新版第九章 焊条电弧焊与碳弧气刨.ppt

2023/3/7,1,2023/3/7,1,热烈欢迎各位同仁参加取证学习,第九章 焊条电弧焊与碳弧气刨,2023/3/7,2,2,焊接与热切割作业,河北省特种作业人员安全技术培训考核系列教材,2023-3-7,2023/3/7,3,第九章 焊条电弧焊与碳弧气刨,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,一、焊条电弧焊的基本原理,手工操纵焊条进行焊接的一种电弧焊方法。基本原理是利用焊条与工件之间产生的电弧热使焊条与母材熔化冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。如图9l所示。,图91 焊条电弧焊示意图1焊条药皮 2焊条芯 3电弧 4熔滴5熔池 6保护气体 7熔渣 8焊缝,2023/3/7,4,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,焊接电弧就是指在加有一定电压的两电极或电极与焊件间的气体介质中产生的强烈而持续的放电现象(俗称电弧燃烧)。电弧燃烧的必要条件是气体电离及阴极电子发射。,1气体电离 气体受到电场或热能的作用，就会使中性气体原子中的电子获得足够的能量，以克服原子核对它的引力而成为自自电子，同时中性的原子由于失去了带负电荷的电子而变成带正电荷的正离子。这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程叫做气体电离。,2023/3/7,5,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,在焊接时，使气体介质电离的种类主要有热电离、电场作用下的电离、光电离。(1)热电离。气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。温度越高，热电离作用越大。(2)电场作用下的电离。带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，当不断与中性粒子相碰撞时，则不断地产生电离。两电极间的电压越高，电场作用越大，则电离作用越强烈。(3)光电离。中性粒子在光辐射的作用下产生的电离，称为光电离。,2023/3/7,6,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,2阴极电子发射 阴极中的部分电子穿过金属表面连续地向外发射的现象，称为阴极电子发射。一般情况下，电子是不能自由离开金属表面向外发射的，要使电子逸出电极金属表面而产生电子发射，就必须加给电子一定的能量，使它克服电极金属内部正电荷对它的静电引力。焊接时阴极所吸收的能量不同，所产生的电子发射有以下几类：热发射、电场发射、撞击发射等，几种电子发射作用常常是同时存在，相互促进的。阴极发射电子后，又从焊接电源获得新的电子。,2023/3/7,7,(1)热发射。焊接时，阴极表面温度很高，阴极中的电子运动速度很快，当电子的动能大于阴极内部正电荷的吸引力时，电子即冲出阴极表面，产生热发射。温度越高，则热发射作用越强烈。(2)电场发射。在强电场的作用下，由于电场对阴极表面电子的吸引力，电子可以获得足够的动能，从阴极表面发射出来。当两电极的电压越高，金属的逸出功越小，则电场发射作用越大。(3)撞击发射。当运动速度较高、能量较大的正离子撞击阴极表面时，将能量传递给阴极而产生的电子发射现象，叫做撞击发射。如果电场强度越大，在电场的作用下正离子的运动速度也越快，则产生的撞击发射作用也越强烈。产生焊接电弧的操作成为引弧。引弧有接触引弧和非接触引弧，焊条电弧焊采用的是接触引弧。,2023/3/7,8,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,3焊接电弧的温度 焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，各区域的温度和放出的热量是不同的。在焊条接负()极、焊件接正(+)极的直流电弧焊中，如图92所示。如用碳钢焊条焊接时，阳极区温度约为26000，放出的热量占焊接电弧总热量的36左右；阴极区温度约为24000，放出的热量占焊接电弧总热量的43左右；弧柱区温度最高，可达60008000，放出的热量占焊接电弧总热量的2l左右。,图92 焊接电弧构造示意图,2023/3/7,9,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,使用交流电焊接时，由于极性是交替变化的，因此，焊条(电极)与焊件上的温度和热量分布基本相同。,焊接电弧现象,2023/3/7,10,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,二、焊条电弧焊的适用范围 焊条电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。另外由于焊条电弧焊设备轻便，搬运灵活，所以说，焊条电弧焊可以在任何有电源的地方进行焊接作业。适用于各种厚度金属、各种结构形状的焊接。,2023/3/7,11,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,三、电弧切割 电弧切割主要有碳弧气割、碳弧刨割条和等离子弧切割。(一)碳弧气割的基本原理 碳弧气割是利用碳极电弧的高温，把金属的局部加热到熔化状态，同时用压缩空气的气流把熔化金属吹掉，从而达到对金属进行切割的一种加工方法，如图93所示。目前，这种切割金属的方法在金属结构制造部门得到广泛应用。,图93 碳孤气刨切割示意图,2023/3/7,12,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,碳弧气割过程中，压缩空气的主要作用是把碳极电弧高温加热而熔化的金属吹掉，还可以对碳棒电极起冷却作用，这样可以相应地减少碳棒的烧损。但是，压缩空气的流量过大时，将会使被熔化的金属温度降低，而不利于对所要切割的金属进行加工。,(二)碳弧刨割条 电弧刨割条的外形与普通焊条相同，是利用药皮在电弧高温下产生的喷射气流，吹除熔化金属、达到刨割的目的。工作时只需交、直流弧焊机，不用空气压缩机。操作时其电弧必须达到一定的喷射能力，才能除去熔化金属。,2023/3/7,13,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,(三)电弧切割的适用范围及优缺点 1用电弧切割对焊缝进行清根，比过去生产中常使用的风铲生产效率可提高数倍，尤其是在仰焊和立焊位置进行焊缝清根时，其优越性更为突出。2改善了工人的劳动条件。过去在使用风铲进行开坡口和清根时，噪声和振动大，长年使用风铲工作的工人，多患有耳聋性职业病，而且劳动强度也很高。3可以用电弧切割来加工焊缝坡口，特别适用于开U型坡口。,2023/3/7,14,第一节 焊条电弧焊与电弧切割的基本原理和适用范围,4使用方便，操作灵活。对处于窄小空间位置的焊缝，只要轻巧的刨枪能伸进去的地方，就可以进行切割作业。5可以用电弧切割清除不合格焊缝中的缺陷，然后进行修复。也可以用电弧切割清理铸件的毛边、飞刺、浇铸冒口及铸件中的缺陷。6可以用电弧切割的方法加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、不锈钢、铜、铝等。7设备、工具简单，操作使用安全。只要有一台功率大于400A直流焊机和相应功率大于12MPa的空气压缩机，有专用的电弧切割电极及碳棒，就可以工作。,2023/3/7,15,第二节 焊条电弧焊、电弧切割的安全特点,一、焊条电弧焊的安全特点 1焊条电弧焊焊接设备的空载电压一般为5090V。而人体所能承受的安全电压为3045V，由此可见手工电弧焊焊接设备的空载电压高于人体所能承受的安全电压，所以当操作人员在更换焊条时，有可能发生触电事故。尤其在容器和管道内操作，四周都是金属导体，触电危险性更大。因此焊条电弧焊操作者在操作时应戴手套，穿绝缘鞋。,2023/3/7,16,第二节 焊条电弧焊、电弧切割的安全特点,2焊接电弧弧柱中心的温度高达60008000。焊条电弧焊时，焊条、焊件和药皮在电弧高温作用下，发生蒸发、凝结和气体，产生大量烟尘。同时，电弧周围的空气在弧光强烈辐射作用下，还会产生臭氧、氮氧化物等有毒气体，在通风不良的情况下，长期接触会引起危害焊工健康的多种疾病。因此焊接环境应通风良好。,2023/3/7,17,第二节 焊条电弧焊、电弧切割的安全特点,3焊接时人体直接受到弧光辐射(主要是紫外线和红外线的过度照射)时，会引起操作者眼睛和皮肤的疾病。因此操作者在操作时应戴防护面具和穿工作服。4焊条电弧焊操作过程中，由于电焊机线路故障或者飞溅物引燃可燃易爆物品以及燃料容器管道补焊时防爆措施不当等，都会引起爆炸和火灾事故。,2023/3/7,18,第二节 焊条电弧焊、电弧切割的安全特点,二、电弧切割的安全特点 电弧切割时，除应知道焊条电弧焊的安全特点外，还应注意以下几点：1电弧切割过程中，由于有压缩空气的存在，露天操作时，应注意顺风方向进行操作，以防吹散的熔渣烧坏工作服和灼伤皮肤，并要注意周围场地的防火。2在容器或舱室内部操作时，内部空间尺寸不能过于窄小，并要加强抽风及排除烟尘措施。3切割时应尽量使用带铜皮的专用碳棒。,2023/3/7,19,第二节 焊条电弧焊、电弧切割的安全特点,4电弧切割时使用电流较大，连续工作时间较长，要注意防止焊机超载，以免烧毁焊机。为克服电弧切割的粉尘大、有气味的缺点，还可采用水碳弧气刨的方法；它的原理与一般碳弧气刨相同，只是在压缩空气中含有大量水雾，利用喷雾来降低碳弧气刨的粉尘污染。水碳弧气刨可使环境粉尘降低4060左右。,2023/3/7,20,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,一、焊条的选择方法(一)焊条的组成及作用 焊条就是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极。它是由药皮和焊芯两部分组成。压涂在焊芯表面上的涂层即药皮，焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯，如图94所示。焊条作为传导焊接电流的电极和焊缝的填充金属，其性能和质量直接影响的焊接质量。,图94 焊条组成示意图1焊芯 2药皮 3夹持端 4引弧端,2023/3/7,21,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,焊条一端未涂药皮的焊芯(长度约占焊条总长116)，是焊条的夹持端，供焊钳夹持并有利于导电。在焊条的另一端药皮有45左右的倒角，将焊芯金属露出，便于引弧。1焊芯(1)焊芯成分及作用 焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊接时，焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能，二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。一般碳钢和低合金钢焊条是选用低碳钢焊芯，焊芯由碳素焊条钢盘条加工而成。常用的低碳钢焊芯有H08A和H08E两个牌号。,2023/3/7,22,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(2)焊芯的规格 通常所说的焊条直径均是指焊芯的直径，常用的焊条直径为16mm、25mm、32mm、4mm、5mm及6mm等。焊条的长度“L”是指焊芯的长度，一般为250450mm。(3)焊芯中各合金元素对焊接的影响 焊条焊接时，焊芯金属占整个焊缝金属的很大一部分。所以焊芯的化学成分，直接影响焊缝的质量。焊芯中各合金元素对焊接的影响见表91。(4)焊芯的分类 按照国家标准规定用于焊接的专用钢丝可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。,2023/3/7,23,表91 焊芯中合金元素对焊接的影响,2023/3/7,24,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,2焊条药皮 焊条药皮是指压涂在焊芯表面的涂层。焊条的药皮在焊接过程中起着极为重要的作用，药皮分解、熔化后形成气体和熔渣，起到机械保护、冶金处理和改善工艺性能的作用。(1)焊条药皮的作用 机械保护作用 气保护。在焊接时，焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池，基本上把熔化金属与空气隔绝开来。这些气体中绝大部分是还原性气体(CO、H2等)，能在电弧区、熔池周围形成一个很好的保护层，防止空气中的氧、氮侵入，起到了保护熔化金属的作用。,2023/3/7,25,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,渣保护。焊接过程中药皮被电弧高温熔化后形成熔渣覆盖着熔滴和熔池金属，这样不仅隔绝空气中的氧、氮，保护焊缝金属，而且还能减缓焊缝的冷却速度，促进焊缝金属中气体的排出，减少生成气孔的可能性，并能改善焊缝的成形和结晶，起到渣保护作用。药皮中某些物质受电弧高温作用而分解放出氧，使液态金属中的合金元素烧损，导致焊缝质量降低。,2023/3/7,26,因此在药皮中要加入一些还原剂，使氧化物还原，以保证焊缝质量。此外药皮中根据焊条性能的不同还加入一些去氢、去硫物质以提高焊缝金属的抗裂性。由于电弧的高温作用，焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损(氧化或氮化)，这样会使焊缝的机械性能降低。通过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素，使之随着药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素烧损和提高焊缝金属的机械性能。,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,2023/3/7,27,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,改善焊接工艺性能。使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高等。在焊接过程中，要保证电弧能正常、稳定地燃烧，除阴极发射电子外，还必须使电弧空间的气体易电离，气体越易电离，气体导电性越好，电弧燃烧越稳定。为此，在药皮中加入低电离电位的物质，来提高电弧燃烧的稳定性。焊条药皮的熔点稍低于焊芯的熔点(约低100250)，但因焊芯处于电弧的中心区，温度较高，所以，还是焊芯先熔化，药皮稍晚一点熔化。这样，在焊条端头形成不长的一小段药皮套管。套管使电弧热量更集中，能起稳定电弧燃烧作用，有利于熔滴向熔池过渡，提高了熔敷效率。总之，药皮的作用是保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能，并使焊条具有良好的焊接工艺性能。,2023/3/7,28,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(2)焊条药皮的组成 焊条药皮是由各种矿物类、铁合金、有机物和化工产品(水玻璃类)等原料组成。焊条药皮的组成成分相当复杂，一种焊条药皮的配方中，组成物有七八种之多：焊条药皮组成物按其作用可分为：稳弧剂。为使焊条引弧容易，并保持电弧燃烧稳定，加人一些含有低电离电位元素的物质。造气剂。主要作用是形成保护气体，以隔绝空气。造渣剂。主要作用是在熔化后形成具有一定物理化学性能的熔渣，覆盖在熔池和焊缝金属表面，起机械保护和冶金处理作用。,2023/3/7,29,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,脱氧剂。主要作用是使焊缝金属脱氧，以提高其力学性能。合金剂。用来过渡有益的合金元素或补偿在焊接过程中合金元素的烧损，以保证焊缝获得必要的化学成分、力学性能及某些特殊性能，如耐蚀、耐磨等。稀释剂。主要作用是降低焊接熔渣的黏度，增加熔渣的流动性。粘结剂。用以将涂料牢固地粘结在焊芯周围，常用的粘结剂是水玻璃。成形剂。指使药皮具有一定的塑性、弹性和流动性的物质，其作用是便于挤压并使药皮表面光滑而不开裂。,2023/3/7,30,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(3)焊条药皮的类型 根据药皮材料中主要成分不同，焊条药皮的类型可分为：钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、高钛钠型和高钛钾型、低氢型、石墨型、盐基型等。常用药皮类型的主要成分、性能特点、适用范围见表92。,表92 常用药皮类型的主要成分、性能特点、适用范围,2023/3/7,31,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,2023/3/7,32,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,2023/3/7,33,(二)焊条的分类 1按接焊条的用途分(1)碳钢焊条 现行国家标准为GBT51 171995碳钢焊条。(2)低合金钢焊条 现行国家标准为GBT51181995低合金钢焊条。(3)钼和铬钼耐热钢焊条 这类焊条在国家标准中多数属于低合金钢焊条，小部分属于不锈钢焊条。(4)低温钢焊条 这类焊条大部分属于低合金钢焊条。(5)不锈钢焊条 现行国家标准为GBT9831995不锈钢焊条。其中又可分为铬不锈钢焊条和镍不锈钢焊条。,2023/3/7,34,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(6)堆焊焊条 现行国家标准为GBT9842001堆焊焊条。(7)铸铁焊条 对应国家标准为GBT100442006铸铁焊条及焊丝。(8)镍及镍合金焊条 现行国家标准为GBT138142008镍及镍合金焊条。(9)铜及铜合金焊条 现行国家标准为GBT36701995铜及铜合金焊条。(10)铝及铝合金焊条 现行国家标准为GBT36692001铝及铝合金焊条。(11)特殊用途焊条 这类焊条主要用于特殊环境或特殊材料的焊接如水下、铁锰铝合金焊接及堆焊高硫滑动摩擦面等。,2023/3/7,35,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,2按熔渣碱度分类(1)酸性焊条 如果药皮熔化后形成的熔渣中酸性氧化物比碱性氧化物多，这类焊条就被称为酸性焊条。这类焊条的电弧燃烧稳定，可交直流两用；熔渣流动性好，飞溅小，焊缝成形美观，脱渣容易。(2)碱性焊条 如果药皮熔化后形成的熔渣中碱性氧化物比酸性氧化物多，这类焊条就被称为碱性焊条。用这类焊条施焊，焊缝金属的力学性能和抗裂性能都高于酸性焊条；但电弧稳定性差，对铁锈、水分比较敏感焊接过程中烟尘较大，表面成形较差。,2023/3/7,36,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(三)焊条的选用 焊条的种类很多，各有其应用范围，使用是否恰当对焊接质量，劳动生产率及产品成本都有很大影响。通常应根据组成焊接结构钢材的化学成分、机械性能、焊接性、工作环境(有无腐蚀介质，高温或是低温)等要求，以及焊接结构的形状(刚性大小)、受力情况和焊接设备(是否有直流电焊机)等方面进行综合考虑，以决定选用哪种焊条。,2023/3/7,37,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,在选用焊条时应注意下列原则：l.考虑焊件对焊条酸碱性的要求 酸性焊条和碱性焊条由于药皮的组成物不同，焊条的工艺性能以及形成焊缝金属性能也不同，因此他们的应用场合有很大区别。酸性焊条工艺性好，适应性强；碱性焊条形成的焊缝的塑性、韧性和抗裂性强，在焊接较重要结构时，一般采用碱性焊条。在选择时一般考虑以下几方面因素：(1)当接头坡口表面难以清理干净时，应采用氧化性强，对铁锈、油污不敏感的酸性焊条。(2)在容器内或通风较差的条件下，应选用焊接时析出有害气体少的酸性焊条。,2023/3/7,38,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(3)在母材中碳、硫、磷等元素含量较高，且焊件形状复杂、结构刚度和厚度大时，应选用抗裂性好的碱性低氢型焊条。(4)当焊件承受振动载荷或冲击载荷时，除保证抗拉强度外，应选用塑性和韧性较好的碱性焊条。(5)在酸性焊条和碱性焊条均能满足性能要求的前提下，应尽量选用工艺性能好的酸性焊条。(6)对于同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条，应根据焊件的结构形状和钢材厚度加以选用，形状复杂、结构刚度大及大厚度的焊件，由于焊接过程中产生较大的焊接应力，因此必须采用抗裂性能好的低氢型焊条。,2023/3/7,39,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,2考虑焊件的力学性能和化学成分的要求 根据焊件的力学性能和化学成分选择焊条，即遵循“等强”“近性”原则(1)低碳钢、中碳钢和低合金钢可按其强度等级来选用相应强度的焊条，如在焊接结构刚性大，受力情况复杂时，应选用比钢材强度低一级的焊条。这样，焊后可保证焊缝既有一定的强度，又能得到满意的塑性以避免因结构刚性过大而使焊缝撕裂。但遇到焊后要进行回火处理的焊件，则应防止焊缝强度过低和焊缝中应有的合金元素含量达不到要求。(2)低温钢焊接时，应根据设计要求，选用低温冲击韧度等于或高于母材的焊条，同时，强度不应低于母材。(3)异种钢的焊接如低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。(4)有色金属的焊接，应选用化学成分相近的焊条。,2023/3/7,40,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,3考虑焊件的工作条件及使用性能的要求 对于工作环境有特定要求的焊件，应选用满足使用要求的焊条。(1)在低温条件下工作的焊件，应选用低温钢焊条。(2)在高温条件下工作的焊件，应选用耐热钢焊条。(3)接触腐蚀介质的焊件，应选用不锈钢焊条。(4)进行水下焊接时，应选用水下焊条等。(5)承受动载荷或冲击载荷的焊件，应选用强度足够、塑性和韧性较好的低氢型焊条。,2023/3/7,41,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,4考虑劳动条件、提高生产率和经济性的要求(1)薄板焊接或点焊宜采用“E4313”，焊件不易烧穿且易引弧。(2)在满足焊件使用性能和焊条操作性能的前提下，应选用规格大、效率高的焊条。(3)在使用性能基本相同时应尽量选择价格较低的焊条，降低焊接生产的成本。焊条除根据上述原则选用外，有时为了保证焊件的质量还需通过试验来最后确定。又为了保障焊工的身体健康，在允许的情况下应尽量多采用酸性焊条。,2023/3/7,42,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,二、焊接参数的选择方法 焊条电弧焊的焊接参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。(一)焊条直径的选择 焊条直径是根据焊件厚度、焊接位置、接头形式及焊接层数等进行选择的。在不影响焊接质量的前提下，为了提高劳动生产率，一般倾向于选择较大直径的焊条。厚度较大的焊件，应选用较大直径的焊条。焊接位置不同时，选择焊条直径也不同：,2023/3/7,43,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,平焊时，所用焊条的直径可大些，可达46mm；立焊和仰焊时选用324mm；横焊一般选用325mm。开坡口多层焊时，为了防止产生未焊透的缺陷，第一层焊缝宜采用直径32mm的焊条。在一般情况下，可根据焊件厚度选择焊条直径，如表93所示。,表93 焊条直径与焊件厚度的关系,2023/3/7,44,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(二)焊接电流的选择 焊接电流的大小，对焊接质量及生产率有较大影响。焊接电流越大熔深越大，焊条熔化越快，生产率越高；电流过大，则容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时飞溅增加；电流过小，电弧不稳定，易造成夹渣、未焊透和未熔合等缺陷，而且生产率低，因此，焊条电弧焊焊接时，焊接电流要适当。焊接电流的大小，主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定，其中，最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。,2023/3/7,45,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,1根据焊条直径选择焊接电流 焊条直径越大，需要的焊接电流也越大，焊条直径与焊接电流的关系见表94。平焊时焊接电流的大小可以用下面的经验公式来计算：I=(3050)d(A)式中 I焊接电流(A)d焊条直径(mm),表94 焊条直径与焊接电流的关系,2023/3/7,46,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,另外，焊缝的空间位置不同，焊接电流的大小也不同。一般，立焊时电流应比平焊时小1520；横焊、仰焊比平焊电流小1015。焊接厚度大，往往取电流的上限值。含合金元素较多的合金钢焊条，一般电阻较大，热膨胀系数大，焊接过程中电流大，焊条易发红，造成药皮过早脱落，影响焊接质量，而且合金元素烧损多，因此焊接电流相应减小。,2023/3/7,47,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(三)电弧电压的选择 电弧电压是由电弧长度来决定。电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。在焊接过程中，电弧过长，会使电弧燃烧不稳定，飞溅增加，熔深减小，而且外部空气易侵入，造成气孔等缺陷。因此，要求电弧长度小于或等于焊条直径，即短弧焊。在使用酸性焊条焊接时，为了预热待焊部位或降低熔池温度，有时将电弧稍微拉长进行焊接，即所谓的长弧焊。,2023/3/7,48,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(四)焊接层数的选择 在中、厚板焊条电弧焊时，往往采用多层焊。层数多些，对提高焊缝的塑性、韧性有利，尤其是冷弯角。但要防止接头过热和扩大热影响区的有害影响。另外，层数增加，往往使焊件变形增加。因此，要综合考虑加以确定。,2023/3/7,49,第三节 焊条和焊接参数的选用方法,(五)电源种类和极性的选择 直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上。其它情况下，应首先考虑用交流焊机，因为交流焊机构造简单，造价低，使用维护也较直流焊机方便。极性的选择，则是根据焊条的性质和焊接特点的不同，利用电弧中阳极温度比阴极温度高的特点，选用不同的极性来焊接各种不同的焊件。一般情况下，使用碱性焊条或薄板的焊接，采用直流反接；而酸性焊条，通常选用正接。,2023/3/7,50,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,一、对焊条电弧焊设备的基本要求 弧焊设备(弧焊电源或弧焊机)是向焊接电弧提供电能的一种专有电源装置。弧焊设备要求具有一定的空载电压、短路电流；一定的外特性、动特性和调节特性。1弧焊设备的空载电压 当电弧设备接通电网而输出端没有负载时，焊接电流为零，此时输出端电压为空载电压。空载电压的确定应遵循以下几个原则：,2023/3/7,51,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,(1)保证引弧容易，需要较高的空载电压。(2)保证电弧的稳定燃烧，空载电压一般为电弧电压的18225倍。(3)考虑经济性，空载电压不应太高。(4)为保证焊工人身安全，空载电压应较低为好。根据GBT1 181995规定：弧焊变压器的最大空载电压为80V，弧焊整流器的最大空载电压为90V。,2023/3/7,52,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,2弧焊设备的短路电流 引弧时，即当电极与焊件短路时，弧焊设备输出的电流为短路电流。在引弧和熔滴过渡时，经常发生短路，短路电流一般应稍大于焊接电流，这样有利于引弧。但短路电流过大，会引起焊接飞溅，易造成设备过载；短路电流过小时，易粘焊条，不易引弧。,2023/3/7,53,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,3弧焊设备的外特性,图95 焊机外特性曲线1陡降外特性曲线 2一缓降外特性曲线 3上升特性曲线,在规定范围内，焊机稳态输出电流和输出电压的关系称为焊机的外特性。如图95所示，弧焊设备外特性有三种形式：即下降特性(陡降、缓降)、平特性和上升特性。,2023/3/7,54,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,由于熔滴过渡和热惯性以及操作等原因，焊接时电弧长度总是在不断的变化，因而电弧电压和焊接电流也在不断地变化。为保证焊接质量稳定，总希望焊接过程中焊接电流变动越小越好。从图96可以看出，具有陡降外特性的焊机和缓降外特性的焊机，当焊接电流发生相应的变化值I时，陡降外特性曲线引起的电压变化值U2大于缓降外特性曲线引起的电压变化值1。,图96 两种不同下降程度的外特性曲线1缓降外特性曲线2陡降外察性曲线,2023/3/7,55,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,换句话说，对于相同的弧长变化，陡降外特性焊机所引起的焊接电流变化要比缓降外特性焊机所引起的焊接电流变化小得多。焊条电弧焊过程中，弧长变化是经常发生的，为了保证焊接电流稳定，显然要求焊机具有陡降的外特性。,4弧焊设备的动特性 弧焊设备的动特性是指弧焊设备对焊接电弧的动态负载所输出的电流、电压与时间的关系，它表示弧焊设备对动态负载瞬间变化的反应能力。动特性合适时，引弧容易、电弧稳定、飞溅小、焊缝成形良好。,2023/3/7,56,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,5弧焊设备的调节特性 焊条电弧焊时，根据母材的成分、厚度、几何形状的不同，应选用不同的焊接电流和电压。因此要求弧焊设备能在较大范围内灵活、稳定地选择合适的焊接电流值，这被称为弧焊设备的调节特性。6弧焊设备的负载持续率 焊接设备铭牌中都标有负载持续率。负载持续率是用来表示焊接设备工作状态的参数，它是在选定的工作时间周期内允许焊接设备连续负载的时间。,2023/3/7,57,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,众所周知，焊接设备工作时会发热，温升过高会把焊接设备的线包绝缘烧毁(一般焊接设备的温度不得超过6080。温升与焊接电流大小有关，同时也与焊机使用状态有关，连续运转与断续使用时温升情况不一样。负载持续率计算方法如下：负载持续率=在选定的工作时间内负载的时间选定的工作时间周期100。标准规定：500A以下的焊接设备选定的工作时间周期为5分钟。计算时，每个5分钟内测出电弧燃烧时间，代入式中即得出焊机负载持续率。,2023/3/7,58,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,二、焊条电弧焊设备及工作原理 焊条电弧焊所用焊机按电源的种类可分为交流弧焊机和直流弧焊机两大类。(一)交流弧焊机 交流弧焊机主要分为三大类：动铁式交流弧焊机(BX1系列)、动圈式交流弧焊机(BX3系列)、同体式交流弧焊机(BX2系列)。,2023/3/7,59,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,图97 BX1330交流弧焊机1初级绕组 2、3次级绕组 4动铁5静铁芯 6接线板 7摇把,1BX1330交流弧焊机 BX1330交流弧焊机的结构如图97所示。,2023/3/7,60,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,BX1330交流弧焊机设计空载电压为6070V。工作电压为30V，电流调节范围为50450A。铁芯两侧由静铁芯5和中间的动铁芯4组成，变压器的次级绕组分成两部分，一部分紧绕在初级绕组l的外部，另一部分绕在铁芯的另一侧。前一部分起建立电压的作用，后一部分相当于电感线圈。焊接时，电感线圈的感抗电压降使电焊机获得较低的工作电压，这是电焊机具有陡降外特性的原因。引弧时，电焊机能供给较高的电压和较小的电流，当电弧稳定燃烧时，电流增大，而电压急剧降低；当焊条与工件短路时，也限制了短路电流。,2023/3/7,61,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,焊接电流调节分为粗调、细调两档。电流细调靠移动铁芯4改变变压器的漏磁来实现。向外移动铁芯，磁阻增大，漏磁减小，则电流增大，反之，则电流减少。电流的粗调靠改变次级绕组的匝数来实现。该电弧焊机的工作条件为应在海拔不超过1000m，周围空气温度不超过+40、空气相对湿度不超过85等条件下使用，不应在有害工业气体、水蒸汽、易燃、多灰尘的场合下工作。,2023/3/7,62,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,2BX2500型(同体式)交流弧焊机 BX2500交流弧焊机的结构如图98所示。,图98 BX2500型(同体式)焊机结构示意图1固定铁心 2初级绕组 3次级绕组 4电抗线圈 5活动铁心,电抗器与变压器公用一个磁轭，电抗器有一活动铁芯，其工作原理与分体式相同，调节活动铁芯的气隙便可调焊接电流，这类弧焊变压器多用作大功率电源。,2023/3/7,63,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,3BX3300型(动圈式)交流弧焊机 BX3300型(动圈式)交流弧焊机焊接电流调节分为粗调、细调两档。这种弧焊机变压器调节特性如图99所示。从图中可以看出这种弧焊变压器输出电流与间隙之间的关系是非线性的。当增大到一定程度之后，再增加电流变化就不太明显了，此时空载电压高，有利于小电流时稳弧。这种弧焊变压器振动小，但调电流时移动距离大，铁心尺寸高，消耗电机材料多。产品有BX3120 BX3300BX3500A。,图99 BX3300型(动圈式)焊机结构示意图 1一初级线圈2一次级线圈圈3一铁心,2023/3/7,64,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,(二)直流弧焊机 直流弧焊机分为整流式弧焊机和旋转式直流弧焊机其主要类别有ZX5系列可控硅直流弧焊机、ZX7系列逆变式直流弧焊机。旋转式直流弧焊机由于噪音大、空载损耗大、制造成本高等缺陷，已于92年列为淘汰产品。由于整流式直流弧焊机具有噪音小、空载损耗小、效率高、成本低和制造维护简单等优点。因此成为目前市场主要使用产品，本章重点介绍ZX5400A、ZX7400A两大系列焊机。,2023/3/7,65,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,1ZX5400A直流弧焊机 ZX5400A直流弧焊机属于直流晶闸管直流电源，也称晶闸管弧焊整流器。利用晶闸管桥来整流，可获得所需的外特性以及调节电压和电流，而且完全用电子电路来实现控制功能，因而它是电子控制的弧焊电源的一种。,2023/3/7,66,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,ZX5400A直流晶闸管弧焊电源基本原理如图910所示，三相5060Hz网路电压由降压变压器 T 降为几十伏特的电压，借助晶闸管桥SCR的整流和控制，经输出电抗器滤波和调节动特性，从而输出所需的直流焊接电压和电流。用电子触发电路控制并采用闭环反馈的方式来控制外特性，从而可获得平特性下降特性等各种形状的外特性，以便对焊接电压和电流进行无级调节。,图910 直流晶闸管弧焊电源(整流器)基本原理框图,2023/3/7,67,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,图910中的M为电流电压反馈检测电路；G为给定电压电路；K为运算放大电路，它把反馈电压信号和给定电压比较后的电压进行放大并送到脉冲移相电路，从而实现对外特性的控制和工艺参数调节。除利用电抗器(电感可调和不可调两种)调节动特性外，还可通过控制输出波形来控制金属熔滴过渡和减少飞溅。,图910 直流晶闸管弧焊电源(整流器)基本原理框图,2023/3/7,68,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,2ZX7400A直流弧焊机 ZX7400A属于逆变式弧焊式弧焊电源，具有轻便、节能、高效等特点，随着电子技术的发展，逆变式弧焊电源已成为现代焊接的主导产品。,2023/3/7,69,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,ZX7400A直流弧焊机基本原理如图91l所示。单相或三相5060Hz(频率)的交流网路电压经输入整流器Z1，整流和电抗器滤波，借助大功率电子开关(晶闸管、晶体管或场效应管)的交替开关的作用，又将直流变换成几千至几万Hz的中频(ID交流电)再分别经中频变压器 T，整流器Z2和电抗器Ldc的降压、整流与滤波就得到所需的焊接电压和电流。输出电流可以是直流或交流。,图911 弧焊逆变器基本原理框图,2023/3/7,70,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,因此，弧焊逆变器可归纳为两种逆变系统；通常较多采用后一种逆变系统，故还可把它称为逆变弧焊整流器。它主要是由输入整流器(可以做成可控或不可控的整流桥)、电抗器、大功率电子开关(晶闸管组，晶体管组或场效应管组)，申频变压器、输出整流器，电抗器及电子控制电路等组成，借助于大功率电子开关和闭环反馈电路实现对外特性和电弧电压，焊接电流的无级调节。,图911 弧焊逆变器基本原理框图,2023/3/7,71,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,ZX7400A直流弧焊机特点及应用：高效节能。弧焊逆变器的效率可达8090，功率因数可达099，空载损耗极小，一般只有数十至一百余瓦特，节能效果显著。重量轻体积小。中频变压器的重量只为传统式弧焊电源降压变压器的几十分之一。整机重量为传统式弧焊电源的l5l10左右。具有良好的动特性和弧焊工艺性能。调节速度快。所有焊接工艺参数均可无级调节。具有多种外特性能适应各种弧焊方法的需要。可用微机或单旋钮控制调节。设备费用较低，但对制造技术要求较高。,2023/3/7,72,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,(三)焊条电弧焊辅助设备和工具 焊条电弧焊辅助设备和工具包括电焊钳、焊接电缆、面罩及其它防护用具。1电焊钳 电焊钳是夹持焊条并传导焊接电流的操作器具。对电焊钳的要求是：在任何斜度都能夹紧焊条；具有可靠的绝缘和良好的隔热性能；电缆的橡胶包皮应伸入到钳柄内部，使导体不外露，起到屏护作用；轻便、易于操作。电焊钳的规格和主要技术数据见表95。,2023/3/7,73,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,表95 电焊钳的规格和主要技术数据,2023/3/7,74,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,2焊接电缆 焊条电弧焊在工作中除焊接设备外，还必须有焊接电缆。焊接电缆应采用橡皮绝缘多股软电缆，根据焊机的容量，选取适当的电缆截面，选取时可参考表96。如果焊机距焊接工作点较远，需要较长电缆时，应当加大电缆截面积使在焊接电缆上的电压降不超过4V，以保证引弧容易及电弧燃烧稳定。不允许用扁铁搭接或其它办法来代替连接焊接的电缆，以免因接触不良而使回路上的压降过大，造成引弧困难和焊接电弧的不稳定。,表96 焊接电缆选用表,2023/3/7,75,第四节 焊条电弧焊与电弧切割设备的 基本结构和工作原理,焊机和焊接手柄与焊接电缆的接头必须拧紧，表面应保持清洁，以保证其良好的导电性能。不良的接触会损耗电能，还会导致焊