新版第九章焊條電弧焊與碳弧氣刨

2023/12/2212023/12/221熱烈歡迎各位同仁參加取證學(xué)習(xí)第九章焊條電弧焊與碳弧氣刨2023/12/222第九章焊條電弧焊與碳弧氣刨第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

一、焊條電弧焊的基本原理

手工操縱焊條進行焊接的一種電弧焊方法。基本原理是利用焊條與工件之間產(chǎn)生的電弧熱使焊條與母材熔化冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。如圖9－l所示。

圖9－1焊條電弧焊示意圖1－焊條藥皮2－焊條芯3－電弧4－熔滴5－熔池6－保護氣體7－熔渣8－焊縫2023/12/223第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

焊接電弧就是指在加有一定電壓的兩電極或電極與焊件間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強烈而持續(xù)的放電現(xiàn)象(俗稱電弧燃燒)。

電弧燃燒的必要條件是氣體電離及陰極電子發(fā)射。

1．氣體電離氣體受到電場或熱能的作用，就會使中性氣體原子中的電子獲得足夠的能量，以克服原子核對它的引力而成為自自電子，同時中性的原子由于失去了帶負電荷的電子而變成帶正電荷的正離子。這種使中性的氣體分子或原子釋放電子形成正離子的過程叫做氣體電離。2023/12/224第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

在焊接時，使氣體介質(zhì)電離的種類主要有熱電離、電場作用下的電離、光電離。

(1)熱電離。氣體粒子受熱的作用而產(chǎn)生的電離稱為熱電離。溫度越高，熱電離作用越大。

(2)電場作用下的電離。帶電粒子在電場的作用下，各作定向高速運動，產(chǎn)生較大的動能，當不斷與中性粒子相碰撞時，則不斷地產(chǎn)生電離。兩電極間的電壓越高，電場作用越大，則電離作用越強烈。

(3)光電離。中性粒子在光輻射的作用下產(chǎn)生的電離，稱為光電離。2023/12/225第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

2．陰極電子發(fā)射

陰極中的部分電子穿過金屬表面連續(xù)地向外發(fā)射的現(xiàn)象，稱為陰極電子發(fā)射。一般情況下，電子是不能自由離開金屬表面向外發(fā)射的，要使電子逸出電極金屬表面而產(chǎn)生電子發(fā)射，就必須加給電子一定的能量，使它克服電極金屬內(nèi)部正電荷對它的靜電引力。焊接時陰極所吸收的能量不同，所產(chǎn)生的電子發(fā)射有以下幾類：熱發(fā)射、電場發(fā)射、撞擊發(fā)射等，幾種電子發(fā)射作用常常是同時存在，相互促進的。陰極發(fā)射電子后，又從焊接電源獲得新的電子。2023/12/226

(1)熱發(fā)射。焊接時，陰極表面溫度很高，陰極中的電子運動速度很快，當電子的動能大于陰極內(nèi)部正電荷的吸引力時，電子即沖出陰極表面，產(chǎn)生熱發(fā)射。溫度越高，則熱發(fā)射作用越強烈。

(2)電場發(fā)射。在強電場的作用下，由于電場對陰極表面電子的吸引力，電子可以獲得足夠的動能，從陰極表面發(fā)射出來。當兩電極的電壓越高，金屬的逸出功越小，則電場發(fā)射作用越大。

(3)撞擊發(fā)射。當運動速度較高、能量較大的正離子撞擊陰極表面時，將能量傳遞給陰極而產(chǎn)生的電子發(fā)射現(xiàn)象，叫做撞擊發(fā)射。如果電場強度越大，在電場的作用下正離子的運動速度也越快，則產(chǎn)生的撞擊發(fā)射作用也越強烈。

產(chǎn)生焊接電弧的操作成為引弧。引弧有接觸引弧和非接觸引弧，焊條電弧焊采用的是接觸引弧。2023/12/227第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

3．焊接電弧的溫度焊接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成，各區(qū)域的溫度和放出的熱量是不同的。在焊條接負(－)極、焊件接正(+)極的直流電弧焊中，如圖9－2所示。如用碳鋼焊條焊接時，陽極區(qū)溫度約為26000℃，放出的熱量占焊接電弧總熱量的36％左右；陰極區(qū)溫度約為24000℃，放出的熱量占焊接電弧總熱量的43％左右；弧柱區(qū)溫度最高，可達6000－8000℃，放出的熱量占焊接電弧總熱量的2l％左右。圖9－2焊接電弧構(gòu)造示意圖2023/12/228第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

使用交流電焊接時，由于極性是交替變化的，因此，焊條(電極)與焊件上的溫度和熱量分布基本相同。焊接電弧現(xiàn)象2023/12/229第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

二、焊條電弧焊的適用范圍焊條電弧焊可以進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多位置焊接。另外由于焊條電弧焊設(shè)備輕便，搬運靈活，所以說，焊條電弧焊可以在任何有電源的地方進行焊接作業(yè)。適用于各種厚度金屬、各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。2023/12/2210第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

三、電弧切割電弧切割主要有碳弧氣割、碳弧刨割條和等離子弧切割。

(一)碳弧氣割的基本原理

碳弧氣割是利用碳極電弧的高溫，把金屬的局部加熱到熔化狀態(tài)，同時用壓縮空氣的氣流把熔化金屬吹掉，從而達到對金屬進行切割的一種加工方法，如圖9－3所示。目前，這種切割金屬的方法在金屬結(jié)構(gòu)制造部門得到廣泛應(yīng)用。圖9－3碳孤氣刨切割示意圖電弧氣刨2023/12/2211第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

碳弧氣割過程中，壓縮空氣的主要作用是把碳極電弧高溫加熱而熔化的金屬吹掉，還可以對碳棒電極起冷卻作用，這樣可以相應(yīng)地減少碳棒的燒損。但是，壓縮空氣的流量過大時，將會使被熔化的金屬溫度降低，而不利于對所要切割的金屬進行加工。

(二)碳弧刨割條電弧刨割條的外形與普通焊條相同，是利用藥皮在電弧高溫下產(chǎn)生的噴射氣流，吹除熔化金屬、達到刨割的目的。工作時只需交、直流弧焊機，不用空氣壓縮機。操作時其電弧必須達到一定的噴射能力，才能除去熔化金屬。2023/12/2212第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

(三)電弧切割的適用范圍及優(yōu)缺點

1．用電弧切割對焊縫進行清根，比過去生產(chǎn)中常使用的風(fēng)鏟生產(chǎn)效率可提高數(shù)倍，尤其是在仰焊和立焊位置進行焊縫清根時，其優(yōu)越性更為突出。

2．改善了工人的勞動條件。過去在使用風(fēng)鏟進行開坡口和清根時，噪聲和振動大，長年使用風(fēng)鏟工作的工人，多患有耳聾性職業(yè)病，而且勞動強度也很高。

3．可以用電弧切割來加工焊縫坡口，特別適用于開U型坡口。2023/12/2213第一節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的基本原理和適用范圍

4．使用方便，操作靈活。對處于窄小空間位置的焊縫，只要輕巧的刨槍能伸進去的地方，就可以進行切割作業(yè)。

5．可以用電弧切割清除不合格焊縫中的缺陷，然后進行修復(fù)。也可以用電弧切割清理鑄件的毛邊、飛刺、澆鑄冒口及鑄件中的缺陷。

6．可以用電弧切割的方法加工多種不能用氣割加工的金屬，如鑄鐵、不銹鋼、銅、鋁等。

7．設(shè)備、工具簡單，操作使用安全。只要有一臺功率大于400A直流焊機和相應(yīng)功率大于1．2MPa的空氣壓縮機，有專用的電弧切割電極及碳棒，就可以工作。2023/12/2214第二節(jié)焊條電弧焊、電弧切割的安全特點

一、焊條電弧焊的安全特點

1．焊條電弧焊焊接設(shè)備的空載電壓一般為50～90V。而人體所能承受的安全電壓為30～45V，由此可見手工電弧焊焊接設(shè)備的空載電壓高于人體所能承受的安全電壓，所以當操作人員在更換焊條時，有可能發(fā)生觸電事故。尤其在容器和管道內(nèi)操作，四周都是金屬導(dǎo)體，觸電危險性更大。因此焊條電弧焊操作者在操作時應(yīng)戴手套，穿絕緣鞋。2023/12/2215第二節(jié)焊條電弧焊、電弧切割的安全特點2．焊接電弧弧柱中心的溫度高達6000～8000℃。焊條電弧焊時，焊條、焊件和藥皮在電弧高溫作用下，發(fā)生蒸發(fā)、凝結(jié)和氣體，產(chǎn)生大量煙塵。同時，電弧周圍的空氣在弧光強烈輻射作用下，還會產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等有毒氣體，在通風(fēng)不良的情況下，長期接觸會引起危害焊工健康的多種疾病。因此焊接環(huán)境應(yīng)通風(fēng)良好。2023/12/2216第二節(jié)焊條電弧焊、電弧切割的安全特點3．焊接時人體直接受到弧光輻射(主要是紫外線和紅外線的過度照射)時，會引起操作者眼睛和皮膚的疾病。因此操作者在操作時應(yīng)戴防護面具和穿工作服。

4．焊條電弧焊操作過程中，由于電焊機線路故障或者飛濺物引燃可燃易爆物品以及燃料容器管道補焊時防爆措施不當?shù)龋紩鸨ê突馂?zāi)事故。2023/12/2217第二節(jié)焊條電弧焊、電弧切割的安全特點

二、電弧切割的安全特點電弧切割時，除應(yīng)知道焊條電弧焊的安全特點外，還應(yīng)注意以下幾點：

1．電弧切割過程中，由于有壓縮空氣的存在，露天操作時，應(yīng)注意順風(fēng)方向進行操作，以防吹散的熔渣燒壞工作服和灼傷皮膚，并要注意周圍場地的防火。

2．在容器或艙室內(nèi)部操作時，內(nèi)部空間尺寸不能過于窄小，并要加強抽風(fēng)及排除煙塵措施。

3．切割時應(yīng)盡量使用帶銅皮的專用碳棒。2023/12/2218第二節(jié)焊條電弧焊、電弧切割的安全特點

4．電弧切割時使用電流較大，連續(xù)工作時間較長，要注意防止焊機超載，以免燒毀焊機。為克服電弧切割的粉塵大、有氣味的缺點，還可采用水碳弧氣刨的方法；它的原理與一般碳弧氣刨相同，只是在壓縮空氣中含有大量水霧，利用噴霧來降低碳弧氣刨的粉塵污染。水碳弧氣刨可使環(huán)境粉塵降低40％～60％左右。2023/12/2219第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

一、焊條的選擇方法

(一)焊條的組成及作用焊條就是涂有藥皮的供焊條電弧焊使用的熔化電極。它是由藥皮和焊芯兩部分組成。壓涂在焊芯表面上的涂層即藥皮，焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯，如圖9－4所示。焊條作為傳導(dǎo)焊接電流的電極和焊縫的填充金屬，其性能和質(zhì)量直接影響的焊接質(zhì)量。圖9－4焊條組成示意圖1－焊芯2－藥皮3－夾持端4－引弧端焊條2023/12/2220第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

焊條一端未涂藥皮的焊芯(長度約占焊條總長1／16)，是焊條的夾持端，供焊鉗夾持并有利于導(dǎo)電。在焊條的另一端藥皮有45°左右的倒角，將焊芯金屬露出，便于引弧。

1．焊芯

(1)焊芯成分及作用焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯。焊接時，焊芯有兩個作用：一是傳導(dǎo)焊接電流，產(chǎn)生電弧把電能轉(zhuǎn)換成熱能，二是焊芯本身熔化作為填充金屬與液體母材金屬熔合形成焊縫。一般碳鋼和低合金鋼焊條是選用低碳鋼焊芯，焊芯由碳素焊條鋼盤條加工而成。常用的低碳鋼焊芯有H08A和H08E兩個牌號。2023/12/2221第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法(2)焊芯的規(guī)格通常所說的焊條直徑均是指焊芯的直徑，常用的焊條直徑為φ1．6mm、φ2．5mm、φ3．2mm、φ4mm、φ5mm及φ6mm等。焊條的長度“L”是指焊芯的長度，一般為250～450mm。

(3)焊芯中各合金元素對焊接的影響焊條焊接時，焊芯金屬占整個焊縫金屬的很大一部分。所以焊芯的化學(xué)成分，直接影響焊縫的質(zhì)量。焊芯中各合金元素對焊接的影響見表9－1。

(4)焊芯的分類按照國家標準規(guī)定用于焊接的專用鋼絲可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼三類。2023/12/2222表9－1焊芯中合金元素對焊接的影響合金元素

碳(C)錳(Mn)硅(si)鉻(cr)鎳(Ni)硫(s)磷(P)合金元素對焊接的影響碳是鋼中的主要合金元素，當含碳量增加時，鋼的強度、硬度明顯提高，而塑性降低。碳是一種良好的脫氧劑，在電弧高溫作用下與氧發(fā)生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳氣體，將電弧區(qū)和熔池周圍空氣排除，防止空氣中的氧、氮有害氣體對熔池產(chǎn)生的不良影響，減少焊縫金屬中氧和氮的含量。若含碳量過高，還原作用劇烈，會引起較大的飛濺和氣孔?？紤]到碳對鋼的淬硬性及其對裂紋敏感性增加的影響，低碳鋼焊芯的含碳量一般≤O．1％。錳是一種較好的合金劑，能提高焊縫金屬的力學(xué)性能．錳還是良好的脫氧劑，能減少焊縫中氧的含量．又能與硫化合形成硫化錳起脫硫作用，減少焊縫熱裂紋傾向。因此一般碳素結(jié)構(gòu)鋼焊芯的含錳量為O．30％～O．55％，焊接某些特殊用途的鋼絲，其含錳量高達l_70％一2.10％。硅也是一種較好的合金劑，適量的硅能提高鋼的屈服強度、彈性及抗酸性能。硅也是較好的脫氧劑，與氧形成二氧化硅。但它會提高渣的粘度，促進非金屬夾雜物生成。若含量過高，則降低塑性和韌性，還會增加焊接熔化金屬的飛濺。因此，焊芯中的含硅一般限制在0.03％以下。鉻是一種重要的臺金劑，能夠提高鋼的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。對于低碳鋼來說，鉻便是一種雜質(zhì)。主要是易于急劇氧化，形成難熔的氧化物三氧化二鉻，不僅使焊縫產(chǎn)生夾雜，還使熔渣粘度提高，流動性降低．因此，焊芯中的含鉻一般限制在n20％以下。鎳對低碳來說是一種雜質(zhì)，因此，焊芯中的含鎳量要求小于O．30％。鎳對鋼的韌性有比較顯著的效果。一般低溫沖擊值要求較高時，適當摻入一些鎳。硫是一種有害雜質(zhì)，能使焊縫金屬機械性能降低．隨著硫含量的增加，將增大焊縫的熱裂紋傾向，因此。焊芯中硫的含量不得大于O．04％。在焊接重要結(jié)構(gòu)時，硫含量不得大于O．03％。磷是一種有害雜質(zhì)，能使焊縫金屬機械性能降低，磷的主要危害是使焊縫產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象，造成焊縫金屬的韌性、特別是低溫沖擊韌性下降，因此焊芯中磷含量不得大于O．04％。在焊接重要結(jié)構(gòu)時，磷含量不得大于O．03％。2023/12/2223第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

2．焊條藥皮焊條藥皮是指壓涂在焊芯表面的涂層。焊條的藥皮在焊接過程中起著極為重要的作用，藥皮分解、熔化后形成氣體和熔渣，起到機械保護、冶金處理和改善工藝性能的作用。

(1)焊條藥皮的作用·①機械保護作用氣保護。在焊接時，焊條藥皮熔化后產(chǎn)生大量的氣體籠罩著電弧區(qū)和熔池，基本上把熔化金屬與空氣隔絕開來。這些氣體中絕大部分是還原性氣體(CO、H2等)，能在電弧區(qū)、熔池周圍形成一個很好的保護層，防止空氣中的氧、氮侵入，起到了保護熔化金屬的作用。2023/12/2224第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

渣保護。焊接過程中藥皮被電弧高溫熔化后形成熔渣覆蓋著熔滴和熔池金屬，這樣不僅隔絕空氣中的氧、氮，保護焊縫金屬，而且還能減緩焊縫的冷卻速度，促進焊縫金屬中氣體的排出，減少生成氣孔的可能性，并能改善焊縫的成形和結(jié)晶，起到渣保護作用。藥皮中某些物質(zhì)受電弧高溫作用而分解放出氧，使液態(tài)金屬中的合金元素?zé)龘p，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量降低。2023/12/2225

因此在藥皮中要加入一些還原劑，使氧化物還原，以保證焊縫質(zhì)量。此外藥皮中根據(jù)焊條性能的不同還加入一些去氫、去硫物質(zhì)以提高焊縫金屬的抗裂性。由于電弧的高溫作用，焊縫金屬中所含的某些合金元素被燒損(氧化或氮化)，這樣會使焊縫的機械性能降低。通過在焊條藥皮中加入鐵合金或純合金元素，使之隨著藥皮的熔化而過渡到焊縫金屬中去，以彌補合金元素?zé)龘p和提高焊縫金屬的機械性能。第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法2023/12/2226第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

②改善焊接工藝性能。使電弧穩(wěn)定燃燒、飛濺少、焊縫成形好、易脫渣和熔敷效率高等。在焊接過程中，要保證電弧能正常、穩(wěn)定地燃燒，除陰極發(fā)射電子外，還必須使電弧空間的氣體易電離，氣體越易電離，氣體導(dǎo)電性越好，電弧燃燒越穩(wěn)定。為此，在藥皮中加入低電離電位的物質(zhì)，來提高電弧燃燒的穩(wěn)定性。

焊條藥皮的熔點稍低于焊芯的熔點(約低100～250℃)，但因焊芯處于電弧的中心區(qū)，溫度較高，所以，還是焊芯先熔化，藥皮稍晚一點熔化。這樣，在焊條端頭形成不長的一小段藥皮套管。套管使電弧熱量更集中，能起穩(wěn)定電弧燃燒作用，有利于熔滴向熔池過渡，提高了熔敷效率。

總之，藥皮的作用是保證焊縫金屬獲得具有合乎要求的化學(xué)成分和機械性能，并使焊條具有良好的焊接工藝性能。2023/12/2227第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(2)焊條藥皮的組成焊條藥皮是由各種礦物類、鐵合金、有機物和化工產(chǎn)品(水玻璃類)等原料組成。焊條藥皮的組成成分相當復(fù)雜，一種焊條藥皮的配方中，組成物有七八種之多：焊條藥皮組成物按其作用可分為：①穩(wěn)弧劑。為使焊條引弧容易，并保持電弧燃燒穩(wěn)定，加人一些含有低電離電位元素的物質(zhì)。②造氣劑。主要作用是形成保護氣體，以隔絕空氣。③造渣劑。主要作用是在熔化后形成具有一定物理化學(xué)性能的熔渣，覆蓋在熔池和焊縫金屬表面，起機械保護和冶金處理作用。2023/12/2228第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

④脫氧劑。主要作用是使焊縫金屬脫氧，以提高其力學(xué)性能。

⑤合金劑。用來過渡有益的合金元素或補償在焊接過程中合金元素的燒損，以保證焊縫獲得必要的化學(xué)成分、力學(xué)性能及某些特殊性能，如耐蝕、耐磨等。

⑥稀釋劑。主要作用是降低焊接熔渣的黏度，增加熔渣的流動性。

⑦粘結(jié)劑。用以將涂料牢固地粘結(jié)在焊芯周圍，常用的粘結(jié)劑是水玻璃。

⑧成形劑。指使藥皮具有一定的塑性、彈性和流動性的物質(zhì)，其作用是便于擠壓并使藥皮表面光滑而不開裂。2023/12/2229第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(3)焊條藥皮的類型根據(jù)藥皮材料中主要成分不同，焊條藥皮的類型可分為：鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、高鈦鈉型和高鈦鉀型、低氫型、石墨型、鹽基型等。常用藥皮類型的主要成分、性能特點、適用范圍見表9－2。

表9－2常用藥皮類型的主要成分、性能特點、適用范圍藥皮類型藥皮主要成分

性能特點

適用范圍鈦鈣型30％以上的氧化鈦和20％以下的鈣或鎂的碳酸鹽礦熔渣的流動性好，脫渣容易，電弧穩(wěn)定，熔深適中，飛濺少，焊波整齊，成形美觀。焊接電流為交流或直流正、反接，適用于全位置焊接。用于焊接較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)及強度等級較低的合金鋼結(jié)構(gòu)。常用焊條為E4303、E5003。鈦鐵礦型30％以上的鈦鐵礦熔渣的流動性好，電弧偏吹力較大，熔深較深，熔渣覆蓋性好，焊波整齊。焊接電流為交流或直流正、反接，適于全位置焊接。用于焊接較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)及強度等級較低的合金鋼結(jié)構(gòu)。常用焊條為E4303、E500l。2023/12/2230第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法藥皮類型藥皮主要成分

性能特點

適用范圍氧化鐵型大量氧化鐵和較多錳鐵焊條熔化速度快，電弧燃燒穩(wěn)定，再引弧容易，熔深較大，脫渣性好，焊縫金屬抗裂性好。但飛濺稍大，不宜焊薄板，只適宜平焊和平角焊，焊接電流為交流或直流。用于焊接較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)及強度等級較低的合金鋼結(jié)構(gòu)。常用焊條為E4320、E4322。纖維素型大量的有機物及較多的錳鐵焊接時有機物分解產(chǎn)生大量氣體，電弧穿透力較強，熔深大，電弧穩(wěn)定，脫渣容易。適用于全位置焊，焊接電流可交、直流兩用。主要焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)，也可打底焊及立向下焊。常用焊條為FA310、ES010。高鈦鈉型和高鈦鉀型35％以上的氧化鈦及少量纖維素、錳鐵、硅酸鹽電弧穩(wěn)定，再引弧容易，脫渣容易，焊波整齊，成形美觀。適用于全位置焊接，焊接電流為交流或直流正接。用于焊接一般的碳鋼結(jié)構(gòu)，特別適合薄板結(jié)構(gòu)焊接，也可用于蓋面焊，常用焊條為E4312。2023/12/2231第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法藥皮類型低氫型藥皮主要成分碳酸鹽礦和螢石性能特點焊接工藝性一般，熔渣流動性好，焊波較粗，熔深中等，脫渣性較好，可全位置焊接。焊接電流為直流反接。焊接時要求焊條干燥，并常用短弧。該焊條的熔敷金屬具有良好的抗裂性能和力學(xué)性能。

適用范圍用于焊接較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)和低合金鋼結(jié)構(gòu)。常用焊條為E4316、E5016。石墨型多量石墨焊接工藝性較差，飛濺較多，煙霧較大，熔渣極少，引弧容易，焊條藥皮強度低，易紅尾。適用于水平位置焊接，以小電流為宜，可交、直流兩用。用于鑄鐵或堆焊。常用焊條為EZC、EZCQ鹽基型氯化物和氟化物熔點低，熔化速度快，焊接工藝性較差，焊接時電弧要短。藥皮吸濕性強．焊前需按要求烘干，電流為直流。用于焊接鋁及鋁合金。常用焊條為E1109。2023/12/2232

(二)焊條的分類

1．按接焊條的用途分

(1)碳鋼焊條現(xiàn)行國家標準為GB／T5117－1995《碳鋼焊條》。

(2)低合金鋼焊條現(xiàn)行國家標準為GB／T5118－1995《低合金鋼焊條》。

(3)鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條這類焊條在國家標準中多數(shù)屬于低合金鋼焊條，小部分屬于不銹鋼焊條。

(4)低溫鋼焊條這類焊條大部分屬于低合金鋼焊條。

(5)不銹鋼焊條現(xiàn)行國家標準為GB／T983－1995《不銹鋼焊條》。其中又可分為鉻不銹鋼焊條和鎳不銹鋼焊條。2023/12/2233第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(6)堆焊焊條現(xiàn)行國家標準為GB／T984－2001《堆焊焊條》。

(7)鑄鐵焊條對應(yīng)國家標準為GB／T10044－2006《鑄鐵焊條及焊絲》。

(8)鎳及鎳合金焊條現(xiàn)行國家標準為GB／T13814－2008《鎳及鎳合金焊條》。

(9)銅及銅合金焊條現(xiàn)行國家標準為GB／T3670－1995《銅及銅合金焊條》。

(10)鋁及鋁合金焊條現(xiàn)行國家標準為GB／T3669－2001《鋁及鋁合金焊條》。

(11)特殊用途焊條這類焊條主要用于特殊環(huán)境或特殊材料的焊接．如水下、鐵錳鋁合金焊接及堆焊高硫滑動摩擦面等。2023/12/2234第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

2．按熔渣堿度分類

(1)酸性焊條如果藥皮熔化后形成的熔渣中酸性氧化物比堿性氧化物多，這類焊條就被稱為酸性焊條。這類焊條的電弧燃燒穩(wěn)定，可交直流兩用；熔渣流動性好，飛濺小，焊縫成形美觀，脫渣容易。

(2)堿性焊條如果藥皮熔化后形成的熔渣中堿性氧化物比酸性氧化物多，這類焊條就被稱為堿性焊條。用這類焊條施焊，焊縫金屬的力學(xué)性能和抗裂性能都高于酸性焊條；但電弧穩(wěn)定性差，對鐵銹、水分比較敏感．焊接過程中煙塵較大，表面成形較差。2023/12/2235第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(三)焊條的選用焊條的種類很多，各有其應(yīng)用范圍，使用是否恰當對焊接質(zhì)量，勞動生產(chǎn)率及產(chǎn)品成本都有很大影響。通常應(yīng)根據(jù)組成焊接結(jié)構(gòu)鋼材的化學(xué)成分、機械性能、焊接性、工作環(huán)境(有無腐蝕介質(zhì)，高溫或是低溫)等要求，以及焊接結(jié)構(gòu)的形狀(剛性大小)、受力情況和焊接設(shè)備(是否有直流電焊機)等方面進行綜合考慮，以決定選用哪種焊條。2023/12/2236第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

在選用焊條時應(yīng)注意下列原則：

l.考慮焊件對焊條酸堿性的要求酸性焊條和堿性焊條由于藥皮的組成物不同，焊條的工藝性能以及形成焊縫金屬性能也不同，因此他們的應(yīng)用場合有很大區(qū)別。酸性焊條工藝性好，適應(yīng)性強；堿性焊條形成的焊縫的塑性、韌性和抗裂性強，在焊接較重要結(jié)構(gòu)時，一般采用堿性焊條。在選擇時一般考慮以下幾方面因素：

(1)當接頭坡口表面難以清理干凈時，應(yīng)采用氧化性強，對鐵銹、油污不敏感的酸性焊條。

(2)在容器內(nèi)或通風(fēng)較差的條件下，應(yīng)選用焊接時析出有害氣體少的酸性焊條。2023/12/2237第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法(3)在母材中碳、硫、磷等元素含量較高，且焊件形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)剛度和厚度大時，應(yīng)選用抗裂性好的堿性低氫型焊條。

(4)當焊件承受振動載荷或沖擊載荷時，除保證抗拉強度外，應(yīng)選用塑性和韌性較好的堿性焊條。

(5)在酸性焊條和堿性焊條均能滿足性能要求的前提下，應(yīng)盡量選用工藝性能好的酸性焊條。

(6)對于同一強度等級的酸性焊條和堿性焊條，應(yīng)根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)形狀和鋼材厚度加以選用，形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)剛度大及大厚度的焊件，由于焊接過程中產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，因此必須采用抗裂性能好的低氫型焊條。2023/12/2238第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

2．考慮焊件的力學(xué)性能和化學(xué)成分的要求根據(jù)焊件的力學(xué)性能和化學(xué)成分選擇焊條，即遵循“等強”“近性”原則

(1)低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼可按其強度等級來選用相應(yīng)強度的焊條，如在焊接結(jié)構(gòu)剛性大，受力情況復(fù)雜時，應(yīng)選用比鋼材強度低一級的焊條。這樣，焊后可保證焊縫既有一定的強度，又能得到滿意的塑性以避免因結(jié)構(gòu)剛性過大而使焊縫撕裂。但遇到焊后要進行回火處理的焊件，則應(yīng)防止焊縫強度過低和焊縫中應(yīng)有的合金元素含量達不到要求。

(2)低溫鋼焊接時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求，選用低溫沖擊韌度等于或高于母材的焊條，同時，強度不應(yīng)低于母材。

(3)異種鋼的焊接如低碳鋼與低合金鋼、不同強度等級的低合金鋼焊接，一般選用與較低強度等級鋼材相匹配的焊條。

(4)有色金屬的焊接，應(yīng)選用化學(xué)成分相近的焊條。2023/12/2239第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

3．考慮焊件的工作條件及使用性能的要求對于工作環(huán)境有特定要求的焊件，應(yīng)選用滿足使用要求的焊條。

(1)在低溫條件下工作的焊件，應(yīng)選用低溫鋼焊條。

(2)在高溫條件下工作的焊件，應(yīng)選用耐熱鋼焊條。

(3)接觸腐蝕介質(zhì)的焊件，應(yīng)選用不銹鋼焊條。

(4)進行水下焊接時，應(yīng)選用水下焊條等。

(5)承受動載荷或沖擊載荷的焊件，應(yīng)選用強度足夠、塑性和韌性較好的低氫型焊條。2023/12/2240第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

4．考慮勞動條件、提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求

(1)薄板焊接或點焊宜采用“E4313”，焊件不易燒穿且易引弧。

(2)在滿足焊件使用性能和焊條操作性能的前提下，應(yīng)選用規(guī)格大、效率高的焊條。

(3)在使用性能基本相同時應(yīng)盡量選擇價格較低的焊條，降低焊接生產(chǎn)的成本。焊條除根據(jù)上述原則選用外，有時為了保證焊件的質(zhì)量還需通過試驗來最后確定。又為了保障焊工的身體健康，在允許的情況下應(yīng)盡量多采用酸性焊條。2023/12/2241第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

二、焊接參數(shù)的選擇方法焊條電弧焊的焊接參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。

(一)焊條直徑的選擇焊條直徑是根據(jù)焊件厚度、焊接位置、接頭形式及焊接層數(shù)等進行選擇的。在不影響焊接質(zhì)量的前提下，為了提高勞動生產(chǎn)率，一般傾向于選擇較大直徑的焊條。厚度較大的焊件，應(yīng)選用較大直徑的焊條。焊接位置不同時，選擇焊條直徑也不同：2023/12/2242第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

平焊時，所用焊條的直徑可大些，可達φ4～φ6mm；立焊和仰焊時選用φ3．2～φ4mm；橫焊一般選用φ3．2～φ5mm。開坡口多層焊時，為了防止產(chǎn)生未焊透的缺陷，第一層焊縫宜采用直徑φ3．2mm的焊條。在一般情況下，可根據(jù)焊件厚度選擇焊條直徑，如表9－3所示。表9－3焊條直徑與焊件厚度的關(guān)系焊件厚度(mm)234～68～12≥13焊條直徑(mm)1.5～22～3.23.2～44～5≥52023/12/2243第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(二)焊接電流的選擇焊接電流的大小，對焊接質(zhì)量及生產(chǎn)率有較大影響。焊接電流越大熔深越大，焊條熔化越快，生產(chǎn)率越高；電流過大，則容易產(chǎn)生咬邊和燒穿等缺陷，同時飛濺增加；電流過小，電弧不穩(wěn)定，易造成夾渣、未焊透和未熔合等缺陷，而且生產(chǎn)率低，因此，焊條電弧焊焊接時，焊接電流要適當。焊接電流的大小，主要根據(jù)焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊縫空間位置及焊接層次等因素來決定，其中，最主要的因素是焊條直徑和焊縫空間位置。2023/12/2244第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

1．根據(jù)焊條直徑選擇焊接電流焊條直徑越大，需要的焊接電流也越大，焊條直徑與焊接電流的關(guān)系見表9－4。平焊時焊接電流的大小可以用下面的經(jīng)驗公式來計算：

I=(30～50)d(A)

式中I－焊接電流(A)d－焊條直徑(mm)表9－4焊條直徑與焊接電流的關(guān)系焊條直徑(mm)22.53.2456焊接電流(A)40～6550～8080～130140～200200～270260～3002023/12/2245第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

另外，焊縫的空間位置不同，焊接電流的大小也不同。一般，立焊時電流應(yīng)比平焊時小15％～20％；橫焊、仰焊比平焊電流小10％～15％。焊接厚度大，往往取電流的上限值。含合金元素較多的合金鋼焊條，一般電阻較大，熱膨脹系數(shù)大，焊接過程中電流大，焊條易發(fā)紅，造成藥皮過早脫落，影響焊接質(zhì)量，而且合金元素?zé)龘p多，因此焊接電流相應(yīng)減小。2023/12/2246第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(三)電弧電壓的選擇電弧電壓是由電弧長度來決定。電弧長，則電弧電壓高；電弧短，則電弧電壓低。在焊接過程中，電弧過長，會使電弧燃燒不穩(wěn)定，飛濺增加，熔深減小，而且外部空氣易侵入，造成氣孔等缺陷。因此，要求電弧長度小于或等于焊條直徑，即短弧焊。在使用酸性焊條焊接時，為了預(yù)熱待焊部位或降低熔池溫度，有時將電弧稍微拉長進行焊接，即所謂的長弧焊。2023/12/2247第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(四)焊接層數(shù)的選擇在中、厚板焊條電弧焊時，往往采用多層焊。層數(shù)多些，對提高焊縫的塑性、韌性有利，尤其是冷彎角。但要防止接頭過熱和擴大熱影響區(qū)的有害影響。另外，層數(shù)增加，往往使焊件變形增加。因此，要綜合考慮加以確定。2023/12/2248第三節(jié)焊條和焊接參數(shù)的選用方法

(五)電源種類和極性的選擇直流電源，電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊接質(zhì)量好，一般用在重要的焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)的焊接上。其它情況下，應(yīng)首先考慮用交流焊機，因為交流焊機構(gòu)造簡單，造價低，使用維護也較直流焊機方便。極性的選擇，則是根據(jù)焊條的性質(zhì)和焊接特點的不同，利用電弧中陽極溫度比陰極溫度高的特點，選用不同的極性來焊接各種不同的焊件。一般情況下，使用堿性焊條或薄板的焊接，采用直流反接；而酸性焊條，通常選用正接。2023/12/2249第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

一、對焊條電弧焊設(shè)備的基本要求弧焊設(shè)備(弧焊電源或弧焊機)是向焊接電弧提供電能的一種專有電源裝置。弧焊設(shè)備要求具有一定的空載電壓、短路電流；一定的外特性、動特性和調(diào)節(jié)特性。

1．弧焊設(shè)備的空載電壓當電弧設(shè)備接通電網(wǎng)而輸出端沒有負載時，焊接電流為零，此時輸出端電壓為空載電壓?？蛰d電壓的確定應(yīng)遵循以下幾個原則：2023/12/2250第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理(1)保證引弧容易，需要較高的空載電壓。

(2)保證電弧的穩(wěn)定燃燒，空載電壓一般為電弧電壓的1．8～2．25倍。

(3)考慮經(jīng)濟性，空載電壓不應(yīng)太高。

(4)為保證焊工人身安全，空載電壓應(yīng)較低為好。根據(jù)GB／T118～1995規(guī)定：弧焊變壓器的最大空載電壓為80V，弧焊整流器的最大空載電壓為90V。2023/12/2251第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2．弧焊設(shè)備的短路電流引弧時，即當電極與焊件短路時，弧焊設(shè)備輸出的電流為短路電流。在引弧和熔滴過渡時，經(jīng)常發(fā)生短路，短路電流一般應(yīng)稍大于焊接電流，這樣有利于引弧。但短路電流過大，會引起焊接飛濺，易造成設(shè)備過載；短路電流過小時，易粘焊條，不易引弧。2023/12/2252第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3．弧焊設(shè)備的外特性圖9－5焊機外特性曲線1－陡降外特性曲線2一緩降外特性曲線

3－上升特性曲線

在規(guī)定范圍內(nèi)，焊機穩(wěn)態(tài)輸出電流和輸出電壓的關(guān)系稱為焊機的外特性。如圖9－5所示，弧焊設(shè)備外特性有三種形式：即下降特性(陡降、緩降)、平特性和上升特性。2023/12/2253第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

由于熔滴過渡和熱慣性以及操作等原因，焊接時電弧長度總是在不斷的變化，因而電弧電壓和焊接電流也在不斷地變化。為保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定，總希望焊接過程中焊接電流變動越小越好。從圖9－6可以看出，具有陡降外特性的焊機和緩降外特性的焊機，當焊接電流發(fā)生相應(yīng)的變化值△I時，陡降外特性曲線引起的電壓變化值△U2大于緩降外特性曲線引起的電壓變化值△1。圖9－6兩種不同下降程度的外特性曲線1－緩降外特性曲線2－陡降外察性曲線2023/12/2254第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

換句話說，對于相同的弧長變化，陡降外特性焊機所引起的焊接電流變化要比緩降外特性焊機所引起的焊接電流變化小得多。焊條電弧焊過程中，弧長變化是經(jīng)常發(fā)生的，為了保證焊接電流穩(wěn)定，顯然要求焊機具有陡降的外特性。

4．弧焊設(shè)備的動特性

弧焊設(shè)備的動特性是指弧焊設(shè)備對焊接電弧的動態(tài)負載所輸出的電流、電壓與時間的關(guān)系，它表示弧焊設(shè)備對動態(tài)負載瞬間變化的反應(yīng)能力。動特性合適時，引弧容易、電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊縫成形良好。2023/12/2255第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

5．弧焊設(shè)備的調(diào)節(jié)特性焊條電弧焊時，根據(jù)母材的成分、厚度、幾何形狀的不同，應(yīng)選用不同的焊接電流和電壓。因此要求弧焊設(shè)備能在較大范圍內(nèi)靈活、穩(wěn)定地選擇合適的焊接電流值，這被稱為弧焊設(shè)備的調(diào)節(jié)特性。

6．弧焊設(shè)備的負載持續(xù)率焊接設(shè)備銘牌中都標有負載持續(xù)率。負載持續(xù)率是用來表示焊接設(shè)備工作狀態(tài)的參數(shù)，它是在選定的工作時間周期內(nèi)允許焊接設(shè)備連續(xù)負載的時間。2023/12/2256第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

眾所周知，焊接設(shè)備工作時會發(fā)熱，溫升過高會把焊接設(shè)備的線包絕緣燒毀(一般焊接設(shè)備的溫度不得超過60～80℃。溫升與焊接電流大小有關(guān)，同時也與焊機使用狀態(tài)有關(guān)，連續(xù)運轉(zhuǎn)與斷續(xù)使用時溫升情況不一樣。負載持續(xù)率計算方法如下：負載持續(xù)率=在選定的工作時間內(nèi)負載的時間／選定的工作時間周期×100％。標準規(guī)定：500A以下的焊接設(shè)備選定的工作時間周期為5分鐘。計算時，每個5分鐘內(nèi)測出電弧燃燒時間，代入式中即得出焊機負載持續(xù)率。2023/12/2257第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

二、焊條電弧焊設(shè)備及工作原理焊條電弧焊所用焊機按電源的種類可分為交流弧焊機和直流弧焊機兩大類。

(一)交流弧焊機交流弧焊機主要分為三大類：動鐵式交流弧焊機(BX1系列)、動圈式交流弧焊機(BX3系列)、同體式交流弧焊機(BX2系列)。電焊機型號2023/12/2258第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

圖9－7BX1－330交流弧焊機1－初級繞組2、3－次級繞組4－動鐵5－靜鐵芯6－接線板7－搖把1．BX1－330交流弧焊機

BX1－330交流弧焊機的結(jié)構(gòu)如圖9－7所示。2023/12/2259第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理BX1－330交流弧焊機設(shè)計空載電壓為60～70V。工作電壓為30V，電流調(diào)節(jié)范圍為50～450A。鐵芯兩側(cè)由靜鐵芯5和中間的動鐵芯4組成，變壓器的次級繞組分成兩部分，一部分緊繞在初級繞組l的外部，另一部分繞在鐵芯的另一側(cè)。前一部分起建立電壓的作用，后一部分相當于電感線圈。焊接時，電感線圈的感抗電壓降使電焊機獲得較低的工作電壓，這是電焊機具有陡降外特性的原因。引弧時，電焊機能供給較高的電壓和較小的電流，當電弧穩(wěn)定燃燒時，電流增大，而電壓急劇降低；當焊條與工件短路時，也限制了短路電流。2023/12/2260第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

焊接電流調(diào)節(jié)分為粗調(diào)、細調(diào)兩檔。電流細調(diào)靠移動鐵芯4改變變壓器的漏磁來實現(xiàn)。向外移動鐵芯，磁阻增大，漏磁減小，則電流增大，反之，則電流減少。電流的粗調(diào)靠改變次級繞組的匝數(shù)來實現(xiàn)。該電弧焊機的工作條件為應(yīng)在海拔不超過1000m，周圍空氣溫度不超過+40℃、空氣相對濕度不超過85％等條件下使用，不應(yīng)在有害工業(yè)氣體、水蒸汽、易燃、多灰塵的場合下工作。2023/12/2261第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2．BX2－500型(同體式)交流弧焊機

BX2－500交流弧焊機的結(jié)構(gòu)如圖9－8所示。圖9－8BX2－500型(同體式)焊機結(jié)構(gòu)示意圖1－固定鐵心2－初級繞組3－次級繞組4－電抗線圈5－活動鐵心

電抗器與變壓器公用一個磁軛，電抗器有一活動鐵芯，其工作原理與分體式相同，調(diào)節(jié)活動鐵芯的氣隙便可調(diào)焊接電流，這類弧焊變壓器多用作大功率電源。2023/12/2262第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

3．BX3－300型(動圈式)交流弧焊機

BX3－300型(動圈式)交流弧焊機焊接電流調(diào)節(jié)分為粗調(diào)、細調(diào)兩檔。這種弧焊機變壓器調(diào)節(jié)特性如圖9－9所示。從圖中可以看出這種弧焊變壓器輸出電流與間隙之間的關(guān)系是非線性的。當增大到一定程度之后，再增加電流變化就不太明顯了，此時空載電壓高，有利于小電流時穩(wěn)弧。這種弧焊變壓器振動小，但調(diào)電流時移動距離大，鐵心尺寸高，消耗電機材料多。產(chǎn)品有BX3－120BX3－300．BX3－500A。圖9－9BX3－300型(動圈式)焊機結(jié)構(gòu)示意圖

1一初級線圈2一次級線圈圈3一鐵心2023/12/2263第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

(二)直流弧焊機直流弧焊機分為整流式弧焊機和旋轉(zhuǎn)式直流弧焊機其主要類別有ZX5系列可控硅直流弧焊機、ZX7系列逆變式直流弧焊機。旋轉(zhuǎn)式直流弧焊機由于噪音大、空載損耗大、制造成本高等缺陷，已于92年列為淘汰產(chǎn)品。由于整流式直流弧焊機具有噪音小、空載損耗小、效率高、成本低和制造維護簡單等優(yōu)點。因此成為目前市場主要使用產(chǎn)品，本章重點介紹ZX5－400A、ZX7－400A兩大系列焊機。

2023/12/2264第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1．ZX5－400A直流弧焊機

ZX5－400A直流弧焊機屬于直流晶閘管直流電源，也稱晶閘管弧焊整流器。利用晶閘管橋來整流，可獲得所需的外特性以及調(diào)節(jié)電壓和電流，而且完全用電子電路來實現(xiàn)控制功能，因而它是電子控制的弧焊電源的一種。硅整流弧焊機2023/12/2265第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理ZX5－400A直流晶閘管弧焊電源基本原理如圖9－10所示，三相50／60Hz網(wǎng)路電壓由降壓變壓器T降為幾十伏特的電壓，借助晶閘管橋SCR的整流和控制，經(jīng)輸出電抗器濾波和調(diào)節(jié)動特性，從而輸出所需的直流焊接電壓和電流。用電子觸發(fā)電路控制并采用閉環(huán)反饋的方式來控制外特性，從而可獲得平特性下降特性等各種形狀的外特性，以便對焊接電壓和電流進行無級調(diào)節(jié)。

圖9－10直流晶閘管弧焊電源(整流器)基本原理框圖2023/12/2266第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理圖9－10中的M為電流／電壓反饋檢測電路；G為給定電壓電路；K為運算放大電路，它把反饋電壓信號和給定電壓比較后的電壓進行放大并送到脈沖移相電路，從而實現(xiàn)對外特性的控制和工藝參數(shù)調(diào)節(jié)。除利用電抗器(電感可調(diào)和不可調(diào)兩種)調(diào)節(jié)動特性外，還可通過控制輸出波形來控制金屬熔滴過渡和減少飛濺。

圖9－10直流晶閘管弧焊電源(整流器)基本原理框圖2023/12/2267第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2．ZX7－400A直流弧焊機

ZX7－400A屬于逆變式弧焊式弧焊電源，具有輕便、節(jié)能、高效等特點，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，逆變式弧焊電源已成為現(xiàn)代焊接的主導(dǎo)產(chǎn)品。2023/12/2268第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理ZX7－400A直流弧焊機基本原理如圖9－1l所示。單相或三相50／60Hz(頻率)的交流網(wǎng)路電壓經(jīng)輸入整流器Z1，整流和電抗器濾波，借助大功率電子開關(guān)(晶閘管、晶體管或場效應(yīng)管)的交替開關(guān)的作用，又將直流變換成幾千至幾萬Hz的中頻(ID交流電)再分別經(jīng)中頻變壓器T，整流器Z2和電抗器Ldc的降壓、整流與濾波就得到所需的焊接電壓和電流。輸出電流可以是直流或交流。

圖9－11弧焊逆變器基本原理框圖2023/12/2269第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理因此，弧焊逆變器可歸納為兩種逆變系統(tǒng)；通常較多采用后一種逆變系統(tǒng)，故還可把它稱為逆變弧焊整流器。它主要是由輸入整流器(可以做成可控或不可控的整流橋)、電抗器、大功率電子開關(guān)(晶閘管組，晶體管組或場效應(yīng)管組)，申頻變壓器、輸出整流器，電抗器及電子控制電路等組成，借助于大功率電子開關(guān)和閉環(huán)反饋電路實現(xiàn)對外特性和電弧電壓，焊接電流的無級調(diào)節(jié)。

圖9－11弧焊逆變器基本原理框圖2023/12/2270第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

ZX7－400A直流弧焊機特點及應(yīng)用：①高效節(jié)能?；『改孀兤鞯男士蛇_80～90％，功率因數(shù)可達0．99，空載損耗極小，一般只有數(shù)十至一百余瓦特，節(jié)能效果顯著。②重量輕體積小。中頻變壓器的重量只為傳統(tǒng)式弧焊電源降壓變壓器的幾十分之一。整機重量為傳統(tǒng)式弧焊電源的l／5～l／10左右。③具有良好的動特性和弧焊工藝性能。④調(diào)節(jié)速度快。所有焊接工藝參數(shù)均可無級調(diào)節(jié)。⑤具有多種外特性能適應(yīng)各種弧焊方法的需要。⑥可用微機或單旋鈕控制調(diào)節(jié)。⑦設(shè)備費用較低，但對制造技術(shù)要求較高。2023/12/2271第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

(三)焊條電弧焊輔助設(shè)備和工具焊條電弧焊輔助設(shè)備和工具包括電焊鉗、焊接電纜、面罩及其它防護用具。

1．電焊鉗電焊鉗是夾持焊條并傳導(dǎo)焊接電流的操作器具。對電焊鉗的要求是：在任何斜度都能夾緊焊條；具有可靠的絕緣和良好的隔熱性能；電纜的橡膠包皮應(yīng)伸入到鉗柄內(nèi)部，使導(dǎo)體不外露，起到屏護作用；輕便、易于操作。電焊鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表9－5。焊工工具夾具及輔助用具2023/12/2272第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理表9－5電焊鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù)

額定值規(guī)格(A)負載持續(xù)率(％)工作電壓(V)工作電流(A)

適用焊條直徑(mm)耐電壓性能

(v／min)

能連接的最大電纜截面(mm2)50060405004.0～8.010009530060323002.5～5.910005010060261602.0～4.0i000352023/12/2273第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2．焊接電纜焊條電弧焊在工作中除焊接設(shè)備外，還必須有焊接電纜。焊接電纜應(yīng)采用橡皮絕緣多股軟電纜，根據(jù)焊機的容量，選取適當?shù)碾娎|截面，選取時可參考表9－6。如果焊機距焊接工作點較遠，需要較長電纜時，應(yīng)當加大電纜截面積使在焊接電纜上的電壓降不超過4V，以保證引弧容易及電弧燃燒穩(wěn)定。不允許用扁鐵搭接或其它辦法來代替連接焊接的電纜，以免因接觸不良而使回路上的壓降過大，造成引弧困難和焊接電弧的不穩(wěn)定。

表9－6焊接電纜選用表

最大焊接電流(A)200300450600焊接電纜截面積(mm2)255070952023/12/2274第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

焊機和焊接手柄與焊接電纜的接頭必須擰緊，表面應(yīng)保持清潔，以保證其良好的導(dǎo)電性能。不良的接觸會損耗電能，還會導(dǎo)致焊機過熱將接線板燒毀或使電焊鉗過熱而無法工作。2023/12/2275第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

3．面罩及其它防護用具面罩的主要作用是保護電焊工的眼睛和面部不受電弧光的輻射和灼傷，面罩分手持式和頭盔式兩種。面罩上的護目玻璃起到減弱電弧光并過濾紅外線、紫外線的作用。護目玻璃有不同色號、目前以黑綠色的為多，應(yīng)根據(jù)電焊工的年齡和視力情況盡量選擇顏色較深的護目玻璃以保護視力。護目玻璃外還加有相同尺寸的一般玻璃，以防金屬飛濺沾污護目玻璃。焊工用護目遮光鏡片的選用可根據(jù)表9－7進行。2023/12/2276第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

其它防護用品有電焊工在工作時需佩帶的專用電焊手套和護腳，以及清渣時應(yīng)戴的平光眼鏡。

表9－7護目遮光鏡片選用

遮光鏡片號

工種

焊接電流(A)≤30>30～75>75～200>200～400

電弧焊5～67～88～1011～12

碳弧氣刨10～1112～14

焊接輔助工3～42023/12/2277第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理(四)交流弧焊機與直流弧焊機的比較表9－8兩類焊機比較

項目

直流弧焊機

交流弧焊機

電弧穩(wěn)定性

高

低

極性可換性

有

無

構(gòu)造與維護

稍復(fù)雜

簡單

工作時噪聲

很少

較小

供電方式

一般為三相供電

一般為單相供電

觸電危險性

較小

較大

功率因數(shù)

較高

較低

耗能指數(shù)

小

較大

成本

較高

低

重量

較輕

輕2023/12/2278第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

交流弧焊機的主要優(yōu)點是成本低、制造維護簡單，噪聲較小；缺點是不能適應(yīng)堿性焊條，且焊接電壓、電流容易受到電網(wǎng)波動的干擾。直流弧焊機的優(yōu)點是電弧穩(wěn)定，焊條適應(yīng)性強；缺點是成本較高，制造維修較復(fù)雜，重量較重。但由于優(yōu)點明顯，直流弧焊機是大有前途的電焊機。表9－8列出了兩類焊機的性能比較。2023/12/2279第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理三、電弧切割設(shè)備圖9－12碳弧氣刨系統(tǒng)示意圖1－電源2－氣刨槍

3－碳棒4－電纜氣管

5－空氣壓縮機6－工件碳弧氣刨2023/12/2280第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

等離子弧切割設(shè)備與等離子弧切割設(shè)備大致相同。碳弧氣刨所采用的設(shè)備主要包括電源和空氣壓縮機，工具包括氣刨槍、碳棒、電纜和氣管等。如圖9－12所示為碳弧氣刨系統(tǒng)。

1．電源碳弧氣刨電源采用具有陡降外特性且動特性較好的直流焊機作為電源。由于電弧切割一般使用的電流較大，且連續(xù)工作時間較長，因此，應(yīng)選用功率較大的焊機。例如碳弧氣刨，當使用中7mm的碳棒，電流為350A時，宜選用額定電流為500A的手工直流電弧焊機作為電源，如ZXG－500。2023/12/2281第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2．空氣壓縮機空氣壓縮機是用來為碳弧氣刨提供切割用壓縮空氣的，要求空氣壓力在0．5－lMPa范圍內(nèi)。壓縮空氣也可由空壓站提供。3．氣刨槍

以碳弧氣刨為例，氣刨槍要求同時完成夾持碳棒、傳導(dǎo)電流、輸送壓縮空氣的功能。因此要求碳弧氣刨槍具有壓縮空氣吹出集中而準確、夾持牢固、導(dǎo)電良好、更換方便、外殼良好安全輕便。如圖9－13所示。2023/12/2282第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

4．碳棒碳棒即電極，用于傳導(dǎo)電流和引燃電弧。因在刨削過程中碳棒不斷被燒損，所以要求碳棒應(yīng)耐高溫、導(dǎo)電性好、不易折斷等。碳棒按形狀分圓形和扁形兩種。圓形碳棒用于刨削焊縫背面焊根；扁形碳棒用于刨寬槽、開破口、刨焊瘤或切割大量金屬等。常用的氣刨碳棒是鍍銅實心的，鍍銅的目的是為了更好地傳到電流。2023/12/2283第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理表9－9碳棒規(guī)格及適用電流斷面形狀規(guī)格(mm)適用電流(A)規(guī)格(mm)適用電流(A)φ3×355150—180φ8×355250～400φ3.5×355150～180φ9×355350～500φ4×355150～200φ10×355400～550

圓形φ5×355150～250φ12×355φ6×355180—350φ14×355φ7×355200～350φl6×355φ3×12×355200—300φ5×15×355400～500φ4×8×355φ5×18×355500～600

扁形φ4×12×355φ5×20×355500～550φ5×10×355300～400φ5×25×355550～600φ5×12×355330～450φ6×20×3552023/12/2284第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

電流對刨槽的尺寸影響很大。增大刨削電流，則刨削的槽寬、槽深也增加，還可以提高刨削速度，獲得較光滑的刨槽；減小刨削電流結(jié)果相反。因此一般采用較大的電流。碳棒的直徑可根據(jù)工件的厚度選擇。碳弧氣刨用碳棒規(guī)格及使用電流見表9－9。2023/12/2285四、焊條電弧焊的基本操作方法第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

(一)引弧引弧即產(chǎn)生電弧。焊條電弧焊是采用低電壓、大電流放電產(chǎn)生電弧，依靠電焊條瞬時接觸工件實現(xiàn)。引弧時必須將焊條末端與焊件表面接觸形成短路，然后迅速將焊條向上提起2～4mm的距離，此時電弧即引燃。引弧的方法有兩種：撞擊法和擦劃法。

引弧2023/12/2286第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1．撞擊法也稱點接觸法或稱敲擊法。撞擊法是將焊條與工件保持一定距離，然后垂直落下，使之輕輕敲擊工件，發(fā)生短路，再迅速將焊條提起，產(chǎn)生電弧的引弧方法。此種方法適用于各種位置的焊接。

2．擦劃法也稱線接觸法或稱摩擦法。擦劃法是將電焊條在坡口上滑動，成一條線，當端部接觸時，發(fā)生短路，因接觸面很小，溫度急劇上升，在未熔化前，將焊條提起，產(chǎn)生電弧的引弧方法。此種方法易于掌握，但容易沾污坡口，影響焊接質(zhì)量。2023/12/2287第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

上述兩種引弧方法應(yīng)根據(jù)具體情況靈活應(yīng)用。擦劃法引弧雖比較容易，但這種方法使用不當時，會擦傷焊件表面。為盡量減少焊件表面的損傷，應(yīng)在焊接坡口處擦劃，擦劃長度以20～25mm為宜，在狹窄的地方焊接或焊件表面不允許有劃傷時，應(yīng)采用撞擊法引弧。撞擊法引弧較難掌握，焊條的提起動作太快并且焊條提得過高，電弧易熄滅；動作太慢，會使焊條粘在工件上。當焊條一旦粘在工件上時，應(yīng)迅速將焊條左右擺動，使之與焊件分離；若仍不能分離時，應(yīng)立即松開焊鉗切斷電源，以免短路時間過長而損壞電焊機。2023/12/2288第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

3．引弧的技術(shù)要求在引弧處，由于鋼板溫度較低，焊條藥皮還沒有充分發(fā)揮作用，會使引弧點處的焊縫較高，熔深較淺，易產(chǎn)生氣孔，所以通常應(yīng)在焊縫起始點后面10mm處引弧，如圖9－14。引燃電弧后拉長電弧，并迅速將電弧移至焊縫起點進行預(yù)熱。預(yù)熱后將電弧壓短，酸性焊條的弧長約等于焊條直徑，堿性焊條的弧長應(yīng)為焊條直徑的一半左右，進行正常焊接。采用上述引弧方法即使在引弧處產(chǎn)生氣孔，也能在電弧第二次經(jīng)過時，將這部分金屬重新熔化，使氣孔消除，并且不會留引弧傷痕。為了保證焊縫起點處能夠焊透，焊條可作適當?shù)臋M向擺動，并在坡口根部兩側(cè)稍加停頓，以形成一定大小的熔池。2023/12/2289第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

引弧對焊接質(zhì)量有一定的影響，經(jīng)常因為引弧不好而造成始焊的缺陷。綜上所述，在引弧時應(yīng)做到以下幾點：

(1)工件坡口處無油污、銹斑，以免影響導(dǎo)電能力和防止熔池產(chǎn)生氧化物。

(2)在接觸時，焊條提起時間要適當。太快，氣體未電離，電弧可能熄滅；太慢，則使焊條和工件粘合在一起，無法引燃電弧。

圖9－14引弧點的選擇2023/12/2290第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理(3)焊條的端部要有裸露部分，以便引弧。若焊條端部裸露不均，則應(yīng)在使用前用銼刀加工，防止在引弧時，碰擊過猛使藥皮成塊脫落，引起電弧偏吹和引弧瞬間保護不良。

(4)引弧位置應(yīng)選擇適當，開始引弧或因焊接中斷重新引弧，一般均應(yīng)在離始焊點后面10～20mm處引弧，然后移至始焊點，待熔池熔透再繼續(xù)移動焊條，以消除可能產(chǎn)生的引弧缺陷。2023/12/2291第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

(二)運條運條圖9－15焊條的三個基本運動1－焊條送進2－焊條擺動3－沿焊縫移動

電弧引燃后，就開始正常的焊接過程。為獲得良好的焊縫成形，焊條得不斷地運動。焊條的運動稱為運條。運條是電焊工操作技術(shù)水平的具體表現(xiàn)。焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣、焊縫成形的好壞，主要由運條來決定。

運條由三個基本運動合成，分別是焊條的送進運動、焊條的橫向擺動運動和焊條的沿焊縫移動運動，詳見上圖9－15。2023/12/2292第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理表9－10焊條電弧焊常用的運條方法2023/12/2293第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2023/12/2294第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1．焊條的送進運動主要是用來維持所要求的電弧長度。由于電弧的熱量熔化了焊條端部，電弧逐漸變長，有熄弧的傾向。要保持電弧繼續(xù)燃燒，必須將焊條向熔池送進，直至整根焊條焊完為止。為保證一定的電弧長度，焊條的送進速度應(yīng)與焊條的熔化速度相等，否則會引起電弧長度的變化，影響焊縫的熔寬和熔深。

2．焊條的擺動和沿焊縫移動這兩個動作是緊密相聯(lián)的，而且變化較多、較難掌握。通過兩者的聯(lián)合動作可獲得一定寬度、高度和一定熔深的焊縫．所謂焊接速度即單位時間內(nèi)完成的焊縫長度，表示焊接速度對焊縫成形的影響。焊接速度太慢，會焊成寬而局部隆起的焊縫；太快，會焊成斷續(xù)細長的焊縫；焊接速度適中時．才能焊成表面平整，焊波細致而均勻的焊縫。2023/12/2295第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

3．運條手法為了控制熔池溫度，使焊縫具有一定的寬度和高度，在焊條電弧焊生產(chǎn)中經(jīng)常采用一些不同的運條手法，其特點及適用范圍如表9－10所示。

(三)收弧電弧中斷和焊接結(jié)束時，應(yīng)把收弧處的弧坑填滿。若收弧時立即拉斷電弧，則會形成比焊件表面低的弧坑。在弧坑處常出現(xiàn)疏松、裂紋、氣孔、夾渣等現(xiàn)象，因此焊縫完成時的收弧動作不僅是熄滅電弧，而且要填滿弧坑。收弧動作有以下幾種：2023/12/2296第四節(jié)焊條電弧焊與電弧切割設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理(1)劃圈收弧法焊條移至焊縫終點時，作圓圈運動，直到填滿弧坑再拉斷電弧。主要適用于厚板焊接的收弧。

(2)反復(fù)斷弧收弧法收弧時，焊條在弧坑處反復(fù)熄弧、引弧數(shù)次，直到填滿弧坑為止。此法一般適用于薄板和大電流焊接，但堿性焊條不宜采用，因其容易產(chǎn)生氣孔。

(3)回焊收弧法焊條移至焊縫收弧處不立即停止，并改變焊條角度回焊一小段。此法適用于堿性焊條。當換焊條或臨時停弧時，應(yīng)將電弧逐漸引向坡口的斜前方，同時慢慢抬高焊條，使得熔池逐漸縮小。當液體金屬凝固后，一般不會出現(xiàn)缺陷。2023/12/2297第五節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的操作規(guī)范和安全要求

一、焊條電弧焊的安全技術(shù)

1．焊機使用空載電壓一般為50～90V。而人體所能承受的安全電壓為30～45V，由此可見手工電弧焊焊接設(shè)備的空載電壓高于人體所能承受的安全電壓。所以當操作人員在更換焊條時，有可能發(fā)生觸電事故。尤其在容器和管道內(nèi)操作，四周都是金屬導(dǎo)體，觸電危險性更大。因此焊條電弧焊操作者在操作時應(yīng)戴手套，穿絕緣鞋。焊工安全培訓(xùn)2023/12/2298第五節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的操作規(guī)范和安全要求2．焊接電弧弧柱中心的溫度高達6000～8000℃。焊條電弧焊時，焊條、焊件和藥皮在電弧高溫作用下，發(fā)生蒸發(fā)、凝結(jié)和氧化，產(chǎn)生大量煙塵。同時，電弧周圍的空氣在弧光強烈輻射作用下，還會產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等有毒氣體，在通風(fēng)不良的情況下，長期接觸會引起危害焊工健康的多種疾病。因此焊接環(huán)境應(yīng)通風(fēng)良好。

3．焊接時人體直接受到弧光輻射(主要是紫外線和紅外線的過度照射)時，會引起操作者眼睛和皮膚的疾病。因此操作者在操作時應(yīng)戴防護面具和穿工作服。2023/12/2299第五節(jié)焊條電弧焊與電弧切割的操作規(guī)范和安全要求4．焊條電弧焊操作過程中，由于電焊機線路故障或者飛濺物引燃可燃易爆物品以及燃料容器管道補焊時防爆措施不當?shù)?，都會引起爆炸和火?zāi)事故。