第一篇：第八章 手工電弧焊焊接電源(焊工工藝學電子教案)

第八章 手工電弧焊焊接電源

電源是在電路中用來向負載供給電能的裝臵，而手工電弧焊的焊接電源，即是在焊接電路中為焊接電弧提供電能的設備。為區(qū)別于其它的電源，這類電源稱為弧焊電源。常用的手工電弧焊電源有弧焊發(fā)電機、弧焊變壓器和弧焊整流器，俗稱直流弧焊機、交流弧焊機和整流弧焊機。這些弧焊電源，除用于手工電弧焊外，還可用于埋弧自動焊等，用以焊接電弧為熱源的焊接工藝方法上。

第一節(jié)： 手工電弧焊對電源的要求

弧焊電源是為電弧提供電能的裝臵，因此它的特性和結構與一般電力電源比較，有著顯著的區(qū)別，這是弧焊工藝的特點所決定的。對弧焊電源有如下幾點具體要求：引弧容易；保證電弧穩(wěn)定燃燒；保證焊接工藝參數穩(wěn)定（主要指焊接電流和電壓）；可調節(jié)焊接工藝參數。

為了達到上述的具體要求，就必須要求弧焊電源具有一定的電氣性能。

一、對弧焊電源外特性的要求

電弧的穩(wěn)定燃燒，一般是指在電弧電壓和電流給定時，電弧放電處在長時間內連續(xù)進行的狀態(tài)。

電弧焊時，弧焊電源和焊接電弧組成了一個供電和用電系統(tǒng)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，也即電源在其它參數不變的情況下，弧焊電源的輸出電壓與輸出電流之間的關系，稱為弧焊電源的外特性。它可用如下關系式表示： Ｕ輸＝ｆI輸

弧焊電源的外特性亦稱弧焊電源的伏安特性或靜特性。在以電壓為縱軸，電流為橫軸的直角坐標系中，弧焊電源的外特性可表示為一條曲線，這條曲線稱為弧焊電源的外特性曲線。

弧焊電源的外特性曲線。隨著弧焊電源輸出電流的增大，電源的輸出電壓下降，這種類型的外特性，稱為下降外特性，它的曲線叫做下降外特性曲線。

弧焊電源的外特性，基本上有下降外特性、平特性和上升外特性等三種類型。對手工電弧焊來說，為了能保證焊接電弧在選定數值的焊接電流下穩(wěn)定燃燒而不熄滅，就必須要有下降的外特性。

在焊接回路中，由于弧焊電源的輸出電流就是焊接電流，所以可將焊接電弧的靜特性曲線與弧焊電源的外特性曲線，按同一比例繪制在一個直角坐標系上。

下降外特性曲線與電弧靜特性曲線在一個坐標系中，電源的下降特性曲線與焊接電弧的靜特性曲線有兩個交點Ａ與Ｂ。在這兩個交點上，由于它們各自對應的輸出電壓、電弧電壓及輸出電流、焊接電流都相等，即電源供給的電壓和電流與電弧燃燒所需要的電壓和電流相等，說明在這兩個交點上，電弧能燃燒。但是，是否能在這兩點上長時間地保持穩(wěn)定狀態(tài)？下面就這個問題對這兩個燃燒點進行分析。

首先，電弧在Ａ點是否能正常、穩(wěn)定地燃燒。如果在焊接電路中，由于受到外界因素的干擾，使焊接工作電流突然降低，這時電源輸出的端電壓就要小于所要求的電弧電壓Ｕ；這樣，電路就失去平衡，電流又進一步減小，直至電弧熄滅；如果焊接電流由于外界因素的干擾，突然增大，這樣，對應的電源輸出電壓大于電弧所要求的電壓，這就使焊接電流進一步增大，并且越來越大，直至Ｂ點。由此可見，在Ａ點電弧不能穩(wěn)定燃燒。

再來分析，電弧在Ｂ點是否能正常、穩(wěn)定地燃燒。如果在焊接電路中，由于受到外界因素的干擾，使焊接電流突然降低至人，此時電源供給的輸出電壓。大于該電弧所需要的電壓，這就會促使焊接電流增加，直至恢復到Ｂ點，使輸出電壓與電弧電壓又處干相等的狀態(tài)，輸出電流等于焊接電流，電弧恢復到正常燃燒的位臵。如果焊接電流受外界因素干擾突然增加到人，這時電源供給的輸出電壓就要下降，且小于電弧在該點燃燒所需要的電壓，這就使焊接電流必然要減小，直至又恢復到Ｂ點。由此可見，電源的下降外特性曲線與電弧靜特性曲線的交點凡不僅是一個電弧燃燒點，而且是電弧正常、穩(wěn)定的燃燒點。綜上所述，具有下降外特性的孤焊電源能夠保證焊接電弧穩(wěn)燒。

具有上升外特性或平特性的弧焊電源，能否保證手工電弧焊的焊接電弧穩(wěn)定燃燒？上升特性和平特性曲線與電弧靜特性曲線只有一個交點Ａ，在該點電弧燃燒情況，相當于Ａ點電弧燃燒情況。當焊接電流突然降低時，會導致電弧熄滅；當焊接電流突然增大時，電源供給的端電壓大于電弧燃燒所需的龜壓，因此必然引起焊接電流進一步增大，使電源的端電壓與電弧所需要的電壓的差值更大，電弧因此而不能穩(wěn)定燃燒。由此看來，只有下降外特性的電源，才能保證手工電弧焊焊接電弧的穩(wěn)定燃燒。

下降的外特性，雖然能保證手工電弧焊時電弧的穩(wěn)定燃燒，但下降的外特性曲線有緩降的，也有陡降的，哪一種更有利于電弧的穩(wěn)定燃燒？手弧焊時電弧長度是由手控制的，因為手的抖動或焊件表面的不平整，均使弧長發(fā)生變化弧長波動時，陡降外特性電源的電流波動小而緩降外特性電源的電流波動大。因此當電弧長度變化時，陡降外特性電源所引起的電流變化幅度小，電弧較穩(wěn)定，而緩降外特性的電源所引起的電流變化幅度大，電弧不穩(wěn)。所以手弧焊對電源的基本要求就是要具有陡降的外特性。

二、對弧焊電和空來電壓的要求

所謂空載電壓，就是在焊接引弧之前，弧焊電源輸出端所具有的端電壓。

在生產實踐中，由于焊條端面和焊件表面往往存有鐵銹和其它雜質，使接觸不良，接觸電阻很大，電弧不易引燃。因此，只有較高的空載電壓，才能將高電阻的接觸面擊穿，形成通路；同時，空載電壓高有利于電子發(fā)射，容易引弧；另外，在焊接過程中，由于熔滴過渡造成的短路，會導致焊接電弧的熄滅，而具有較高的空載電壓便能在焊接過程一旦脫離短路時，使焊接電弧盡快的復燃，保證了整個焊接過程的穩(wěn)定。

但是，空載電壓不宜過高，因為過高的空載電壓不利于焊工的安全操作。因此，空載電壓應在滿足焊接工藝要求的前提下，盡可能低一些。

目前，我國生產的弧焊發(fā)電機和弧焊整流器，空載電壓一般在９０Ｖ以下；弧焊變壓器的空載電壓一般在８０Ｖ以下。

三、對弧焊電源 特性的要求

在焊接中，根據焊接材料的性質、厚度、焊接接頭的形式、位臵及焊條直徑等不同，需要選擇不同的焊接電流。這就要求弧焊電源能在一定范圍內，對焊接電流作均勻、靈活的調節(jié)，以便有利于保證焊接接頭的質量。

對手工電弧焊來說，弧焊電源的下降外特性曲線與電弧靜特性曲線的交點中，只有一個電弧穩(wěn)定燃燒點。因此，為了獲得一定范圍所需的焊接電流，就必須要求弧焊電源具有很多條可以均勻改變的外傳性曲線簇，以便與電弧靜特性曲線相交，得到一系列的穩(wěn)定工作點，這就是弧焊電源的調節(jié)特性。最理想的弧焊電源調節(jié)特性是可改變其空載電壓。手工電弧焊的焊接電流變化范圍一般在100～400Ａ之間。

四、對弧焊電源動特性的要求

焊接電弧在焊接電路中作為一個負載，但不同于一般電路中的負載。如在照明電路中，電源所負擔的是在相對一段時間中固定不變的負載，即電燈的電阻。而在焊接電路中，焊接電弧對弧焊電源來說，是一個一直在變化著的動態(tài)負載。這是因為在焊接過程中，由于熔滴的過渡可能造成短路，使電弧長度、電弧電壓和焊接電流產生瞬間變化。弧焊電源的動特性，是指弧焊電源對焊接電弧的動態(tài)負載所輸出的電流、電壓對時間的關系，它表示弧焊電源對動態(tài)負載瞬間變化的反應能力。

手工電弧焊要求其焊接電源有較合適的動特性，這樣才能獲得預期有規(guī)則的熔滴過渡、穩(wěn)定電弧、較小的飛濺和良好的焊縫成形。對動特性的具體要求，主要有如下幾點：

１．合適的瞬時短路電流峰值

手工電弧焊時，由于引弧和熔滴過渡等均會造成焊接電路的短路現象。為了有利于引弧，加速金屬的熔化和過渡，同時，為了縮短電源處于短路狀態(tài)的時間，因此。應當適當增大瞬時短路電流。但是過高的短路電流，會導致焊條與焊件的過熱，甚至使焊件燒穿，還會引起飛濺的增加以及電源過載。所以，必須要有合適的瞬時短路電流峰值，即限制短路電流的特性，通常規(guī)定短路電流不大于工作電流的1.5倍，具有陡降外特性的電源是能滿足這一要求的。

２．合適的短路電流上升速度

短路電流的上升速度是否合適，對手工電弧焊或其它熔化極電弧焊的引弧和熔滴過渡均有一定的影響。一般要求有較快的短路電流上升速度，它也是標志弧焊電源動特性的一個主要指標。

３．達到恢復電壓最低值的時間應適當

為了保持焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，對弧焊電源來說，從短路到復燃時，要求能在較短的時間內，達到恢復電壓的最低值（＞３０ｖ）這樣才能使電弧在極短的時間內重復引燃．以保持電弧的持續(xù)、穩(wěn)定。

五、對弧焊電源結構的要求

對弧焊電源的結構，要求簡單輕巧，制造容易，消耗材料少，成本低。同時，又要求它牢固，使用方便、可靠、安全和維護容易。在結構上，還要求在特殊環(huán)境下具備相應的適應性（如在高原、水下、野外焊接等）。

六、焊機型號的編制

焊機型號的編制，是用漢字拼音大寫字母及阿拉伯數字，按一定的編排次序所組成。按原機械工業(yè)部標準ＪＢ１４７５—７４規(guī)定的編排次序如下；

上述編排次序中，１、２、３、７各項均以漢字拼音大寫字母表示；４、5、6各項均由阿拉伯數字表示。另外，型號中３、４、６項如不用時，其它各項排緊。

１．大類名稱中，弧焊發(fā)電機用“A”表示；弧焊變壓器用“B”表示；弧焊整流器用“Z”表示。

２．小類名稱中，焊接電源外特性為下降特性的，用“X”表示；平特性用“Ｐ”表示；多特性用“Ｄ”表示。

３．附加特征中，可控硅整流器用“K”表示；硅整流器用“Ｇ”表示；鋁繞組用“L”表示。

如ＡＸ－３２０即為具有下降 性的弧焊發(fā)電機，其額定焊接電流為３２０Ａ；ＡＸＩ－５００即為產品系列品種序號為１，具有下降外特性的弧焊發(fā)電機，其額定焊接電流為500Ａ。又如ＢＸ3—５００即為系列品種序號為３、具有下降外特性的弧焊變壓器，其額定焊接電流為500A。

焊機除了有規(guī)定的型號外，在其外殼均標有銘牌，學要記載著額定工作情況下的一些技術數據，以供操作者正確應用而不致?lián)p壞設備。

下面對額定值和負載持續(xù)率作一簡述。’

（１）額定值 額定值即是對焊接電源規(guī)定的使用限額，如額定電壓、額定電流和額定功率等。按額定值使用弧焊電源，應是最經濟合理、安全可靠的，既充分利用了焊機，又保證了設備的正常使用壽命。超過額定值工作稱為過載，嚴重過載將會使設備損壞。因此，對各類手工電弧焊電源，必須定出額定值，以供焊接時選用。當然，在選用時也不宜選用額定值過高，因為選用較高額定值的焊機，雖然能使焊機在使用時設備更趨安全，但由于設備未獲充分利用，在客觀上造成了浪費：

（２）負載持續(xù)率 負載持續(xù)率是指焊機負載的時間占選定工作時間的百分率。可用如下公式表示：

負載持續(xù)率＝在選定的工作時間周期內焊機的負載時間／選定工作時間周期×100%

我國對手工電弧焊機，所選定的工作時間周期為5ｍｉｎ，如果在5ｍｉｎ內負載的時間為３ｍｉｎ，那么負載持續(xù)率即為６０％。對于一臺焊機來說，隨著實際焊接（負載）時間的增多，間歇時間減少，那么負載持續(xù)率便會不斷增高，焊機就會更容易發(fā)熱、升溫，甚至燒毀。因此，焊工必須按規(guī)定的額定負載持續(xù)率使用。

第二節(jié)： 弧焊發(fā)電機及弧焊變壓器

一、弧焊發(fā)電機

弧焊發(fā)電機也稱直流弧焊機，由直流發(fā)電機和原動機兩部分組成，所以也稱弧焊發(fā)電機組。

原動機可分為電動機、柴油機或汽油機。常用的弧焊發(fā)電機組是以三相異步電動機作為原動機，帶動一臺直流弧焊發(fā)電機組成，電動機與發(fā)電機同軸同殼，組成一體式結構。圖８—６所示為ＡＸ－３２０型弧焊發(fā)電機的構造。常用的是指具有陡降外特性的弧焊發(fā)電機，根據發(fā)電機獲得陡降外特性的方法不同，弧焊發(fā)電機可分為裂極式、差復激（差復勵）式和換向極式等幾種。本節(jié)主要介紹裂極式弧焊發(fā)電機。

１．弧焊發(fā)電機的一般原理

弧焊發(fā)電機是一種特殊的直流發(fā)電機。它的發(fā)電原理與普通直流發(fā)電機不同，由于它使用在弧焊這樣一種特殊場合，因此，要對它提出陡降的外特性，具有一定范圍、均勻的調節(jié)特性和良好的動特性等特殊要求。

（１）直流發(fā)電機的電動勢 直流發(fā)電機電動勢的產生，當電樞繞組的線圈在磁極之間勻速轉動時，線圈的邊將切割磁力線，而產生感應電勢。由于運動方向與磁曲線之間的夾角成正弦規(guī)律變化，所以切割磁力線的速度也成正弦規(guī)律變化、因此導線中的感應電勢也成正弦規(guī)律變化。對于線圈的一條邊，每轉一周經過Ｎ及Ｓ極備轉換一次，產生的感應電動勢就改變一次方向。因此，電樞繞組中的感應電勢是一種正弦交變電勢。為得到直流電勢，必須對它進行整流，這就需要通過換向器來實現。圖中所示的換向器是由兩片換向片組成，經換向（整流）之后，電刷人Ｂ兩端輸出的電動勢（電壓）和電流是一種脈動很大的波形狀直流電。由于電樞繞組的線圈邊數很多，換向器的片數也很多，而且電樞的轉速又較高，所以最終能得到較為平直的直流電動勢和直流電波形。

（２）電樞反應 直流發(fā)電機在空載時，發(fā)電機中的工作磁通（主磁通沖是主磁極通過激磁繞組的激磁電流產生的，當發(fā)電機處于負載運行時，電樞繞組中便有負載電流通過，產生了由電樞電流形成的磁通，即電樞反應磁通。電樞反應磁通的分布，其大小與電樞電流成正比。

由于電樞反應磁通的存在，對發(fā)電機的工作磁通帶來較大的影響。當主磁通中與電樞反應磁通，合成以后形成工作磁通，一是使工作磁通發(fā)生歪扭，即此時由合成磁通形成的物理中性面與發(fā)電機的幾何中性面之間產生偏角；二是使工作磁通相對減弱為，這種現象稱為電樞反應。由此可知，隨著電樞電流的增加，電樞反應使工作磁通相對減弱加劇，這就是弧焊發(fā)電機能獲得下降外特性的一個基本依據。

２．裂極式弧焊發(fā)電機

裂極式弧焊發(fā)電機采用并激繞組激磁，依靠電樞反應獲得陡降外特性。現以ＡＸ－320型焊機為例說明。ＡＸ－３２０型弧焊發(fā)電機是較常用的直流弧焊機，其空載電壓為５０～８０Ｖ，工作電壓為３０Ｖ，電流調節(jié)范圍為４５～３２０Ａ。

（ｌ）焊機構造ＡＸ－３２０型弧焊發(fā)電機的構造如圖所示，由一臺 14ｋｗ的三相感應電動機和一臺裂極式直流弧焊發(fā)電機組成。電動機的轉子與發(fā)電機的電樞在同一根軸上，并臵于同一機殼內。機身下有四個滾輪便于移動。

發(fā)電機內有四個磁極，水平方向的磁極為主極；垂直方向的磁極稱為交極。主極帶有切口，這樣磁極的截面減小了，使得磁通在達到一定值后就無法再增加，即在焊機工作的時候，主極的磁通能迅速達到飽和狀態(tài)（磁飽和狀態(tài)）。磁極的排列不同于普通直流發(fā)電機，其南（ｓ）北ｍ）極不是互相交替排列，而是主極的北極Ｎｓ與交極的北極Ｎ交，以及兩個南極Ｓ交均為相鄰配臵。如此排列的兩對磁極，好像是由一對大磁極分裂而成，所以，這類弧焊發(fā)電機稱為裂極式弧焊發(fā)電機。

裂極式弧焊發(fā)電機有三組電刷，其中兩組主電刷ａ與ｂ供電弧用電，中間為一組輔助電刷ｃ。主極和交極上激磁繞組的電流（激磁電流）由電刷ａ與ｃ兩端的電壓供給．通過安裝在焊機頂部的變阻器，可以改變交極上一部分激磁繞組的激磁電流，以達到對焊機進行焊接電流細調節(jié)的目的、焊機的一端還裝有電流調節(jié)手柄，通過它帶動電刷裝臵來改變電刷的位臵，從而可進行焊接電流的粗調節(jié)。

（2）工作原理 ＡＸ3２０型弧焊發(fā)電機的工作原理：焊機的下降外特性，借電樞反應的去磁作用而獲得。

１）空載 空載時，弧焊發(fā)電機內的工作磁通有主極磁通向和交極磁通內。焊機的空載電壓，由電刷之間的電壓組成。其中電壓由主極磁通決定，次級電壓則由交極磁通決定。由于空載時電樞中沒有焊接電流通過，所以沒有電樞反應，也就不產生去磁作用，從而使焊機能保持較高的空載電壓，以便引弧和保證焊接電弧的穩(wěn)定。

２）焊接 焊接時，由于電樞中有焊接電流通過，便產生了電樞反應，用右手定則可以確定電樞繞組在磁場中各不同位臵和感應電流的流向，然后以右手螺旋定則，便可確定由電樞反應產主的電樞反應磁通的方向。

由此可見，電樞反應磁通與主極磁通的方向相同，而與交極磁通內的方向相反。由于主極鐵心開有切口，早已達到磁飽和狀態(tài)，因此電樞反應磁通盡管與主極反應磁通方向相同，也無法使主極磁通增加，而只能使交極磁通向減少，削弱了發(fā)電機內部的總磁通，這種現象是電樞反應的去磁作用造成的。電樞反應的去磁作用，隨著焊接電流的增加而增大，隨著焊接電流的減小而減小。當焊接電流增加時，電樞反應的去磁作用促使總磁通減小，使發(fā)電機的輸出電壓降低；電樞反應的去磁作用越大，輸出電壓就越低，這樣就使弧焊發(fā)電機獲得了下降外特性。

３）短路 焊接短路時，由于短路電流突然增大，由此而產生的電樞反應磁通劇烈地增加，它不但完全抵消了交極磁通向，而且還形成與交極磁通方向相反的磁通，就使電刷間產生了與原來方向相反的感應電動勢（電壓），而且在數值上接近于由主極磁通，決定的焊機的輸出電壓 Ｕ。接近于零，這就限制了短路電流，以免損壞焊機。

（３）焊接電流的調節(jié)ＡＸ—３２０型弧焊發(fā)電機有兩種電流調節(jié)方法，即粗調節(jié)和細調節(jié)。

ｌ）粗調節(jié) 焊接電流的粗調節(jié)是用改變電刷位臵來實現的。當電刷位臵順電樞旋轉方 向移動時，焊機的輸出電壓降低，焊接電流便隨之減小；相反，逆電樞旋轉方向移動時，焊接電流增大。粗調節(jié)共有三檔，電刷在第一檔位臵時，電流最小，第三檔位臵電流最大。電刷位臵的移動由調節(jié)手柄來實現。

２）細調節(jié) 焊接電流的細調節(jié)，用變阻器來改變流經交極的部分激磁繞組中的激磁電流，使交極磁通內發(fā)生變化，從而使發(fā)電機的總磁通增大或減小，這樣就改變了發(fā)電機的感應電動勢，達到電流細調節(jié)的目的。

二、弧焊變壓器

弧焊變壓器也稱交流弧焊機，是以交流電形式向焊接電弧輸送電能的設備。弧焊變壓器實際上是一臺具有一定特性的變壓器，主要特點是在次級回路（焊接回路）中增加阻抗，阻抗上的壓降隨焊接電流的增加而增加，以此獲得陡降外特性。按獲得陡降外特性的方法不同，弧焊變壓器可分為串聯(lián)電抗器式弧焊變壓器和增強漏磁式弧焊變壓器兩大類。按結構不同，串聯(lián)電抗器又可分為分體式和同體式（也稱整體式或復合式，如ＢＸＺ系列）兩類。增強漏磁式可分為動圈式（ＢＸ３系列）、動鐵式（ＢＸＩ系列）和抽頭式（ＢＸ６１２０）等三類，這里主要介紹動圈式弧焊變壓器。

１．動圈式弧焊變壓器的構造

動因式弧焊變壓器屬于ＢＸ３系列，產品有ＢＸ３—１２０、ＢＸ３—１２０—１、ＢＸ３—３００、ＢＸ３—３００—２、ＢＸ ３—５００型等。現以ＢＸ ３－３００型弧焊變壓器為例說明，該焊機的空載電壓為６０～７５Ｖ，工作電壓為３０Ｖ，電流調節(jié)范圍為４０～４００Ａ。

ＢＸ３—３００型弧焊變壓器是一臺動圈式單相焊接變壓器，變壓器的初級繞組分成兩部分，固定在口形鐵芯兩芯柱的底部，鐵芯的寬度較小，而疊厚較大。次級繞組也分成兩部分，裝在兩鐵芯柱的上部并固定于可動的支架上，通過絲桿連接，經手柄轉動可依次級繞組上下移動，以改變初、次級繞組間的距離，調節(jié)焊接電流的大小。初、次級繞組可分別接成串聯(lián)（接法１）和并聯(lián)（接法Ｉ），使之得到較大的電流調節(jié)范圍。

２．動圈式弧焊變壓器的工作原理

動圈式弧焊變壓器屬于增強漏磁式類，它是利用有初級漏磁通和次極漏磁通的存在而獲得下降外特性，當變壓器在工作時，鐵芯內除存在著由初級電流所激勵的磁通外，還有一小部分經過空氣閉合，且僅與初級或次級繞組發(fā)生關系的磁通，它們被稱為漏磁通。漏磁通分別在初級繞組和次級繞組內感應出一個電動勢，這個電動勢對電路的作用，相當于在該電路串聯(lián)了一個電抗線圈。由此可見，如增大初、次級繞組的漏磁，即相當于該電路上串聯(lián)電抗線圈所產生的電壓降增大，這樣，便可獲得陡降外特性。

（1）空載 在空載時，由于次級繞組無焊接電流流過，因此不存在次級漏磁通，則無降壓現象，故能保持原始較高的空載電壓，有利于引弧。

（２）焊接 焊接時，由于焊接電流的存在，使漏磁通隨著焊接電流的增大而增大（初級漏磁通也可折合成次級漏磁通），使焊機獲得下降的外特性。

（３）短路 焊接短路時，由于短路電流很大，由此而產生的漏磁造成更大的電壓降，從而限制了短路電流的增長。

３．動圈式弧焊變壓器焊接電流的調節(jié)

動圈式弧焊變壓器通過改變初、次級繞組的匝數進行粗調節(jié)，改變初、次級繞組的距離來進行細調節(jié)。

（１）粗調節(jié) 電流的粗調節(jié)是先將電源切斷，然后再將電源轉換開關轉至相應的接法。當初、次級繞組接成接法二時，初、次級繞組均為串聯(lián)，使焊機總的漏磁通增大，焊機的外特性便處于初、次級繞組均為并聯(lián)，使焊機的漏磁減小，外特性便處于曲線３和曲線４的范圍內。

Ｉ位臵時，空載電壓為７５Ｖ，焊接電流調節(jié)范圍為４０～１２５Ａ；Ｈ位臵時，空載電壓為６０Ｖ，焊接電流調節(jié)范圍為１１５～４００Ａ。

（２）細調節(jié) 在上述兩種接法中，都可用改變初、次級繞組之間的距離進行電流細調節(jié)。這是因為改變了兩繞組間的距離，而使得初、次級繞組間空氣漏磁通發(fā)生變化的緣故。當距離增大，漏磁增大，焊接電流就減小；反之，焊接電流增大。

接法二時，減小兩繞組間的距離，外特性曲線由ｌ移到２；接法工時，減小兩線組間的距離，外特性曲線由３移到４。故一般稱接法１為小檔，接法正為大檔。

第三節(jié)： 弧焊整流器

弧焊整流器是一種直流弧焊電源，用交流電經過變壓、整流后而獲得直流電。弧焊整流器有硅弧焊整流器、可控硅弧焊整流器及晶體管式弧焊整流器等三種。硅弧焊整流器常用的有ＺＸＧ型，即下降特性硅弧焊整流器。隨著國內、外焊接事業(yè)的發(fā)展，可控硅弧焊整流器的優(yōu)點逐漸被顯現，它的優(yōu)點是消耗材料少，體積小、重量輕、功率因數高、省電、動特性良好，且調節(jié)性能好，電網電壓波動和工作電壓波動可以補償，而輸出電壓穩(wěn)定，便于一機多用和實現自動化焊接等。可控硅弧焊整流器國內定型產品不多，如ＺＤＫ型、ＺＸＳ型等。

本節(jié)主要介紹上海電焊機廠從國外引進的ＧＳ系列（即ＺＸＳ型同類產品）可控硅弧焊整流器。目前生產的ＧＳ－３００ＳＳ，４００ＳＳ、５００ＳＳ、６００ＳＳ型弧焊整流器具有陡降外特性。

一、焊機構造

ＯＳ系列焊機是由主變壓器（三相）、三相可控硅整流器組、輸出電抗器、電子控制線路印刷板、冷卻風機、主接觸器和轉換開關等部件所組成。

１．三相主變壓器

三相主變壓器的主要作用，是將網路電壓降至焊接所需要的電壓值后，供給三相晶閘管整流器組整流。主變壓器的部分次級繞組還向控制線路供電。

２．三相晶閘管整流器組

三相晶閘管整流器組的主要作用；是將三相主變壓器送來的已經降過壓的三相交流電，進行三相橋式全控整流。

３．輸出電抗器

輸出電抗器是串聯(lián)在焊接回路內的鐵芯式電抗器，它的作用是使由晶閘管整流電路輸出脈動較大的電壓波形趨于平直，即起濾波作用，另外，可改善動特性并抑制焊接短路電流的峰值。

４．電子控制線路印刷板

電子控制線路印刷板的主要作用，是焊裝臵電子線路中所需的各種電子元件。

５．冷卻風機

冷卻風機系螺旋式通風機，它以強迫風冷的形式。使焊機內部得到適宜的冷卻。

６．主接觸器

主接觸器的作用是當焊機開啟后，使主變壓器一次回路接通，即主變壓器初級繞組與網路電源接通。

７．轉換開關

轉換開關主要有電流范圍開關、“開關”控制開關、電流控制開關和“電弧推力”開關。

電流范圍開關是提供“大”、“小”兩檔電流輸出粗調范圍，“開關”控制開關是焊機啟動、關閉用遙控或面板操作的轉換開關，電流控制開關則是焊接電流采用遙控或面板操作的轉換開關，“電弧推力”開關是該系列焊機為適應不同的焊接狀況，當電弧電壓降到一定值時，提供不同電弧特性的轉換開關，分“大”、“中”、“小”三檔。以ＧＳ－４００ＳＳ型焊機為例，當電弧電壓下降至１５Ｖ左右時，隨著弧壓的繼續(xù)降低（電弧長度縮短），焊接電流增長較快，以提高“電弧推力”

ＧＳ系列焊機可保護可控硅整流器組不致因過熱而燒壞，除冷卻風扇強制冷卻外，還裝有熱保護裝臵，它是一個與主接觸器串聯(lián)的常閉型觸點溫度繼電器，當整流器過熱便會使主接觸器斷開，以使焊接電流輸出中斷。

二、工作原理

焊機空載啟動時，焊機主接觸器接通，網路電源向焊機供電。三相主變壓器將同路輸入的電壓，降至焊接所需的工作電壓值，然后經三相晶閘管整流器組進行全控整流，便能獲得脈動直流電壓，經輸出電抗器的濾波作用，最后獲得波形連續(xù)平直的直流焊接空載電壓。

在焊機電子控制線路中，有一個觸發(fā)電路，它能向晶閘管的控制極提供觸發(fā)脈沖，即與三相交流電同步的一個電壓脈沖訊號，使晶閘管導通，以獲得直流電。在焊機空載時，觸發(fā)電路提供的電壓訊號脈沖有一給定的導通角（即可使晶閘管在交流電波形處于某一相位時導通），使焊機具有一固定的空載直流電壓。

另外，在電子控制線路中，還有一個電流反饋控制系統(tǒng)。在焊接時，由電流感應裝臵接收焊接回路中焊接電流變化的訊號，再經觸發(fā)電路處理后，輸送給晶閘管可控硅的控制極，此時所提供的控制脈沖訊號的導通角，隨焊接電流的變化而變化（觸發(fā)脈沖的移相），從而使焊接電源的輸出電壓隨之發(fā)生變化，以此獲得焊機的下降外特性。

三、焊機的操作

焊機有遙控和面板操作兩種方法，如果不使用遙控電流或開關控制，“電流控制”和“開關控制”開關，應臵于“面板”位臵，如使用遙控，應把上述兩開關臵于“遙控”位臵。電流范圍開關臵于所選擇的位臵（“大”或“小”）。電弧推力開關臵于所需的位臵；電弧推力“大”，在短路狀態(tài)下，短路電流最大。具有最大的電弧穿透力，適宜于全位臵焊接的引弧及某些類型的焊條；“中”，短路電流適中，適用于大多數焊接場合及某些類型焊條；“小”，電弧穿透力最小，適宜于氣體鎢極電弧焊接，將電流調節(jié)旋鈕旋至所需電流位臵。在完成上述步驟后便可按下電源按鈕開關“開”，開始焊接。

在焊接結束關機前，須讓焊機在空載狀態(tài)下運行３ｍｉｎ，然后按下電源按鈕開關“關”。當人員離開焊機時，應切斷電網輸入電壓。

近幾年來國際和國內迅速發(fā)展一種新型高效機電一體化焊接設備——逆變式弧焊整流器。其技術指標和焊接工藝性能均十分優(yōu)異，具有極高的綜合技術指標，是高能耗焊接設備理想的更新?lián)Q代產品。

我國逆變式弧焊整流器的系列產品型式為ＺＸ７—ＸＸＸ，型號中７表示逆變式。

逆變式弧焊整流器的特點和用途；此焊機采用最新的快速晶閘管（ＰＳＣＲ）和快速整流管等大功率開關器件，用大規(guī)模集成電路控制的ＰＦＭ線路構成先進的交流系統(tǒng)。它以小巧的中頻變壓器，取代了傳統(tǒng)焊機中笨重的工頻變壓器，從而使該焊機具有效率高、空載損耗小、輸出電流穩(wěn)定、節(jié)能、節(jié)材、高穩(wěn)定、高可靠、快速的特點。

據實際測試其耗電量比一般弧焊發(fā)電機少１／３以上，產品本身節(jié)約銅、鋼、鐵等材料達８０％以上，因此該焊機具有體積小、重量輕、移動方便等優(yōu)點。

ＺＸ７系列逆變式弧焊整流器，適用于直徑０．８～5mｍ焊條施焊，焊接電流調節(jié)范圍極寬，有２～３２０Ａ（上海電焊機廠），有２０～２００Ａ，５０～５００Ａ（成都〃皮克電力電子技術研究所）。焊機除作為手工電弧焊外，還可以作為手工鎢極氬弧焊電源。當采用氬弧焊接時為接觸引弧，機內電子線路保證了良好的引弧性能，不會造成夾鎢現象，在收尾時焊接電流按最佳梯度自動衰減，并有提前送氣、滯后斷氣功能。手弧焊時電弧穩(wěn)定。飛濺極小、焊接性能優(yōu)良。因此在壓力容器焊接時，可一機完成氬弧焊打底和手工焊蓋面兩道工序。

工作過程簡介如下：網路三相電源送至工頻三相整流橋整流后，供給主晶閘管逆變器，逆變成中頻交流，然后進行中頻變壓及整流，再經過濾波和反饋控制得到輸出平滑，并能滿足焊接需要，且可連續(xù)調節(jié)的直流電壓和電流。

通過這樣的變頻處理。大大減小了主變壓器的體積和重量，同時也提高了整機的控制精度，使焊機具有很好的電網電壓波動補償功能和優(yōu)良的焊接特性。第四節(jié)：手工電弧焊電源的維護及故障處理

弧焊電源設備的維護是保證安全生產和焊接質量的重要手段，因此必須重視焊機的日常維護工作。同時，對于一個熟練的電焊工來說，也應該懂得自己所使用弧焊電源常見故障產生的原因和處理這些故由的基本方法，這對于提高焊工的技術素質、焊接質量和焊接生產率都具有十分重要的意義。

一、手工電弧焊電源的維護

對焊機的合理使用和正確維護，能保持弧焊設備工作性能的穩(wěn)定和延長使用期限，并保證生產的正常進行。弧焊設備的維護應由電工和焊工共同負責。

焊工在維護方面應注意下列幾項：

１、弧焊電源應盡可能放在通風良好而又干燥的地方，不應靠近高熱地區(qū)，并應保持平穩(wěn)。硅弧焊整流器要特別注意對硅整流器的保護和冷卻，嚴禁在不通風情況下進行焊接工作，以免燒壞硅整流器。

２、焊機接入網路時，焊機電壓須與之相符，以防燒壞設備并注意焊機的可靠接地。

３、焊鉗不能與焊機接觸，防止發(fā)生短路。

４、必須按照設備的要求，在空載或切斷電源的情況下改變極性的接法和調整焊接電流。

５、應按照焊機的額定焊接電流和額定負載持續(xù)率使用，不要使設備過載而遭破壞。

６、焊接過程中，焊接回路的短路時間不宜過長，特別是硅弧焊整流器用大電流工作時更應注意，否則易燒壞硅整流器。

７．應經常注意焊接電纜與焊機接線柱的接觸情況是否良好，及時緊固螺帽。

８．經常檢查弧焊發(fā)電機的電刷與換向片的接觸情況，要求電刷在換向片表面有適當的均勻壓力，以使所有電刷都能承受到等荷的電流。若電刷火花過大易燒壞換向片，應視實際情況調換電刷或用蘸有汽油的布揩去換向片上的碳屑，也可用木塊襯著玻璃砂紙對換向片表面進行研磨，但切不可用手指壓著砂紙研磨，嚴禁用金鋼砂砂紙。

９．應防止焊機受潮，保持焊機內部清潔，定期用干燥的壓縮空氣吹凈內部的灰塵，對硅弧焊整流器尤為注意。

１０．發(fā)生故障、工作完畢及臨時離開工作場地時，應及時切斷焊機的電源。

二、手ｘ電弧焊電源常見故障的處理

1、弧焊發(fā)電機的常見故障及其排除方法見表８—４。

2、弧焊變壓器的常見故障及排除方法見表8—5。

第二篇：焊接工藝2(焊工工藝學電子教案)

第三章：焊接電弧

電弧具有兩個特性，即它能放出強烈的光和大量的熱。電弧發(fā)出的光和熱被廣泛地應用于工業(yè)上，如電弧是所有電弧焊接方法的能源。到目前為止，電弧焊在焊接方法中其所以仍占據著主要地位，一個重要的原因就是因為電弧能有效而簡便地把電能轉換成熔化焊接過程所需要的熱能和機械能。

為了認識和掌握電弧焊方法，首先必須弄清電弧的實質，掌握電弧的基礎知識。本章就是從理論上對電弧的性質及作用進行分析，通過學習，使我們能把焊接電弧的知識應用到電弧焊焊接工作中去，從而達到提高焊接質量的目的。

第一節(jié)： 焊接電弧的引燃過程

一、焊接電弧的概念

焊接時，將焊條與焊件接觸后很快拉開，在焊條端部和焊件之間立即會產生明亮的電弧,電弧是一種氣體放電現象。

我們在日常生活中經常可以看到氣體放電現象，例如，每當我們切斷電源的時候，在閘刀剛剛離開接觸處的瞬間，往往會產生明亮的火花，這就是氣體放電的現象。但它與焊接電弧相比較，焊接電弧不但能量大，而且連續(xù)持久。因此我們可以說：“由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間或電極與焊件間，在氣體介質中產生的強烈而持久的放電現象，稱為焊接電弧。

一般情況下，由于氣體的分子和原子都是呈中性的，氣體中幾乎沒有帶電質點，因此氣體不能導電，電流也通不過，電弧就不能自發(fā)地產生。要使氣體呈現導電性必須使氣體電離，氣體電離后，原來氣體中的一些中性分子或原子轉變?yōu)殡娮印⒄x子等帶電質點，這樣電流才能通過氣體間隙而形成電弧。

１．氣體電離

氣體和自然界的一切物質一樣，電子是按一定的軌道環(huán)繞原子核運動，在常態(tài)下原子是呈中性的。但在一定的條件下，氣體原子中的電子從外面獲得足夠的能量，就能脫離原子核的引力而成為自由電子，同時原子由于失去電子而成為正離子。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稱為氣體電離。

使氣體電離所需要的能量稱為電離電位（或電離功）。不同的氣體或元素，由于原子構造不同，其電離電位也不同。

在焊接時，使氣體介質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，產生較大的動能，當不斷與中性粒子相碰撞時，則不斷地產生電離。如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生的電離，稱為光電離。

２．陰極電子發(fā)射

陰極的金屬表面連續(xù)地向外發(fā)射出電子的現象，稱為陰極電子發(fā)射。

焊接時，氣體的電離是產生電弧的重要條件，但是，如果只有氣體電離而陰極不能發(fā)射電子，沒有電流通過，那么電弧還是不能形成。因此陰極電子發(fā)射也和氣體電離一樣，兩者都是電弧產生和維持的必要條件。

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部正也荷對它的靜電引力。所加的能量越大，促使陰極產生電子發(fā)射作用就越強烈。電子從陰極金屬表面逸出所需要的能量稱為逸出功，電子逸出功的大小與陰極的成分有關。

焊接時，根據陰極所吸收的能量的不同，所產生的電子發(fā)射有以下幾類：熱發(fā)射、電場發(fā)射、撞擊發(fā)射等。陰極發(fā)射電子后，又從焊接電源獲得新的電子。

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部正電荷的吸引力時，電子即沖出陰極表面產生熱發(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生電子發(fā)射現象，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生的撞擊發(fā)射作用也越強烈。

實際上在焊接時，以上幾種電子發(fā)射作用常常是同時存在，相互促進的，但在不同條件下，它們所起的作用可能稍有差異。例如，在引弧過程中，熱發(fā)射和電場發(fā)射起著主要作用；電弧正常燃燒時，如采用熔點較高的材料（鎢或碳等）作陰極，則熱發(fā)射作用較顯著；若用銅或鋁等作陰極時，撞擊發(fā)射和電場發(fā)射就起主要影響；而鋼作陰極時，則和熱發(fā)射、撞擊發(fā)射、電場發(fā)射 都有關系。

二、焊接電弧的引燃過程

上面所討論的氣體電離及陰極電子發(fā)射，是電弧燃燒的必要條件，我們把開始造成兩電極間氣體發(fā)生電離及陰極電子發(fā)射而引起電弧燃燒的過程叫電弧引燃。

電弧的引燃是先將通上焊接電源的焊條末端與焊件表面相接觸，然后很快地將焊條拉開至與焊件表面距離 ３～４ ｍｍ的間隙，則電弧就在焊條與焊件的間隙中燃燒了。焊接時，為什么首先要將焊條與焊件相接觸，然后很快拉開至 ３～４ ｍｍ電弧才能引燃呢？它的理論依據是什么呢？下面我們針對這個問題來進行分析。

當焊條末端與焊件表面相接觸時，焊接回路就發(fā)生了短路，這時可使回路電流增大到最大值。另外，由于電極表面的不平整，因而在接觸部分通過的電流密度非常大，根據焦耳·楞次定律2（Q=0.24ＩＲｔ）可以知道，由于電流的熱作用，使接觸部分的簽屬溫度劇烈地升高而熔化，甚至部分發(fā)生蒸發(fā)而變成金屬蒸氣。當很快地提起焊條時，在焊條離開焊件的瞬間，強大的電流只能從熔化金屬的細頸通過，由大電流密度而產生的熱作用突然增大，使細頸部分液體金屬的溫度猛烈升高，甚至像“保險絲”氣化爆裂那樣，使兩極液體金屬迅速分開。由于短路時強大電流的熱作用及金屬蒸氣的存在，促使焊條與焊件的間隙中氣體溫度增高，在熱與電場的作用下，這些高溫氣體就會發(fā)生電離，這樣，在焊條與焊件的氣體間隙中就充滿了帶電粒子、電子及正離子，因此就具備了電弧在這里燃燒的條件。同時當焊條與焊件接觸而發(fā)生短路時，數值很大的短路電流使電源電壓急劇的降低，幾乎達到零值。但是當焊條提起離開焊件的瞬間，焊接回路中的電流就急劇的減小。焊條與焊件之間的電股叵快的增高到能滿足電弧燃燒所需要的電壓值（一般為 １８～２４ Ｖ）。而且在電壓恢復的瞬間，由于兩極間電場強度很大，于是電場發(fā)射作用立即產牛，而熱發(fā)射、撞擊發(fā)射也隨之產生。這樣，在陰極不斷發(fā)射電子和兩極間氣體微粒連續(xù)地發(fā)生電離和中和的過程，并在電場作用下，帶電粒子各自作定向高速運動，電弧便引燃起來了。

在焊接過程中，電源電壓由短路時的零值增到電弧復燃的電壓值所需要的體可，稱為電壓恢復時間。電壓恢復時間對于焊接電弧的復燃及焊接過程中電弧的穩(wěn)定性具有重大的實際意義。這個時間長或短，是由弧焊機的特性來決定的。在電弧焊接時，對電壓恢復時間要來越短越好，一般不超過 0.05s、如果電莊恢復時間太長，則電弧就不容易引燃并造成焊接過程不穩(wěn)定。

焊接電弧引燃的順利與否，還與如下幾個因素有關：焊接電流強度、電弧中的電離物質。電源的空載電壓及其特性等。如果焊接電流大，電弧中又存在容易電離的元素，電源的空載電壓高時，則電弧的引燃就容易。

第二節(jié)：焊接電弧的構造及靜特性

一、焊接電弧的構造及溫度

焊接電弧的構造可劃分三個區(qū)域；陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱。電弧焊是利用電弧的熱能來達到連接金屬的目的。電弧的熱能是由上述各個區(qū)域的電過程作用下產生的，由于各區(qū)域的電過程特點不同，因此各區(qū)域所放出的能量及溫度的分布也是不相同的。

１、陰極區(qū)

-5-6電弧緊靠負電極的區(qū)域稱為陰極區(qū)，陰極區(qū)很窄，約為１０～10ｃｍ。在陰極區(qū)的陰極表面有一個明顯的光亮斑點，它是電弧放電時，負電極表面上集中發(fā)射電子的微小區(qū)域。稱為陰極輝點。

陰極區(qū)的溫度一般達2130～3230℃，放出的熱量占36％左右。陰極溫度的高低主要取決于陰極的電極材料，而且陰極而溫度一般都低于陰極金屬材料的沸點，此外，如果增加電極中的電流密度，那么陰極區(qū)的溫度也可以相應提高。

２、陽極區(qū)

-3-4電弧緊靠正電極的區(qū)域稱為陽極區(qū)，陽極區(qū)較阻極區(qū)寬，約為10—10ｃｍ。在陽極區(qū)的陽極表面也有光亮的斑點，它是電弧放電時，正電極表面上集中接收電子的微小區(qū)域．稱為陽極輝點。

陽極不發(fā)射電子，消耗能量少，因此在和陰極材料相同時，陽極區(qū)的溫度略高于陰極，陽極區(qū)的溫度一般達2330—3930℃，放出熱量占43％左右。一般手工電弧焊時，陽極的溫度比陰極的溫度高些。

３、弧柱

電弧陰極區(qū)和陽極區(qū)之間的部分稱為弧柱。由于陰極區(qū)和陽極區(qū)都很窄，因此弧柱的長度基本上等于電弧長度。弧柱中所進行的電過程較復雜，而且它的溫度不受材料沸點的限制，因此弧柱的中心溫度可達5730～7730℃。放出的熱量占21％左右（手工電弧焊）。弧柱的溫度與弧柱中氣體介質和焊接電流大小等因素有關；焊接電流越大，弧柱中電離程度也越大，弧柱溫度也越高。

以上是直流電弧的熱量和溫度分市情況·而交流電弧由于電源的極性是周期性地改變的（５０ ＨＺ），所以兩個電極區(qū)的溫度趨于一致（近似于它們的平均值）

４、電弧電壓

電弧兩端（兩電極）之間的電壓降稱為電弧電壓。當弧長一定時，電弧電壓的分布如P41頁圖３—５所示。

電弧電壓用下式表示：－。

Ｕ弧=Ｕ陰+Ｕ陽+Ｕ柱=Ｕ陰+Ｕ陽十bl弧 式中：Ｕ弧——電弧電壓（Ｖ）；

Ｕ陰——陰極壓降（Ｖ）。

Ｕ陽——陽極壓降（Ｖ）；

Ｕ柱——弧柱壓降（Ｖ）；

ｂ——單位長度的弧柱壓降，一般為 ２０～４０ Ｖ／ｃｍ；

l弧——電弧長度（ｃｍ）。；

二、電孤的靜特性

在電極材料、氣體介質和弧長一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時，焊接電流與電弧電壓變化的關系稱為電弧靜特性，一般也稱伏—安特性。表示它們關系的曲線叫做電弧的靜特性曲線。

１．電弧靜特性曲線

電弧靜特性曲線呈Ｕ形，它有三個不同的區(qū)域，當電流較小時．電弧靜特性是屬下降特性區(qū)，即隨著電流增加電壓減小；當電流稍大時，電弧靜特性屬平特性區(qū)，即電流大小變化，而電壓幾乎不變；當電流較大時，電弧靜特性屬上升特性區(qū)，電壓隨電流的增加而升高.２．焊接方法不同時的電弧靜特性曲線

不同的電弧焊方法，在一定的條件下，其靜特性只是曲線的某上區(qū)域。

（1）、手工電弧焊 手弧焊時，由于使用電流受到限制（手弧焊設備的額定電流值不大于500Ａ），故其靜特性曲線無上升特性區(qū)。

（2）、埋弧自動焊 在正常電流密度下焊接時，其靜特性為平特性區(qū)，采用大電流密度焊接時，其靜特性為上升特性區(qū)。

（3）、鎢極氬弧焊 一般在小電流區(qū)間焊接時，其靜特性為下降特性區(qū)；在大電流區(qū)間焊接時，靜特性為平特性區(qū)。

（４）、細絲熔化極氣體保護焊 由于電流密度較大，所以其靜特性曲線為上升特性區(qū)。在一般情況下，電弧電壓總是和電弧長度成正比地變化，當電弧長度增加時，電弧電壓升高，其靜特性曲線的位置也隨之上升。

第三節(jié)： 焊接電源的極性、應用及電弧的穩(wěn)定性

一、焊接電源的極性

在焊接過程中，直流弧焊發(fā)電機的兩個極（正極和負極）分別接到焊件和焊鉗上。從前一節(jié)電弧的構造及溫度可知，當焊件或焊鉗所接的正、負極不同測溫度也相應不同。因此，在使用直流弧焊發(fā)電機時，應考慮選擇電源的極性問題，以保證電弧穩(wěn)定燃燒和焊接質量。

所謂電源極性就是在直流電弧焊或電弧切割時，焊件與電源輸出端正、負極的接法，有正接和反接兩種。所謂正接就是焊件接電源正極，電極接電源負極的接線法，正接也稱正極性。反接就是焊件接電源負極，電極接電源正極的接線法，反接也稱反極性，對于交流電焊機來說，由于電源的極性是交變的，所以不存在正接和反接。

二、焊接電沒標性的應用

在選用焊接電源的極性時，主要應根據焊條的性質和焊件所需的熱量來決定。在電弧構造這一節(jié)中，我們已知手弧焊時，當陽極和陰極的材料相同時，則陽極區(qū)的溫度大于陰極區(qū)的溫度。因此我們在使用酸性焊條（如Ｅ４３０３等）時，利用電源的不同極性接線法，來焊接不同要求的焊件。如焊接厚鋼板采用酸性焊條時，可采用直流正接性，以獲得較大的熔深；而在焊接薄鋼板時，則采用直插足接性；可防止燒穿。若酸性焊條采用交流電焊機時，其熔深則介于直流正極性和反極性之間。

如果在焊接重要結構使用堿性低氫鈉型焊條時，無論焊接厚板或薄板，均應采用直流反極性，因為這樣可以減少飛濺現象和減少氣孔傾向，并能使電弧穩(wěn)定燃燒。

三、電弧燃燒的稅定性

焊接電弧的穩(wěn)定性是指電弧保持穩(wěn)定燃燒（不產生斷弧、飄移和磁偏吹等）的程度，電弧的穩(wěn)定燃燒是保證焊接質量的一個重要因素，因此維持電弧穩(wěn)定性是非常重要的。電弧不穩(wěn)定的原因除焊工操作技術不熟練外，還與下列因素有關：

１、焊接電源的影響

（１）焊接電源的特性 焊接電源的特性是焊接電源以那種形式向電弧供電，如焊接電源的特性符合電弧燃燒的要求則電弧燃燒穩(wěn)定。反之，則電弧燃燒不穩(wěn)定。

（２）焊接電流的種類 采用直流電源焊接時，電弧燃燒比交流電源穩(wěn)定。這是因為采用交流電源焊接時，電弧的極性是周期性變化的（50ＨＺ），就是每秒鐘電弧的燃燒和熄滅要重復１００次，因此交流電源焊接時電弧沒有直流電源時穩(wěn)定。

（３）焊接電源的空載電壓 具有較高空載電壓的焊接電源不僅引弧容易，而且電弧燃燒也穩(wěn)定。這是因為焊接電源的空載電壓較高，電場作用強，電場作用下的電離及電場發(fā)射就強烈，所以電弧燃燒穩(wěn)定。

２．焊接電流的影響

焊接電流大，電弧的溫度就增高，則電弧氣氛中的電離程度和熱發(fā)射作用就增強，電弧燃燒也就越穩(wěn)定。通過實驗測定電弧穩(wěn)定性的結果表明：隨著焊接電流的增大，電弧的引燃電壓就降低；隨著焊接電流的增大，自然斷弧的最大弧長也往大大。所以焊接電流越大。電弧燃燒越穩(wěn)定。

３．焊條藥皮的影響’

焊條藥皮或焊劑中加入電離電位比較低的物質（如Ｋ、Ｎａ、Ｃａ的氧化物），能增加電弧氣氛中的帶電粒子，這樣就可以提高氣體的導電性，從而提高電弧燃燒的穩(wěn)定性。

如果焊條藥皮或焊劑中含有電離電位比較高的氟化物（ＣａＦ2）及氯化物（ＫＣl、ＮaCl）時，由于它們較難電離，因而降低了電弧氣氛的電離程度，使電弧燃燒不穩(wěn)定。

４、電弧長度的影響

電弧長度對電弧的穩(wěn)定性也有較大的影響，如果電弧太長，電弧就會發(fā)生劇烈搖動，從而破壞了焊接電弧的穩(wěn)定性，而且飛濺也增大。

５．其它影響因素

焊接處如有油漆、油脂、水分和銹層等存在時。也會影響電弧燃燒的穩(wěn)定性，因此焊前做好焊件表面的清理工作十分重要。

焊條受潮或焊條藥皮脫落，也會造成電弧燃燒不穩(wěn)定。此外風大、氣流、電弧們吹等均會造成電弧燃燒不穩(wěn)定。

第四節(jié) 焊接電弧的偏吹

一、焊接電弧們吹的原因

在正常情況下焊接時，電弧的中心軸線總是保持著沿焊條電極的軸線的方向。隨著焊條變換傾斜角度，電弧也跟著電極軸線的方向而改變。因此，我們利用電弧這一特性來控制焊縫成形。但有時在焊接過程中，因氣流的干擾、磁場的作用或焊條偏心的影響，使電弧中心偏離電極軸線的現象，這種現象稱為電弧偏吹。

在焊接過程中，有時電弧偏吹的現象會引起電弧強烈的擺動甚至發(fā)生熄弧，不僅使焊接過程發(fā)生困難，而且影響了焊縫成形和焊接質量，因此焊接時應盡量減少或防止電弧偏吹現象。引起電弧偏吹的原因很多，一般歸納為以下幾方面：

１、焊條偏心度過大

所謂焊條的偏心度是指焊條藥皮沿焊芯直徑方向偏心的程度，焊條偏心度過大了主要是焊條的質量問題。由于焊條藥皮厚薄不均勻，藥皮較厚的一邊比藥皮較薄的一邊熔化時需吸收更多的熱，因此藥皮較薄的一邊很快熔化而使電弧外露，迫使電弧往外偏吹（見圖３—９）。在焊接時遇到這種情況，通常采用調整焊條傾斜角度（使偏吹方向轉向熔池）的方法來解決，但如果焊條的偏心度過大時，僅依靠調整焊條傾斜角度是不能確保焊接質量的。因此，為了保證焊接質量，在焊條生產中對焊條的偏心度有一定的限制。

２．電弧周圍氣流的干擾

電弧周圍氣體的流動也會把電弧吹向一側而造成偏吹。造成電弧周圍氣體劇烈流動的原

因是多方面的，有時是大氣中的氣流影響，有時是由于熱對流的影響。例如：在露天大風中操作 或在狹窄焊縫處焊接時，電弧偏吹情況很嚴重，甚至使焊接過程發(fā)生困難；在管子焊接時，由于 空氣在管子中流動速度較大，形成所謂“穿堂風”使電弧發(fā)生偏吹；在開坡口的對接接頭第一層 焊縫的焊接時，如果接頭間隙較大，往往由于熱對流的影響也會使電弧發(fā)生偏吹現象。一般由 于氣流干擾產生的偏吹，只要根據具體情況查明氣流來源、方向，進行遮擋即可解決。

３．磁偏吹

直流電弧焊時，因受到焊接回路所產生的電磁力的作用而產生的電弧偏吹稱為磁偏吹。它 是由于直流電所產生的磁場在電弧周圍分布不均勻而引起的電弧偏吹。

造成電弧產生磁偏吹的因素主要有下列幾種：

（１）接地線位置不正確引起的電弧偏吹 焊接時，由于接地線的位置不正確，使電弧周圍 的磁場分布不均勻，從而造成電弧的偏吹（見圖３—１０）。在圖３—１０中，當焊接電流從接點 “十”流經焊件，通過電弧到焊條再進入接點“一”時，沿途產生的磁力線分布在電流通路的四 周，但電流流經焊件拐彎到電弧時，在電弧兩側的磁力線分布就極不均勻，電弧左側（在接點方 向的一邊）的磁力線較右側的磁力線更密集，結果造成了電弧左側的磁場大于右側的磁場，使 電弧向磁場較小的右側偏吹，從而產生磁偏吹現象。

（２）鐵磁物質引起的電弧偏吹 由于鐵磁物質（鋼板、鐵塊等）的導磁能力遠遠大于空氣，因此，當焊接電弧周圍有鐵磁物質存在時，在靠近鐵磁體一側的磁力線大部分都通過鐵磁體形 成封閉曲線，使電弧同鐵磁體之間的磁力線變得稀疏，而電弧另一側磁力線就顯得密集。

（３）焊條與焊件的相對位置不對稱引起的電Ｎ價政 當在靠近焊件邊緣處開始進行焊接時。經常會發(fā)生電弧偏吹，而當逐漸靠近焊作的中心時，則電弧的偏吹現象就逐漸減小或沒有。這是由于在焊接焊縫起頭時，焊條與焊件所處的位置不對稱，造成電弧周圍的磁場分布不平衡，再加上熱對流的作用低產生電弧偏吹。

焊接電弧的磁偏吹與焊接電流有關，焊接電流越大，磁偏吹現象越嚴重，尤其是當采用300——400Ａ的直流電源焊接時，電弧偏吹的現象更為嚴重。

總之，產生電弧磁偏吹現象，只有在使用直流電源焊接時才會發(fā)生，而對交流電源來說一般不會產生明顯的磁偏吹現象。

二、減少成防止焊接電弧們吹的方法：

焊接電弧偏吹會給焊接工作造成不少困難．還會使焊縫產生氣孔、未焊透和焊偏等缺陷。因此必須根據電弧偏吹的規(guī)律，采取相應的措施加以克服或減少電弧偏吹的現象。下面介紹焊接工作中常用的幾種克服電弧偏吹的措施：

1、焊接時，在條件許可的情況下盡量使用交流電源焊接。

2、在露天操作時，如果有大風則必須用擋板遮擋，對電弧進行保護。在管子焊接時，必須將管口堵住，以防止氣流對電弧的影響。

3、在焊接間隙較大的對接焊縫時，可在接縫下面加墊板，以防止熱對流引起的電弧偏吹。

４．在焊縫兩端各加一小塊附加鋼板（引弧板及引出板），使電弧兩側的磁力線分布均勻并 減少熱對流的影響，以克服電弧編吹。

５．采用短弧焊接，因為短弧時受氣流的影響較小，而且在產生磁偏吹時．如果采用短弧焊接也能減小磁偏吹程度，因此采用短弧焊接是減少電弧偏吹的較好方法。

６．在操作時適當調整焊條角度，使焊條偏吹的方向轉向熔池，這種方法在實際工作中應用得較為廣泛。

７·適當地改變焊件上的接地線部位，盡可能使電弧周圍的磁力線分布均勻，也能克服磁偏吹的接線方法。

此外。采用小電流焊接對克服磁偏吹也能起一定的作用。

以上這些方法，有的受到具體工作條件的限制，不便采用，有些只能減輕電弧的偏吹，所以在實際使用中應靈活運用一種或幾種方法，以求得到更好的效果。

第五節(jié)： 焊條（或焊絲）的熔化及熔滴過渡

一、焊條（或焊絲）金屬的熔化

１。焊條（或焊絲）金屬的加熱

熔化極電弧焊時，焊條（或焊絲）具有兩個作用：它們既作為電極，熔化后又作為填充金屬直接過渡到熔池。焊接時，加熱并熔化焊條或焊絲的熱量有：電阻熱、電弧熱。化學熱。在一般情況下化學熱僅占１％～３％，因此可忽略不計。

（１）電阻加熱 當電流通過焊條或焊絲時，將產生電阻熱。電阻熱的大小決定于焊條（或焊絲）的伸出長度、電流密度和焊條（或焊絲）金屬的電阻率。

從導電的接觸點到焊條（或焊絲）末端的長度稱為伸出長度，即通電部分的長度。伸出長度越大則通電的時間增加，電阻熱加大。當電流密度增加，電阻熱也加大。焊條（或焊絲）的電阻還決定于焊條（或焊絲金屬本身的電阻率和直徑。如不銹鋼焊條的電阻率比低碳鋼焊條大，因此在同樣電流密度的條件下所產生的電阻熱也大。同種材料的焊條（或焊絲）其直徑越大，則電阻越小，相對產生的電阻熱也就減小，過高的電阻熱將給焊接過程帶來不利的影響，如手弧焊時過高的電阻熱將使焊條藥皮在進入熔化前就發(fā)紅變質，失去保護和冶金作用；自動焊時，過高的電阻熱將使焊絲發(fā)生崩斷而影響焊接。為了減少過高的電阻熱所帶來的不利影響，在焊接過程中采取的措施是：

１）限制焊條（或焊絲）的伸出長度一手弧焊時焊條不能過長，特別是在采用細直徑焊條時，更要限制其長度。例如，直徑5ｍｍ的焊條；其最大長度為 450ｍｍ由；而直徑為 2.5ｍｍ的焊條，其最大長度為 300ｍｍ。但同樣直徑的不銹鋼焊條，其長度還要短一些，如直徑5ｍｍ的不銹鋼焊條，長度為400 ｍｍ。埋弧自動焊及氣體保護焊時，在焊接工藝參數的選擇中對焊絲伸出長度都有一定的限制。

２）限制焊接電流密度值 對于一定直徑的焊條（或焊絲），在生產中應根據工藝的要求選用合適的電流值，決不能單純?yōu)榱颂岣咝识x用過高的電流值。埋弧自動焊及CO2氣體保護焊時，由于焊絲伸出長度比焊條長度短得多，所以同樣直徑的焊絲可以選用比手弧焊大得多的電流值，這樣就大大地提高了生產率。不銹鋼焊條由于本身材料的電阻率大，所以選用電流應比同樣直徑的碳鋼焊條小一些。

（２）電弧加熱 電弧產生的熱量僅有一部分用來熔化焊條人或焊絲），大部分熱量是用來熔化母材、藥皮或焊劑，還有相當一部分熱量消耗在輻射＞飛濺和母村傳熱上。

２．焊條（或焊絲）金屬的熔化

焊條（或焊絲）金屬受到電阻熱和電弧熱加熱以后開始熔化。

二、熔滴過渡的作用力

熔滴是電弧焊時，在焊條（或焊絲）端部形成的和向熔池過渡的液態(tài)金屬滴。熔滴通過電弧 空間向熔池轉移的過程稱為熔滴過渡。熔滴過渡對焊接過程的穩(wěn)定性、焊縫成形、飛濺及焊接接頭的質量有很大的影響，因此了解這個問題對于掌握熔化極焊接工藝是很重要的。

金屬熔滴向熔池過渡的形式，大致可分為三種，即粗滴過渡、短路過渡、噴射過渡。

為什么熔滴過渡會有上述這些不同的形式呢？這是由于作用于液體金屬熔滴上的外力不同的緣故。在焊接時，采取一定的工藝措施，就可以改變熔滴上的作用力，也就使熔滴按人們所需要的過渡形式自焊條向熔池過渡。

１．熔滴的重力

任何物體都會因為本身的重力而具有下垂的傾向。平焊時，金屬熔滴的重力起促進熔滴過渡的作用。但是在立焊或仰焊時，熔滴的重力阻礙了熔滴向熔池過渡，成為阻礙力。

２．表面張力

液體金屬像其它液體一樣具有表面張力卿液體在沒有外力作用時，其表面積會盡量減小，縮成圓形。對液體金屬來說，表面張力使熔化金屬成為球形。

焊條金屬熔化后，其液體金屬并不會馬上掉下來，而是在表面張力的作用下形成球滴狀懸掛在焊條末端。隨著焊條不斷熔化，熔滴體積不斷增大，直到作用在熔滴上的作用力超過熔滴與焊芯界面間的張力時，熔滴才脫離焊芯過渡到熔池中去。因此表面張力對平焊時的熔滴過渡并不利。

但表面張力在仰焊等其它位置的焊接時，卻有利于熔滴過渡、其一是熔池金屬在表面張力作用下，倒懸在焊縫上而不易滴落；其二，當焊條末端熔滴與熔池金屬接觸時，會由于熔池表面張力的作用，而將熔滴拉入熔池。表面張力越大焊芯末端的熔滴越大，表面張力的大小與多種因素有關，如焊條直徑越大焊條末端熔滴的表面張力也越大，液體金屬溫度越高，其表面張力越小，在保護氣體中加入氧化性氣體（Ａｒ—Ｏ。、Ａｒ—ＣＯ。），可以顯著降低液體金屬的表面張力，有利 于形成細顆粒熔滴向熔池過渡。

３．電磁力

從電工學里我們知道，兩根平行的載流導體若它們通過的電流方向相同，則這兩根導體彼此相吸。使這兩根導體相吸的力叫做電磁力，方向是從外向內。電磁力的大小與兩根導體上的電流的乘積成正比，即通過導體的電流越大，電磁力越大。

在進行焊接時，我們可以把帶電的焊絲及焊絲末端的液體熔滴看做是由許多載流導體組成的，這樣，根據上述的電磁效應原理，不難理解，焊絲及熔滴上同樣受有四周向中心的徑向收縮力，因此稱之為電磁壓縮力。電磁壓縮力使焊條的橫截面具有縮小的傾向，電磁壓縮力作用在焊條的固態(tài)部分是不起作用的，但是對焊條端部的液體金屬來說卻具有很大的影響，促使熔滴很快形成。在球形的金屬熔滴上，電磁力垂直地作用其表面上，電流密度最大的地方將在熔滴的細頸部分，這部分也將是電磁壓縮力作用最大的地方。因此隨著頸部逐漸變細，電流密度增大，電磁壓縮力也隨之增 強，則促使熔滴很快地脫離焊條端部向熔池過渡，這樣就保證了熔滴在任何空間位置都能順利過渡到熔池。

在焊接電流較小或焊接電流較大的兩種情況下，電磁壓縮力對熔滴過渡的影響是不同的。焊接電流較小時，電磁力很小，這時，焊絲末端的液體金屬主要受到兩個力的影響，一個是表面張力，另一個是重力。因此，隨著焊絲不斷熔化，懸掛在焊絲末端的液體溶滴的體積不斷增大，當體積增大到一定程度，其重力足以克服表面張力的時候，熔滴便脫離焊絲，在重力作用下落向熔池。這種情況下熔滴的尺寸往往是較大的，這種大熔滴通過電弧間隙時，常使電弧短路，產生較大的飛濺，電弧燃燒非常不穩(wěn)。焊接電流較大時，電磁壓縮力就比較大，相比之下，重力所起的作用就很小，液體熔滴主要是在電磁壓縮力的作用下，以較小的熔滴向熔地過渡，而且方向性較強，不論是平焊位置或仰焊位置，熔滴金屬在電磁壓縮力作用下，總是沿著電弧軸線自焊絲向熔池過渡。

焊接時，一般焊條（或焊絲）上的電流密度都比較大，因此電磁力是焊接過程中促使熔滴過渡的一個主要作用力。在氣體保護焊時，通過調節(jié)焊接電流的密度來控制熔滴尺寸，是工藝上的一個主要手段。

焊接時電弧周圍的電磁力，除了上述的作用以外，還能產生另外一種作用力，這就是由于磁場強度分布不均勻而產生的力。因為焊條金屬的電流密度大于焊件的電流密度，因此在焊條上所產生的磁場強度要大于焊件上所產生的磁場強度，因此產生了一個沿焊條縱向的電場力。它的作用方向是由磁場強度大的地方（焊條）指向磁場強度小的地方（焊件），所以無論焊縫的空間位置如何，始終是有利于熔滴向熔池過渡的。

４．極點壓力

在焊接電弧中的帶電微粒主要是電子和正離子，由于電場的作用，電子向陽極運動，正離子向陰極運動，這些帶電粒子撞擊在兩極的輝點上，便產生了機械壓力，這個力稱為極點壓力。它是阻礙熔滴過渡的力，在直流正接時，阻礙熔滴過渡的是正離子的壓力。反接時，阻礙熔滴過渡的是電子的壓力。由于正離子比電子的質量大，所以正離子流的壓力要比電子流的壓力大。因此，反接時容易產生細顆粒過渡，而正按時則不容易，這就是極點壓力不同的緣故。

５．氣體的吹力

在手工電弧焊時，焊條藥皮的熔化稍增落后于焊芯的熔化，在藥皮的末端形成一小段尚未熔化的“喇叭”形套管，套管內有大量的藥皮造氣劑分解產生的氣體及焊芯中碳元素氧化生成的ｃｏ氣體，這些氣體因加熱到高溫，體積急劇膨脹，并順著未熔化套管的方向，以挺直（直線的）而穩(wěn)定的氣流沖擊，把熔滴吹到熔池中去。不論焊縫的空間位置怎樣，這種氣流都將有利于熔滴金屬的過渡。

三、熔滴的過渡形式

金屬熔滴向熔池過渡根據其形式不同，大致可分為三種，即粗滴過渡、短路過渡、噴射過 渡。

１．粗滴過渡

當電弧長度超過一定值時，熔滴依靠表面張力的作用可以保持在焊條（或焊絲）端部自由長大，當促使熔滴下落的力（如重力、電磁力等）大于表面張力時，熔滴就離開焊條（或焊絲）自由過渡到熔池，而不發(fā)生短路。

粗滴過渡就是熔滴呈粗大顆粒狀向熔池自由過渡的形式，由于粗滴過渡飛濺大，電弧不穩(wěn)定，不是焊接工作所希望的。在焊接過程中熔滴尺寸的大小與焊接電流、焊絲成分、藥皮成分有關。

２．短路過渡

焊條（或焊絲）端部的熔滴與熔池短路接觸，由于強烈過熱和磁收縮的作用使其爆斷，直接向熔池過渡的形式稱為短路過渡。

短路過渡能在小功率電弧下（小電流，低電弧電壓），實現穩(wěn)定的金屬熔滴過渡和穩(wěn)定的焊接過程，適合于薄板或需低熱輸入的情況下的焊接。

３．噴射過渡

熔滴呈細小顆粒并以噴射狀態(tài)快速通過電弧空間向熔池過渡的形式，稱為噴射過渡，熔滴的尺寸隨著焊接電流的增大而減小，在弧長一定時，當焊接電流增大到一定數值后，即出現噴射過渡狀態(tài)。這里需要強調指出的是產生噴射過渡除了要有一定的電流密度外，還必須要有一定的電弧長度（電弧電壓）。如果電弧電壓太低（弧長太短），不論電流數值有多大，也不可能產生噴射過渡。

噴射過渡的特點是熔滴細，過渡頻率高，熔滴沿焊絲的軸向以高速向熔池運動，并具有電弧穩(wěn)定、飛濺小、熔深大、焊縫成形美觀、生產效率高等優(yōu)點。

第四章 手工電弧焊工藝

手工電弧焊是熔化焊中最基本的一種焊接方法，手工電弧焊接電極材料的不同可分為熔化極手工電弧焊和非熔化極手工電弧焊（如手工鎢極氣體保護焊）兩種。熔化極手工電弧焊（簡稱手工電弧焊）使用的設備簡單、操作方便、靈活，適應各種條件下的焊接，因此是各生產部門應用最廣的一種焊接方法。雖然各種自動化的焊接方法在生產中不斷推廣使用，但對一些結構形狀復雜、零件小、焊縫短或彎曲的焊件，如果采用自動化焊接就較困難，而必須采用手工電弧焊來完成。因此無論在國內外，手工電弧焊目前仍然是焊接工作中的主要方法之一。

第一節(jié) 焊接接頭型式和焊縫形式

一、焊接接頭型式

用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭（簡稱接頭），焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。在手工電弧焊中，由于焊件的厚度、結構的形狀及使用條件不同，其接頭型式及坡口形式也不相同。根據國家標準ＧＢ９８５—８０規(guī)定，焊接接頭的基本型式可分為：對接接頭、T型接頭、角接接頭、搭接接頭四種。有時焊接結構中還有一些其它類型的接頭型式，如十字接頭、端接接頭、卷邊接頭、套管接頭、斜對接接頭、鎖底對接接頭等。

１．對接接頭

兩焊件端面相對平行的接頭稱為對接接頭，對接接頭在焊接結構中是采用最多的一種接頭型式。

根據焊件的厚度、焊接方法和坡口準備的不同，對接接頭可分為：

1）I形坡口 當鋼板厚度在６ｍｍ以下，一般不開坡口，只留ｌ～２ｍｍ的根部間隙，但這也不是絕對的，在有些重要的結構中，當鋼板厚度大于３ｍｍ時要求開坡口。所謂坡口就是根據設計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工出一定幾何形狀的溝槽。

２）開坡口的對接接頭 開坡口就是用機械、火焰或電弧等加工坡口的過程。將接頭開成一定角度叫坡口角度，其目的是為了保證電弧能深入接頭根部，使接頭根部焊透，以便于清除熔渣獲得較好的焊縫成形，而且坡口能起到調節(jié)焊縫金屬中母材和填充金屬比例的作用。鈍邊（焊件開坡口時，沿焊件厚度方向未開坡口的端面部分）是為了防止燒穿，但鈍邊的尺寸要保證第一層焊縫能焊透。根部間隙（焊前，在接頭根部之間預留的空隙）也是為了保證接頭根部能焊透。板厚大于６ｍｍ的鋼板，為了保證焊透，焊前必須開坡口。坡口形式分為：

１）V形坡口 鋼板厚度為７～４０ｍｍ時，采用Ｖ形坡口。Ｖ形坡口有Ｎ形坡口、鈍邊Ｖ形坡口、單邊Ｖ形坡口、帶鈍邊單邊Ｖ形坡口四種，V形坡口的特點是加工容易，但焊后焊件易產生角變形。

２）雙Ｖ形坡口 鋼板厚度為 １２～６０ ｍｍ時可采用雙Ｙ形或雙Ｖ形坡口，也稱 Ｘ形坡口，Ｘ形坡口與Ｖ形坡口相比較，具有在相同厚度下，能減少焊著金屬量約二分之一，焊件焊后變形和產生的內應力也小些。所以它主要用于大厚度及要求變形較小的結構中。

３）U形坡口 Ｕ形坡口有帶鈍邊Ｕ形坡口、雙Ｕ形坡口帶鈍邊、帶鈍邊Ｊ形坡口，當鋼板厚度為 ２０～６０ ｍｍ時，采用帶鈍邊Ｕ形坡口，當厚度為４０～６０mm時采用雙Ｕ形坡口帶鈍邊。

Ｕ形坡口的特點是焊著金屬量最少，焊件產生的變形也小，焊縫金屬中母材金屬占的比例也小。但這種坡口加工較困難，一般應用于較重要的焊接結構。

２．Ｔ形接頭

一焊件之端面與另一焊件表面構成直角不同廣度鋼板對接的厚度近似直角的接頭，稱為Ｔ形接頭。Ｔ形接頭在焊接結構中被廣泛地采用，特別是造船廠的船體結構中，約７０％的焊縫是這種接頭形式。按照焊件厚度和坡口準備的不同,T形接頭可分為不開坡口、單邊Ｖ形Ｋ形及帶鈍邊雙Ｊ形四種形式。

Ｔ形接頭作為一般聯(lián)系焊縫，鋼板厚度在２～３０ｍｍ時，可采用不開坡口，它不需要較精確的坡口準備。若Ｔ形接頭的焊縫要求承受載荷壩ｕ應按照鋼板厚度和對結構強度的要求，可分別選用單邊Ｖ形、帶鈍邊雙單邊Ｖ形或帶鈍邊雙Ｊ形等坡口形式，使接頭能焊透，保證接頭強度。

３．角接接頭

00兩焊件端面問構成大于３０，并小于１３５夾角的接頭，稱為角接接頭。

角接接頭一般用于不重要的焊接結構中。根據焊件厚度和坡口準備的不同，角接接頭可分為I形坡口、單邊ｖ形坡口、帶鈍邊ｖ形坡口及帶鈍邊雙單邊ｖ形坡口四種形式，但開坡口的角接接頭在一般結構中較少采用。

４．搭接接頭

兩焊件部分重疊構成的接頭稱為搭接接頭。搭接接頭根據其結構形式和對強度的要求不同，可分為不開坡口、塞焊縫或槽焊縫，不開坡口的搭接接頭，一般用于１２ｍｍ以下鋼板，其重選部分為３～５倍板厚，并采用雙面焊接。這種接頭的裝配要求不高，也易于裝配，但這種接頭承載能力低，所以只用在不重要的結構中。

當遇到重疊鋼板的面積較大時，為了保證結構強度，可根據需要分別選用圓孔塞焊縫和長孔槽焊縫的接頭型式。這種型式特別適合于被焊結構狹小處及密閉的焊接結構，塞焊縫和糟焊縫的大小和數量要根據板厚和對結構的強度要求而定。

５．坡口的選擇原則

上述各種接頭形式在選擇坡口型式時，應盡量減少焊縫金屬的填充量，便于裝配和保證焊接接頭的質量，因此應考慮下列幾條原則：

（１）是否能保證焊件焊透；

（２）坡口的形狀是否容易加工；

（３）應盡可能地提高生產率、節(jié)省填充金屬；（４）焊件焊后變形應盡可能小。

二、焊經形式

焊縫是焊件經焊接后所形成的結合部分，焊縫按不同分類的方法可分為下列幾種形式：

１．按焊縫在空間位置的不同可分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫及仰焊縫四種形式。

２．按焊縫結合形式不同可分為對接焊縫、角焊縫及塞焊縫三種形式。

３．按焊縫斷續(xù)情況可分為：

（１）定位焊縫 焊前為裝配和固定焊件接頭的位置而焊接的短焊縫，稱為定位焊縫。

（２）連續(xù)焊縫 沿接頭全長連續(xù)焊接的焊縫。

（３）斷續(xù)焊縫 沿接頭全長焊接具有一定間隔的焊縫，稱為斷續(xù)焊縫。它又可分為并列斷續(xù)焊縫和交錯斷續(xù)焊縫。斷續(xù)焊縫只適用于對強度要求不高，以及不需要密閉的焊接結構。

第二節(jié)：焊縫符號表示法

在圖樣上標注焊接方法、焊縫型式和焊縫尺寸的符號稱為焊縫符號（焊縫代號）。焊縫符號表示法國家標準為ＧＲ３２４－８８。標準等效采用國際標準ＩＳＯ２５５３－８４（焊縫在圖樣上的符號表示法》。

焊縫符號一般由基本符號與指引線組成。必要時還可以加上輔助符號、補充符號和焊縫尺寸符號。

一、符號 １．基本符號

基本符號是表示焊縫橫截面形狀的符號，見表４—２。

２．輔助符號

輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，見表４—３。表４—３ 輔 助 符 號

３．補充符號

補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號，見表４—５。補充符號的應用示例見表４—６。

二、符號在目樣上的位置１．基本要求

完整的焊縫表示方法除了上述基本符號、輔助符號、補充符號以外，還包括指引線、一些尺寸符號及數據。

指引線一般由帶有箭頭的指引線

ｒ（簡稱箭頭線）和兩條基準線（一條為實線，另一條為虛線）兩部分組成，如圖

４一９所示。

２·箭頭線和接頭的關系

箭頭線和接頭的關系是，當焊縫在箭頭線所指的一側（箭頭側）為接頭的箭頭側（見圖４一１０ａ）；當焊縫在箭頭線所指的一側的背面（非箭頭側）為接頭的非箭頭側（見圖４—１０ｂ）。

第三篇：焊接工藝3(焊工工藝學電子教案)

３、箭頭線的位置

箭頭線相對焊縫的位置一般沒有特殊要求，但是在標注 Ｖ、Ｙ、J形焊縫時，箭頭線應指向帶有坡口一側的工件。必要時，允許箭頭線彎折一次。４、基準線的位置

基準線的虛線可以畫在基準線的實線下側或上側。基準線一般應與圖樣的底邊相平行，但在特殊條件下亦可與底邊相垂直。５、基本符號相對基準線的位置

為了能在圖樣上確切地表示焊縫的位置，特將基本符號相對基準線的位置作如下規(guī)定：

（1）如果焊縫在接頭的箭頭側，則將基本符號標在基準線的實線側。（2）如果焊縫在接頭的非箭頭側，則將基本符號標在基準線的虛線側。（3）標對稱焊縫及雙面焊縫時，可不加虛線。

三、焊縫尺寸符號及其標注位置

１、一般要求

（１）基本符號必要時可附帶有尺寸符號及數據，這些尺寸符號見表４—７。

（２）焊縫尺寸符號及數據的標注原則。

１）焊縫橫截面上的尺寸，標在基本符號的左側；

２）焊縫長度方向尺寸，標在基本符號的右側；

３）坡口角度、坡口面角度、根部間隙等尺寸，標在基本符號的上側或下側；

４）相同焊縫數量符號，標在尾部（國際標準ＩＳＯ２５５３對相同焊縫數量及焊縫段數未作明確區(qū)分，均用ｎ表示）；

５）當需要標注的尺寸數據較多又不易分辨時，可在數據前面增加相應的尺寸符號。

當箭頭線方向變化時，上述原則不變。

第三節(jié)：焊接工藝參數

焊接工藝參數（焊接規(guī)范），是指焊接時為保證焊接質量而選定的諸物理量（例如，焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等）的總稱。

手工電弧焊的焊接工藝參數通常包括。焊條選擇、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊接層數等。焊接工藝參數選擇得正確與否，直接影響焊縫的形狀、尺寸、焊接質量和生產率，因此選擇合適的焊接工藝參數是焊接生產上不可忽視的一個重要問題。

一、焊條的違擇 １、焊條牌號的選擇

焊縫金屬的性能主要由焊條和焊件金屬相互熔化來決定。在焊縫金屬中填充金屬約占50％～７０％。因此，焊接時應選擇合適的焊條牌號，才能保證焊縫金屬具備所要求的性能。否則，將影響焊縫金屬的化學成分、力學性能和使用性能。

2、焊條直徑的選擇

為了提高生產率，應盡可能選用較大直徑的焊條，但是用直徑過大的焊條焊接，會造成未焊透或焊縫成形不良。因此必須正確選擇焊條的直徑，焊條直徑大小的選擇與下列因素有關：

（１）焊件的厚度‘厚度較大的焊件應選用直徑較大的焊條；反之，薄焊件的焊接；則應選用小直徑的焊條。

（２）焊縫位置 在板厚相同的條件下焊接平焊縫用的焊條直徑應比其它位置大一些，立焊最大不超過 ５ ｍｍ，而仰焊、橫焊最大直徑不超過４ ｍｍ，這樣可造成較小的熔池，減少熔化金屬的下淌。

（３）焊接層數 在進行多層焊時，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不能焊透，因此為了防止根部焊不透，所以對多層焊的第一層焊道，應采用直徑較小的焊條進行焊接，以后各層可以根據焊件厚度，選用較大直徑的焊條。

（４）接頭形式 搭接接頭人形接頭因不存在全焊透問題，所以應選用較大的焊條直徑以提高生產率。

二、焊撥電流的選擇

焊接時，流經焊接回路的電流稱為焊接電流。焊接電流的大小是影響焊接生產率和焊接質量的重要因素之一。

增大焊接電流能提高生產率，但電流過大易造成焊縫咬邊、燒穿等缺陷，同時增加了金屬飛濺，也會使接頭的組織產生過熱而發(fā)生變化；而電流過小也易造成夾渣、未焊透等缺陷，降低焊接接頭的力學性能，所以應適當地選擇電流。焊接時決定電流強度的因素很多，如焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭形式、焊縫位置和層數等。但是主要的是焊條直徑、焊縫位置和焊條類型。１、根據焊條直徑選擇

焊條直徑的選擇是取決于焊件的厚度和焊縫的位置，當焊件厚度較小時，焊條直徑要選小些，焊接電流也應小些，反之則應選擇較大直徑的焊條。焊條直徑越大，熔化焊條所需要的電弧熱量也越大，電流強度也相應要大。

焊接電流只是一個大概數值，在實際生產中，焊工一般都憑自己的經驗來選擇適當的焊接電流。先根據焊條直徑算出一個大概的焊接電流，然后在鋼板上進行試焊。在試焊過程中，可根據下述幾點來判斷選擇的電流是否合適：

（１）看飛濺 電流過大時，電弧吹力大，可看到較大顆粒的鐵水向熔池外飛濺，焊接時爆裂聲大；電流過小時，電弧吹力小，熔渣和鐵水不易分清。

（２）看焊縫成形 電流過大時，熔深大、焊縫余高低、兩側易產生咬邊；電流過小時，焊縫窄而高、熔深淺、且兩側與母材金屬熔合不好；電流適中時，焊縫兩側與母材金屬熔合得很好，呈圓滑過渡。

（３）看焊條熔化狀況 電流過大時，當焊條熔化了大半根時，其余部分均已發(fā)紅；電流過小時，電弧燃燒不穩(wěn)定，焊條容易粘在焊件上。

２．根據焊縫位置選擇

相同焊條直徑的條件下，在焊接平焊縫時，由于運條和控制熔池中的熔化金屬都比較容易，因此可以選擇較大的電流進行焊接。但在其它位置焊接時，為了避免熔化金屬從熔池中流出，要使熔池盡可能小些，所以電流相應要比平焊小一些。

３．根據焊條類型選擇

當其它條件相同時，堿性焊條使用的焊接電流應比酸性焊條小些，否則焊縫中易形成氣孔。

三、電弧電壓的選擇

手工電弧焊的電弧電壓主要由電弧長度來決定。電弧長，電弧電壓高；電弧短，電弧電壓低。

在焊接過程中，電弧不宜過長，電弧過長會出現下列幾種不良現象：

１．電弧燃燒不穩(wěn)定，易擺動，電弧熱能分散，飛濺增多，造成金屬和電能的浪費。

２．焊縫有效厚度小，容易產生咬邊、未焊透、焊縫表面高低不平整、焊波不均勻等缺陷。

３．對熔化金屬的保護差，空氣中氧、氮等有害氣體容易侵入，使焊縫產生氣孔的可能性增加，使焊縫金屬的力學性能降低。

因此在焊接時應力求使用短弧焊接，在立、仰焊時弧長應比平焊時更短一些，以利于熔滴過渡，防止熔化金屬下淌。堿性焊條焊接時應比酸性焊條弧長短些，以利于電弧的穩(wěn)定和防止氣孔。所謂短弧一般認為應是焊條直徑的０．５～１．０倍。

四、焊接速度

單位時間內完成的焊縫長度稱為焊接速度。焊接過程中，焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不燒穿，同時還要使焊縫寬度和高度符合圖樣設計要求。

如果焊接速度過慢，使高溫停留時間增長，熱影響區(qū)寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，力學性能降低，同時使變形量增大。當焊接較薄焊件時，則易燒穿。如果焊接速度過快，熔地溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷。

焊接速度直接影響焊接生產率，所以應該在保證焊縫質量的基礎上，采用較大的焊條直徑和焊接電流，同時根據具體情況適當加快焊接速度，以保證在獲得焊縫的高低和寬窄一致的條件下，提高焊接生產率。

五、焊接層數

在焊件厚度較大時，往往需要多層焊。對于低碳鋼和強度等級低的普低鋼的多層焊時，每層焊縫厚度過大時，對焊縫金屬的塑性（主要表現在冷彎角上）稍有不利的影響。因此對質量要求較高的焊縫，每層厚度最好不大于 ４～５ ｍｍ。

根據實際經驗：每層厚度約等于焊條直徑的０．８～１．２倍時，生產率較高，并且比較容易操作

手工電弧焊時的焊接工藝參數可參閱P72頁表４—１１。表中的數據僅供參考，焊接時應根據具體工作條件和焊工技術熟練程度合理選用。

上述各項焊接工藝參數，在選擇時，不能單以一個參數的大小來衡量對焊接接人的影響，因為單以一個參數分析是不全面的。例如，焊接電流增大，雖然熱量增大，但不能說加到焊接接頭的熱量也大，因為還要看焊接速度的變化情況。當焊接電流增大時，如果焊接速度也相應增快，則焊接接頭所得到的熱量就不一定大，故對焊接接頭的影響就不大。因此焊接工藝參數的大小應綜合考慮，即用線能量來表示。

所謂線能量，是指熔焊時，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量。電弧焊時，焊接能源是電弧。根據焊接電弧可知，焊接時是通過電弧將電能轉換為熱能，利用這種熱能來加熱和熔化焊條和焊件的。如果將電弧看作是把全部電能轉為熱能時，則電弧功率可由下式表示： ｑ。＝ＩhUh 大中ｑ；；——電弧功率，即電弧在單位時間內所釋放出的能量（Ｊ／s）；

Ｉh——焊接電流（Ａ）；

Uh—一電弧電壓（Ｖ）。

實際上電弧所產生的熱量不可能全部都用于加熱熔化金屬，而總有一些損耗，例如飛濺帶走的熱量，輻射、對流到周圍空間的熱量，熔渣加熱和蒸發(fā)所消耗的熱量等。所以電弧功率中一部分能量是損失的，只有一部分能量利用在加熱焊件上。

各種電弧焊方法的有效功率系數，在其它條件不變的情況下，均隨電弧電壓的升高而降低，因為電弧電壓升高即電弧長度增加，熱量輻射損失增多，因此有效功率系數，值降低。

當焊接電流大，電弧電壓高時，電弧的有效功率就大。但是這并不等于單位長度的焊縫上所得到的能量一定多，因為焊件受熱程度還受焊接速度的影響。例如用較小電流，小焊速時，焊件受熱也可能比大電流配合大焊速時還要嚴重。顯然，在焊接電流、電壓不變的條件下，加大焊速，焊件受熱減輕。

焊接工藝參數對熱影響區(qū)的大小和性能有很大的影響。采用小的工藝參數，如降低焊接電流，增大焊接速度等，都可以減少熱影響區(qū)尺寸。不僅如此，從防止過熱組織和晶粒粗化角度看，也是采用小參數比較好。

當焊接電流增大或焊接速度減慢使焊接線能量增大時，過熱區(qū)的晶粒尺寸粗大，韌性降低嚴重；當焊接電流減少或焊接速度增大，在硬度強度提高的同時，韌性也要變差。因此，對于具體鋼種和具體焊接方法存在一個最佳的焊接工藝參數。例如圖中２０Ｍｎ鋼（板厚１６ ｍｍ、堆焊），在線能量ｑ／ｖ—３００００ Ｊ／cｍ左右，可以保證焊接接頭具有最好的韌性，線能量大于或小于這個理想的數值范圍，都引起塑性和韌性的下降。

以上是線能量對熱影響區(qū)性能的影響。對于焊縫金屬的性能，線能量也有類似的影響。對于不同的鋼材，線能量最佳范圍也不一樣，需要通過一系列試驗來確定恰當的線能量和焊接工藝參數。此外還應指出，僅僅線能量數據符合要求還不夠，因為即使線能量相同，其中的Ｉh、Ｕh、v的數值可能有很大的差別，當這些參數之間配合不合理時，還是不能得到良好的焊縫性能。例如在電流很大，電弧電壓很低的情況下得到窄而深的焊縫；而適當地減小電流，提高電弧電壓則能得到較好的焊縫成形，這兩者所得到焊縫性能就不同。因此應在參數合理的原則下選擇合適的線能量。

第四節(jié)： 預熱、后熱、焊后熱處理及提高手弧焊生產率的途徑

一、預熱

1、預熱的作用

預熱能降低焊后冷卻速度。對于給定成分的鋼種，焊縫及熱影響區(qū)的組織和性能取決于冷卻速度的大小。對于易淬火鋼，通過預熱可以減小淬硬程度，防止產生焊接裂紋。另外，預熱可以減小熱影響區(qū)的溫度差別，在較寬范圍內得到比較均勻的溫度分布，有助于減小因溫度差別而造成的焊接應力。

由于預熱有以上良好作用，在焊接有淬硬傾向的鋼材時，經常采用預熱措施。但是，對于鉻鎳奧氏體鋼，預熱使熱影響區(qū)在危險溫度區(qū)的停留時間增加，從而增大腐蝕傾向。因此，在焊接鉻鎳奧氏體不銹鋼時，不可進行預熱。

２．預熱溫度的選擇

焊件焊接時是否需要預熱，預熱溫度的選擇，應根據鋼材的成分、厚度、結構剛性、接頭型式、焊接材料、焊接方法及環(huán)境因素等綜合考慮，并通過可焊性試驗來確定。

３．預熱方法

預熱時的加熱范圍，對接接頭每側加熱寬度不得小于板厚的５倍，一般在坡口兩側各７５～１００ｍｍ范圍內應保持一個均熱區(qū)域，測溫點應取在均熱區(qū)域的邊緣。如果采用火焰加熱，測溫最好在加熱面的反面進行。除火焰加熱外，還可用工頻感應加熱、紅外線加熱等方法加熱。在剛度很大的結構上進行局部預熱時，應注意加熱部位，避免造成很大的熱應力。

二、后熱

１．后熱的作用

焊后將焊件保溫緩冷，可以減緩焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度，起到與預熱相似的作用。對于冷裂紋傾向性大的低合金高強度鋼等材料，還有一種專門的后熱處理，也稱為消氫處理；即在焊后立即將焊件加熱到２５０～３５０Ｃ溫度范圍，保溫２～６ｈ后空冷。消氫處理的目的，主要是使焊縫金屬中的擴散氫加速逸出，大大降低焊縫和熱影響區(qū)中的氫含量，防止產生冷裂紋。消氫處理的加熱溫度較低，不能起到松弛焊接應力的作用。對于焊后要求進行熱處理的焊件，因為在熱處理過程中可以達到除氫目的，不需要另作消氫處理。但是，焊后若不能立即熱處理而焊件又必須及時除氫時測需及時作消氫處理，否則焊件有可能在熱處理前的放置期間內產生裂紋。例如，有一臺大型高壓容器，焊后探傷檢查合格，但因焊后未及時熱處理，又未進行消氫處理，結果在放置期間內產生了延遲裂紋。當容器熱處理后進行水壓試驗時，試驗壓力未達到設計工作壓力，容器就發(fā)生了嚴重的脆斷事故，使整臺容器報廢。

２．后熱的方法

后熱的加熱方法、加熱區(qū)寬度、測溫部位等要求與預熱相同。

三、焊后熱處理

１．焊后熱處理的目的和種類

焊后熱處理是將焊件整體或局部加熱保溫，然后爐冷或空冷的一種處理方法，可以降低焊接殘余應力，軟化淬硬部位，改善焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能，提高接頭的塑性和韌性，穩(wěn)定結構的尺寸。最常用的焊后熱處理是在６００～６５０℃范圍內的消除應力退火，并低于人；點溫度的高溫回火。另外還有為改善鉻鎳奧氏體不銹鋼抗腐蝕性能的穩(wěn)定化處理等。消除應力退火的加熱溫度一般為６００～６５０Ｃ，對于含釩低合金鋼，在６００～６２０Ｃ左右加熱時，塑性和韌性下降，應在５５０～５９０℃下進行消除應力退火。消除應力退火的保溫時間一般根據板厚確定，每毫米厚度 1~2ｍｉｎ，最短不少于 ３０ ｍｉｎ，最多不超過 ３ ｈ。

鉻鑰耐熱鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼等材料，焊后在６５０～７６０Ｃ不同溫度范圍內回火處理，主要起改善組織和性能及降低焊接殘余應力的作用。

２、焊后熱處理的方法

1）整體加熱處理 將焊件置于加熱爐中整體加熱處理，可以得到滿意的處理效果。焊件進爐和出爐時的溫度應在３００Ｃ以下，在３００Ｃ以上的加熱和冷卻速度與板厚有關。對于厚壁容器，加熱和冷卻速度為５０～１５０Ｃ巾，整體處理時爐內最大溫差不得超過50℃。如果焊件太長分成二次處理時，重疊加熱部分應在1.5m以上。

２）局部熱處理 對于尺寸較長不便整體處理，但形狀比較規(guī)則的簡單筒形容器、管件等，可以進行局部熱處理。局部熱處理時，應保證焊縫兩側有足夠的加熱寬度。

局部熱處理常用火焰加熱、紅外線加熱、工頗感應加熱等加熱方法。

一般在下列情況要考慮焊后熱處理：

１）母村金屬強度等級較高，產生延遲裂紋傾向較大的普遍低合金鋼。

２）處在低溫下工作的壓力容器及其它焊接結構，特別在脆性轉變溫度以下使用的壓力容器。

３）承受交變載荷工作，要求疲勞強度的構件。

４）大型受壓容器。

５）有應力腐蝕和焊后要求幾何尺寸較穩(wěn)定的焊接結構。

四、提高手弧焊生產率的途徑

提高焊接生產率從二方面著手，一方面應積極研究與推廣優(yōu)質高效的焊接方法；另一方面，就是設法提高手弧焊接生產率。

目前提高手弧焊生產率的途徑主要是：研制高效率焊條和專用焊條；采用特殊工藝措施或使手弧焊半機械化及減少輔助時間等。

１．采用高效率焊條和專用焊條

1）高效率鐵粉焊條“高效率鐵粉焊條在國外已普遍使用，我國目前生產的這類焊條牌號有Ｔ4323（結422鐵）、Ｔ5018（結506鐵）等。它們分別是在鈦鈣型和低氫型焊條藥皮的基礎上加入25％～40％的鐵粉。因藥皮中含有較多的鐵粉，焊接時鐵粉向焊縫過渡，使焊條的熔敷速度（熔焊過程中，單位時間內熔敷在焊件上的金屬量）和熔敷效率（溶敷金屬量與熔化的填充金屬量的百分比）都大大提高。同時鐵粉的加入，使焊條具有較好的導電、導熱性能，故可采用較大的焊接電流。“鐵粉焊條的熔敷效率可達一般焊熱敷效率的１３０％～２５０％，我國Ｔ4323的熔敷效率是Ｔ4303的 135％。用這種焊條焊角焊縫時，其焊腳比同直徑的一般焊條大，直徑為5—8ｍｍ的鐵粉焊條，單道焊縫焊腳可達７～10ｍｍ，這樣可以減少焊接層次，大大提高了生產率。此外，這種焊條脫渣性好、飛濺小、焊縫成形好，可全位置焊接。

（２）立向下焊專用焊條 生產中立焊焊縫大都是自下而上進行焊接，為了防止熔化金屬下淌，熔池尺寸必須加以限制，因此電流只能用得很小，生產率極低。六十年代末發(fā)展了一種立向下焊專用焊條。我國生產的Ｅ5018就是立向下焊專用焊條，焊條為鐵粉低氫型。這種電焊條最大的工藝特點是立焊位置由上向下施焊，熔渣較少，渣凝固快，熔渣和鐵水無下淌現象，電弧燃燒穩(wěn)定，熔渣容易去除，焊縫成形美觀，熔深適中，焊接電流和平焊時電流相近，因而可顯著提高立焊生產率。

２．高效率重力焊接法

它是高效率鐵粉焊條和重力焊裝置相結合的一種半機械化焊接法。滑軌式重力焊采用的焊條是重力焊專用焊條，它比普通鐵粉焊條粗而長，目前我國一般采用直徑為5—5.8ｍｍ。長度為 700～800 ｍｍ（國外重力焊焊條直徑達8.5 ｍｍ，長度為 900～1000ｍｍ）。為了使焊接時通電后焊條能自行起弧，在焊條頭上涂有專門供引弧用的涂料。

滑軌式重力焊裝置的作用是模仿手工焊的動作，即保證焊條隨著其熔化自動下送，并能沿著焊接方向均勻移動。它主要由專用焊鉗、滑軌、連接板、磁鐵、底座及焊接電纜支架等組成。

焊接時，將重力焊裝置與立板靠緊，由于底座上磁鐵作用，裝置能牢固地吸在預定位置上，隨后將焊條插入焊鉗內并使焊條頭抵住接縫處，接通電流后，能自動引弧。隨著焊條的熔化，專用焊鉗在重力作用下沿著滑軌以固定角度下滑，而逐漸形成焊縫。當焊條將熔化完時，焊鉗也已滑到滑軌下端圓弧形彎頭處，該彎頭能使焊鉗上撓，起自動熄滅電弧的作用。調節(jié)滑軌與水平板之間、焊條與滑軌之間的夾角，可以改變一根焊條所能焊得的焊縫長度和截面尺寸。這種重力焊，由于設備簡單，采用長而粗的高效即條，一人可以同時管理幾個焊接工作位置，所以生產率比手工焊高３～５倍，大大減輕了焊工勞動強度。目部它主要用于焊接直線形的平角焊縫。

重力焊在日本已被廣泛使用于造船工業(yè)，我國造船廠也已推廣使用。

３．單面焊雙面成形

為了保證焊縫根部焊透和獲得正反兩面均好的焊縫成形，一般焊件都需進行雙面焊，這樣不但焊接工時較長，而且有的結構不能任意翻轉，勢必帶來大量封底仰焊縫，有時由于焊接位置狹小，甚至無法進行封底焊，這給焊接生產帶來了一家困難

手工單面焊雙面成形法，是一種強制反面成形的焊接方法。它借助于在接縫處反面襯上一塊紫銅板而達到反面成形的目的。

為了保證焊縫反面焊透和外形美觀，要求不留鈍邊的Ｖ型玻口，如焊件極厚在 １２～２０ｍｍ的范圍內，要求焊件接縫反面平直，以便保證銅墊板能貼緊。焊接時將紫銅墊板用托架固定在焊縫反面。

底層焊縫是反面成形的關鍵，但是選用的焊接電流不宜過大，如直徑為4mm的焊條，焊接電流約在 150～170為宜。運條時，擺動不宜過大，焊條向焊接方向傾0斜30左右，采用短弧焊接。為了保證焊縫連接處質量，更換焊條應迅速，在焊縫熱態(tài)下連接。這種焊接工藝可大大提高勞動生產率和減輕焊工勞動強度。此外，合理組織焊接生產，采用裝配焊接夾具等均能提高焊接生產率。

第五節(jié)：手工堆焊及補焊

一、手工堆焊技術

堆焊主要用來修復機械設備工作表面的磨損部分和金屬表面的殘缺部分，以恢復原來的尺寸，或堆焊成耐磨、耐蝕的特殊金屬表面層。

堆焊時必須根據不同要求選用不同的焊條．修補用焊所用的焊條成分一般和焊件金屬相同。但堆焊特殊金屬表面時，應選用專用焊條，以適應機件的工作需要。

不同堆焊工件和堆焊焊條要采用不同的堆焊工藝，才能獲得較滿意的堆焊質量。堆焊前，對堆焊處的表面必須仔細地清除雜物、油脂等后，才能開始堆焊。在堆焊第二條焊道時，必須熔化第一條焊道的１／３～１／２寬度，這樣才能使各焊道間緊密的連接，并能防止產生夾渣和未焊透等缺陷。

當進行多層堆焊時，由于加熱次數較多，且加熱面積又大，所以焊件極易產生

0變形，甚至會產生裂紋。這就要求第二層焊道的堆焊方向與第一層互相成90，同時為了使熱量分散，還應注意堆焊順序。

軸堆焊時，可采用縱向對稱堆焊和橫向螺旋形堆焊，堆焊時必須注意變形量。堆焊時，還需注意每條焊縫結尾處不應有過深的弧坑，以免影響堆焊層邊緣的成形。因此應采取將熔池引到前一條堆焊縫上的方法。

為了增加堆焊層的厚度，減少清渣工作，提高生產效率，通常將焊件的堆焊面放成垂直位置，用橫焊方法進行堆焊，有時也將焊件放成傾斜位置用上坡焊堆焊。為了滿足堆焊后焊件表面機械加工的要求，應留有一定厚度（３～５mｍ）的加工量。

二、鑄鋼作缺陷和裂紋的焊補技術

１．鑄鋼件缺陷的焊補

鑄鋼件的缺陷一般有兩種：即明缺陷，焊接時電弧能直接作用到整個缺陷表面；另一種是暗缺陷，焊接時只能在局部缺陷上進行焊補。修補缺陷時，除了要遵守堆焊的規(guī)則外，還應特別注意焊前缺陷處的清潔修整工作，必須使缺陷完全顯露出來，并要露出新的金屬光澤，同時坡口不應有尖銳的形狀，以防止產生未焊透、夾渣等缺陷。

明缺陷的焊補是將缺陷表面清除干凈，用Ｔ5015焊條按照堆焊的方法，把缺陷填滿即可。如果鑄鋼件較大，為了防止產生裂紋，可在焊補處進行局部預熱300～350℃。

焊補暗缺陷時，必須認真地修整缺陷，除去妨礙電弧進入的金屬，待缺陷完全暴露且清除干凈后進行，焊補方法與明缺陷相同。

２．裂紋的焊補

焊補前應徹底檢查、分析裂紋部分，然后將裂紋診成一定的坡口形式，坡口底部不要呈尖角狀。為了避免在鑿削過程中，裂紋受震動而蔓延，鑿削前應在裂紋的兩端技直徑為10～15ｍｍ的小孔。裂紋的焊補一般采用Ｔ5015焊條，焊后的焊縫強度和塑性均能滿足多求。在焊接過程中還要注意焊接順序，并根據具體情況，在焊接前還可以將焊補處進行局部預熱300～350℃，同時適當敲擊焊縫處，以消除局部應力，防止產生新的裂紋。

第五章 焊 條

焊條是涂有藥皮的并供手弧焊用的熔化電極，它由藥皮和焊芯兩部分組成。近幾十年來焊接技術迅速發(fā)展，各種新的焊接工藝方法不斷涌現，焊接技術的應用范圍也越來越廣泛。但是手工電弧焊仍然是焊接工作中的主要方法，根據資料統(tǒng)計，手工電弧焊的焊條用鋼約占焊接材料用鋼（包括焊條及各種自動焊焊絲的總和）的６０％～８０％，這充分說明手工電弧焊在焊接工作中占有重要地位。

手工電弧焊時，焊條既作為電極，在焊條熔化后又作為填充金屬直接過渡到熔池，與液態(tài)的母材熔合后形成焊縫金屬。因此，焊條不但影響電弧的穩(wěn)定性，而且直接影響到焊縫金屬的化學成分和力學性能。為了保證焊縫金屬的質量，必須對焊條的組成、分類、牌號及選用、保管知識有較深刻的了解。第一節(jié)： 焊條的組成及作用

0 焊條是由焊芯（金屬芯）和藥皮組成。在焊條前端藥皮有45左右的倒角，這是為了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，約占焊條總長1／16，便于焊鉗夾持并有利于導電。焊條直徑（實際上是指焊芯直徑）通常為２、2.5、3.2ｍｍ或３、４、５、5.8ｍｍ（或６ｍｍ）等幾種，常用的是Φ3.2、Φ４、Φ５三種，其長度“Ｌ”一般在 250～450ｍｍ之間。

一、焊芯

焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯，焊芯一般是一根具有一定長度及直徑的鋼絲。焊接時，焊芯有兩個作用：一是傳導焊接電流，產生電弧把電能轉換成熱能；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。

手弧焊時，焊芯金屬約占整個焊縫金屬的５０％～７０％。所以焊芯的化學成分，直接影響焊縫的質量。因此，做焊芯用的鋼絲都是經特殊冶煉的，并規(guī)定了它的牌號與成分，這種焊接專用鋼絲，用作制造焊條，就是焊芯。如果用于埋弧自動焊、電渣焊、氣體保護焊、氣焊等熔焊方法作填充屬時則稱為焊絲。

１．焊芯中各合金元素對焊接質量的影響

（１）碳：碳是鋼中的主要合金元素，當合碳量增加時，鋼的強度、硬度明顯提高，而塑性降低。在焊接過程中，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。考慮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＜0.1％。

（２）錳：錳在鋼中是一種較好的合金劑，隨著錳含量的增加，其強度和韌性不斷提高。在焊接過程中，錳也是一種較好的脫氧劑，能減少焊縫中氧的含量。錳與硫化合形成硫化錳浮于熔渣中，從而減少焊縫熱裂紋傾向。因此一般碳素結構鋼焊芯的含錳量為0.30％～0.55％，焊接某些特殊用途的鋼絲，其合標量高達1.70％～2.10％。

（３）硅：硅也是一種較好的合金劑，在鋼中加人適量的硅能提高鋼的強度、彈性及抗酸性能；若含量過高，則降低塑性和韌性，在焊接過程中，硅具有比錳還強的脫氧能力，與氧形成二氧化硅，但它會提高渣的粘度，易促進非金屬夾雜物生成。過多的二氧化硅，還能增加焊接熔化金屬的飛濺，因此焊芯中的含硅量越少越好，一般限制在0.03％以下。

（４）鉻：鉻對鋼來說是一種重要合金元素，用它來冶煉合金鋼和不銹鋼，能夠提高鋼的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。對于低碳鋼來說，鉻便是一種偶然的雜質。鉻的主要冶金特征是易于急劇氧化，形成難熔的氧化物三氧化二鉻，從而增加了焊縫金屬夾雜物的可能性。三氧化二鉻過渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流動性降低，因此焊芯中的含鉛量限制在0.20％以下。

（５）鎳：鎳對低碳鋼來說，是一種雜質。因此焊芯中的含鎳量要求小于0.30％。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，適當滲入一些鎳。

（６）硫：硫是一種有害雜質，它能使焊縫金屬力學性能降低，硫的主要危害是隨著硫含量的增加，將增大焊縫金屬的熱裂紋傾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0.04％。在焊接重要結構時，硫含量不得大于0.03％。

（７）磷：磷是一種有害雜質。它能使焊縫金屬力學性能降低，磷的主要危害是使焊縫產生冷脆現象，隨著磷含量的增加，將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0.04％。在焊接重要結構時，磷含量不得大于0.03％。

２．焊芯的分類及用號

（１）焊芯的分類 焊芯是根據國家標準“焊接用鋼絲”（ＧＢ１３００－７７）的規(guī)定分類的，用于焊接的專用鋼絲可分為碳素結構鋼、合金結構鋼、不銹鋼三類。

（２）焊芯牌號的含義 焊芯的牌號前用“焊”字注明，以表示焊接用鋼絲，它的代號是“Ｈ”，即“焊”字漢語拼音的第一字母，其后的牌號表示法與鋼號表示方法一樣。末尾注有“高”字（字母用A表示），說明是高級優(yōu)質鋼，含硫、磷量較低（不大于0.030％）；末尾注有“特”字（字母用“Ｅ”表示），說明是特級鋼材，其含硫、磷量更低（不大于0.025％）；末尾未注字的，說明是一般鋼，含硫、磷量不大于0.04％。

二：藥皮

壓涂在焊芯表面上的涂料層稱為藥皮。焊條藥皮在焊接過程中起著極為重要的作用，若采用無藥皮的光焊條焊接，則在焊接過程中，空氣中的氧和氮會大量侵人熔化金屬，將金屬鐵和有益元素碳、硅、錳等氧化和氮化形成各種氧化物（如FeO）和氮化物（如FeＮ），并殘留在焊縫中，造成焊縫夾渣或裂紋。而熔入熔池的氣體可能使焊縫產生大量氣孔。這都使焊縫的力學性能（強度、沖擊值等）大大降低，同時使焊縫變脆。此外用光焊條焊接，電弧很不穩(wěn)定，飛濺嚴重，焊縫成形很差。

人們發(fā)現在光焊條外面涂一薄層由白要等物組成的藥皮，能使電弧燃燒穩(wěn)定，這種焊條叫薄藥皮焊條，由于其焊縫質量仍很差，目前已很少采用。隨著工業(yè)發(fā)展，現已廣泛應用優(yōu)質厚藥皮焊條。生產實踐證明，焊芯和藥皮二者之間要有一個適當的比例，這個比例就是焊條藥皮與焊芯（不包括夾持端）的重量比，稱為藥皮的重量系數（Ｋ。）。Ｋ。值一般在４０％～６０％左右。

藥皮在焊接過程中起著復雜的冶金反應和物理、化學變化，基本上克服了光焊條在焊接時出現的問題，所以說藥皮也是決定焊縫金屬質量的主要因素之一。

１．焊條藥皮的作用（１）機械保護作用

1）氣保護 在焊接時，焊條藥皮熔化后產生大量的氣體，籠罩著電弧區(qū)和熔池，基本上把熔化金屬和空氣隔絕開來。這些氣體中絕大部分是還原性氣體（ＣＯ、H2等），能在電弧區(qū)和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。

２）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晶，起到渣保護作用。

（２）冶金處理滲合金作用 通過熔渣與熔化金屬冶金反應，除去有害雜質（如氧、氫、硫、磷）和添加有益的合金元素，使焊縫獲得合乎要求的力學性能。

藥皮雖然具有機械保護作用，但液態(tài)金屬仍不可避免地要受到少量空氣侵入并氧化，此外藥皮中某些物質受電弧高溫作用而分解放出氧，使液態(tài)金屬中的合金元素燒損，導致焊縫質量降低。因此在藥皮中要加入一些還原劑，使氧化物還原，以保證焊縫質量。此外藥皮中根據焊條性能的不同還加入一些去氫、去硫物質，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），使焊縫的力學性能降低。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，以彌補合金元素燒損和提高焊縫金屬的力學性能。

（３）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。

在焊接電弧這一章中，我們已知道要保證電弧能正常、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，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，藥皮稍晚一些熔化。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，并可減小飛濺，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成分和力學性能，并使焊條具有良好的焊接工藝性能。

２．焊條藥皮的組成

焊條藥皮是由各種礦物類、鐵合金和金屬類、有機物類及化工產品（水玻璃類）等原料組成。焊條藥皮的組成的成分相當復雜，一種焊條藥皮的配方中，組成物有七、八種之多。按其在焊接過程中所起的作用通常分為：

（１）穩(wěn)弧劑 穩(wěn)弧劑的主要作用是改善焊條引弧性能和提高焊接電弧穩(wěn)定性。我們知道，凡能使氣體電離電位（電離勢）降低的物質，都能提高電弧的穩(wěn)定性。所以一般多采用堿金屬及堿土金屬的化合物，如鉀、鈉、鈣的化合物。因為鉀、鈉、鈣等元素的電離電位均很低（4.33～6.10ｅＶ），當焊條藥皮里含有這些低電離勢的物質后，能改善電弧空間氣體電離的條件，即使電弧的導電性能增強，使焊接電流易于通過電弧空間，因而大大增加了焊接電弧的穩(wěn)定性。常用的穩(wěn)弧劑有碳酸鉀、碳酸鈉、鉀硝石、水玻璃及大理石或石灰石、花崗石、長石、鈦白粉等。

（２）造渣劑 造渣劑的主要作用是能形成具有一定物理、化學性能的熔渣，產生良好的機械保護作用和冶金處理作用。焊接熔渣好比煉鋼爐的爐渣，沒有爐渣就煉不出優(yōu)質鋼，同樣，沒有焊接熔渣，也就不可能有優(yōu)質焊縫金屬。這類藥皮組成物能熔成一定密度的熔渣浮于液體金屬表面，使之不受空氣侵入，并具有一定的粘度和透氣性及與熔池金屬進行必需的冶金反應的能力，保證焊縫金屬的質量和成形美觀，如鈦鐵礦、赤鐵礦、金紅石、長石、大理石、花崗石、螢石、菱苦土、錳礦、鈦白粉等。它們在一定的配方下，能獲得具有一定性能的熔渣。

（３）造氣劑 造氣劑的主要作用是造成保護氣氛，同時也有利于熔滴過渡。這類組成物有碳酸鹽類礦物，如大理石、菱鎂礦、白云石等。有機物，如木粉、纖維素、淀粉等。

碳酸鹽類礦物在電弧高溫條件下能分解出大量的二氧化碳氣體。有機物類組成物一般都是碳、氫、水等的化合物，只要溫度達２５０Ｃ以上時，它們就要分解解出的一氧化碳和氫氣均屬還原性氣體，特別是一氧化碳，能有效地保護焊縫金屬．”

（４）脫氧劑 脫氧劑的主要作用是對熔渣和焊縫金屬脫氧。在焊接過程中，若金屬熔池被氧氣侵人，便會使合金元素燒損，鐵被氧化，不僅影響焊縫質量，還會造成氣孔，因而必須脫氧。焊縫金屬的脫氧方法很多，用脫氧劑脫氧是其中一種，它是利用熔融在焊接熔渣里某種與氧親和力比鐵大的元素，通過在熔渣及熔化金屬內進行的一系列冶金反應來達到脫氧的目的。常用的脫氧劑有錳鐵、硅鐵、鋁鐵、鈦鐵、石墨等。

（５）合金劑 合金劑的主要作用是向焊縫金屬中摻入必要的合金成分，以補償已經燒損或蒸發(fā)的合金元素和補加特殊性能要求的合金元素。常用的合金劑有鉻、鋁、錳、硅、鈦、鎢、釩的鐵合金和金屬鉻、錳等純金屬。

（６）稀釋劑 稀釋劑的主要作用是降低焊接熔渣的粘度，增加進渣的流動性。如螢石能與熔渣中其它成分形成ＣａＯ·ＳiＯ2·ＣａＦ共晶（熔點為1130℃），可降低熔渣的粘度。常用稀滌劑有螢石、長石。鈦鐵礦、鈦白粉、金紅石、錳礦等。

（７）粘結劑 粘結劑的主要作用是將藥皮牢固地粘結在焊芯上。常用的粘結劑是水玻璃，也可用樹膠類物質。

（８）增塑劑 增塑劑的主要作用是改善涂料的塑性和滑性，使之易于用機器壓涂在焊芯上，如云母、白泥、鈦白粉等。

由上述可見，焊條藥皮中的許多物質，往往同時可起幾種作用。例如。大理石既有穩(wěn)弧作用，又是造氣劑和造渣劑。某些鐵合金（如錳鐵、硅鐵）既可作脫氧劑，又可作合金劑。粘結劑水玻璃（含鉀與鈉）實際上還起到穩(wěn)弧和造渣作用。

第二節(jié)： 焊條藥皮的類型及焊條的分類

一、焊條藥在的類型

為了適應各種工作條件下材料的焊接，對于不同的焊芯和焊縫的要求，必須有一定特性的藥皮。因此，各種焊條藥皮是由不同數量及用途的礦物、鐵合金、化工材料，有的還有有機物混合組成。根據藥皮材料中主要成分的不同焊條藥皮可分為各種不同的類型。藥皮類型不同，焊條的操作工藝性能和其它性能及特點也不同。如焊芯牌號相同，涂的藥皮類型不同，則焊條的性能也不同。

手工電弧焊焊條的藥皮主要分為下列八種類型：

１、鈦型

藥皮中以氧化鈦為主要組成物（ＴiＯ2量約35％以上）的焊條，稱為鈦型焊條。這類藥皮電弧燃燒穩(wěn)定，再引弧容易，熔深較淺，易于脫渣，飛濺少，焊波特別美觀，適用于全位置焊接，特別適用薄板焊接。但焊縫金屬塑性和抗裂性能較差。焊接電源為交直流兩用。

２、鈦鈣型

藥皮中含有30％以上氧化鈦及小于20％鈣或鎂的碳酸鹽礦石的焊條，稱為鈦鈣型焊條。這類藥皮使電弧燃燒較穩(wěn)定，熔渣流動性良好，熔深一般，脫渣容易，飛濺少，焊波美觀，適用于全位置焊接。焊接電源為交直流兩用。

３、鈦鐵礦型

藥皮中含有30％以上鈦鐵礦的焊條，稱為鈦鐵礦型焊條。這類藥皮熔渣流動性良好，電弧稍強，熔深較深，渣覆蓋良好，脫渣容易，飛濺一般，焊波整齊，適用于全位置焊接。焊接電源為交直流兩用。

４、氧化鐵型

藥皮中含有多量氧化鐵及較多錳鐵作脫氧劑的焊條，稱為氧化鐵型焊條。這類藥皮熔化速度快，焊接生產率較高，電弧燃燒穩(wěn)定，再引弧容易，熔深較深，飛濺稍多，最適宜中厚板的平焊工作，立焊和仰焊操作性能較差，而焊縫金屬抗裂性較好。焊接電源為交直流兩用。

５、纖維素型

藥皮中含有15％以上有機物和30％左右氧化鈦的焊條，稱為纖維素型焊條。這類藥皮焊接時，有機物在電弧區(qū)分解產生大量氣體，保護熔化金屬。這種焊條具有電弧強，熔深深，熔化速度快、熔渣少，脫渣容易，飛濺一般，適用于全位置焊接，特別適宜于立焊和仰焊，也可進行向下立焊，并可作深熔焊接，同時可用作多層焊或單面焊打底焊時采用。焊接電源為交直流兩用。

６．低氫鈉型和低氫鉀型

藥皮主要由碳酸鹽及氟化物等堿性物質組成的焊條。正確使用時，熔敷金屬中擴散氫的含量低于規(guī)定值，稱為低氫型焊條。這類藥皮熔渣流動性好，焊接工藝性能一般，焊波較高，脫渣較難，適用于全位置焊接，具有良好的抗裂性能和力學性能，氣孔敏感性較強，所以對焊件坡口清理要求及藥皮干燥要求嚴格。焊接時要求采用短弧，焊接電流比酸性焊條要小些。

低氫鈉型采用直流反極性焊接電源；低氫鉀型由于藥皮在低氫鈉型的基礎上增加適量的穩(wěn)弧劑，因此可采用交直流電源。

７、石墨型

藥皮中含有較多量的石墨，使焊縫金屬獲得較高的游離碳或碳化物。采用低碳鋼芯的石墨型藥皮焊條，一般焊接工藝性能較差，飛濺較多，煙霧較大，熔渣極少。這種焊條只適用于平焊工作。采用有色金屬芯的石墨型藥皮，一般焊接工藝性能較好，飛濺極少，熔深較淺，熔渣少，適用于全位置焊接。石墨型藥皮焊條引弧容易，藥皮強度較差。此外，由于抗裂性較差和焊條尾部容易發(fā)紅，故施焊時一般采用小工藝參數為宜。通常這類藥皮用于配制部分鑄鐵焊條和堆焊焊條。焊接電源為交流或直流。

８、鹽基型

這類藥皮主要由氯化物和氟化物組成。由于藥皮吸潮性較強，焊前焊條必須烘干。并且有熔點低，熔化速度快的特點。這種焊條焊接工藝性能較差，焊接時要求電弧很短。熔渣具有一定的腐蝕性，要求焊后仔細清除干凈。一般采用殘甲基纖維素作粘結劑，通常用于配制鋁及鋁合金焊條。焊接電源為直流。

在上述各種類型藥皮的基礎上，若藥皮中含有３０％以上的鐵粉，按照基本類型不同，分別稱作鐵粉ＸＸ型，例如鐵粉低氫鉀型。在鋼焊條藥皮中加入鐵粉后，有改善工藝性能和提高熔敷效率的優(yōu)點，但鐵粉加入量較多的焊條，不能適于立焊或仰焊操作。

對鋼焊條來說，由于在鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型及纖維素型的焊條藥皮中所含強堿性氧化物較少，而酸性氧化物較多，故一般將這五種類型藥皮的焊條稱為酸性焊條。而低氫鈉型和低氫鉀型焊條藥皮中含有較多的大理石和螢石，堿性較強，故稱為堿性焊條。

二、焊條的分類

１．按焊條的用途分

（１）低碳鋼和低合金高強度鋼焊條（簡稱結構鋼焊條）這類焊條的熔敷金屬，在自然氣候環(huán)境中具有一定的力學性能。

（２）鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條 這類焊條的熔敷金屬，具有不同程度的高溫工作能力。

（3）不銹鋼焊條 這類焊條的熔敷金屬，在常溫、高溫或低溫中具有不同程度的抗大氣或抗腐蝕性介質腐蝕的能力和一定的力學性能。

（４）堆焊焊條 這類焊條為用于金屬表面層堆焊的焊條，其熔敷金屬在常溫或高溫中具有一定程度的耐不同類型磨耗或腐蝕等性能。

（５）低溫鋼焊條 這類焊條的熔敷金屬，在不同的低溫介質條件下，具有一定的低溫工作能力。

（６）鑄鐵焊條 這類焊條是指專用作焊補或焊接鑄鐵用的焊條。

（７）鎳及鎳合金焊條 這類焊條用于鎳及鎳合金的焊接、焊補或堆焊。某些焊條也可用于鑄鐵焊補、異種金屬的焊接。

（８）銅及銅合金焊條 這類焊條用于銅及銅合金的焊接、焊補或堆焊。某些焊條也可用于鑄鐵焊補、異種金屬的焊接。

（９）鋁及鋁合金焊條 這類焊條用于鋁及鋁合金的焊接、焊補或堆焊。２．按焊條藥皮熔化后的熔渣特性分

（ｌ）酸性焊條 其熔渣成分主要是酸性氧化物（ＳiＯ

2、ＴiＯ

2、Ｆe2O3）及其它在焊接時易放出氧的物質，藥皮里的造氣劑為有機物。

此類焊條藥皮里有各種氧化物，具有較強的氧化性，促使合金元素氧化；同時電弧氣氛中的氧電離后形成負離子與氫離子有很大的親和力，生成氫氧根離子（ＯＨ）從而防止氫離子溶入液態(tài)金屬里，所以這類焊條對鐵銹不敏感，焊縫很少產生由氫引起的氣孔。酸性熔渣的脫氧不完全，同時不能有效地清除焊縫中的硫、磷等雜質，故焊縫金屬的力學性能較低，一般用于焊接低碳鋼和不太重要的鋼結構中。

（２）堿性焊條 其熔渣的成分主要是堿性氧化物（如大理石、螢石等），并含有較多的鐵合金作為脫氧劑和合金劑，焊接時大理石（CaCO3分解產生的CO2作為保護氣體。由于焊條的脫氧性能好，合金元素燒損少，焊縫金屬合金化效果較好。由于電弧中含氧量低，如遇焊件或焊條存在鐵銹和水分時，容易出現氫氣孔。在藥應中加人一定量的螢石（CaＦ2），在焊接過程中與氫化合生成氟化氫（ＨＦ），具有去氫作用。但是螢石不利于電弧的穩(wěn)定，必須采用直流反極性進行焊接。若在藥皮中加入穩(wěn)定電弧的組成物碳酸鉀等，便可使用交流電源。

堿性熔渣的脫氧較完全，又能有效地消除焊縫金屬中的氫和氧，合金元素燒損少，所以焊縫金屬的力學性能和抗裂性均較好，可用于合金鋼和重要碳鋼結構的焊接。

三、焊條型號的統(tǒng)制方法

１．按國家標準規(guī)定碳鋼焊條型號的編制方法

（１）字母“Ｅ”表示焊條。

（２）前兩位數字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為；×10MPa。

（３）第三位數字表示焊條的焊接位置，“０”及“１”表示焊條適用于全位置焊接（平、立、橫、仰焊），“２”表示焊條適用于平焊及平角焊，“４”表示焊條適用于向下立焊。

（４）第三位和第四位數字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型，見P91頁表５—２。２．按國家標準規(guī)定低合金鋼焊條型號的編制方法 低合金鋼焊條型號Ｅ××××的編制方法與碳鋼焊條相同。但焊條型號后面有短劃“—”與前面數字分開，后綴字母為熔敷金屬的化學成分分類代號，其中Ａ表示碳—鉬鋼焊條；B表示鉻—鉬 鋼焊條；C表示鎳—鋼焊條；ＮＭ表示鎳—鉬鋼焊條；D表示錳—鉬鋼鋼焊條；Ｇ、Ｍ或Ｗ表示其它低合金鋼焊條，字母后的數字表示同一等級焊條中的編號。如還有附加化學成分時，附加化學成分直接用元素符號表示，并以短劃“—”與前面后綴 字母分開。

３．按國家標準規(guī)定不銹鋼焊條型號的編制方法

（1）字母“Ｅ”示焊條。

（２）熔敷金屬合碳量用℃”后的一位或二位數字表示，具體含意為：“00”表示合碳量不大于0.4％；“０”表示合碳量不大于0.10％；“1”表示含碳量不大于0.15％；“２”表示含碳量不大于0.20％；“３”表示合碳量不大于0.45％。

（３）熔敷金屬合鉻量近似值的百分之幾表示，并以短劃“一”與表示含碳量的數字分開。

（４）熔敷金屬合鎳量以近似值的百分之幾表示，并以短劃“一”與表示含鉻量的數字分開。

（５）若熔敷金屬中含有其它重要合金元素，當元素平均含量低于1.5％時，型號中只標明元素符號，而不標注具體含量；當元素平均含量等于或大于1.5％、2.5％、3.5％?、·。時，一般在元素符號后面相應標注２、３、４．?··等數字。

（６）焊條藥皮類型及焊接電流種類皮焊條型號后面附加如下代號表示：后綴1５表示焊條為堿性藥皮，適用于直流反接焊接；后綴１６表示焊條為堿性或其它類型藥皮，適用于交流或直流反接焊接。

第三節(jié)：焊條的選用及制造過程

一、焊條的選用

焊條的種類很多，各有其應用范圍，使用是否恰當對焊接質量、勞動生產率及產品成本都有很大影響。通常應根據組成焊接結構鋼材的化學成分、力學性能、焊接性、工作環(huán)境（有無腐蝕介質，高溫或是低溫）等要求、焊接結構的形狀（剛性大小）、受力情況和焊接設備（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。

在選用焊條時應注意下列原則：

１．考慮焊件的力學性能、化學成分

（1）低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼可按其強度等級來選用相應強度的焊條，唯在焊接結構剛性大，受力情況復雜時，應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，以避免因結構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，則應防止焊縫強度過低和焊縫中應有的合金元素達不到要求。

（２）在焊條的強度確定后再決定選用酸性還是堿性焊條時，主要取決于焊接結構具體形狀的復雜性，鋼材厚度的大小（即剛性大小），焊件載荷的情況（靜載還是動載和鋼材的抗裂性及得到直流電源的難易等。一般來說，對于塑性、沖擊韌性和抗裂性能要求較高，低溫條件下工作的焊縫都應選用堿性焊條。當受某種條件限制而無法清理低碳鋼焊件坡口處的鐵銹、油污和氧化皮等贓物時，應選用對鐵銹、油污和氧化皮敏感性小，抗氣孔性能較強的酸性焊條。

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。

２．考慮焊件的工作條件及使用性能

（1）對于工作環(huán)境有特定要求的焊件，應選用相應的焊條、如低溫鋼焊條，水下焊條等。

（２）對珠光體耐熱鋼，一般選用與鋼材化學成分相似的焊條或根據焊件的工作溫度來選取。

３．考慮簡化工藝、提高生產率、降低成本

（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，應選用規(guī)格大、效率高的焊條。

（３）在使用性能基本相同時，應盡量選擇價格較低的焊條，降低焊接生產的成本。

焊條除根據上述原則選用外，有時為了保證焊件的質量還需通過試驗來最后確定。為了保證焊工的身體健康，在允許的情況下應盡量多采用酸性焊條。

二、焊條的檢驗

１．焊接檢驗 通過焊接來檢驗焊條質量好壞。質量好的焊條，施焊時電弧燃燒極為穩(wěn)定，焊芯和藥皮熔化均勻，飛濺很少，焊縫成形好，脫渣容易。

２．藥皮強度檢驗 將焊條平舉ｌm高，自由落到光滑的厚鋼板上，如藥皮無脫落現象，即證明藥皮強度合乎質量要求。

３．外表檢驗

藥皮表面應光滑細膩，無氣孔和機械損傷，藥皮不偏心，焊芯無銹蝕現象。

４．理化檢驗

當焊接重要焊件時，應對焊縫金屬進行化學分析和力學性能復驗，以檢驗焊條質量。

５．鑒別焊條變質的方法

（１）將焊條數根放在手掌內互相滾擊，如發(fā)出清脆的金屬聲，即為干燥的焊條；如有低沉的沙沙聲，則為受潮的焊條。

（２）將焊條在焊接回路中短路數秒，如藥皮表面出現顆粒狀斑點，則為受潮焊條。

（３）受潮焊條的焊芯上常有銹痕。

0（４）對于厚藥皮焊條，緩慢彎曲至 120，如有大塊涂料脫落或涂料表面毫

0無裂紋，都為受潮焊條。干燥焊條在輕彎后，有小的脆裂聲，繼續(xù)彎至120，在藥皮受張力的一面有小裂口出現。

（５）焊接時如藥皮成塊脫落或產生多量水汽而有爆裂現象，說明是受潮的焊條。

受潮的焊條，若藥皮脫落，應予報廢．雖受潮但并不嚴重。可以待干燥后再用。一般焊條的焊芯有輕微銹點，焊接時基本也能保證質量，但對于重要工程用的低氫型焊條，生銹后則不能使用。

三、焊條的制運過程

焊條的制造工藝包括以下幾個過程：。

１．焊芯的準備：除銹、拔絲、切斷等。

２．藥應組成物的制備、配料和拌粉、軋粉（粉碎各種礦石和鐵合金）、水玻璃的熔煉、按配方要求配料拌勻。

３．壓涂。

４．烘焙及包裝。

第六章 焊接冶金基礎

鋼材的熔焊，一般都要經歷如下過程：加熱一熔化一冶金反應一結晶一固態(tài)相變—形成接頭。可見熔化焊時所經歷的過程是很復雜的。

熔焊時，在熔化金屬、熔渣、氣相之間進行一系列化學冶金反應，如金屬的氧化、還原、脫硫等，這些冶金反應將直接影響焊縫金屬的化學成分、組織和性能，因此控制冶金過程是提高焊接質量的重要措施之一。而且，焊接條件是快速連續(xù)冷卻，使焊縫金屬的結晶和相變具有各自的特點，并且有可能在這些過程中產生偏析、夾雜、氣孔及裂縫等缺陷。因此控制和調整焊縫金屬的結晶和相變過程是保證焊接質量的又一關鍵。

第一節(jié)： 焊接化學冶金過程

焊接化學冶金是在焊接過程中通過冶金處理的方法，消除焊縫金屬中的有害雜質，增加焊縫金屬中某些有益的合金元素，從而保證焊縫金屬的各種性能。

一、焊接化學冶金過程的特點

１．溫度高及溫度梯度大

焊接電弧的溫度很高，一般可達到6000～8000℃，使使金屬劇烈蒸發(fā)，電弧周圍的氣體CO2、N2、O2等大量分解。

分解后的氣體原子或離子很容易溶解在液態(tài)金屬中，隨著溫度下降溶解度也降低，如果來不及析出，易造成氣孔。

熔池溫差大，熔池的平均溫度在2000℃以上，并被周圍的冷卻金屬所包圍，溫度梯度大，兩者溫差相當大。因此，使焊件產生內應力并引起變形，嚴重者還產生裂紋。

２．熔池體積小，熔池存在時間短

焊接熔池的體積極小，手工電弧焊時熔池的質量通常是0.6～16g。同時,加熱及冷卻速度很快，由局部金屬開始熔化形成熔池，到結晶完了的全部過程一般只有幾秒鐘的時間，而溫度又在急劇變化，因此整個冶金反應常常達不到平衡。在很小的金屬體積內化學成分就有較大的不均勻性，形成偏析。

３．熔池金屬不斷更新

在焊接時，由于熔池中參加反應的物質經常改變，不斷有新的鐵水及熔渣加入到熔池中參加反應，增加了焊接冶金的復雜性。

４．皮應接觸面大、攪拌激烈

焊接時，熔化金屬是以滴狀從焊條端部過渡到熔池的，因此熔滴與氣體及溶渣的接觸面就大大超過了一般煉鋼的情況。接觸面大可以加速反應進行，但同時氣體侵入液體金屬中的機會也增多了，使焊縫金屬易產生氧化、氮化及氣孔。此外熔池攪拌激烈有助于加快反應速度，也有助于熔池中氣體的逸出。

二、氣體與金屬的作用

在焊接過程中，熔池周圍充滿著各種氣體，這些氣體主要來自以下幾個方面：焊條藥皮或焊劑中造氣劑產生的氣體；來自周圍的空氣；焊芯、焊絲和母材在冶煉時殘留的氣體；焊條藥皮或焊劑未烘干在高溫下分解成的氣體；母材表面未清理干凈的鐵銹、水分、油、漆等，在電弧作用下分解出的氣體。這些氣體都不斷地與熔他金屬發(fā)生作用，有些還進入到焊縫金屬中去，其主要成分為ＣＯ、ＣＯ

2、Ｈ

2、Ｏ

2、Ｎ

2、Ｈ2Ｏ及少量的金屬與熔渣的蒸氣，氣體中以Ｏ

2、Ｎ

2、H2。對焊縫的質量影響最大。

１．氧與焊縫金屬的作用

焊接區(qū)的氧氣主要來自電弧中氧化住氣體（ＣＯ

2、Ｏ

2、Ｈ2Ｏ等）、藥皮中的高價氧化物和焊件表面的鐵銹、水分等的分解產物。氧在電弧高溫作用下分解為原子，原子狀態(tài)的氧比分子狀態(tài)的氧更活潑，能使鐵和其它元素氧化。其中ＦeO能溶解于液體金屬，由于有ＦeO存在，還使其它元素進一步氧化。

由于氧化的結果，使焊縫中有益元素大量燒損，氧化的產物一般上浮到熔渣中去，有時也會以夾雜形式存在于焊縫中。焊縫金屬中的含氧量增加，使它的強度極限、屈服點、塑性和沖擊韌性降低，尤以沖擊韌性降低更為明顯。此外，還使焊縫金屬的抗腐蝕性能降低，加熱時有晶粒長大趨勢，冷脆的傾向增加。

氧與碳、氫反應，生成不溶于金后的氣體ＣＯ和Ｈ2Ｏ，若這種反應是在結晶溫度時進行的，那么，由于熔池已開始凝固CＯ和Ｈ2Ｏ不能順利逸出，便形成氣孔。

由于氧有這些危害，所以雕對必須脫氧。手工電弧焊焊縫中氧的含量除與焊條的成分有關以外，還和焊接電流、電弧長短有關。電流越大，熔滴越細，則增大了熔滴與氧的接觸面積；電弧越長，使熔滴過渡的路程越長，從而增加了熔滴與氧的接觸機會與時間，結果都使焊縫金屬的含氧量增加。

２、氫與焊縫金屬的作用

焊接區(qū)的氫主要來自受潮的藥皮或焊劑中的水分、焊條藥皮中的有機物，焊件表面的鐵銹、油脂及油漆等。通常情況下，氫不和金屬化合，但是它能夠溶解于Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍ。等金屬，氫在鐵中的溶解度與溫度和鐵的同素異構體有關。還與氫的壓力有關。氫在鐵中的溶解，只能以原子狀態(tài)或離子狀態(tài)溶入金屬。溫度越高，氫溶解在金屬中的數量也越多。而在相變時氣體的溶解度發(fā)生突變。焊接時的冷卻速度很快，容易造成過飽和的氫殘留在焊縫金屬中，當焊縫金屬。的結晶速度大于它的逸出速度時，就形成氣孔。

氫是還原性氣體，它在電弧氣氛中有助于減少金屬的氧化，但是，在大多數情況下，這種好作用不僅完全被抵消，而且還產生許多有害的作用，如引起氫脆性、白點。硬度升高，使鋼的塑性嚴重下降，嚴重時將引起裂紋。

3、氮與焊縫金屬的作用

焊接區(qū)中的氮主要來自空氣，它在高溫時溶入熔池，并能繼續(xù)溶解在凝固的焊縫金屬中。氮隨著溫度下降，溶解度降低，析出的氮與鐵形成化合物，以針狀夾雜形式存在于焊縫金屬中。氮的含量較高時，對焊縫金屬的力學性能有較大的影響，如硬度和強度提高，塑性降低。此外，氮也是形成氣孔的原因之一。由于氮主要來源于空氣，故電弧越長，氮侵入熔池也越多；熔池保護差，氮侵入也越多。目前使用的氣體保護電弧焊，埋弧自動焊或常用的手工電弧焊，保護情況都比較好，因此能顯著地降低焊縫中的含氮量。

三、焊接熔渣的酸、堿性 焊接過程中，焊條藥皮或焊劑熔化后經過一系列化學變化，形成的覆蓋于焊縫表面的非金屬物質，稱為熔渣。鋼焊條熔渣主要由氧化物組成，這些氧化物有的是金屬氧化物，有的是非金屬氧化物。如果按優(yōu)學性質來分，可分為堿性氧化物（CaＯ、MgＯ、ＦｅＯ、ＭｎＯ等）、酸性氧化物（ＳiＯ

2、ＴiＯ

2、Ｐ2O5等）和兩性氧化物《Ａl2O3、Ｆe2O3、Cｒ2O3、MnO等》。熔渣中除氧化物外，還有氟化物（ＣａＦ

2、ＮａＦ、ＫＦ等）和氯化物（ＫＣＩ、ＮａＣＩ等）及少量的硫化物、碳化物。

堿性氧化物多時，熔渣表現為堿性，反之，熔灣的酸性氧化物多時表現為酸性。

化學性質呈酸性的熔渣稱為酸性渣。化學性質呈堿性的焊渣稱堿性渣。Ｅ4320焊條的焊接熔渣由ＦｅＯ、ＳiＯ

2、ＭｎＯ構成，是以酸性氧化物為主的；Ｅ4303焊條的熔渣由ＴiＯ

2、ＳiＯ

2、CaＯ構成，也以酸性氧化物為主，所以稱為酸性焊條。Ｅ5015焊條的熔渣由CaＯ、ＣａＦ。構成，是以堿性物為主，稱為堿性焊條。

四、焊縫全屬的脫氧

焊縫金屬的含氧量增多，將使焊縫金屬的強度、硬度、塑性、韌性及抗腐蝕性能均降低，而且使飛濺、氣孔和冷、熱脆性傾向增大。因此，為了保證焊縫金屬的力學性能，必須在熔池結晶前進行脫氧（對低碳鋼和低合金鋼來說危害性最大的主要是Ｏ2），使焊縫金屬中氧化夾雜物減少到最低限度。

焊縫金屬的脫氧主要有二個途徑：脫氧劑脫氧（根據脫氧的時間可分為先期脫氧、沉淀脫氧）及擴散脫氧。

選擇脫氧劑的原則是：脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應比被焊金屬對氧的親和力大。元素對氧的親和力大小順序為；Ａl、Ｔｉ、Ｃ、Ｓi、Ｍｎ、Ｆｅ。在實際生產中常用它們的鐵合金或金屬粉，如錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鋁粉等作為脫氧劑。元素對氧的親和力越大，脫氧能力超強；脫氧后的產物應不溶于金屬而容易被排除入渣固定；脫氧后的產物熔點應較低，密度應比金屬小，易從熔池中上浮入渣。

根據酸性焊條和堿性焊條的藥皮類型不同，它們用的脫氧途徑及脫氧劑選用的元素也有所區(qū)別，現分別討論如下：

ｌ．酸性焊條（以 Ｅ4303為例）

1）先期脫氧 焊接開始后，在焊條藥皮加熱過程中，藥皮中的碳酸鹽（CaCO3、MgCO3）等，受熱分解放出CO2，這時藥皮內標鐵中的錳和CO2反應，氧化物轉入渣中固定。

這樣就盡可能早期把氧去除，以免與熔化金屬發(fā)生作用后使金屬氧化，這種脫氧方式稱為“先期脫氧”。它主要發(fā)生在焊條端部反應區(qū)，脫氧過程和脫氧產物一般不和熔滴金屬發(fā)生直接關系。

ＭｎＯ是堿性氧化物。Ｅ4303熔渣中酸性氧化物ＳiＯ2和ＴiＯ2很多，約占一半以上．酸性氧化物與堿性氧化物可以生成穩(wěn)定的復合硅酸鹽或鈦酸鹽而進入熔渣，因此上述反應容易向右進行，也就是說脫氧效果好。

（２）沉淀脫氧 沉淀脫氧（又稱熔池脫氧），是利用熔池中的合金元素進行脫氧，并使脫氧后的產物不溶于熔池面排入熔渣，脫氧對象主要是溶解于熔池的ＦｅＯ。在Ｅ4303焊條藥皮中用Ｍｎ脫氧效果很好。Ｓi和Ｔi對氧的親和力比Ｍｎ和氧的親和力大得多，按理脫氧作用比Ｍｎ強，那么為什么Ｅ4303焊條中，不用 Ｓi和Ｔi而必須用Ｍｎ來脫氧呢？這是由于Ｅ4303焊條的熔渣中含有大量的ＳiＯ2和ＴiＯ2，而用Ｓi及Ｔｉ脫氧后的生成物也是ＳiＯ2和ＴiＯ2。均系酸性氧化物，這些生成物無法與熔渣中存在的大量酸性氧化物結合成穩(wěn)定的復合化合物而進入熔渣。因此脫氧反應難以向右進行而無法脫氧。ＭｎＯ系堿性氧化物，因此很容易與酸性氧化物（ＳiＯ2和ＴiＯ2）結合成復合物（ＭｎＯ·ＳiＯ2ＭｎＯ·ＴiＯ2）而進入熔渣，所以反應不斷向右進行有利于脫氧。

鋁的脫氧是依靠鋁與氧的強烈反應和所生成的Ａ方ｈ不溶于鐵水的性質。但Ａｌ。Ｏ。不易上

浮，易形成夾渣，另外在先期脫氧時由于鋁對其的親和力大，因而抑制了碳和其它合金元素的

脫氧作用’，從而使脫氧作用延遲到熔池中進行。導致熔池結晶期產生ｃｏ而形成氣孔．同時鋁 的脫氧是放熱反應，會弓！起氣體突然膨脹，使飛濺傾向增大，所以在這類焊條中不宜采用。

（３）擴散脫氧ＦｅＯ既可溶解于Ｆｅ中，也可從熔池擴散到熔渣。當熔池中ＦｅＯ不斷擴散到

熔渣，使館池的含氧量降低，這種方法稱為擴散脫氧。由于ＦｅＯ系堿性氧化物，在Ｅ４３０３焊條 的熔渣中有大量ａ 和萬。（酸性氧化物），因此可結合成穩(wěn)定的復合化合物，降低熔渣中自

由ＦｅＯ的含量。

ＦｅＯ－Ｉ．ＳＩＯ。一ＦｅＯ·Ｓｎｙ

ＦｅＯ＋ＴＩＯＺ一刊Ｏ·ＤＯＺ

這更有利于熔池中ＦｅＯ不斷向熔渣中擴散，但焊接過程的冶金時間很短，而擴散脫氧是

一個擴散過程，需要較長時間，所以擴散脫氧效果是有限的。但熔池的攪拌作用有利于擴散脫

氧。

２．堿性焊條（以Ｅ５０１５為例）

（１）先期脫氧Ｅ５０１５焊條藥皮中含有大量的大理石，在加熱時放出ＣＯ。氣體：

ＣａＣ ０３一＊＊ｏ十＊＊。，藥皮中主要依靠硅鐵和鈦鐵來脫氧，脫氧反應是：

ＺＣＯ。－Ｉ．Ｓｉ＝＄Ｏ２＋２ＣＯ

ＺＣＯＺ＋Ｔｉ＝ＴＩＯＺ＋ＺＣＯ

ＳＩＯ。和ｈ。是酸性氧化物，Ｅ５０１５焊條熔渣堿性氧化物多，占熔渣的三分之二以上指渣 的堿度很大，這樣脫氧產物的酸性ＳＩＯ。和Ｔ’ｏ。很容易和熔渣中破性氧化物結合，生成復合化

合物。

ＳＩＯ。＋ＣａＯ—ｉｃ·ＳＩＯ。

ｎ０２十Ｃａ ０一ＣａＯ·ＤｏＺ

如果Ｅ５０１５焊條采用錳鐵作脫氧劑，則脫氧產物ＭｎＱ是堿性的，由于Ｅ５０１５ ＄度大，堿性

氧化物已很多，ＭｎＯ不易形成穩(wěn)定的渣，甩Ｍｉｌ脫氧反應不易進行，故不利脫氧。因此錳鐵在

Ｅ５０１５焊條中只起滲合金作用。

（２）沉淀脫氧

Ｅａｐｌｓ焊條藥皮中用’Ｔｉ石對熔池中的ＦｅＱ脫氧效果好，脫氧反應是：

ＺＦｅＱ十歲至當ｈ。＋２Ｆｅ

ＺＦｅＯ＋Ｓｔ＝ＳＩＯＺ ＋ ＺＦｅ、。

脫氧后的產物入渣固定。－—“

ｎｏ。＋ｃａｏ＝ｃａｏ·ＴＩＯｉ

ＳＩＯＺ－ｆ－ＣＳＯ＝ＣＳＯ·ＳＩＯＺ

堿性焊條中為提高脫氧能力，有時采用鋁鐵（ＡＩ—Ｆｅ）來脫氧，鋁鐵雖有造成夾渣、氣孔和產生飛濺的缺點，但鋁在某種條件下可與氮結合和生成氨化鋁（ＡＩＮＩ，因而能減少氨對產生氣

孔和焊縫時效性能的影響。因此有即價部播域與其它合金配合作為聯(lián)合稅氛中的一個組

元。對．ｌ和Ｔｉ（設只是在先抽說級時起作用，因而堿性焊條在沉淀（熔池礎速

要是用

ＳＩｔ—。－ｔ”·。，’、：。

護散脫氧在我住焊條中基本上不存在產目是因為在堿性熔灣中存在著大量的強磁性的

ＯＯ，而熔池中的ＦｅＯ也是堿性氧化物，因此擴散脫氧難以進行。、，。

。Ｈ．．－－－－ｕｕＲｆ——－，，· “流是來中的有害雜質之

一、在鋼材和焊芯中都要加以限議，但在焊條藥應中某些物質常含

有硫Ｊ如錢白粉在未經處理前含冤量豬達０·１４％以上，因此需經高溫焙燒使含流量降至Ｍ

氏０５％，才能滿足焊條生產的要來．

二、－。、。，；

硫在低碳鋼中主要以ＦｅＳ和ＭｎＳ形式存在．＿ＦｅＳ可無限地溶解于派李鐵中．面溶于固態(tài) 鐵卻很少，只有。０１５％～０．０２０％，因此熔池凝固時ＦｅＳ即析去。并扣。～ｒ－ＭＦｅＯ及

（Ｙａ并已Ｑ鄉(xiāng)等形成低倍點共晶（其熔點見表手一１￥，在焊縫結晶過程中橋集于晶界上呈液態(tài)

薄腐日問后

經冷卻時所造成的內應力接用下容易引起晶界處辦四Ｈ留了一技裂紋。

了心內在液態(tài)決書籍慶家汲坷歷以容易排 除人渣，即使不能帶走而留在焊縫中，也由于

ＭｎＳ ＃點高（１６２０Ｃ）并呈球狀分布于焊縫中，因而不易開裂。

１．脫硫方法

在焊接過程中脫硫的主要辦法有元素脫硫和蔣渣脫硫。“，（ｌ”）元素脫現＿于種常見元素與流的親和力大小排列如下。，玉蘭ｂ＜Ｍｌｌ Ｍ＜ ｈｔ川《弱一強）。ｌ’。、－－。二一—、；－。這些元素中川、Ｃａ、師的脫硫能力較強，但因極易氧化，故一般不采用。在焊接中最常用的是

Ｍｎ。其反應式為～。－。

一、、，一

ｒｅｓ十ｍ一ｎ十ｔｒｌｓ．、。

（２）熔渣脫硫ＭｎＯ脫硫反應式為：。＊．。

ＦｅＳ＋ＭｎＯ＝ＭｎＳ＋Ｆｅｄ”，從反應式可知，當焊縫和蔣渣中，’～１無防ｏ或ｅＯ減少時，反應易向右進行，脫硫作用加

強，這說明脫硫反應和脫氧同時進行，如果有足夠的Ｍ）Ｌ，則按下列公式反應：

“。，“－—－。—～””。，Ｍｍｘｘ斗Ｆｓ—訓ｈｏ＋Ｆ可、：；－。Ｚ即Ｍ的增加場政少Ｆｅｎ，又增伽了。ｗｏ從以脫ｍ但因焊接冶金時間短，ＭｉｌＯ脫硫反應

不可能進行充分。，－。－ｈＱ脫硫反應式為。－“－。－，、、；，、－＿

．、。ｉＦｅＳ＋Ｃａｏ。Ｆ６ｏｐｅＣ８ｂ，；，ＭＭ——－

ｃａ比ａ對硫的親和力強權明Ｋ談員全不溶于金屬，所以ａｏｗｉ硫效果好，要增加ｓｏ 的脫硫能力，同樣要增加ＯＯ或減少對ｅｏｄＢＷＭ以，ｇＡ＄時也必須同時脫氧。

Ｃａｒ。脫硫，一方面是氟與硫化合成揮發(fā)性的氟硫化合物（ＳＦ），另一方面Ｃａｘ。與Ｓｉｃ，作用

可增加 ｃａｏ，有利于脫硫。

一、。。－，－

。”。Ｓｇｎ＋ＺＣａｎ＝ＺＣｈｏ－ｆ－ＳＩＦ’

２．酸性焊條和磁性焊條的脫硫一。－－“—、一、－－”“－

－（ｌ）酸性焊條則Ｅ４３０３為榜）．Ｅ４紉；焊條科熔渣否有大量物酶住出他物ｓ顧及Ｔｔｏ。／容

易和破性氧化物ＭｎＯ及ｈＱ結合成復合化合物ｉ，同時忑組演在的藥應中不加入螢石，因此在

Ｅ４３０３焊條藥皮中加入大量錳鐵，以促進脫硫。此外在Ｅ４３０３焊條藥皮中提高大理石的含量幾

乎對脫硫沒有影響，其原因是創(chuàng)紛走焊條的熔渣堿度很小石同防性氧化物的數量浪大，增加一

點ＣａＯ并不能發(fā)揮ＯＯ脫硫的作用。”、。，‘”、。、＼”‘。、－”－”～

（２）堿性焊條（以Ｅ５０１５為例）Ｅ５０１５焊條藥皮中含有大量大理石沉零志秘俟合金，脫

氧能力強，熔渣中有大量的磁性氧信物，這就使及ｈＨ的脫硫效

樂雖然藥皮中標鐵

含量少，元素脫硫作用不大，但總的來浦ＢＳ（１５焊條的脫硫能力強多由于焊接冶金時間短、脫

硫反應來不及達到完全，加上其他條件的限制，因此焊接冶金的脫硫總Ｒ煉鋼冶金訂的脫硫效

果差，所以必須嚴格控制焊接材料（包括排芯及藥皮）中的含硫量。－ｉ”－】”－

一大、焊經全用的脫困一——”—”－””一

成以鐵的磷化物（ＦｅＰ、Ｆｅ。Ｐ）形式存在于鋼龍它能與鐵形成保館點并晶，記界一易引

起熱裂。更嚴重的是，這些低熔點共晶測驗了晶粒問的結合力，使鋼在常溫藥保溫時變脆（即冷

脆性），造成冷裂，故磷在抱中是有害的雜質涸此，在低碳鋼和低合路林閣冰者＠量一般限

制在０。ｃｄｓ％以下。合金焊縫限制在＿０－０３５％以下。，‘；－’－“．

脫用的過程有兩個階段：、”—－”－——：，’－’”。”

１．將Ｐ氧化成ＰＺＯＳ”、。－

２＊ｅ３Ｐ十ＳＦｅｏ＝Ｐ２０５十１１Ｆｅ”

ＺＦｅＺＰ＋５；Ｆ６Ｏ＝ｗＡｎ＋ｇＡ

一、、２：－１’：３，’－“

上述反應是放熱反應，高溫時反應不易向右進行。這些反應雖然可以脫去一些磷，但遠遠

不夠，還需要使Ｐ。Ｏ。變成穩(wěn)定的復合化合物而進入熔渣，以促進反應加速向右進行。因此需要

第二階度。、。，、～·“。、一、、。一，２．利用堿性氧化物與Ｐ。Ｏ。復合成穩(wěn)定的磷酸鹽，”。。，、堿性氧化物與Ｐ。Ｏ。結合的能力依次如下下

Ｉｃ＞ＭｇＯ＞ＭｎＯ＞ＦｅＯ＞＾１２ｏｓ＞成城（強 弱）。

ＣａＯ效果最好，因此常用ＣａＯ脫磷。

。’３ＣａＯＨＰＺＯｔ；－；－ｘ＊ＰＩＯＳ·、。－１、－。－

．４ｏＧ＋ｐ刃Ｓ－一年ｐ。Ｑ”。”“，—“”“

從上述討論中可知，渣中如同時有足夠的自由Ｆ６Ｏ和自由ｃａｏ（在渣中未形成穩(wěn)定復合化

合物的ＦｅＯ或）測脫田效果好。但具體在堿性焊條或震住焊條中，要同時具有上述兩個條

件是困難的。－，、、’。－’。。’”“

堿性焊條熔渣中含有自由ｃａｏ較多，但堿性焊條脫氧性能強，因此不能同時有較多的自

由 ＦｅＯ，如一定要增加 ＦｅＯ，勢必引起焊

月中含氧量上升，以致降低焊縫性能。此外要求熔

渣中ＦｅＯ含量高，這又和脫氧要求相矛盾。因為脫硫們對要

氧。”’一

酸性焊條中含自由ＣａＱ極少。因此脫磷效果狡堿性焊條更差。由于俄稅較難，所以 般是．

以嚴格控制原材料中的含磷量為主／ 卜，’。－－”，－‘－。

七、焊紀全屬的江合全．二”一

焊接過程中，熔池金屬中的合金元素會由于氧化和蒸發(fā)等造成燒損，因而降低了焊縫金屬的合金成分和力學性能。為了使焊縫金屬的成分、組織和性能符合預定的要求，就必須根據合

金元素可能損失的情況，向熔池中添加一些合公元素。這種方法稱為焊縫金屬的滲合金。滲合

金不但可以獲得成分、組織和力學性能與母材相同或相近的焊縫金屬，還可以向焊縫金屬中滲

入母材不含或少含的合金元素，造成化學成分組織動性能與母林完全不同的焊縫金夙似滿

足焊作對焊縫金周的特殊要求ｇ例如果堆焊的方法來提高焊件表面耐磨、耐熱、耐蝕等性能，就．

是通過滲合金來達到會ｈ－“‘卜’“”。”

手工電弧焊時，向焊縫中滲合金的方式有兩種：一種是通過焊蘇（即利尼會金用爆芯）過

渡；一種是通過焊條藥虔（即將合金成分構在藥發(fā)里）過渡。也有為是這兩種方式同時兼有。

通過＃ｉＫ；滲合金時ｉ焊芯中的合黨元素含量應高于母材一擔要婊揚和拉成這樣成分的焊 芯，在生產上有一定的困難。采用合金用焊芯，外面再涂以堿性焰渣前保護勞皮、滲合金的效果

與可?。—－／

３一。－。一 卜

?’一～。

通過藥應修合金多在焊條藥皮一書的人各種快金魚粉末和合素，然后在講接時一四寶

些元素過渡到焊縫金屬中去，這種方法在生產上應用得較廣泛。通常是采用在低磁好（Ｈ０８、Ｈ０８Ａ）焊條藥皮中加入合金劑，從而達到滲合金的目的。通過藥皮滲合金，一般均采甩氧化性

極低的磁性熔渣，以減

公元素的燒損。有時也采用氧化性和一山好自ｂ彭鈣型館渣．／

焊條藥皮常用的合金劑有：各鐵府鐵；鋁鐵、鋅鐵。鈦鐵。因鐵等。－ －．為了說明合至鮭過情況請用過渡系數（厚接材料成的合金無親過證委Ｕ導

居中的數量

與其原始含量的有）來表達：，‘”。”－’””－”－”

ｔ、Ｇ。，、”。、·——一

—－Ｄ一？（％）－－““—～（６—２）

“““－１—－１’。Ｃ，－”、～

式中０一合會元素過渡系數（％）～－－－——Ｓ。

＊一焊縫金屬中黜金兀素的含量｝；二一。ｌ。。—－

ｃ．——該元素在焊條中原始總含量、／，、。＿。。、，—－。；、。－，影響合金元素過渡系數，的因素很多，其中主要因素有焊接洪法控道掘度，合公元素本身

對氧的親和力。欽和氧的親和力量大，最活潑展易燒損，故其過渡系數最七房錯一目等對氧 的親和力服，所以它們改過渡系數就高，滲用經金覦數量也多。為了提琴躺金元素的

過渡量，可在焊條藥皮中加進比該合金元素具有更強脫氧能力的脫氧劑。

此外，為提高合金元素的過渡量，在制造焊條時，要使過渡金屬的原料有較大的顆粒，以減

少它與氧的洲面積，從而減少過渡時的燒損，并在焊接時采取短弧焊接，以減少空氣中氧的

侵入；同時·因縮短了館滴過渡的路程，從而減燈熔滴過潭時與氧的接觸時間，觸都有利于

提高合金元素的過勇量。－。，?。卜一”“

這里還須說明。，一般在焊條藥應中的合金劑和脫氧劑，兩者常無明顯的區(qū)分。即同一種合

金元素，有時既起脫氧劑作用，又同時起合金銷的作用。如Ｅ４３６各焊條藥島中的毒軟雖然主

要用作脫氧劑ｋ但也有少部分作貼金箔而論入焊縫金屬。以彌補焊絲或鋼材中錳元素的燒

損，改善焊縫金屬的力學性能。＿一，＿＿一

白—一

問ｌ 問問已習回回周同口卜ＩＭ——工：“～

。｛Ｎ、ｔ。

焊送會間從炫池中商溫的瘤體狀態(tài)辭都至呼用的 態(tài)，經歷了兩次給三過程．即從江

相轉變?yōu)槟肯嗟囊淮谓o西過召和在目相保維生壓力出二同臺異構轉變的一次結晶（約

晶）過程．同時，在焊勇的結品過程中，出現了仙橋到象，這將導致焊縫

產生．

．、焊色金回的一議的昌 氣—－／．”－．

焊巨全回由液態(tài)特在為詔市的呂廁過程碑焊縫全用前體的物的 程，稱為焊過金用 的一次結晶ｚ它出用增生風結己的一位擔律池包括“生幢ｑ陽十六月種多本過石Ｌ

熔化爆出大巨卷與紀的移夫。法池液體會同溫在若彬降低，液 態(tài)金用原子狗活動能方也＠除暗 小，原子間的吸引力在江龍?zhí)铮?達到臺日溫度時（實際溫度要比 ｇＤａＲ——．——

于申．有局部用子開始作有還見 的柳冽，恐龍足顧他仿幢小品代開宇話公．他中，且先出現品校的部位是在館合經（見白

子一ａ中爆哈的精底線）上Ｉ’這是因為在整個用池中，溫度垃商點是過她的嗤的一心．姐合約材 的首熱條件好洲是蔣池中記及最低的地方，也是最先達到百固溫度的部位．事實上，好合線上 的半熔化晶粒翩成為附近液體金屬結晶的否認勝曹熔池溫匠的不斷降低，晶校開始向著與飲

熱方向相反的一方長大。同時也向兩們較緩慢地長大（見田～勛．在品體長大的過巴中，由

于受到相鄰長大品體的阻擋忑后。品體只由向低滲中心生長從而否成平任狀結晶〔見日ｅ一

２。）．當林狀晶體不囹長大至互相接觸時，焊縫的這一陸面０用品進出結束他回６—Ｚｄ）．

ｃ、焊色油己過它一防色出田以一。

廣贗時響晰嗎指合全申化學成分 均勻公們擠時爆過質量影響很大。不僅由于化學層

分不均勻性而導致性能改變儷時也是大生過技、氣孔、夾雜物一

格的主要原因之一．

焊縫中的價析，主集有顯役傳保區(qū)域低折和層壯伯析．

】．顯微伯析”。

在一個住狀品過內部和品位之間的化學成分不均勻現象一 稱為員沒歸林．杜

沙生長”的過程；一方面

用品的地向

延長，另一方面是徑向擴展．如回６一３所示，焊色結晶時最先結 晶的結晶中心（即結晶你的全廢五純，而后結晶的部分會合企 元新和雜質路不ｄＤ香田晶的林分．即晶放的外線和仿出合會全 元黨和白質更鉤ｋ在一個技狀晶粒ｄ出合全元 布不均達東 乃叫＆內仙橋．焊技結晶過卻是無數個住狀而成同時生長的過 周，每個品位資有自己的校已動，很多相鄰的凸位都以自己的晶 稱為中心向四月和前方發(fā)展，所以相鄰品位之間的液體，結已拉 坦，含有較多的合金元素和雜質，稱為品間們擠．

影響見沒們析的主耍因三是金屬的化學成分．全局的化學成分不同，金屬開始結晶和結晶完了的區(qū)間就不相同，結晶區(qū)間超大。就越易產生

們析。一

般對于低碳鋼來說，因其結晶開始和終了的溫度區(qū)間不大，所以顯微偏析現象并不嚴重。而在

高碳鋼、合金鋼合合金元素較多，結晶區(qū)間大，顯微偏析現鄉(xiāng)就很嚴重，常常會因此而引起熱裂

紋等缺陷。辦高碳鋼、合金鋼等焊后必須進行擴散及細化晶粒的熱處理，以此來消除顯微偏

析現象。

２．區(qū)域偏析

熔池結晶時，由于柱狀晶體的不斷長大和推移，把雜質推向熔池中心，這樣熔池中心的雜

質含量要比其它部位高，這種現象稱為區(qū)域偏析。

由于焊縫斷面的形狀不同，使產生偏析的地點發(fā)生變化。窄焊縫時，各柱狀晶的交界在中

心，因此便有較多的雜質聚集在窄焊縫的中心（見圖６—４ａ），這時極易形成熱裂紋。當焊縫寬

時，雜質便聚集在焊縫上部（見圖６—４ｂ），這種情況對焊縫在高溫時的強度影響不大。因此可

以利用這一特點來降低焊縫生成熱裂紋的可能。例如，同樣厚度的鋼板，用多層多道焊要比用

一次深熔焊焊完，產生熱裂的傾向小得多。

３．層狀偏析

焊接熔池始終是處于氣流和熔滴金屬的脈動作用，所以無論是金屬的流動或熱量的提供

和傳遞都具有脈動的性質。同時熔池在結晶過程中要放出結晶潛熱，當結晶潛熱達到一定數值 時，熔池的結晶暫時停頓，以后隨著熔池的散熱，結晶又開始。這些都可能使晶體成長速度出現

周期性增加和減少。晶體長大速度的這種變動，伴隨著出現結晶前沿液體金屬中夾雜濃度的變

化，這樣就形成周期性的偏析現象，稱為層狀偏析。層狀偏析常集中了一些有害的元素，因而缺

陷也往往出現在偏析層中。圖６—５所示是由層狀偏析所造成的氣孔。

焊接時，由于熔池雜質的聚集，加之斷弧點的熔池攪拌不夠強烈等綜合作用的結果，因此

在焊縫收尾處有時會出現裂紋，這種火口裂紋多半是由于火口偏析所引起的。

三、焊縫全國的二次結晶

一次結晶結束后，熔池金屬就轉變?yōu)楣虘B(tài)的焊縫。高溫的焊縫金屬冷卻到室溫時，要經過

一系列的相變過程，這種相變過程稱為焊縫金屬的二次結晶。

以低碳鋼為例，一次結晶的晶粒都是奧氏體組織，當冷卻到Ａｃ。發(fā)生ｖ－－Ｆｅ、ａＦｅ的轉

變，當溫度再降低至Ａｃ；時，余下的奧氏體分解為珠光體，所以低碳鋼焊縫在常溫下的組織，即

二次結晶后的組織為鐵素體加珠光體。在低碳鋼的平衡組織中（即非常緩慢地冷卻下來所得的

組織）珠光體含量很少，但由于焊縫的冷卻速度較大，所得珠光體含量一般都較平衡組織中的

含量大，有關冷卻速度對低碳鋼的焊縫組織及性能的影響見表６—２。從表中可以看出冷卻速度越大，珠光體含量越高。而鐵策體量越少，硬度和強度都有所提高，而塑性和韌性則有所降

低。—。

四、焊接熱影響區(qū)

１．焊接熱循環(huán)曲線

在焊接熱源作用下，焊件上某點的溫度隨時間變化的過程，稱為這點的焊接熱扼要。在焊

縫兩側距焊縫遠近不同的各點，所經歷的熱循環(huán)不同。當熱再向該成靠近時，該點的溫度隨之

升高ｔＨ達到最大值，隨著熱源的離開，溫度又逐漸降低，整個過程可以用一條曲線來表示，叫熱循環(huán)曲線觀圖６—６人顯然，距焊縫越近的各點，加熱達到的最高溫度越高，越遠的各點

加熱的最高溫度越低。

焊接效循環(huán)的主要參數是加熱速念最高溫度Ｔ．、在相變溫度（Ｔ。）以上停留的時間已和

冷卻速度。

。２．“提腔熱影響區(qū)的組織和性能

焊接熱鎮(zhèn)環(huán)對焊縫附近的母材在組織和性能上有著較大的影響＿焊接效影響區(qū)就是指在

焊接過程中，母材因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學性能變化的區(qū)域。焊接熱影

響區(qū)的組織和性能，基本上反映了焊接接頭的性能和質量。現以低碳鋼和不易淬火鋼（如１６Ｍｎ、１５ＭｎＶ、１５ＭｎＴｉ等）為例，討論其熱影響區(qū)的組織和

性能。根據其組織特征可分為四個小區(qū)（見圖６－７）。

＊）熔合區(qū) 熔合區(qū)是指在焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。它在焊

局與母

材相鄰的熔合線附近，又稱半熔化區(qū)，溫度處于鐵聯(lián)合金狀態(tài)圖中固相線和液根線之間。在靠

近母材的一側，其金屬組織是處于過熱狀態(tài)的經繽悲怫又差。在各種熔化焊的條件下、這個區(qū) 的范圍雖然很窄，甚至在顯微鏡下也很難分辨出來，但對焊接接頭的強度、塑性都有很大的影

響。熔合區(qū)往往是使焊接接頭產生裂紋或局部脆性破壞的發(fā)源地。

ｕ）過熱區(qū) 焊接熱影響區(qū)中，具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。過熱區(qū)所處的溫度

范圍是在團相線以下到 １１００Ｃ左右的區(qū)間內，在這樣高的溫度下，奧氏體晶粒嚴重安大，冷卻

之后就呈現為晶粒粗大的過熱組織。在氣焊和電渣焊的條件下，在這部分組織中可出現魏氏組

織。

過熱區(qū)的塑性很低，尤其沖擊韌．性要降低

２０％～３０％。如果在焊接剛性較大的結構時，常會 在過熱區(qū)出現裂紋。過熱區(qū)的范圍寬窄與焊接方法、焊接工藝參數和母材的板厚等有關。氣焊和電渣焊 時比較寬；手工電弧焊和埋弧ｅ動焊時較窄；真空 電于束焊時，過熱區(qū)幾乎不存在。

（３）正火區(qū) 正火區(qū)的溫度范圍約在ＡＣ。～ １０００Ｃ之間。我們知道，鋼被加熱到竹以上稍高的 溫度后再冷卻，將發(fā)生重結晶。即常溫時的鐵素體和 珠光體此時全部轉變?yōu)閵W氏體，然后在空氣中冷卻。使金屬內部重新結晶，而獲得均勻而細小的鐵素體 和珠光體晶粒。因此，正火區(qū)的金屬組織即獲得相當 于熱處理時的正火組織，該區(qū)也可稱為相變重結晶 區(qū)或細晶區(qū)，其力學性能可略高于母材。

（４）不完全重結晶區(qū) 該區(qū)是焊接熱影響區(qū)中處于對～Ａｃ。之間溫度范圍的區(qū)域。對于低

碳鋼和某些低合金鋼來說，焊接時當加熱溫度稍高于對，首先是珠光體轉變?yōu)閵W氏體，當溫度

升高時，部分鐵素體開始逐步向莫氏體中溶解，溫度越高，鐵素體就溶解得越多，直到時時，鐵

素體則全部溶解于奧氏作之中。當冷卻時，又從奧氏體中析出細小的鐵素體，直至冷卻到Ａｃ；

時，殘余的奧氏體就轉變?yōu)楣参鼋M織——珠光體。對不完全重結晶來說，由于處于～，ｏＮ

溫度區(qū)間，故只有一部分組織發(fā)生了相交重結晶的過程，而始終未溶入奧氏體的鐵素體不發(fā)生

轉變，晶粒比較粗大。所以這個區(qū)的金屬組織是不均勻的，一部分是經過重結晶的晶粒細小的

鐵素體和珠光體，另一部分是粗大的鐵象體。由于晶粒大小不同，所以力學性能也不均勻。

以上這四個區(qū)是焊接熱影響區(qū)的主要組織特征。除此之外，如母材事先經過冷加工變形或

由于焊接應力而造成的變形，在Ａｃｌ以下，將發(fā)生再結晶過程，在金相組織上也有明顯變化。

熱影響區(qū)寬度的大小，對于間接判斷焊接接頭的質量有很大意義。除了由于組織變化而導！

起的性能差別外，還在焊接接頭中產生應力與變形。一般來說，熱影響區(qū)越窄，則焊接接頭中內

應力越大，越容易出現裂縫；熱影響區(qū)越寬，則變形較大。因此在工藝上。應在娘輦接頭中內應

力尚不足以促使產生裂縫的條件下，盡量減小熱影響區(qū)的寬度，這對整個焊接接頭的性能是有利的。·。、’”

由于熱影響區(qū)寬度的大小取決于焊件的最高溫度分布情況，因此，焊接工藝參數、焊件大

小和厚薄、金屬材料熱物理性質和接頭型式等，對熱影響區(qū)的寬度都有不同程度的影響。焊接

方法對熱影響區(qū)寬度的影響也很大，不同焊接方法的熱影響區(qū)寬度見表６—３。

５６—３ 焊縫中的氣ＩＬ

焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能及時逸出，而殘留下來所形成的空穴，稱為氣孔。氣孔

按其形狀可分為球形氣孔、條蟲狀氣孔、針狀氣孔、橢圓形及旋渦狀氣孔。氣孔的大小從顯微尺

寸到直徑幾個毫米都有；氣孔按其分布有單個氣孔、密集氣孔友連續(xù)氣孔等；氣孔按其產生的 部位有內部氣孔和外部氣孔；按形成氣孔的主要氣體分為氫氣孔廠氧化碳氣孔、氮氣孔等。

焊縫中存在氣孔，會削弱焊縫的有效工作截面，因此降低了焊縫的力學性能，使焊縫金屬 的塑性，特別是彎曲和沖擊韌性降低得更多。氣孔嚴重時，會使金后給構在工作時遭到破壞。

一、焊縫中氣孔的形成

氣孔的形成一般是經歷四個過程：氣體的吸收過程；氣體的析出過程；氣孔的長大過程；氣

泡的上浮過程，最后形成氣孔。

１．氣體的吸收

在焊接過程中，熔池周圍充滿著成分復雜的各種氣體，這些氣體主要來自于空氣；藥皮和

焊劑的分解及它們燃燒的產物；焊件上的鐵銹、油漆，油脂受熱后產生的氣體等。這些氣體的分

子在電流高溫作用下，很快被分解成原子狀態(tài)，并被金屬熔病所吸附，不斷地向液體熔池內部

擴散和溶解，氣體基本上以原子狀態(tài)溶解到熔池金屬中去。而且溫度越高，金屬中溶解氣體的

量越多。圖６—１＄示是壓力為一大氣壓的氫和氮在不同高顯下的鐵中的溶溶度曲線。如圖所

示，當鐵處于液體狀態(tài)時，氫和氮容易溶解到鐵中去，并且隨著溫度的升高，氫和其在鐵中的溶

解度也提高。

在焊接鋼材時，由于熔池溫度可達１７０Ｏ℃左右，熔滴的溫度會更高，因此在電弧空間如有

氫和氮存在，便會溶入鐵中，是形成氣孔的前提之一。、－

２．氣體的析出

氣體的析出是指氣體從液體金屬內析出，并形成氣泡。隨著焊接過程中熔池金屬溫度的降

低，氣體在液體金屬中的溶解度也相應減小，因而一部分氣體要析出，此時析出的氣體極易被

吸附在熔池底部成長的柱狀晶粒的表面上，產生了氣泡的 巴。

３一氣泡的長大一一。＿

由于塔地溫度的不斷降低，析出氣體不斷被凝固的晶粒所吸附ｊ氣泡內部壓力大干阻礙氣

泡長大的外界壓力，便使氣泡不斷長大。

４＠氣泡的上浮

【 矚～咄

７｛ 人

一，二、在氣泡核形成之后，又經過一個短暫的長大過程啟汽施長大到一定的尺寸時，開始脫離 結晶越?而上浮Ｄ 二 一、一正

一．口一；～。－

。從上述四個過程中河分析得知在焊縫中形成氣孔的原因。＿——

（１）熔池中溶入大量的氣體是形成氣孔的先決條件之一ｄ

”。（２）當館池底部出現氣泡核并逐漸長大到一定程度，牧民得氣泡長大的外界壓力大于或等

于氣泡內壓力時，氣泡便不再長大，而其尺寸大小不足以使氣泡脫離結晶表面的吸附，無法上

浮，此時便可能形成氣孔、－，－，、二、。，＞。

（３）當氣泡長大到一定尺寸并開始上浮時，如果上浮的速度小于金屬熔池的結晶速度，那

么氣泡就可能在留在凝固的焊縫金后中成為氣孔．－。－：、“”

（４）如果在傍池金屬中出現過飽和氣體狀態(tài)的溫度過低或在焊縫結晶后期才產生氣泡，則

容易形成氣孔。——

二、影響焊經中形成氣孔的因素、Ｊ。·。

１·不同氣體的影響一一一。’

焊縫中氣孔的形成往往是幾種氣林共同作用的結果、在某種情愿下測往往以某一種氣體

為主。焊接時，起主要影響的氣體是一氧化碳、氫和氨’．”。

（１）一氧化碳的影響 在焊接鐵碳含金時，電弧氣氛中一氧化碳的含量很多，其主要來源

于焊絲金屬、藥虔保護氣體Ｃ出二氧化碳氣體保護焊）和想她。’，＿

．在焊接熔池中，產生一氧化碳的途徑主要有兩個，即聯(lián)技空氣中的氧直接氧化和通過冶金

反應生成。方程式如下：

：、。－Ｃ．－ａ＝＝ＣＯ，ＰｅＯ＋Ｃ＝ＣＯ＋Ｐｅ＊Ｑ。

由上反應式可知，碳被氧化的反應是吸熱反應，當溫度升高，反應向著生成一氧化碳的方

向進行。上述兩個反應在熔滴過渡過程和在想池中都能進行＿

一氧化碳不溶解在液體金屬中，而且一般一氧化碳在館

后溫度較高的時候形成，所以

大部分來得及以氣泡形式從液態(tài)金屬中進出。擔是由于熔池金屬在整個結晶過程中會出現碳

及氧化亞鐵的偏析，這樣，盡管到達結晶后期，熔他溫度已下降，面局部區(qū)域碳及氧化經鐵的濃

度增加，仍能使上述反應線激協(xié)，而生成一氧化碳。這時隨著溫度的繼續(xù)下降，金屬液體的粘

度增大了，吸熱反應又加速了想他金屬的結晶速度。因而使一氧化碳氣泡來不及這出而形成氣 孔。一氧化碳氣孔，一般沿結晶方向呈長條形，在內部呈榕圓形。

（２）氫的影響·焊接時，電弧區(qū)中氫的主要來源是藥皮或焊撥中過多的水分，焊件表面的

鐵銹、油污、水分等雜質，及鋼材冶煉時的殘留氫。

由于鐵銹是氧化鐵的水化物（通式為ｍｒｓ。ｏａ·ｅ。），也包含四氧化三鐵的水化物（ｏ。；

·Ｈ。Ｏ），在電弧焊接的條件下．這些以結晶水形式存在的水分，便產生大量的水蒸氣，并使鐵

氧化而產生氫氣：’

Ｆｅ十Ｈ。Ｏ—Ｆｅｄ＋Ｈ。－

：３Ｎｏ十ｃｏ一民。ｏ。＋ＨＺ。

ＺＦｅ刀。十烏０一３貝ｐ。十ＨＺ、一

當液態(tài)金屬具有足夠高的溫度時，這些氫便隊原子或正離子的形式溶入，擴散至熔池金屬中，這也是焊接有鐵銹金屬易產生氫氣孔較主要的原因。ＺＺ

由圖６—１所示可知，高溫時絕入始藝的氫，在熔池金屬的冷卻過程中，其溶解度急劇下

降，致使金屬液體呈氫的過飽和狀態(tài)，這時便有氫析出。析出的氫原子在運到非金屬夾雜時，便

在其表面積聚形成氣泡，劇烈地自外排出。“攝著館館結晶的繼續(xù)治氫氣泡來不及浮出金屬表

面時，便形成氫氣孔。氫氣孔一般在表面呈反渦形，內部呈球形。＞、。

（３ｊ氮的黝向 氮主要來自空氣。氮弓Ｉ起氣孔約原西與紅樹攸，也是由于隨著拐度的降低，溶解度急劇降低的緣故。－。、、二

氮氣孔一般是在電弧區(qū)沒有得到有效的保護，受到空氣侵入時才會出現，在正常情況下很

少會形成氮氣孔＿。—。

（４）氧的影響 氧的主要來源是空氣和藥皮中高價

物的分解。適量的氧能減少氫氣孔 的生成，這是因為氧原子在高溫時能

原子結合成穩(wěn)定的化合物（ＣＲＩ），而ＯＨ不溶于金屬：

ＭｎＯ＋Ｈ Ｍ＝Ｍｎ＋ＯＨ－

＊時十Ｈ７一九噸十ＯＨ”－“”。

ＳＩＯ。十Ｈ ｐｏ＝ｘｉＯ＋ＯＨ。

可見大量的氫原子被氧束縛，從而減少了產生氫氣孔的可能。－。一

氧對產生一氧化碳氣孔的影響，同前所述一。－——。

２·藥皮和焊劑的影響．ｆ、－”＿、：＿Ｌ。－，在藥皮和焊劑中螢石（ＣａＦ。）的存在可提高抗銹佳，這是因為螢石中的氫能與氫化合生成 穩(wěn)定的化合物氟化氫（ＨＦ＞，它不極解于波

用面直接從電弧空間擴散至空氣中，從面減少

了氫氣孔。。

如藥皮中含ａ。時，可使ＣａＦ。對防止氫氣孔的產生顯示更好的作用：

ＺＣａＦｒｔ３ＳＱＺ”——ＺＣｂ３ｇｕ＋ＳＩＦ。

－Ｓ＄’十３Ｈ ＭＷｂ＋ＳＩＦ＿。一

如果沒有ＯＦ。，當ａ。達到一定含量時Ａ如印有”——一二“ 抗銹的能力。因為Ｓｏ。是酸

化物，熔化在蔣渣中 的氧化亞鐵是減佳，兩者便生成了復合化合物（Ｏｏ。ｓｉｃ。），使ｒｅｏ減少，這樣便減少了產生ｃｏ氣孔的可 能。圖６—８所示為ＣａＦ。和Ｓｉｃ。對揚抗氣孔的作用。

此外．有些氧化物，如ｍ叨。加中等一電子在高溫 時錳和鎂對氧的親和力小于氫和氧的親和力，因而使 形成的ＯＨ在高溫穩(wěn)定存在。所以減少了氫氣孔生成 的可能性。

３．焊接方法的影響＿。

（１）埋弧ｅ動焊 埋弧焊焊接熔池的熔深大焊速 也大，因此產生氣孔的傾向較大。但只要正確選擇焊接 工藝及焊接工藝參數，仍能獲得優(yōu)質的焊縫。

（２）氣焊 氣焊火焰中有較多的氧氣和乙炔、故促 使生成較多的ｃｏ，但由于氣焊熔池相對存在的時間較長，所以產生氣孔的傾向反而比電弧焊時小。

；；（３＞惰性氣體保護焊 傳性氣體保護焊時，如由于某種原因，熔池未保護好，使空氣侵入電

弧區(qū)，便會導致氣孔。

４。速度及冷卻速度的影響

一般生產經驗證明，當焊接速度較大，同時熔池的冷卻速度也較大時，就易產生氣孔。這是

由于氣泡由焊縫中逸出，很大程度上決定于熔池存在的時間ｔ：

Ｌ ｈｅｌ

ｔ＝。＝。（６、３）式中Ｌ——熔池的長度（－）；

。——焊速（ｍ／ｈ）ｌ

Ｉ——焊接電流（Ａ）；

。——電弧電壓（Ｖ）；

ｋ——常數。

由式＆－３可知。當電弧功率不變時，焊速越大壩ｕ ｔ越小，即減少了熔池存在時間，因而增 加了產生氣孔的傾向；當焊速不變，增加電弧功率，會使熔池存在時間增長，從而減少了生成氣

孔的傾向。但焊接功率過大也有不利之處，甚至燒穿焊件；為防止氣孔的生成，當焊速增加時，就必須相應地增加電弧功率。

影響焊縫中形成氣孔的因素還有很多，如電弧長度的影響和電源極性的影響等。當電弧長

度過分增加時，就會產生大量氣孔，尤其在手工電弧焊時，更是如此；采用直流反接可減少產生

氫氣孔的可能，因為氫氣實際上是以正高于形式溶入熔池，當熔池處于陰極時（反接），弧柱空

間的氫正離子在熔池表面遇到電子，使之復合為氫原子，從而阻礙了氫的溶解。

三、防止產生氣孔的方法

１．消除產生氣孔的各種來源

（１）仔細清除焊件表面上的臟物，在焊縫兩側 ２０～３０ ｍｍ范圍內進行除銹、去污。

（２）焊絲不應生銹，焊條、焊劑要清潔，并按規(guī)定烘干焊條或焊劑，含水分不超過０．１％。

（３）焊條或焊劑要合理存放，防止受潮。

２．加強熔地保護一

（１）焊條藥皮不要脫落，焊劑或保護氣體送給不能中斷。

（２）采用短弧焊接，電弧不得隨意拉長，操作時適當配合動作，以利氣體逸出，注意正確引

弧；操作時發(fā)現焊條偏心要及時傾斜焊條，保持電弧穩(wěn)定。

（３）裝配間隙不要過大。

３．正確執(zhí)行焊接工藝規(guī)程

（１）選擇適當的焊接工藝參數，運條速度不得太快。

（２）對導熱快、散熱面積大的焊件、若周圍環(huán)境溫度低時，應進行預熱。

５ ６—４ 焊接裂紋

裂紋是焊接結構最危殮的一種缺陷，不僅會使產品報廢，而且還可能引起嚴重的事故。

在焊接生產中出現的裂紋形式是多種多樣的，有的裂紋出現在焊縫表面，肉眼就能觀察到；有的隱藏在焊縫內部，通過探傷檢查才能發(fā)現。有的產生在焊縫中；有的則產生在熱影響區(qū)

中。不論是在焊縫或熱影響區(qū)上的裂紋，平行于焊縫的稱為縱向裂紋臣會直于焊縫的稱為橫向

裂紋，而產生在收尾處弧坑的裂紋稱火口裂紋或弧坑裂紋（見圖６—９）。根據裂紋產生的情祆卜

把焊接裂紋歸納為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂，這里主要討論熱裂紋和冷裂紋。

一、熱勇效。ｔ。

焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到何相線附近高溫區(qū)產生的裂紋稱為熱紀律己

ｌ·熱裂紋特點一一一。

（１）產生時間 熱裂紋一般產生在焊縫的結晶過程中，故又稱結晶裂紋或民民裂紋。一在焊

縫金屬凝固后的冷卻過程中，還可能繼續(xù)發(fā)展。所以，它的發(fā)生和發(fā)展都處在高溫下。從時間上

來說，是處于焊接過程中。－

（２）產生的部位 熱裂紋絕大多數產生在焊縫金后中，有的是縱向，有的是橫向。發(fā)生在弧

坑中的熱裂紋往往呈星狀。有時熱裂紋也會發(fā)展到母材中去。

（３）外觀特征 熱裂紋大多處在焊縫中心或者處在焊縫兩側，其方向與焊縫的波紋線相垂

直，露在焊縫表面的有明顯的鋸齒形狀，也常有不明顯的鋸齒形狀。凡是露在焊縫表面的熱裂

紋，由于氧在高溫下進入裂紋內部，所以裂紋斷面上都可以發(fā)現明顯的氧化色彩。

（４）金相結構上的特征 將產生裂紋處的金相斷面作宏觀分析時，發(fā)現熱裂紋都發(fā)生在晶

界上，因此不難理解，熱裂紋的外形之所以是鋸齒形，是因為晶界就是交錯生長的晶粒的輪廓

線，故不可能平滑。

２·熱裂紋產生的原因。

我們知道，要使一件東西在壞必須有力的作用。而裂紋既然是一種局部的破壞，要產生裂

紋必然也要有力的作用。

焊接中這種力是如何產生的呢？這是因為焊接過程是一個局部加熱的過程，無論是電弧焊

或電阻焊，都是將局部金屬加熱到熔化狀態(tài)，液體金屬凝固后就將金屬連接起來。但是，焊縫金

屬從液體變成固體時，體積要縮小，同對凝固后的焊縫合局在冷卻過程中體積也會收縮，而焊

縫周圍金屬阻礙了上述這些收縮，這樣焊縫就受到了一定的拉應力作用。在焊縫剛開始凝固和結晶時，這種拉應力就產生了，但是這時的拉應

力不會引起裂紋，因為這時晶粒剛開始生長（見 圖６—１０ａ），液體金屬比較多，流動性比較好，可以在晶粒間自由流動，因而由于拉應力而造 成的晶粒間的間隙，都能被液體金屬填滿。當溫 度繼續(xù)下降時，柱狀晶體繼續(xù)生長，拉應力也逐 漸增大．如果此時焊縫中有低熔共晶體存在測 由于它熔點低，凝固晚，被柱狀晶體推向晶界，聚集在晶界上。因此當焊縫金屬大部分已經凝

固時，這些低熔點金屬尚未凝固，在晶界就形成所謂“液體夾層”（見圖６—１０ｂ），這時的拉應力

已發(fā)展得較大，而液體金屬本身沒有什么強度，晶粒與晶粒之間的結合就大為消弱，在拉應力 的作用下，就可能使柱狀晶體的空隙增大，而低熔點液體金屬又不足以填充增大了的空隙，這

樣就產生了裂紋。如果沒有低熔點共晶存在或者數量很少，則晶粒與晶粒之間的結合比較牢

固，雖然有拉應力作用，仍不產生裂紋。

由此可見，拉應力是產生效裂紋的外因，晶界上的低熔點共晶體是產生熱裂紋的內因，拉

應力通過晶曇上的低館共晶體而造成圖紋。

３．影響生成效裂紋的因素

。＊）合金元素對生成裂紋的影響 合金元素是影響熱裂紋傾向最本質的因素，其中主要有

以下幾個：

ｌ）硫的影響 鋼中的硫是一種極有害的元素，在生產鋼材時，硫不可避免地以雜質形式混

入鋼材。它同鐵形成ＦｅＳ／ｅＳ與鐵及Ｗ都能形成低熔點共晶體。鐵同ＦｅＳ形成的低熔共晶體

熔點為９８５ Ｃ，而ＦｅＳ同ＦｅＯ形成的低熔共晶體熔點為９４０Ｃ，它的熔點比鋼的熔點要低得多。

這些低熔共晶體在焊縫結晶時聚集在晶界上，當焊縫金屬大部分已凝固時，它尚未凝固，因而

成為產生裂紋的前提。在焊接含鎳的高合金鋼和鎳基合金時，流更是有害的元素。流與鎳能形

成熔點更低的低熔點共晶，其熔點僅為４６４Ｃ，當含硫量超過０．０２％時就有產生熱裂紋的危

險。因此在焊接鎳基合金或含鎳的高合金鋼時，更應注意熱裂傾向。

２）碳的影響 當碳素鋼和低合金鋼的合碳量增加時，焊縫產生熱裂紋的傾向增大。這是因

為焊縫金屬的淬硬性增加，使焊縫中由于組織變化而產生的應力增大。更主要的是形成低熔點

共晶體的可能性增加的緣故。

碳不僅極易與鋼中的苗、鎳等元素形成低熔點共晶，而且能降低硫在鐵中的溶解度，使硫

與鐵化合成ＦｅＳ的可能性增加，從而促使形成低熔點共晶。這是因為溶解在鐵中的硫對形成熱

裂紋的影響并不大，只有過飽和的硫能與鐵化合，隨后導致熱裂紋的產生。

３）硅的影響 碳鋼中硅對產生熱裂紋的影響與碳相似，但比碳要弱得多。

Ｉ

４）工藝因素的影響 焊縫的成形系數（Ｗ）對熱裂紋有一定的影響，但成形系數對焊縫產

生熱裂紋的影響同合碳量有一定的關系，如圖６—１１所示，成形系數過大或過小都易產生裂

紋。這是因為ｙ過大時，焊縫過薄。強度不夠；ｙ過小時，低熔點共晶會被擠向焊縫中心，正好集

中在樹枝狀結晶的對接部位，使得抵抗拉應力的能力特別弱．

（２）一次結晶組織對裂紋傾向的影響 進地金屬在一次結晶過程中，晶粒的大小、形態(tài)和

方向對焊縫金屬的抗裂性有很大的影響。一次結晶的晶粒越粗大，柱狀晶的方向越明顯，則產生熱裂紋的傾向就越大。

（３）力學因素對產生熱裂紋的影響 焊接 拉應力是產生裂紋的必要條件，當結構形狀復 雜、接頭剛性大、焊縫冷卻速度快

順序不 合理時，焊接拉應力就大，因此熱裂紋傾向就 大。

４．防止熱裂紋的措施

（１）降低母材和焊絲的含硫量 對碳鋼和 低合金鋼來說，含硫量應不大于０·０２５％。０．０４５％；對于焊絲來說，含硫量一般不大于 ０．０３％。焊接高合金鋼用的焊絲，其含硫量則不 大于０．０２％。

（２）降低焊縫的含碳量 通過實踐得知，當 焊縫金屬中的含碳量小于０．１５％時，產生裂紋 的傾向就小。所以一般碳鋼焊絲如Ｈ０８、Ｈ０８Ａ、Ｈ０８ＭｎＺＳｆ、ｆｆｅ８ＭｌｌＺＳＫ等，最高合碳量都不超

過０．１１％。在焊接低合金高強度鋼時，也盡量減少焊縫金屬的含碳量。由于合碳量降低會使焊

縫強度也降低，需依靠其它合金元素使焊縫保持一定的強度。如平均含碳量為０ｒ３％的低合金

高強度鋼３０ＣｔＭｊ１ＳｆＡ，使用的焊條芯為Ｈ１８ＣｒＭｏＡ，其平均合碳量只有０．１８％；為提高焊縫強

度，加入了適量的鋁。這種鋼材的薄板用二氧化碳氣體保護焊時，采用的焊絲為Ｈ０８ＭｎＺＳＬ４，其最高合碳量僅為０．１１％。

（３）提高焊絲的含錳量 標能與ＦｅＳ作用生成ＭｎＳ，ＭｌｌＳ本身的熔點比較高，也不會與其

它元素形成低熔點共晶，所以可降低硫的有害作用。一般在合標量低于２．５％時，錳均可起到

有利的作甩．在高合金用和鎳基合金中，同樣可利用標來消除流的有害作用。一

（４）ｈｇ變質劑 當在焊縫金屬中加人鈦、鋁、鋁、用或稀土金屬們和鋼等變質劑對，能起到

細化晶粒的作用。由于晶粒變細了，因此晶粒相對增多，晶界也隨之增多。這樣，即使存在低炬

點共晶，也會被分散開來，使分布在晶界局部區(qū)域的雜質數量減少了，有利于消除熱裂紋。最常

用的變質劑是鈦。

（ｓｙ＄成雙相組織。如鉻鎳奧氏體不銹標焊接時，當焊縫形成奧氏體加鐵索體（＜５％）的

雙相組織時，不僅打亂了奧氏體相的方向性，使焊縫組織變細，而且提高了焊縫的抗熱裂性能。

（６）采用適當的工藝措施 如選用合理的成形系數；選擇合理的順序和焊接方向；對

焊件采用焊前預熱和焊后緩冷，也可有效地減少焊接應力，以防止熱裂紋的產生。

＝、冷裂紋

冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度下（對于鋼來說在燉溫度以下）時產生的焊接裂紋。

１．冷裂紋的特點

（豆）產生的溫度和時間 產生冷裂紋的溫度通常在馬氏體轉變的溫度范圍，約２ｍ～

３００Ｃ以下。它的產生時間，可以在焊后立即出現，也可以在延發(fā)幾小時、幾周、甚至更長的時間

以后產生，所以冷裂紋又稱為延遲裂紋。

（２）產生的部位 冷裂紋大多產生在母材改母材與是經交界的熔合線上。最常見的部位如

圖６—９所示的焊道下裂紋、焊趾裂紋和焊根裂紋。

（３）外觀特征 冷裂紋多數是縱向裂紋，在少數情況下，也可能有橫向裂紋。顯露在接頭金

屬表面的冷裂紋斷面上，沒有明顯的氧化色彩，所以斷口發(fā)亮。＿

（４）金相結構上的特征 冷裂紋一般為穿晶裂紋，在少數情況下也可能沿晶界發(fā)展。

２．冷裂紋產生的原因

（１）淬硬傾向 焊接時，鋼的淬硬傾向越大，越易產生冷裂紋。因為淬硬傾向越大，就意味 著得到更多的馬氏體組織，馬氏體是一種硬脆的組織，在一定的應變條件下，馬氏體由于變形

能力低而容易發(fā)生脆性斷裂，形成裂紋。

焊接接頭的淬硬傾向主要和鋼的化學成分、焊接工藝、結構板厚及冷卻條件有關。

（２）氫的作用 焊接時，焊縫金屬吸收了較多的氫Ｉ由于焊縫冷卻速度很快，氫往往來不及

全部析出，所以仍有一部分氫留在 屬內．在固體金屬中，氫在奧氏體組織中的溶解度比

在鐵素體中的溶解度大。由于焊縫金后的合碳量低，冷卻過程中在較高溫度下具氏體就開始析

出扶素體，也就是焊縫的組織轉變比熱影響區(qū)金清早（參見鐵碳平衡圖）。而氫在鐵素體中的溶

解度又比奧氏體小，故焊縫中就有氫析出，但氫在鐵素體中的擴散速度卻比較大（見表６一４）。

這些氫就擴散到近旁仍為奧氏體組織的響區(qū)。使熱影響區(qū)的含氫量增加。在隨后的冷卻過

程中，當熱影響區(qū)的奧氏體也析出鐵素體時，氫的溶解度降低，這樣就有相當多過剩的氫析出，聚

效影響區(qū)熔合線附近，形成一個富氫帶。如果焊接的是低合金高強度鋼、則臭氏體將轉

變?yōu)轳R氏體。馬氏體和鐵素體一樣，氫的溶解度也比奧氏體小得多，所以在焊接接頭冷卻時，析

出的氫就向周圍熱影響區(qū)擴散，待熱影響區(qū)轉變?yōu)轳R氏體后，在熱影響區(qū)內就會聚集相當多的

氫，達到過飽和狀態(tài)，當這區(qū)域存在顯微缺陷，如原子空位、空穴等時，氫原子就在這些地方結

合成分子狀態(tài)的氫，在局部地區(qū)造成很大的壓力，加上奧氏體組織在轉變?yōu)轳R氏體組織時，由

于體積膨脹而產生的巨大組織應力，就促使鋼發(fā)生破壞，從而形成裂紋。氫在奧氏體和鐵素體

中的溶解度及擴散能力，見表６—４。

（３）焊接應力 焊接接頭內部存在的應力，一是由于溫度分布不均造成的溫度應力和由于

相變（特別是馬氏體轉變）形成的組織應力；二是外部應力，包括剛性約束條件、焊接結構的自

重、工作載荷等引起的應力。

總之，氫、淬硬組織和應力這三個因素是導致冷裂紋的主要原因店們相互促進，不過在不

同情況下，三者中必有一種是更為主導的因素。例如一般低碳低合金高強度鋼中，雖有高的淬

透性，但低碳馬氏體組織對氫的敏感性不十分大，可是當含氫量達到一定數值時，仍產生了裂

紋，此時冷裂紋的主要原因是氫。對于中碳高強度合金鋼，具有高的淬硬性，而淬硬組織有高的

氫脆敏感性，此時的主要原因為淬硬組織。又如焊根有未焊透或咬邊等缺斷及余高截面變化

很大，存在較高的應力集中區(qū)，則應力就成為主要矛盾。

３．防止冷裂紋的措施

（１）焊前預熱和焊后緩冷 焊前預熱的作用，一則是在焊接時減少由于溫差過大而產生的焊接應力；另一則是可減緩冷卻速度，以改善接頭的顯微組織。預熱可對焊件總體加熱，也可以

是焊縫附近區(qū)域的局部加熱，或者邊焊接邊不斷補充ｂ峨。

采用適當緩冷的方法．如在焊后包扎絕熱材料石棉布、玻璃纖維等，以達到焊后緩冷的目 的，可降低焊接熱影響區(qū)的硬度和脆性，提高塑性；并使接頭中的氫加速向外擴散。

（２）采用減少氫的工藝措施 焊前，將焊條、焊劑按烘干規(guī)范嚴格烘干，并且隨用隨取；仔

細清理坡口、去油除銹，防止將環(huán)境中的水分帶入焊縫中；正確選擇電源與極性；注意操作方

法。

（３）合理選用焊接材料 選用堿性低氫型焊條，可減少帶人焊縫中的氫。采用不銹鋼或奧

氏體鎳基合金材料作焊絲和焊條芯，在焊接高強度鋼時，不僅由于這些合金的塑性較好，可抵

消馬氏體轉變時造成的一部分應力，而且由于這類合金均為奧氏體，氫在其中的溶解度高，擴

散速度慢，使氫不易向熱影響區(qū)擴散和聚集。

（４）采用適當的工藝參數 適當減慢焊接速度，可使焊接接頭的冷卻速度慢一些。過高或

過低的焊接速度，前者易產生淬火組織；后者使熱影響區(qū)嚴重過熱，粗大，熱影響區(qū)的淬火

區(qū)也加寬，都將促使冷裂紋的產生。因此工藝參數應選得合適。

（５）選用合理的裝焊順序 合理的裝焊順序、焊接方向等，均可以改善焊件的應力狀態(tài)。

（６）進行焊后熱處理 焊件在焊后及時進行熱處理，如進行高溫回火可使氫擴散排出，也

可改善接頭的組織和性能，減少焊接應力。

第四篇：手工電弧焊焊接工藝和流程

手工電弧焊焊接工藝和流程

工藝適用于低碳鋼，低合金高強度鋼，及各種大型鋼結構工程制造的焊接，確保焊接生產施工質量，特制訂本工藝。

一、焊前準備

1、根據施焊結構鋼材的強度等級，各種接頭型式選擇相應強度等級牌號焊條和合適焊條直徑。

2、當施工環(huán)境溫度低于零度，或鋼材的含碳量大于0.41%及結構剛性過大，構件較厚時應采用焊前預熱措施，預熱溫度為80℃-100℃，預熱范圍為板厚的5倍，但不小于100毫米。

3、工件厚度大于6毫米對接焊時，為確保焊透強度，在板材的對接邊沿應開切V型或X型坡口，坡口角為60度，鈍邊P=0-1毫米，裝配間隙為0-1毫米，當板厚差≥4毫米時，應對較厚板材的對接邊緣進行削斜處理。

4、焊條烘焙：酸性藥皮類型焊條焊前烘焙150℃*2保溫2小時，堿性藥皮類焊條焊前必做進行300℃-350*2烘焙，并保溫2小時才能使用。

5、焊前接頭清潔要求：在坡口或焊前兩側30毫米范圍內，應將影響質量的毛刺，油污，水，銹臟物，氧化皮等必須清潔干凈。

6、在板縫二端如余量小于50毫米時，焊縫二端應加引弧，熄弧板，其規(guī)格不小于50*50毫米。

二、焊接材料的選用

1、首先應考慮，母材強度等級與焊條強度等級相匹配和不同藥皮類型焊條的使用特性。

2、考慮物件工作環(huán)境條件，承受動、靜載荷的極限，高應力或形狀復雜，剛性較大，應選用抗裂性能和沖擊韌性好的低氫型焊條。

3、在滿足使用性能和操作性能的前提下，應適當選用規(guī)格大效率高的鐵粉焊條，以提高焊接生產效率。

三、焊接規(guī)范

1、應根據板厚選擇焊條直徑，確定焊接電流（如表）。

板厚（mm）焊條直徑（Φ：mm）焊接電流（A：安倍）備注 3 2.5 80-90 不開坡口 8 3.2 110-150 開V型坡口 16 4.0

160-180

開X型坡口 20 4.0

180-200

開X型坡口

該電流為平焊位置焊接，立、橫、仰焊時焊接電流應降低10-15%，大于16毫米板厚焊接底層選Φ3.2mm焊條，角焊焊接電流應比對接焊焊接電流稍大。

2、為使對接焊縫焊焊透，其底層焊接應選用比其他層焊接的焊條直徑較小。

3、厚件焊接，應嚴格控制層間溫度，各層焊縫不宜過寬，應考慮多道多層焊接。

4、對接焊縫正面焊接后，反面使用碳氣刨扣槽，并進行封底焊接。

四、焊接程序

1、焊接板縫，有縱橫交叉的焊縫，應先焊端接縫后焊邊接縫。

2、焊縫長度超過1米以上，應采用分中對稱焊法或逐步碼焊法。

3、結構上對接焊縫與角接焊縫同時存在時，應先焊板的對接焊縫，后焊物架對接焊縫。最后焊物架與板的角焊縫。

4、凡對稱物件應從中央向前尾方向開始焊接，并左、右方向對稱進行。

5、構物件上平、立角焊同時存在時，應先焊立角焊后焊平角焊，先焊短焊縫，后焊長焊縫。

6、一切吊運“馬”部（起吊部位），應用低氫焊條，焊后必須及時打渣，認真檢查焊腳尺寸要求，焊接焊縫包角。

7、部件焊縫質量不好應在部件上進行返修處理合格后，才能再進行下一焊接工序。不得留在整體安裝焊接時進行。

五、操作要點

1、焊接重要結構時使用低氫型焊條，必須經300-350℃2小時烘干，一次領用不超時用量，并應裝在保溫筒內，其他焊條也應放在焊條箱內妥然保管。

2、根據焊條的直徑和型號，焊接位置等調試焊接電流和選擇極性。

3、在保證接頭不致爆裂的前提下，根部焊道應盡可能薄。

4、多層焊接時，下一層焊接開始前應將上一層焊縫的藥皮、飛濺等物質表面均要清除干凈，多層焊每層焊縫厚度不超過3-4毫米。

5、焊前工件有預熱要求時，多層多道焊應盡可能連續(xù)完成，保證層間溫度不低于最熱溫度。

6、多層焊起弧接頭應相互錯開30-40毫米，“T”和“一”字縫交叉處50毫米范圍準起弧和熄弧。

7、低氫型焊條應采用短弧焊進行焊接，選擇直流電源反極性接法。

六、焊縫接縫要求

1、重要結構對接焊縫按設計規(guī)定技術要求進行一定數量*光片或超聲波對焊縫內部檢定，并按設計要求規(guī)定給予級別評定。

2、外表焊縫檢查，所有結構焊應全進行檢查，其焊縫外表質量要求： 1）焊縫直線度，任何部位≤100毫米內直線度應≤2毫米。2）焊縫過渡要光順，過渡角要＜90度，不能有突變。3）焊縫高低差，在長度2.5毫米，其高低差應≤1.5毫米。4）焊縫不允許低于工件表面及有裂縫不熔合等缺陷存在。5）多道焊縫表面堆疊相交處，下凹深度應≤1毫米。6）全部焊縫焊合缺陷允許修補，修補后應打磨光順。

7）部件結構材質為鑄鋼件時，焊后必須經550℃退火處理，以消除應力。

3、焊接構件允許火工校正。

蘇州海駿自動化機械有限公司

2012.09.20

第五篇：手工電弧焊操作技能教案

第3,4課時

手工電弧焊操作技能

教學目標：

知識與技能：了解手工電弧焊的概念及藥皮的作用。過程與方法：

1、理解焊接坡口的概念及開坡口的目的。

2、掌握常用的運條方法及焊道的連接與收尾。

情感態(tài)度價值觀：由淺入深，結合視頻，培養(yǎng)學生勇于動手去焊接的精神。教學重點：手工電弧焊操作技能 教學難點：焊接坡口及運條方法 教學方法：講授法 教學準備：多媒體教學 教學過程：

（一）導入：

復習導入：

1、焊接的概念及分類。

2、焊接接頭的種類及接頭型式

3、焊接電弧的偏吹

（二）新授：

一、手工電弧焊的概述 1.手工電弧焊的概念：

手工電弧焊（焊條電弧焊）是利用焊條和焊件之間的電弧熱使金屬和母材熔化形成焊縫的一種焊接方法

2、焊條的概念：

焊條就是帶有藥皮的供手工電弧焊使用的熔化電極。焊條規(guī)格以焊芯直徑來表示。其長度依焊條規(guī)格材料、藥皮類型等不同而不同，通常在200?500mm之間。

（1）、焊芯：

焊芯就是被藥皮覆蓋的金屬芯，其作用是傳導電流，產生電弧，并且在熔化后作為填充金屬與被熔化的母材熔合形成焊縫。

焊芯金屬約占整個焊縫金屬的50％-70％，因此焊芯的化學成分直接影響焊縫質量。焊芯用鋼絲為焊接專用鋼絲，經特殊冶煉制成，單獨規(guī)定了其牌號和化學成分。

如用于埋弧焊、電渣焊、氣體保護焊、氣焊等熔焊方法中作為填充金屬時，稱為焊絲。

（2）、藥皮的作用：

1保護作用： ○焊接時，涂層熔化后產生大量的氣體，使熔化金屬與空氣隔離開來，形成一個很好的保護層。涂層熔化后形成熔渣，覆蓋著熔滴和熔池。這樣不僅隔離開空氣中的氧氣、氮氣，保護焊縫金屬，而且降低了焊縫冷卻速度，促進熔池中氣體逸出，減少氣孔生成，并改善焊縫成形和結晶。

2冶金作用： ○藥皮中加有脫氧劑，通過熔渣與熔化金屬的化學反應，減少氧、硫等有害雜質對焊縫金屬的危害，使焊縫獲得符合要求的力學性能。

3滲合金作用 ○4改善焊接工藝性能： ○在藥皮中加入低電離電位的物質，可以提高電弧燃燒的穩(wěn)定性；焊接時，在焊條端頭形成一小段涂層套管，套管使電弧熱量更集中，使電弧燃燒更穩(wěn)定，并可減少飛濺，有利于熔滴向熔池過渡，提高了熔敷效率。（3）、焊條的選用原則：

① 工件的力學性能和化學成分。② 工件的使用性能與工作條件。③ 工件的結構特點和受力狀態(tài)。④ 施工條件及設備。⑤ 改善工藝性能

⑥ 降低成本，提高生產率

二、焊接坡口：

1、概念：

根據設計或工藝需要，在焊件待焊部位加工并裝配成的一定幾何形狀的溝槽，稱為坡口。

2、開坡口的目的：

為了保證電弧能深入接頭根部，使接頭根部焊透，以及便于清渣獲得較好的焊縫成形，而且坡口能起到調節(jié)焊縫金屬中的母材和填充金屬的比例作用。

三、運條方法： 1．焊道的起頭

起頭時焊件溫度較低，所以起點處熔深較淺，可在引弧后將電弧稍微拉長，對起頭處預熱，然后再適當縮短電弧進行正式焊接。2．常用的運條方法：

3．焊道的連接：（1）、尾頭相接：尾頭相接是以先焊焊道尾部接頭的連接形式，這種接頭形式應用最多。（2）、頭頭相接：頭頭相接是從先焊焊道起頭處續(xù)焊接頭的連接方式。（3）、尾尾相接：尾尾相接就是后焊焊道從接口的另一端引弧，焊到前焊道的結尾處，焊接速度略慢些，以填滿弧坑，然后以較快的焊接速度再向前焊一小段再熄弧。（4）、首尾相接：首尾相接是后焊焊道的結尾與先焊焊道的起頭相連接，利用結尾 時的高溫重復熔化先焊焊道的起頭處，將焊道焊平后快速收尾。4.焊道的收尾

焊道的收尾是指一條焊道結束時如何收弧。

（1）劃圈收尾法：焊條移至焊道終點時，利用手腕動作使焊條尾端作圓圈運動，直到填 滿弧坑后再拉斷電弧。此法適用于厚板焊接，對于薄板則容易燒。

（2）反復斷弧收尾法：焊條移至焊道終點時，反復在弧坑處熄弧，一引弧一熄弧多次，直至填滿弧坑。此法適用于薄板和大電流焊接，但堿性焊條不宜采用，否則易出現氣孔。（3）回焊收尾法

焊條移至焊道收尾處即停止，但不熄弧，適當改變焊條角度，焊條由位置1轉到位置2，填滿弧坑后再轉到位置3，然后慢慢拉斷電弧，堿性焊條常使用此方法熄弧。

（三）、小結：

1、手工電弧焊的概念及藥皮的作用。

2、焊接坡口的概念及開坡口的目的。

3、常用的運條方法及焊道的連接與收尾。

（四）、作業(yè)：

1、手工電弧焊的概念及藥皮的作用。

2、焊接坡口的概念及開坡口的目的。

3、常用的運條方法及焊道的連接與收尾。