量而選定的諸物理量如焊接電流、電弧電壓、焊接速度等的總稱，過去又稱焊接標(biāo)準(zhǔn)。 焊條電弧焊的焊接工藝參數(shù)通常包括：焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊接層數(shù)等。焊接工藝參數(shù)選擇的正確與否，直接影響

14、焊縫形狀、尺寸、焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此，選擇適宜的焊接工藝參數(shù)是焊接生產(chǎn)中一個十分重要的問題。 2.3 焊條電弧焊工藝2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 1焊條直徑的選擇 為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡可能選用較大直徑的焊條，但是直徑過大會造成未焊透或焊縫成形不良，因此必須正確選擇。一般根據(jù)工件厚度選擇，同時還要考慮接頭形式、施焊位置和焊接層數(shù)，對于重要結(jié)構(gòu)還要考慮焊接熱輸入的要求。 厚度較大的焊件選擇直徑較大的焊條；相反，薄焊件應(yīng)選用小直徑的焊條。 焊件厚度1.5234561212焊條直徑1.623.23.2445462.3 焊條電弧焊工藝 板厚相同，焊接平焊縫的焊條應(yīng)比其他位置大一些，立焊最大不超過5mm

15、，而仰焊和橫焊最大不超過4mm，這樣可形成較小的熔池，減少熔化金屬的下淌。 進(jìn)行多層焊時，如果第一層焊縫所采用的焊條直徑過大，會造成因電弧過長而焊不透，因此為了防止根部焊不透，第一層焊條直徑應(yīng)選用較小的，以后各層可根據(jù)焊件厚度，選用較大直徑的焊條。 搭接接頭、T形接頭因不存在全焊透問題，所以應(yīng)選用較大的焊條直徑來提供生產(chǎn)率。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 1. 焊接參數(shù) 1焊條直徑的選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 交流電源焊接，電弧穩(wěn)定性差。直流電源焊接，電弧穩(wěn)定，飛濺小，但磁偏吹較交流嚴(yán)重。低氫型焊條穩(wěn)弧形差，必須采用直流電源。小電流焊接薄板時，也常用直流電源，因為引弧容易、電弧穩(wěn)定。 直流電

16、弧焊時，焊件的極性有正極性和反極性。所謂的正極性是指焊件接電源正極、電極接電源負(fù)極的接線法，也稱正接；反之稱為反極性或反接。對于交流電源來說，極性是交變的，所以不存在。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 2焊接電源的種類與極性選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 極性的選擇，主要根據(jù)焊條的性質(zhì)和焊件所需的熱量來決定。當(dāng)陽極和陰極的材料相同時，由于陽極區(qū)溫度高于陰極區(qū)，因此使用酸性焊條如E4303焊接厚板時，可采用直流正接，以獲得較大的熔深；而在焊接薄板時，那么采用直流反接，可以防止燒穿。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 2焊接電源的種類與極性選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 重要結(jié)構(gòu)焊接，一般使用堿性低氫鈉型焊

17、條如E5015,無論焊接薄板或厚板，均采用直流反接，這樣可以減少飛濺和氣孔，并使電弧穩(wěn)定燃燒。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 2焊接電源的種類與極性選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 焊接電流是焊條電弧焊的主要工藝參數(shù)，直接影響焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。焊接電流過小會使電弧不穩(wěn)，造成未焊透、夾渣以及焊縫成形不良等缺陷；焊接電流過大易產(chǎn)生咬邊、焊穿、增加工件變形和金屬飛濺量，也會使焊接接頭的組織由于過熱而發(fā)生變化?？偟脑敲词潜ＷC焊接質(zhì)量的前提下，盡量用較大的焊接電流以提高生產(chǎn)率。 確定焊條電弧焊的焊接電流的大小要根據(jù)焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭形式、焊接位置、母材性質(zhì)和施焊環(huán)境等因素綜合考慮。其中最主

18、要的是焊條直徑和焊接位置。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 3焊接電流的選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 對于一定直徑的碳鋼酸性焊條焊接電流大小與焊條直徑的關(guān)系，一般可根據(jù)經(jīng)驗公式來選擇：I=(3555)d 焊條直徑相同，平焊時，運(yùn)條和控制熔池液態(tài)金屬都較容易，可選擇較大的電流。但其他位置，為了防止熔化金屬從熔池中流出，要使熔池盡可能小些，通常立焊、橫焊的電流比平焊時小10%15%，仰焊時的焊接電流比平焊時小15%20%。 其他條件相同，堿性焊條電流應(yīng)比酸性的小1015%，否那么焊縫易形成氣孔；不銹鋼電阻大，藥皮易發(fā)紅，電流應(yīng)比碳鋼的小15%20%。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 3焊接電流的選擇

19、2.3 焊條電弧焊工藝 焊接打底層時，特別是單面焊雙面成形時，為保證反面焊接質(zhì)量，通常選用較小的焊接電流；焊接填充層時為提高效勞，保證熔合良好，常選用較大的焊接電流；焊接蓋面層，為了防止咬邊和保證焊縫成形，使用的焊接電流應(yīng)比填充層稍微小些。焊條直徑/mm1.62.02.53.24.05.06.0焊接電流/A254040655080100130160210200270260300 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 3焊接電流的選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 中厚板的焊接通常要開坡口并采用多層焊或多層多道焊。層數(shù)增多對提高焊縫縫的塑韌性有利，因為后焊道對前焊道有回火作用，使熱影響區(qū)顯微組織變細(xì)，尤其對易

20、淬火鋼效果明顯。但層數(shù)增多，生產(chǎn)效率下降，往往變形也增加。層數(shù)過少，每層焊縫厚度過大，接頭易過熱引起晶粒粗化，反而不利。對質(zhì)量要求較高的焊縫，一般每層厚度以不大于45mm為宜。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 4焊縫層數(shù)的選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 焊接層數(shù)主要根據(jù)鋼板厚度、焊條直徑、坡口型式和裝配間隙等來確定，可作如下近似估算： n=/d 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 4焊縫層數(shù)的選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 電壓主要由電弧長度來決定。電弧長，電弧電壓高；反之就低。焊接時電弧電壓由焊工根據(jù)具體情況靈活掌握。 因此，焊接時力求使用短弧焊接，弧長一般為焊條直徑的倍，相應(yīng)的電壓為1625V。在立焊

21、、仰焊時弧長應(yīng)比平焊更短，以利于熔滴過渡，防止熔化金屬下淌。堿性焊條焊接時弧長應(yīng)比酸性的短，以利于電弧的穩(wěn)定和防止氣孔。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 5電弧電壓的選擇 2.3 焊條電弧焊工藝 焊接速度是單位時間內(nèi)完成的焊縫長度。直接決定生產(chǎn)率。應(yīng)均勻，既要保證焊透又不能燒穿，同時還要保證焊縫寬度和高度符合圖樣設(shè)計要求。 過快，熔化能量不夠，易造成未熔合、焊縫成形不良等缺陷；過慢，使高溫停留時間增長，焊接接頭的晶粒變粗，力學(xué)性降低，同時使工件變形量增大。當(dāng)焊接較薄工件時，易形成燒穿。 所以，在保證不焊穿和成形良好的條件下，應(yīng)盡量采用較大的焊條直徑、焊接電流和低的電弧電壓，并根據(jù)實際情況適當(dāng)提高

22、焊接速度，以提高焊接生產(chǎn)率。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 6焊接速度的選擇 2.3 焊條電弧焊工藝1引弧 上述兩種引弧方法應(yīng)根據(jù)具體情況靈活應(yīng)用。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 2.焊根本操作要領(lǐng) 2.3 焊條電弧焊工藝 2運(yùn)條 ：一般要同時完成三個根本動作，即沿焊條中心線向熔池送進(jìn)，沿焊接方向均勻移動和橫向擺動。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 2.焊根本操作要領(lǐng) 運(yùn)條的方法有很多種，有直線形運(yùn)條法、直線往復(fù)形運(yùn)條法、鋸齒形運(yùn)條法、月牙形運(yùn)條法等，具體選用時，應(yīng)根據(jù)接頭形式、裝配間隙、焊縫的空間位置、焊條直徑與性能、焊接電流及焊工技術(shù)水平等來確定。2.3 焊條電弧焊工藝3確定焊條角度 以最常用的平焊為例，焊接操作時，以焊縫位置線作為運(yùn)條的軌跡，焊條與焊件兩側(cè)保持垂直，與前進(jìn)方向的夾角為7080，如下圖。平敷焊過程中，可采用直線運(yùn)條法，以適當(dāng)?shù)暮附铀俣龋鶆虻叵蚯耙苿雍笚l。 2.3.3 焊接工藝參數(shù)選擇 2. 焊根本操作要領(lǐng) 2.3 焊條電弧焊工藝4焊縫的接頭 a中間接頭 b相背接頭c相