一、手工电弧焊
手工电弧焊（简称手弧焊）是利用电弧热熔化被焊材料和焊条以形成焊缝的一种手工操作的焊接方法。手弧焊操作灵活，设备简单、并适用于各种接头形式和焊接位置，是目前应用最广的焊接方法。
焊接时，将焊件和焊钳（夹持焊条用）分别与电焊机的两个输出端相接，接通电源，使焊条与焊件间引燃电弧，电弧热将焊件接头处及焊条端部的金属熔化形成熔池，随着熔池的冷却凝固便形成了焊缝，使分离的焊件连成整体，如图4-1所示。
（一）焊接电弧
焊接电弧是指在焊条和焊件之间的空气电离区内产生的一种强烈而持久的气体放电现象（如图4-2所示）。焊接电弧由阳极区、阴极区和弧柱区组成。通常用钢焊条焊接时，阳极区产生的热量约占电弧总热量的43%，温度约为2600K；阴极区产生的热量约占电弧总热量的36%，温度约为2400K；弧柱区产生的热量约占电弧总热量的21%，弧柱中心温度可达6000～8000K。
图4-1 焊接过程
图4-2 焊接电弧
（二）手工电弧焊设备
手工电弧焊的主要设备有交流弧焊机和直流弧焊机两类。
1.交流弧焊机
交流弧焊机（简称弧焊变压器）是一种特殊的变压器（如图4-3所示）。它将380V或220V电压降到60～90V（焊机空载），以满足引弧的需要；电弧正常时的工作电压为20～30V（焊接时），同时提供较大的焊接电流；若短路时，电压又会下降到趋于零，使短路电流不至于过大而烧坏变压器。交流弧焊机供给的焊接电流可根据焊条直径及焊件厚薄来调节，电流的调节分为粗调和细调。
交流弧焊机结构简单、价格便宜、噪音小、使用可靠、维修方便。但焊接电弧不如直流弧焊稳定，且对某些种类的焊条不适应（酸性焊条优选）。接线无正接与反接之分。
2.直流弧焊机
直流弧焊机分为旋转式直流弧焊机和整流式直流弧焊机两类。
旋转式直流弧焊机是由一台具有特殊性能的能满足焊接要求的直流发电机供给焊接电流以实现焊接的（如图4-4所示）。它引弧容易，电流稳定，焊接质量好，能适应各类焊条，但结构复杂、价格高、噪音大。在焊接质量要求较高或焊接薄的碳钢件、有色金属铸件和特殊钢件时宜选用。
图4-3 交流弧焊机
图4-4 旋转式直流弧焊机
整流式直流弧焊机（简称弧焊整流器）是用大功率的整流元件组成整流器，将符合焊接要求的交流电变成直流电，供焊接使用的（如图4-5所示）。它既具有比旋转式直流弧焊机结构简单、价格便宜、效率高、噪音小、维修方便等优点，又克服了交流弧焊机电弧不稳的缺点，是目前应用最广泛的直流弧焊机。
直流弧焊机输出端有正、负极之分，可采用正接（正极接工件，负极接焊条）和反接（正极接焊条，负极接工件）两种接线方法，如图4-6所示。焊接厚板时，一般采用直流正接；焊接薄板、有色金属或采用低氢型焊条时，一般采用直流反接。但在使用碱性焊条时，均采用直流反接。
图4-5 整流式直流弧焊机
图4-6 直流弧焊机正反接
（三） 电焊条
电焊条（简称焊条）由金属焊芯和药皮组成（如图4-7所示）。
图4-7 电焊条
焊芯是焊接专用的金属丝。焊芯的作用是充当电极、产生电弧和作为填充金属用，熔化后与熔化的母材共同形成焊缝。
药皮是黏结在焊芯外面的涂料层，由矿石类、铁合金类和有机物类等组成。药皮的主要作用是引弧、稳弧（改善焊条工艺性）、保护焊缝（不受空气中有害气体侵害）、去除杂质和合金化（添加有用合金元素）。
焊条种类很多，按用途可分为结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条和有色金属用焊条等。按药皮熔渣的化学性质可分为酸性焊条和碱性焊条。
国家标准GB/T5117-1995规定以“E”加四位数字来表示碳素钢焊条。 “E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度值（MPa）；第三位数字表示焊接位置（“0”或“1”表示全位置焊接； “2”表示平焊及平角焊位置）；第三位和第四位数字组合起来表示药皮类型和焊接电流种类（ “03”表示钛钙型药皮，交直流两用；“05”表示低氢型药皮，直流焊接）。
酸性焊条（E4301， E4303， E4322）主要适用于一般的低碳钢和相应强度等级的低合金钢结构的焊接；碱性焊条（E4315， E4316， E5015， E5016）主要适用于低合金钢、合金钢及承受动载的低碳钢重要结构的焊接。如表4-1所示为常用碳素钢焊条。
表4-1 常用碳素钢焊条
（四）手工电弧焊工艺
1.接头形式与坡口形状
根据焊件结构、厚度和工作条件的不同，应选择不同的接头形式。常用接头形式有对接、搭接、角接和T形接等（如图4-8所示）。对接接头省材料、受力较均匀，应用的最广。重要的焊接结构如锅炉、压力容器等的受力焊缝常采用对接接头。
坡口是根据设计和工艺要求，在焊件待焊部位加工成一定几何形状的沟槽。坡口的基本形状有I形、V形、X形及U形坡口等（如图4-9所示）。坡口通常采用切削加工、火焰切割、碳弧气刨等加工方法。坡口的几何形状和尺寸在国家标准中有规定。
2.焊缝位置
焊缝在空间的位置可分为平焊、立焊、横焊和仰焊（如图4-10所示）。平焊操作方便，焊缝质量易保证，立焊、横焊次之，仰焊最差。
图4-8 常用的接头形式
图4-9 对接接头的坡口形状
图4-10 焊缝位置
3.焊接工艺参数
焊接工艺参数（焊接规范）是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。通常是指焊条直径、焊接电流、焊接速度、弧长和焊接层数等。
焊条直径通常根据焊件厚度选择。焊件较厚，则应选较粗的焊条。立焊、横焊和仰焊时，应选比平焊时较细的焊条。焊条直径的选择可如表4-2所示。
表4-2 焊条直径的选择
焊接电流主要根据焊条直径选择。焊接低碳钢时，焊接电流I和焊条直径d的关系是
上式只提供了一个大概的焊接电流范围。实际生产中应根据接头形式、焊接位置、焊接层数和焊条种类等因素，通过试焊进行调整。
焊接速度是指焊条沿焊接方向移动的速度。弧长是指焊接电弧的长度。电弧过长及焊速过快时，燃烧不稳定，熔深减少，易产生焊接缺陷，因此一般要求弧长小于或等于焊条直径，并在保证焊透的情况下，尽量快速施焊。
焊接厚件时，宜开坡口多层焊或多层多道焊，以保证焊缝根部焊透。每层的焊接厚度不超过4～5 mm，当每层厚度等于焊条直径的0.8～1.2倍时，生产率较高。
4.焊接操作
手弧焊的基本操作主要有引弧、运条和焊缝收尾。
图4-11 引弧方法
引弧是指在焊条和焊件之间产生稳定的电弧。引弧有直击法和划擦法两种（如图4-11所示）。焊接时，将焊条端部与焊件表面作直击或划擦接触，形成短路后迅速提起2～4mm，电弧即引燃。
运条是指在焊接过程中焊条应同时完成沿其轴线向熔池方向的送进、沿焊接方向的匀速移动和沿焊缝方向的横向摆动三个基本动作（如图4-12所示）。同时还应掌握好焊条与焊件之间的角度（如图4-13所示）。
图4-12 运条的基本动作
图4-13 平焊的焊条角度
焊缝收尾时，焊条要停止前移，在收弧处画一个小圈并慢慢将焊条提起，拉断电弧，以保证收尾处的成形。
（五）手工电弧焊焊件质量分析
手弧焊时常见的焊接缺陷有焊缝形状及尺寸不符合要求、咬边、夹渣、未焊透、焊瘤、裂纹、焊接变形、焊穿等（如图4-14所示）。焊缝形状及尺寸不符合要求是指焊缝波纹太粗或宽度太宽、太窄，或高度太高、太低等。咬边是指焊缝两侧与基体金属交界处产生沟槽或凹陷。夹渣是指将焊渣残留于焊缝内。未焊透是指接头根部有未完全熔合的现象。焊瘤是指焊接过程中，熔化金属流到焊缝外未熔化母材上所形成的金属瘤。
图4-14 常见焊接缺陷
焊件焊完后应对焊接接头进行必要的检验以确保焊接质量。检验方法可分为无损检验和破坏检验两大类。无损检验包括：外观检查、致密性检验、射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透法探伤等；破坏检验包括：焊接接头的机械性能试验、焊缝金属化学成分及金相组织检验和耐腐蚀性能试验等。
二、气焊与切割
（一）气焊
气焊是利用气体火焰来熔化焊件和焊丝以形成焊接接头的焊接方法（如图4-15所示）。气焊通常使用乙炔作可燃气体，氧气作助燃气体。
与手弧焊相比，气焊设备简单，操作灵活，不带电源。但气焊热源的温度低，热量分散，生产率低，焊件易变形，接头质量不高。气焊主要用于焊接厚度在3mm以下的低碳钢薄板、高碳钢、有色金属及其合金和铸铁的焊补。
1.气焊设备与焊丝
（1）气焊设备
气焊所用的设备及气路连接如图4-16所示。
图4-15 气焊
图4-16 气焊设备及连接
氧气瓶是储存高压氧气的钢瓶，容积为40L，最高压力为14.7MPa，外表漆成天蓝色，并用黑漆写上“氧气”字样。
乙炔瓶是存储溶解乙炔的钢瓶，容积为40L，最高压力为1.52MPa，外表漆成白色，并用红漆写上“乙炔”字样。
减压器用来将气瓶中的高压气体降低到焊炬要求的工作压力，并使其保持稳定。
回火防止器是安装在焊炬和乙炔减压器之间防止火焰回烧而引起乙炔瓶爆炸的安全装置。
焊炬是用于控制气体混合比、流量及火焰并进行焊接的工具（如图4-17所示）各种型号的焊炬均备3～5个不同的焊嘴，以满足焊接不同厚度工件的需要。
图4-17 射吸式焊炬
（2）焊丝
焊丝是作为填充金属与熔化的母材一起形成焊缝的金属丝。焊接低碳钢常用的焊丝牌号是H08和H08A。焊丝直径应根据焊件厚度来选择，一般为2～4mm。焊接有色金属、合金钢和铸铁时还须使用气焊熔剂来保护熔池金属，去除氧化物，改善液态金属的流动性。
图4-18 氧一乙炔焰
2.气焊火焰
改变氧气与乙炔的混合比例，可得到中性焰、碳化焰和氧化焰三种火焰（如图4-18所示）。
（1）中性焰 当氧气与乙炔的体积比为1.0～1.2时，可得中性焰（又称正常焰），它由焰心、内焰和外焰构成。内焰温度最高，可达3000℃～3200℃。焊接时应使熔池及焊丝末端处于焰心前2～4mm的最高温度区。
中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、合金钢、紫铜和铝合金等金属材料，是应用最广泛的一种气焊火焰。
（2）碳化焰 当氧气与乙炔的体积比小于1.1时，可得碳化焰。 由于氧气不足，燃速减慢，火焰柔长，温度较低，最高温度为2850℃左右。
碳化焰适用于高碳钢、铸铁、硬质合金和高速钢等金属材料的焊接或焊补。
（3）氧化焰 当氧气与乙炔的体积比大于1.2时，可得氧化焰。 由于氧气过剩，燃烧剧烈，火焰缩短，温度最高可达3300℃。 由于氧化焰对熔池有氧化作用，故很少采用，只适用于焊接黄铜和镀锌铁皮，以防止锌在高温时蒸发。
3.气焊基本操作技术
（1）点火、调节火焰和灭火
点火时，先微开氧气阀门，再打开乙炔阀门，随后点燃火焰，逐渐开大氧气阀门，将碳化焰调整成中性焰。灭火时，应先关乙炔阀门，后关氧气阀门。
（2）平板对焊
气焊时，左手拿焊丝，右手握焊炬。焊接开始时，焊炬倾角应大些，以便尽快加热和熔化焊件形成熔池；焊接时，焊炬倾角保持在40°～50°之间；焊接结束时，焊炬倾角应减少，以便更好地填满弧坑和避免焊穿，如图4-19所示。
图4-19 焊炬倾角
焊炬向前移动的速度应能保证焊件熔化并保持熔池具有一定的大小。工件熔化形成熔池后，再将焊丝适量地点入熔池内熔化。
（二）切割
金属切割除机械切割外，常用的还有气割、等离子弧切割、激光切割和水射流切割等。
1.气割
气割是利用气体火焰（氧气与乙炔）的热能将被切割处金属预热至燃点后，喷射高速切割氧流，使其燃烧并放热，同时生成的氧化物被氧流吹走，形成切口而实现切割的方法（如图4-20所示）。
气割时用割炬代替焊炬，其余设备与气焊相同。手工气割的割炬比气焊的焊炬增加了输出切割氧气的管路和控制切割氧气的阀门（如图4-21所示）。
图4-20 气割
图4-21 割炬
用于氧割的金属材料，必须具备下列条件：
（1）金属的燃点必须低于其熔点。否则，气割过程会变为熔化过程，而不是固态燃烧过程，难以获得细窄平整的切口。
（2）燃烧生成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，且流动性要好。否则，气割时难以吹除切口表面形成的固态氧化物，阻碍下层金属与切割氧流的接触，使切割难以进行。
（3）金属的导热性要差，且燃烧时应释放出大量的燃烧热，以预热下层待切割金属到燃点，实现切割过程的连续进行。
满足上述条件的金属材料有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢。而高碳钢、铸铁、高合金钢及铜、铝及其合金均难以进行气割。
气割的特点是设备简单、操作灵活方便、生产率高、适应性强，可在任意位置和任意方向切割任意形状和任意厚度的工件。
2.等离子弧切割
等离子弧切割是利用高温、高速的等离子弧将被切割处金属加热熔化并吹走，形成整齐切口而实现切割的方法。等离子弧是电弧经机械、热和电磁压缩效应后形成的（如图4-22所示），其温度可达24 000～50 000K，速度可达10 000m/s，能量密度可达105～106w/cm2。
图4-22 等离子弧发生装置图
等离子弧切割的特点是高速、高效、高质量，切口光滑，切割厚度可达150～200mm。其主要适用于切割高合金钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍、钛及其合金、难熔金属和非金属。
3.激光切割和水射流切割
激光切割是利用激光束的高能量可迅速将其转变成热能而实现金属切割的。 目前主要有激光升华切割、激光熔化切割和激光燃烧切割三种方法。激光切割适用于易氧化金属材料和非金属材料的切割。
水射流切割是利用高压水（200～400MPa），通过喷嘴射到金属上进行切割的方法。有时在高压水中加粉末状磨料，以增强切割性能。水射流切割可以切割金属材料和非金属材料。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
