壓焊

焊條電弧焊

焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。是生產中應用最多、最普遍的焊接方法。它是利用焊條與焊件之間產生的電弧熱，熔化焊件與焊條而進行焊接的。

⑴焊接電弧的產生

焊接電弧是由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間或電極與母材間，在氣體介質中產生的強烈而持久的放電現象。產生焊接電弧的過程如圖所示，將夾在焊鉗上的焊條，擦划或敲擊焊件，由於焊條末端與焊件瞬時接觸而造成短路，產生很大的短路電流，在短時間內產生大量的熱，觸點金屬溫度迅速升高，使焊條末端溫度迅速提高並熔化。在很快提起焊條的瞬間，電流只能從已熔化金屬的細頸處通過，使細頸部分的金屬溫度急劇升高、蒸發和汽化，焊條末端與工件間隙中的空氣被電離，產生了正離子和自由電子，在電場力作用下，正離子奔向陰極，自由電子奔向陽極。在焊條端部與焊件之間形成了電弧，併產生大量的光和熱。

焊接電弧由陰極區、陽極區和弧柱區三部分組成。陰極區指電弧緊靠負電極的區域，是發射電子的地方，陰極區產生的熱量占電弧總熱量的36％左右，溫度大約在2400K左右。陽極區指電弧緊靠正電極的區域，是接收電子的地方，產生的能量佔到電弧總熱量的43％左右，溫度大約在2600K左右。弧柱區是陰極區和陽極區之間的區域。弧柱區產生的熱量占電弧總熱量的21％左右，但弧柱區中心溫度最高，大約在6000-8000K的範圍內。

⑵　焊接電弧的極性及應用

用直流弧焊電源焊接時，工件接正極，焊條接負極，稱為正接。適於焊接厚件；工件接負極，焊條接正極，稱為反接。反接適於焊接薄件。用交流弧焊電源焊接時，因陽極與陰極不斷交替變化，故不存在正、反接問題。

2 ．焊接設備

焊條電弧焊的主要設備是弧焊機。按供給焊接電弧的電流是直流電還是交流電，弧焊機分為直流弧焊機和交流弧焊機。直流弧焊機具有電弧燃燒穩定、焊接質量較好的優點。但結構複雜，成本高，維修困難，雜訊大，損耗大，適於焊接較重要的工件。交流弧焊機效率較高，結構簡單，製造方便，成本較低，使用可靠，維護、保養容易，雜訊小，但電弧不夠穩定。

3 ．焊條

⑴ 焊條的構成及作用 焊條由焊芯和葯皮兩部分組成。

焊芯的作用是與焊件之間產生電弧並熔化作為焊縫的填充金屬。焊芯的化學成分將直接影響焊縫質量，且對其各合金元素含量有一定的限制，保證焊縫的性能不低於母材。焊芯的牌號以“焊”字（代號是“H”）表示焊接用鋼絲，其後的表示法與鋼號表示法完全相同。質量不同的焊芯在最後標以一定符號以示區別：A表示高級優質鋼，其S、P的質量分數不超過0.03%；E表示特級優質鋼，其S、P的質量分數不超過0.02%。常用的牌號有H08、H08MnA、H15Mn等。葯皮是壓塗在焊芯表面上的塗料層。葯皮對保證焊縫金屬的質量和力學性能極為重要，在焊接過程中有如下作用：

① 改善焊接工藝性 易於引弧，穩定電弧燃燒，減少飛濺，並使焊縫成形美觀。

② 機械保護作用

空氣中的氮、氧等氣體對焊接熔池的冶金反應有不良影響。葯皮熔化后產生的氣體和熔渣可隔絕空氣，保護熔滴和熔池金屬。

③ 冶金處理作用 葯皮中添入 Mn 、Si 等合金化元素，能脫氧、脫硫、脫磷、去氫、滲合金，從而改善焊縫質量。 ⑵ 焊條的分類、型號及牌號

1）焊條的分類　焊條的分類方法很多。按用途分有碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不鏽鋼焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、鎳及鎳合金焊條、堆焊焊條，特殊用途焊條等。

焊條按葯皮熔化后的熔渣特性可分為酸性焊條和鹼性焊條。熔渣中以酸性氧化物為主的焊條稱為酸性焊條，酸性焊條優點是容易脫渣；具有良好的工藝性能，熔渣飛濺小，電弧穩定，焊縫成形美觀，抗氣孔能力較強，交、直流弧焊機均可使用。缺點是酸性焊條施焊后，焊縫的力學性能和抗裂性比鹼性焊條差，尤其是塑性和韌性較差，故多用於焊接一般結構。鹼性焊條熔渣中的主要成分是鹼性氧化物，其工藝性能稍差，電弧不穩定，不易脫渣，焊接時煙塵較多，對油、銹、污敏感，只能採用直流電源焊接。但其具有抗裂性好、去氫性較強，故又稱為低氫型焊條，且焊縫金屬力學性能高，一般用於焊接重要結構。

2）焊條型號及牌號　焊條型號是國家標準中的焊條代號按 GB5117 — 1995 和 GB/T5118 — 1995

規定表示，碳鋼焊條和低合金鋼焊條型號用一個大寫拼音字母和四位數字錶示。首位字母“ E ”表示焊條；此後的前兩位數字錶示熔敷金屬抗拉強度的最小值；第三位數字錶示焊條的焊接位置。“ 0 ”及“ 1 ”表示焊條適用於全位置焊接（平焊、立焊、仰焊、橫焊）；“ 2 ”表示焊條適用於平焊及平角焊，“4”表示焊條適用於向下立焊；第三位和第四位數字組合表示焊接電流種類及葯皮類型。如： E4315 表示焊縫金屬的 σ b ≥ 43 kgf/mm 2，適用於全位置焊接，葯皮類型是低氫鈉型，電流種類是直流反接。

焊條牌號是焊條行業中現行的焊條代號。通常用一個大寫的漢語拼字母和三位數字錶示，拼音字母表示焊條的類別，牌號中前兩位數字錶示焊縫金屬抗拉強度的最低值，單位為 kgf ／ mm 2 ，最後一位數字錶示葯皮類型和電流種類。如 J422 ，“Ｊ”表示結構鋼焊條，“ 42 ”表示焊縫金屬抗拉強度不低於 43kgf ／ mm 2 ，“２”表示鈦鈣型葯皮，直流或交流。

⑶　焊條選用原則 選用的焊條是否恰當將直接影響焊接質量、勞動生產率和產品成本，一般按以下原則選用焊條：

⑴ 焊接如低碳鋼、普通低合金鋼構件時，一般選用與工件母材的強度等級相同的焊條；對於耐熱鋼和不鏽鋼的焊接應選用與工件化學成分相同或相近的焊條；如母材碳、硫、磷質量分數較高時，宜選用抗裂性好的鹼性焊條。若焊件在腐蝕性介質中工作，宜選用相應的耐腐蝕焊條。

⑵ 若工件承受交變載荷或衝擊載荷、結構複雜或要求剛度大的工件宜選用鹼性焊條；

（3）考慮勞動條件、生產率和經濟性，在滿足使用性能和操作性能的基礎上，盡量選用效率高、成本低的焊條；焊接部位無法清理乾淨時，焊接空間位置變化大時，盡量選用工藝性能適應範圍較大的酸性焊條；在密閉容器內焊接時，應採用低塵、低毒焊條。

4 ．焊條電弧焊工藝 ⑴ 焊接接頭

1）焊接接頭形式　常用接頭形式有對接、搭接、角接和Ｔ形等，如圖所示。對接接頭的應力集中相對較小，能承受較大載荷，焊接結構中常用；搭接接頭應力分佈不均，承載能力低，適用於被焊結構狹小處及密封的焊接結構；角接接頭承載能力不高，一般用在不重要的結構件中；Ｔ形接頭整個接頭承受載荷，承載能力強，生產中應用也很普遍。

2）坡口　根據設計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工並裝配成一定幾何形狀的溝槽，稱為坡口。開坡口的目的是為了得到在焊件厚度上全部焊透的焊縫。常見對接接頭的坡口形式有 I 形坡口、 V 形坡口、 X 形坡口、 U 形坡口等四種。焊條電弧焊板厚在 6 毫米以下對接時，一般可不開坡口直接焊成。板厚較大時，接頭處根據工件厚度應開各種坡口。在板厚相等的情況下，V形坡口形狀簡單，加工方便；X形坡口比V形坡口需要的填充金屬少，生產率高，並且焊后角變形小，但是X形坡口需要雙面焊。U形坡口根部較寬，容易焊透，也比V形坡口焊條消耗量少，省工時，焊接變形也較。但是U形坡口形狀複雜，加工較困難，一般只在重要的厚板結構中採用。

焊接接頭處鋼板厚度最好相等，這樣焊接時受熱均勻，容易保證焊接質量。不同厚度金屬對焊時，如果兩板厚度差不超過下表的規定，則接頭的基本形式和尺寸應按厚板選取，如厚度超過表中規定值，則應在較厚的板上加工出單面或雙面削薄。

較薄板的厚度δ 1 ／ mm≥ 2 ～ 5 ≥ 5 ～ 9≥ 9 ～ 12 ≥ 12

允許厚度差（δ 1- δ）／ mm 1 234

不同厚度鋼板對接允許厚度差

3）焊縫的空間位置

焊接時，按焊縫在空間位置的不同可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊，如圖所示。平焊操作方便，勞動條件好，生產效率高，焊縫質量易於保證。因此，一般應儘可能將工件放在平焊位置進行施焊。立焊時熔滴易向下流淌，成形較困難，不易操作。橫焊時熔滴易偏向焊縫的下邊，產生熔化不良，焊瘤，未焊透等缺陷。仰焊時熔滴最易下滴，焊縫成形困難，操作更難。

⑵ 焊接參數的選擇

1）焊條直徑的選擇

焊條直徑主要取決於工件厚度、接頭形式、焊縫位置、焊層數等因素。厚度大的工件，應選用直徑較大的焊條。當用細焊條焊厚度大的工件時，常會出現焊不透缺陷；而用粗焊條焊厚度小的工件時，則容易出現燒穿缺陷。

T形接頭、搭接接頭散熱條件比對接接頭好，可選用較粗直徑的焊條。平焊時所用的焊條直徑可大些，立焊時的焊條直徑不超過5mm；仰焊或橫焊時焊條直徑不超過4mm。多層焊時，為防止焊不透，第一層焊道應採用較小直徑焊條進行焊接，其餘各層可根據工件厚度，選用較大直徑焊條。

2）焊接電流的選擇

焊接電流是焊條電弧焊的主要焊接參數。焊接電流太大時，焊條尾部要發紅，部分葯皮的塗層要失效或崩落，機械保護效果變差，容易產生氣孔、咬邊、燒穿等焊接缺陷，並使焊接飛濺加大。焊接電流太小時，會造成未焊透、未熔合等缺陷，並使生產率降低。選擇焊接電流首先應在保證焊接質量的前提下，盡量選用較大的電流，以提高勞動生產率。

影響焊接電流的主要因素是焊條直徑和焊縫位置。焊接電流大小，通常按經驗公式計算： I =K• d 式中： I ──焊接電流； K──經驗係數，（一般為30～50）；D ──焊條直徑，mm。

平焊時，取較大值；其他位置焊縫的焊接，取較小值。在使用鹼性焊條時焊接電流比使用酸性焊條小些。

⑶ 焊接變形及預防措施

焊接構件因焊接而產生的內應力稱焊接應力，焊件因焊接而產生的變形稱為焊接變形。焊接時，由於工件是不均勻的局部加熱和冷卻，造成焊件的熱脹冷縮速度和組織變化先後不一致，從而導致焊接應力和變形的產生。變形是焊件自身降低其應力狀態的結果，變形的表現形式與工件的截面尺寸、焊縫布置、焊接元件的組合方式及焊接接頭的型式等因素有關。

焊接變形的基本形式有彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形等。

焊接變形不但影響結構尺寸的準確性和外形美觀，嚴重時還可能降低承載能力，甚至造成事故。為了防止和減少焊接變形，設計時應儘可能採用合理結構形式和採用必要的焊接工藝措施。

① 採用合理的結構 設計焊接結構時，在保證結構有足夠承載能力情況下，採用盡量小的焊縫尺寸、數量；焊縫盡量對稱布置；焊縫分散，避免集中。

② 反變形法　用經驗和計算方法，估計焊后可能發生的變形大小和方向，焊前將工件安放在與焊接變形方向相反的位置上。

③ 剛性固定法　焊前將工件各部分用夾具、剛性支撐、專用夾具或定位點焊強制固定，以防止和加小變形。剛性固定法只適用於工件塑性較好，結構剛度較小的結構，對於淬硬性較大的金屬不能使用，以免焊后斷裂。

④ 焊接順序變換法　安排焊接順序時應儘可能考慮焊縫自由伸縮，對稱截面梁焊接次序要交替進行。

⑤ 焊前預熱，焊后處理　焊前對工件預熱可以減少焊件各部位溫差，降低焊后冷卻速度，減小殘餘應力。在允許的條件下，焊後進行去應力退火或用鎚子對紅熱狀態下的焊縫進行均勻迅速的敲擊，均可有效地減小焊接變形。