焊条电弧焊基本知识

第九章　焊条电弧焊

一、焊条电弧焊基本知识

(一)焊条电弧焊基本过程

焊条电弧焊由弧焊电源、焊接电缆、焊钳、焊条、焊件构成焊接回路。如图9－1所示。焊接时，采用接触引弧法。电弧引燃后，提起焊条，保证一定电弧长度。在电弧的高温作用下，焊条和焊件局部被加热到熔化状态，焊条端部熔化的金属和焊件被熔化的金属混合到一起形成熔池，随着电弧的不断移动，熔池跟固结晶形成焊缝。

图9－1焊条电弧焊的焊接过程
1－焊缝;2－熔池;3－保护气体;4－电弧;5－熔滴6－焊条;7－焊钳;8－焊机;9－焊接电缆;10－焊件

在焊条电弧焊过程中，焊条表面的药皮熔化后产生一定的气体和液态熔渣，一方面，熔池中的液态金属和液态熔渣、气体之间进行脱氧、去硫、去磷、去氢、渗合金元素等等复杂的物理、化学反应;另一方面，气体和液态熔池，充斥在熔池的表面和周围，隔绝空气，可以起到保护熔池不受氧化的作用。而且，熔渣在凝固后，覆盖在焊缝金属表面，可防止高温的焊缝金属被氧化及减缓焊缝的冷却速度。

(二)焊条电弧焊的工艺特点

焊条电弧焊之所以应用广泛，主要是它具有一些非常独到的优点。

1．优点

(1)工艺灵活、适应性强　它适应于碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等各种材料的平、立、横、仰各种位置及各种复杂结构焊接部位、狭窄位置的焊接。

(2)设备简单、操作方便　焊条电弧焊使用具有下降外特性的弧焊电源及一些简单工具，设备结构简单，便于现场安装、移动及维护。

2．缺点

(1)对焊工要求高　焊工的水平决定产品质量的好坏。

(2)劳动条件差　焊工在操作时劳动强度高，且还要受高温烘烤、有毒烟尘和金属蒸汽的危害。

(3)生产率低　工作过程中，只能选择较小参数，生产率低。

(三)焊条电弧焊的工艺及选择

焊条电弧焊的焊接工艺参数主要有焊接电源的种类和极性、焊条之直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数等等。

1．电源种类和极性

1)电源种类

焊条电弧焊采用的电源种类有交流、直流两种。一般根据焊接接头的要求和所选焊条的性质来选择电源种类和极性。酸性焊条可采用交、直流两种电源均可，优先选择交流电源。但在焊薄板时采用直流电源较好，可保证引弧容易、电弧燃烧稳定。碱性焊条一般采用直流电源，若焊条药皮中含有较多稳弧剂，也可用交流电源。

2)电源的极性

采用直流弧焊电源焊接时，有两种接法。正极性接法:焊件与电源正极相接，焊钳与负极相接的接法;负极性接法:焊钳接电源正极，焊件接负极的接法。

3)极性的选择原则

(1)碱性焊条采用反接，采用反接时，电弧燃烧稳定，飞溅很小，且声音平静均匀。酸性焊条使用直流电源时采用正接法。

(2)采用正极性接法时，由于熔池可获得来自弧柱中高速电子的冲击，从而可获得较大的熔深。因此，焊接厚钢板时，可采用正接;而焊接薄板、铸铁、有色金属时，应采用反接。

2．焊条直径

焊条直径可根据焊件的厚度、位置、坡口形式进行选择。一般焊件厚度越大，所选用焊条越粗。但厚板对接接头多层焊时的打底焊要选较细焊条，水平焊位置焊接时选较细焊条。一般原则见表9－1。

表9－1　焊条直径与焊件厚度的关系

3．焊接电流的选择

焊接电流是焊条电弧焊时最重要的工艺参数，其大小直接关系到焊接过程的稳定性、焊缝的质量及外观成形。在选择时，要考虑的因素有很多，如焊条直径、药皮类型、工件厚度、接头类型、焊接位置、焊接层次等。但主要由焊条直径、焊接位置、焊接层次来决定。

(1)焊条直径:焊条直径越粗，焊接电流越大。每种直径的焊条都有一个最合适的电流范围，见表9－2。另外，焊接电流与焊条直径的关系还符合下面的经验公式:

式中:I———焊接电流，A;

D———焊条直径，mm。

(2)焊接位置:平焊位置可选偏大些的焊接电流，横、立、仰焊位置的焊接电流应比平焊位置小10%～20%，角焊电流比平焊电流稍大些。

(3)焊接层次:打底焊时，为保证单面焊双面成型，焊接电流要小，填充焊时，通常使用较大的焊接电流，保证效率;盖面焊时，电流较小，保证成形美观。

表9－2　各种直径焊条使用电流参考值

4．电弧电压

焊条电弧焊时，电弧电压由焊工调节电弧的长短来控制，其原则一是保证焊缝具有合乎要求的尺寸和外形，二是保证焊透。

在焊接过程中，尽量采用短弧(弧长小于焊接直径的0．5～1．0倍)焊接，且弧长始终保持一致。

5．焊接速度

指单位时间内完成焊缝的长度值。他由焊工根据情况灵活掌握。焊接速度影响焊缝质量。焊接速度过缓，热影响区加宽，晶粒粗大，变形加大;速度过快，易造成未焊透，未熔合，焊缝成形不良。

6．焊接层数的选择

厚板焊接时，必须采用多层焊或多层多道焊。多层焊每层焊道厚度不大于4～5mm。采用多层焊时，前一层焊缝对后一层焊缝有预热作用，后一层焊缝对前一层焊缝起退火作用，有利于提高焊缝金属的接头强度和韧性。

二、焊条电弧焊常用防护用具及工具

手工电弧焊常用的工具有面罩、焊钳、焊接电缆、清渣锤、焊条保温筒等。这里我们着重介绍焊钳和焊接电缆的选择。

(一)面罩

面罩是为了防止焊接时的飞溅、弧光及其他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。手持式常用于焊条电弧焊，头盔式主要用于氩弧焊和高空焊接作业。面罩装有用以遮蔽紫外线的护目遮光镜片(黑玻璃)，实际工作过程中可按表9－3选择。在护目镜的外面常加上两片无色透明的防护白玻璃，防止护目镜片被焊接时的飞溅物损坏。白玻璃价廉，可及时更换。

白色透明照眼镜也是焊工的一种较好的防护工具，在焊接工作告一段落后，可以过滤周围环境的紫外线，防电光性眼炎，也可以在清除焊渣时，防止异物飞溅伤眼。

表9－3　焊工护目镜片选用参考表

(二)焊钳

是用来夹持焊条、传导电流进行焊接的工具，应安全、轻便、耐用。常用焊钳有300A和500A两种，其型号有G352和G582，其技术参数如表9－4所示。

表9－4　焊钳技术参数

(三)焊接电缆

其作用是传导焊接电流。焊接电缆应采用多股细铜线电缆，一般可选用YHH形电焊橡胶套电缆和YHHR形电焊橡胶套特轻电缆，电缆断面可根据焊机额定电流参考表9－5选择。焊接电缆外皮必须完整、柔软、绝缘良好，电阻不得大于1Ω，且应使用整根导线，长度一般不超过20～30m。中间一般不应有接头，如工作需要接长导线时，应使用接头连接器可靠连接。

焊接电缆在使用时，严禁搭在气瓶或其他易燃物品的容器或材料上，并且禁止与油、脂等易燃物接触。

表9－5　额定电流与铜芯电缆最大截面积的关系

(四)清渣锤和钢丝刷

清渣锤是焊工随身携带的用于清除焊缝焊渣用的小锤，一般由焊工自制，两端通常制成尖形或扁形，用于焊渣的敲打和扒拉，特别注意的是用于敲渣时，要注意对眼睛的防护。

钢丝刷主要用于清除焊件表面的铁锈和飞溅物，是由4～6排细钢丝束组成的刷子。

(五)焊条保温筒

是盛装使用要求较高的焊条的一种容器，焊条使用前在焊条烘箱内，按要求设定烘干温度和时间烘干，从烘箱内取出后应立即放在焊条保温筒内，以保持焊条药皮在使用过程中的干燥度，焊条保温筒在使用时连接于焊机的输出端，由焊机供电，温度保持在150～200℃，可容纳焊条约5kg。

三、焊条电弧焊操作要点

(一)手工电弧焊基本操作技术

1．引弧

焊接电弧的引燃过程。手工电弧焊常用的引弧方法有两种，一种是划擦法:具体操作是，先将焊条对准焊件，再将焊条像划火柴一样划过工件表面，引燃电弧，然后迅速提升焊条至距工件表面2～4mm，便引燃电弧;第二种是碰击引弧法，具体操作是，将焊条末端对准焊件表面碰击，然后迅速提升焊条至距工件表面2～4mm，便引燃电弧。两种操作方法见图9－2。这两种引弧方法中，划擦引弧法容易掌握一些，但容易造成焊件表面烧伤;碰击引弧法操作不易掌握，但不受工件表面形状、大小的限制，且不损坏金属表面组织。

图9－2　引弧操作法
(a)划擦引弧法　(b)碰击引弧法

2．运条

运条是手工电弧焊过程中最重要的环节，是焊工水平的最直接表现。它直接影响到焊缝表面成形和内部质量。电弧引燃后，一般情况下焊条有三个基本运动:朝熔池方向的送进，沿焊接方向的移动及横向摆动，如图9－3所示。

图9－3　运条方法
1－下送;2－沿焊接方向移动;3－横向摆动

焊条朝熔池下送，可以起到两个作用:一是向熔池增加填充金属，二是保持电弧的长度。这些操作的关键是焊条下送速度应与焊条熔化速度相等。

焊条沿焊接方向的移动，是保证整条焊缝完成的基石。焊条在移动时应与焊接方向保持70°～80°的夹角，保证有一定的熔深和使熔渣后推。

焊条的横向摆动，是为了获得对焊件有足够的热输入以便于气体的逸出和渣的上浮，并获得一定宽度的焊缝或焊道。

运条时，这三种基本运动不能机械地分开，而是同时进行的。下面介绍几种手工电弧焊常用的运条方法。

(1)直线运条法。此种运条法焊条不作横向摆动，焊缝较窄，常用于I形坡口的对接平焊、多层焊的第一层焊或多层多道焊，如图9－4(a)所示。

(2)直线往复运条法。采用该种运条法时，焊条末端沿焊缝的纵向作来回摆动。其特点是焊接速度快、焊缝窄、散热快。适用于薄板和接头间隙大的多层焊的第一层焊，如图9－4(b)所示。

(3)锯齿形运条法。该种运条法的特点是:焊条末端作锯齿形连续摆动及向前移动，并在两边稍停片刻。摆动的目的是为了控制熔化金属的流向和得到必要的焊缝宽度，以获得较好的焊缝成形，如图9－4(c)所示。多用于厚钢板的焊接，平焊、仰焊、立焊的对接接头和立焊的角接接头。

(4)月牙形运条法。该种运条法的特点是:焊条末端沿焊接方向作月牙形的左右摆动，同时在两边作片刻停留。焊缝金属熔化良好，有较长的保温时间，气体易逸出，熔渣也易于上浮，焊缝质量较高，焊缝余高较高，如图9－4(d)所示。应用范围与锯齿形运条法基本相同。

(5)三角形运条法。采用这种运条法焊接时，焊条末端作连续的三角形运动，并不断向前。按摆动形式的不同，可分为斜三角形和正三角形，如图9－4(e)、图9－4(f)所示。斜三角形运条法适用于焊接平、仰位置的T形接头焊缝和有坡口的槽焊缝。正三角形运条法只适用于开坡口的对接接头和T形接头焊缝的立焊，能一次焊出较厚的焊缝断面，焊缝不易夹渣。

(6)圆圈形运条法。焊条末端连续作正圆圈或斜圆圈形运动并不断向前的运条方法，如图9－4(g)、图9－4(h)所示。正圆圈形运条法只适用于焊接较厚焊件的平焊缝。斜圆圈形运条法适用于平、仰位置T形接头焊缝和对接接头槽焊缝，可控制熔化金属不受重力影响而下淌，有利于焊缝成形。

(7)八字形运条法。焊条末端不断作八字形运动并不断前移的运条方法，如图9－4(i)所示，其特点是能保证焊缝边缘得到充分加热、熔化均匀、保证焊透，它适用于厚板有坡口的对接焊缝。

图9－4焊条的基本运条方法
(a)直线运条　(b)直线往复运条　(c)锯齿形运条　(d)月牙形运条(e)斜三角形运条　(f)正三角形运条　(g)正圆圈形运条(h)斜圆圈形运条　(i)八字形运条

运条方法根据接头形式、坡口形式、焊接位置、焊条直径和性能、焊接工艺要求及焊工的熟练程度确定。

3．接头

手工电弧焊过程中，当一根焊条焊完要更换另一根焊条时，必然存在接头。在接头处，容易产生夹渣、气孔等缺陷，也容易出现接头过高、脱节、宽窄不一等不良成形。因此，接头也是焊工非常重要的一项基本功。

使用最多的方法是首先在距熄弧点10mm的待焊熔线上引弧，弧长略长，然后将电弧前移到原弧坑2/3处(已敲渣)，填满弧坑后即向前正常焊接，如图9－5所示。

图9－5　在先焊焊道末尾处接头的方法

4．收尾

一道焊缝完成后，最后的工作就是要填满弧坑。弧坑是由于电弧吹力和金属凝固收缩的共同作用而在熔池表面形成的凹坑。过深的弧坑会产生裂纹(弧坑裂纹)。因此收弧时，必须填满弧坑。常用的收弧方法有:

(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，半径渐小，边运动边拉长电弧，最后弧熄。此法运用于厚板的焊接。

(2)反复断弧收尾法。焊条移至焊道的终点时，在弧坑处多次熄弧、引弧直至填满弧坑。此法适用于薄板或大电流焊接，但不适于碱性焊条。

(3)回焊收尾法。焊条移至焊道收尾处即停止，变换焊条角度，由后倾改为前倾，填满弧坑后回焊一小段拉灭电弧。

(二)各种焊接位置操作要点

由于零件结构的复杂性，焊缝会以不同形式存在和在不同的位置出现。这就决定了手工电弧焊时，焊工会在不同的焊接位置进行焊接操作。在不同焊接位置可以归纳为:平焊、立焊、仰焊、横焊。不同的焊接位置，由于熔池、熔滴受重力影响不同，所以操作手法上也有所不同。下面，我们分别来阐述这几种焊接位置的操作特点:

1．平焊的操作要点

(1)熔滴受重力作用自然过渡，允许用较大直径的焊条和较大的焊接电流。

(2)为防止熔渣和熔滴混在一起，焊条倾斜角度稍大一些，把熔渣前推。

(3)对于单面焊双面成形的打底焊，容易产生焊瘤、未焊透或背面成形不良。

基于以上特点，平焊时必须也严格掌握焊条角度和运条技术，严格控制熔池形状和大小(半圆形或椭圆形，表面下凹)。

2．立焊操作要点

(1)液态金属和熔渣因自重下坠，易分离。但熔池温度过高会使液态金属下流形成焊瘤。

(2)焊透情况易掌握，但表面成形不良，易咬边。

基于以上特点，立焊时，焊条角度向下倾斜60°～80°，向上的电弧吹力可以给熔池一个托力。且焊接电流应小一些，以控制熔池温度。

3．横焊操作要点

(1)液态金属因自重而下坠，会形成未熔合和夹渣。

(2)液态金属与熔渣易分离。

基于以上特点，横焊时宜采用小直径焊条、短弧、多层多道焊焊接。操作时，由于电弧偏向上，故上坡口温度高于下坡口，所以在上坡口处不做稳弧动作，而是迅速带至下坡口根部做轻微的横拉稳弧。坡口间隙小时，焊条与试件夹角增大。

4．仰焊的操作要点

(1)液态金属因自重而下坠，易形成未焊透和凹陷，不易控制熔池形状和大小。

(2)清渣困难，易产生层间夹渣。

(3)运条困难，焊缝外观成形差。

基于以上特点，仰焊时宜采用小直径焊条、小电流、短弧焊接;操作时，注意观察坡口两侧是否熔化，但焊波厚度不应太厚，以防止液态金属过多而下坠。打底焊时，焊条与坡口两侧成90°，与焊接方向成70°～80°，用最短电弧作前后推拉动作(或焊条向上推送)。焊接其余各层时，焊条横摆并在两侧做稳弧动作。

四、焊条电弧焊操作实例

(一)低碳钢中厚坡口板平焊位单面焊双面成型

单面焊双面成型是焊工以特殊的操作方法，在坡口后面不采用任何辅助装置的条件下进行焊接，并使背面焊缝有良好的成形。是手工电弧焊中难度较大的一种操作技能。

1．焊件

(1)材料:Q235－A。

(2)尺寸:300×125×12。

(3)坡口形式:60°V字形坡口。

2．焊前准备

(1)焊机　ZX5－400或ZX7－400。

(2)焊条　E4315(φ3．2、φ4．0两种)，焊前，350～400℃烘干并保温2h，使用时焊条放入保温筒，随用随取。

(3)辅助工具　角向磨光机、平锉、焊条、保温筒、錾子、敲渣锤、钢丝刷等。

3．焊件装配(如图9－6所示)

(1)将试板锉出尺寸为1．0mm的钝边。

(2)利用角向磨光机将坡口面及坡口正反两侧20mm范围以内的油、锈等污物清除干净，至露出金属光泽。

(3)装配。

图9－6　中厚坡口板平焊装配图

装配间隙:引弧端3．0mm，收弧端4．0mm。(可分别用φ3．2mm 和φ4．0mm的焊条芯夹在试板的两头来控制间隙)。

预置反变形量3°或4°(固定一块试板，如图9－7，轻敲另一块，如没有专用量具测量时，只要在试板下方刚好能通过一根φ4．0mm的焊条也基本满足要求)。

图9－7　反变形量

定位焊:在试板坡口两侧距端头20mm处进行定位焊，定位焊缝长度为10～15mm。

4．焊接参数

各层焊接参数如表9－6所示。

表9－6　低碳钢中厚板手工电弧焊单面焊双面成型焊接工艺参数

5．操作要点

1)打底焊

其目的是为了获得良好的反面成型。目前常采用的操作方法有连弧法和断弧法两种。

连弧焊在焊接时，电弧不间断燃烧，一般采用较小的根部间隙和较小的焊接电流，如焊工不熟练，易产生烧穿或未焊透。断弧法是目前打底焊采用较多的操作方法，它通过控制电弧的燃灭时间来控制熔池的温度。其优点是焊接参数选择范围宽，手法易掌握。

断弧法最常用的手法是一点击穿法。下面着重介绍。

(1)从焊件小间隙侧定位焊缝上引弧，电弧引燃后，稍拉长(3mm左右)，移到与坡口根部相接处，预热，然后压低电弧，当听到电弧穿透坡口发出“噗噗”声，且看到钝边和定位焊缝熔化时，(熔孔形状如图9－8所示)，第一个熔池形成，灭弧。当熔池温度慢慢下降，只剩下熔池中心呈半熔化状态(护目镜上看该部分呈黄亮色)时，焊条中心对准熔池的2/3处，重新引弧，当再次听到“噗噗”声，又熄弧，以后的过程不断重复。在操作过程中，始终采用短弧，后一熔池覆盖前一熔池2/3左右，且焊条与焊缝方向的夹角保持在30°～50°。

(2)当焊条长度剩下约50mm时，此时应压低电弧向熔池边缘多滴1～3个熔滴，使背面熔池饱满。再运条到坡口一侧迅速灭弧并更换焊条。电弧重新引燃时，在弧坑处引弧，焊条作小幅度月牙形运条并沿焊接方向移动，使弧坑处金属重新熔化，当焊条移至熔池前沿与熔孔交界处，用电弧熔穿根部，然后灭弧。继续进行前面重复正常打底操作。

(3)打底焊收尾时，在距接头点约3～5mm处，采用小范围圆圈形运条连弧焊接。且焊条与焊接方向角度逐渐增大。接头部位被铁水封闭(封口)时，焊条轻轻按一下熔池，让铁水透到背面，同时来回摆动，使封口处充分熔合。然后，焊条移至定位焊缝上用划圈收尾法填满弧坑。如图9－9所示。

图9－8　熔孔形状　

图9－9　打底焊收尾操作运条方法

当采用连弧法进行打底时，引弧从定位焊缝开始，焊条在坡口内作侧U形运条，如图9－10所示。

图9－10　打底焊的连弧焊运条方法

电弧从坡口的一侧到另一侧作侧U形运条之后，即完成一个焊点。焊接频率为每分钟50个焊点，逐个焊点重复2/3，焊接过程中熔孔较明显，坡口熔化缺口为1mm左右。但连弧法的一个缺点是:易在反面焊缝的中间部分产生气孔。

2)填充焊

按表9－6的焊接参数调好电流、清除前一焊道的熔渣、飞溅、焊条的右倾角应小于90°，电弧长度约为2mm，采用月牙形或锯齿形运条法，摆动幅度逐层加大，并在两侧略加停留。最后一道填充层焊完后，其表面应离焊件的表面1．5mm左右。

3)盖面焊

按表9－6的要求稍调小电流。焊条与焊接方向保持75°左右。施焊时，电弧的1/3弧柱应将坡口边缘熔化1．5～2mm，且稍作停留，待液态金属饱满后，再运条至另一侧，以避免焊趾处咬边。收弧时，可采取断弧法或圆圈运条法填满弧坑。

(二)垂直俯位骑座式管板角接

1．焊件

(1)材料:管子、20钢、板件、Q235－A。

(2)规格:管子φ51×3×100、板件、100×100×12。

(3)坡口形式:管子开50°坡口。

2．焊前准备

(1)焊机:ZX5－400或ZX7－400。

(2)焊条:E4315、φ3．2

(3)辅助工具:角向磨光机、焊条保温筒、錾子、敲渣锤、钢丝刷、圆锉。

3．焊件装配

(1)管子锉钝边1～1．5mm。

(2)用角向磨光机将管子及孔板坡口附近20mm以内打磨干净，露出金属光泽。

(3)装配，如图9－11所示。

图9－11　骑座式管板试件装配图

装配间隙为3～3．2mm;

定位焊采用φ3．2焊条E4315焊条，坡口内定位焊，焊点长度10～15mm，焊点两端预先打磨成斜坡(便于接头);

试件装配错边量≤0．5mm;

管子与孔板相垂直。

4．焊接工艺参数，见表9－7。

表9－7　垂直俯位骑座式管板件的焊接参数

5．焊接操作

此项操作的难点在于由于管子与孔板厚度的差异，造成管子与孔板熔化情况不同，易造成在孔板侧的未焊透。焊接分打底焊和盖面焊。

(1)打底焊。先在定位焊缝上引弧，然后移到间隙的下部平板上进行打底，焊条与平板成15°～25°夹角，与焊接方向成50°～60°夹角，如图9－12所示;将焊条往里伸，当听到“噗噗”声时即表示已熔穿，在焊条根部可看到一个大半圆的熔孔(注意孔板侧和管子侧熔化量相等)，随即灭弧。以后重复灭弧法打底的操作，注意每个焊点不要太厚，以便后一个焊点在其上引弧。在每根焊条即将焊完前，向焊接相反方向回焊约10～15mm，并逐渐拉长电弧至熄灭，以消除收尾气孔或将其带至表面，以便在更换焊条后将其熔化，接头尽量采取热接法，即在上一个熔池边缘(非焊接方向侧)引弧，稍作上下摆动移至弧坑处，压低电弧，使电弧2/3覆盖熔池，1/3熔化母材金属，当出现熔孔，继续断弧焊操作。

当焊至与定位焊缝相接时，压低电弧，稍作停留，且把焊条往里稍顶一顶，然后采用正常收尾法收尾。

图9－12　骑座式管板垂直俯位打底焊时焊条角度
(a)焊条与管板的夹角　(b)焊条与焊接方向的夹角

(2)盖面焊。盖面焊必须保证管子不咬边，焊脚对称。焊前先用敲渣锤除去熔渣，角向磨光机磨平焊道，然后用碰击法引弧，焊条与孔板夹角如图9－13所示，与焊接方向夹角为60°，运条时，作月牙形摆动。

后消除焊缝表面的熔渣，再用钢丝刷清理焊缝表面。

图9－13　盖面焊时焊条的角度

(三)大直径低碳钢管对接水平转动焊单面焊双面成型

1．焊件

(1)材料:20钢。

(2)规格:φ159mm×12mm×100mm。

(3)坡口形式:U形坡口，坡口尺寸如图9－14所示。

图9－14　焊接试件及坡口尺寸

2．焊前准备

(1)焊机:ZXG－400或ZX7－4001台，焊接变位器1台。

(2)焊条:E4315，φ3．2和φ4．0，焊前按要求烘干及保温。

(3)辅助工具:角向磨光机、焊条保温筒、錾子、敲渣锤、钢丝刷、圆锉等。

3．装配

(1)将管子坡口内外表面两侧20mm以内打磨干净。

(2)将管子焊件放在装配胎具(图9－15)上装配点焊。留好定位装配间隙，12点钟位为3．2mm，6点钟位为2．5mm，定位焊缝长度为15mm左右，应保证焊透和无缺陷，其两端应预先打磨成斜坡以便接头。

图9－15　管子对接试件装配胎具

4．焊接参数，见表9－8。

表9－8　大直径低碳钢管对接水平转动焊焊接参数

5．焊接操作

(1)打底焊。打底焊要完成单面焊双面成型。将装配好的焊件装夹在焊件变位器上，调好焊接电流。

打底焊采用断弧法，常在1点半钟位置起弧，然后进行上坡焊(铁水与渣易分离，且易操作)，如图9－16所示。这里跟大家介绍一种新的断弧打底焊法———两点击穿法。

图9－16　焊条起焊位置及焊条角度示意图

先在坡口内引弧，拉长电弧对始焊部位预热，然后压低电弧，使焊条在两钝边间作轻微摆动。当钝边熔化的铁水与焊条熔滴金属连在一起，且听到“噗噗”声时，形成第一个熔池并灭弧，此时可看到在熔池前端形成熔孔。然后采取两点击穿法，给左侧钝边一滴铁水，再给右侧钝边一滴铁水，依次循环。

中间经过定位焊缝时，只需将电弧稍向坡口内压，以较快的速度通过定位焊缝，过渡到另一侧的斜坡处进行施焊。

(2)填充焊。采用连弧法进行焊接。在施焊前将打底焊的焊渣、飞溅清理干净，接头处焊瘤磨平。运条方法以锯齿形、月牙形为主，摆动宽度比打底层稍宽，在坡口两侧稍作停顿。整个填充层焊缝高度应低于母材，以便于盖面。

(3)盖面焊。焊条角度与填充焊相同，但焊条摆动幅度比填充层宽，当摆至坡口两侧时，电弧应稍压一下，并稍作停顿，电弧从一侧摆至另一侧时应稍快。

注意:盖面焊采用下坡焊焊接时，盖面成形美观。

五、焊接缺陷的产生及防止

焊条电弧焊过程中，常常出现的外部缺陷有焊缝表面成形不良、表面气孔、夹渣、表面裂纹、未焊透、咬边、烧穿等。我们应认真分析其产生的原因并采取相应的防止措施。

(一)焊缝表面成形不良

焊缝表面成形不良表现在焊缝表面高低不平、焊缝宽窄不齐、尺寸过大或过小，角焊缝单边及焊脚尺寸不符合要求。

其产生的可能原因有:焊件坡口角度不对、装配间隙不均匀、焊接速度不当或运条手法不正确、焊条选择不当等。

采取的防止措施有:正确选用焊条，选择适当的坡口角度和装配间隙;正确选择焊接电流值，采用恰当的运条手法和角度等。

(二)表面气孔

是由于熔池中的气体在逸出时，刚刚上升到熔池表面，熔池已凝固，故在焊缝表面所形成的空穴。

1)气孔产生的原因

(1)焊件清理不干净。没有清理干净的铁锈、油污、水分，在焊接时会产生大量的气体，而在焊缝中产生气孔。

(2)焊条种类和保管条件。碱性焊条比酸性焊条更易产生气孔。另一个原因是焊条受潮、没有烘烤或烘烤后保管不当，导致焊条中水分含量增加。

(3)电流种类和极性的影响。同一种焊条，分别采用交流、直流正接、直流反接时，其产生气孔的倾向逐渐减小。

(4)焊接参数不合理。焊接电流过小，焊接速度过快，电弧长度太长等会造成熔池保护不良而产生气孔。

2)采取的相应措施

(1)焊前清理干净坡口两侧20mm以内区域内的铁锈、油污。

(2)焊条烘烤温度和时间要达到要求，且要按规范进行保管和使用。

(3)正确选择电源种类和接法。

(4)采用合适的电流、合适的速度、短弧焊接。

(三)夹渣

是焊后残留在焊缝中的熔渣。

其产生的原因有:焊接电流过小，使得熔池温度太低，液态金属和熔渣来不及分离;焊接速度过快，液态熔渣来不及上浮;焊缝成形系数过小以及焊条角度不对。

防止措施有:采用具有良好工艺性能的焊条，正确选用焊接电流和运条角度，加大焊件坡口角度，采用合适的焊接速度。

(四)裂纹

是在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接头局部区域的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙，他具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。他可分为热裂纹和冷裂纹。

1．热裂纹

是指在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。焊接过程中熔池中的磷、硫等杂质，在熔池冷却结晶过程中，生成低熔共晶体被排挤到晶界处，在一定的温度区间内，晶粒已经长成，但晶界处由于共晶体熔点较低，仍呈液态，在晶粒由于温度降低而收缩的力的作用下，晶界处被拉开，从而形成热裂纹。热裂纹可通过合理地选配焊接材料，控制母材金属的S、P等杂质含量来实现。

2．裂纹

冷裂纹是指焊接接头冷却至较低温度下产生的焊接裂纹。它主要发生在一些厚度较大、接头冷却速度较快和母材淬硬倾向较大的焊件焊接时，此时会在接头中形成淬硬组织。此外，焊接时溶解于焊缝金属中的氢，冷却过程中因溶解度下降，向热响应区扩散、聚集，氢原子结合成氢分子，局部产生很大的内应力，当内应力与外界拘束应力相叠加时，裂纹出现，由于氢的扩散、聚集需要一段时间，因此，冷裂纹可能在焊后几小时、几天、甚至更长时间才出现，因此又称为延迟裂纹。通过以上分析，可以采取的防止措施有:

(1)减少氢的来源(如采用碱性焊条、烘干、严格清理待焊区域的油、锈、水等)。

(2)合理选择焊接参数，以降低钢材的淬硬程度，并有利于焊缝金属中氢的逸出和改善应力状态。

(3)采用消氢处理或焊后热处理。

(4)改善结构设计，以降低焊接接头的拘束应力。

(五)未焊透

未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象。其主要产生原因有:焊接过程中参数选择不恰当，如电流过小、焊速过快;坡口不合适，操作技术不良。

防止措施有:正确选用和加工坡口尺寸，保证必需的装配间隙，正确选用焊接电流和焊接速度;熟练操作技能。

(六)咬边

焊接过程中由于焊接参数选择不当或操作方法不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。咬边会造成应力集中，容易成为裂纹的发源地。因此，咬边是一种危害性较大的表面缺陷。其产生的原因有:电流太大、电弧太长、运条速度和焊接速度不恰当。防止措施是:选择正确的焊接电流及焊接速度，电弧不能拉得太长，掌握正确的运条手法和角度。

(七)烧穿

焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫烧穿。其产生的原因可能是焊接电流太大和焊接顺序不合理以及根部间隙太大、焊接速度太慢、钝边厚度太小和电弧在某处停留时间过长等。

防止方法是:合理选择焊接电流和焊接速度，缩小根部间隙，提高操作技能。

(八)焊瘤

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。其产生的主要原因是操作不熟练和运条角度不当。防止方法是:提高操作水平。正确选择电流、灵活调整焊条角度、严格控制熔池温度。