手工电弧焊设备和工具.ppt

3 电焊工艺,3.1手工电弧焊安全操作技术及注意事项3.2电焊3.3手工电弧焊设备和工具3.4手工电弧焊工艺3.5手工电弧焊基本操作,(1)钢板平对接焊操作；(2)管子对接焊操作；(3)管子与平板垂直角焊操作。,评估要点,3.1 手工电弧焊安全操作技术及注意事项,(1)电焊操作时，要穿绝缘鞋和干燥绝缘服，戴绝缘手套。(2)检查电焊机机壳接地情况。(3)检查电焊机接线柱螺母是否松动，导线绝缘层、电焊钳绝缘层、保险丝是否完好。(4)按规定戴防护面罩、手套、脚套。(5)开电焊机时，先闭合电源闸刀，然后启动电焊机电源开关。停机时先关电焊机电源开关，再拉电源闸刀。(6)正在焊接时，不要切断电源，电源接通后不要任意移动电焊机。禁止用铜丝代替保险丝。(7)调节电流只许在空载状态下进行。(8)电焊机不许长时间短路，非焊接时间内，不要将焊钳放置在工件上，以免造成短路。(9)电焊时不准用眼睛直视电弧，以防强烈弧光灼伤眼睛。(10)焊接时，手不能同时接触两个电极，以免发生触电危险。(11)用清渣锤敲除焊渣时，不得朝向面部，以防飞出的焊渣烫伤眼睛和面部。(12)电焊操作场地应保持通风，操作时应在上风口，避免吸入过多烟雾，影响身体健康。,3.2 电焊,焊接方法的分类 焊接是通过加热或加压（或两者并用），并且用（或不用）填充材料使焊件达到原子结合的一种加工方法。因此，焊接是一种重要的金属加工工艺，它能使分离的金属连接成不可拆卸的牢固整体。焊接方法可分为三大类：熔化焊、压力焊和钎焊。熔化焊、压力焊和钎焊三类焊接方法，依据其工艺特点又可将每一类分成若干种不同的焊接方法，如图3-1所示。,图3-1 常用的焊接方法,焊接的特点 当今世界已大量应用焊接方法制造各种金属结构，焊接方法得到普遍的重视并获得迅速发展。它与机械连接法(如铆接、螺栓连接等)相比具有以下特点：(1)焊接质量好；(2)焊接适用性强；(3)省工省料成本低、生产率高；(4)焊接设备投资少；(5)焊接也存在一些问题 例如焊后零件不可拆，更换修理不方便；如果焊接工艺不当，焊接接头的组织和性能会变坏；焊后工件存在残余应力和变形，影响了产品质量和安全性；容易形成各种焊接缺陷，增加应力集中，产生裂纹、引起脆断会影响结构的承载能力等。但只要合理地选用材料、合理选择焊接工艺、精心操作，以及严格的科学管理，就可以将焊接问题及缺陷的严重程度和危害性降低到最低限度，以提高焊件结构的质量和使用寿命。,熔化焊的焊接接头 两焊件的连接处称为焊接接头，简称接头，如图3-2所示。被焊工件的材料称为母材，或称基本金属。图3-2熔焊焊接头的组成(a)对接头；(b)搭接接头1熔焊金属；2熔合区；3热影响区；4母材,焊缝各部分的名称如图3-3所示。焊缝高出母材表面的高度叫堆高(余高)；熔化的宽度，即冷却凝固后的焊缝宽度，称为熔宽；母材熔化的深度叫熔深。图3-3焊缝各部分名称,3.3手工电弧焊设备和工具,电弧焊是熔化焊中最基本的焊接方法，它也是在各种焊接方法中应用最普遍的一种。其中最简单、最常见的是用手工操作电焊条进行焊接的电弧焊，称为手工电弧焊，简称手弧焊。手弧焊的设备简单，操作方便灵活，适应性强。它适用于厚度2 mm以上的各种金属材料和各种形状结构的焊接，尤其适于结构形状复杂、焊缝短或弯曲的焊件和各种不同空间位置的焊缝焊接。手弧焊的主要缺点是焊接质量不够稳定，生产效率较低，对操作者的技术水平要求较高。,手工电弧焊的焊接过程 首先将电焊机的输出端两极分别与焊件和焊钳连接，如图3-4所示。再用焊钳夹持电焊条。焊接时在焊条与焊件之间引出电弧，高温电弧将焊条端头与焊件局部熔化而形成熔池。然后，熔池迅速冷却、凝固形成焊缝，促使分离的两块焊件牢固地连接成一整体。焊条的药皮熔化后形成熔渣覆盖在熔池上，熔渣冷却后形成渣壳依旧覆盖并保护在焊缝上。最后将渣壳清除掉，焊接接头的工作就此完成。,图3-4 手工电弧焊示意图,手工电弧焊设备 手弧焊的主要设备是弧焊机，俗称为电焊机或焊机。现介绍国内广泛使用的交流弧焊机，如图3-5所示。图3-5交流弧焊机1调节手柄；2电流指示牌；3转换开关,1.交流弧焊机 BX3-300型交流弧焊机(图3-5)的型号含义如下：,2.直流弧焊机 直流弧焊机是供给焊接用直流电的电源设备，如图3-6所示，其输出端有固定的正负之分。图3-6 ZXG-300型直流弧焊机1电流指示；2电流调节；3输出接头；4电源开关,使用直流弧焊机时，其输出端有固定的极性，即有确定的正极和负极。因此，焊接导线的连接有两种接法，如图3-7所示。图3-7直流电弧焊的正接与反接（a）正接法;(b)反接法(1)正接法 正接法是指焊件接直流弧焊机的正极，电焊条接负极。(2)反接法 反接法是指焊件接直流弧焊机的负极，电焊条接正极。,3.电弧焊机的基本技术参数 电弧焊机的基本技术参数包括：（1）输入端电压 一般为单相220 V、380V或三相380V。（2）输出端空载电压 一般为6090 V。（3）工作电压 一般为2040 V。（4）电流调节范围 可调的最小至最大焊接电流范围。（5）负载持续率（暂载率）指五分钟内有工作电流的时间所占百分比。负载持续类高（连续工作）的工作状态下，焊机许用电流值要小些，相反可允许使用较大的电流。,手工电弧焊工具 常用的手弧焊工具有焊钳、面罩、清渣锤、钢丝刷以及焊接电缆和劳动保护用品等，如图3-8所示。图3-8手工电弧焊工具(a)焊钳；(b)面罩；(c)清渣锤；(d)钢丝刷,1.焊钳 焊钳是用来夹持焊条和传导电流的工具。常用的有300A和500A两种。2.面罩 面罩是用来保护眼睛和面部，免受弧光伤害及金属飞溅的一种遮蔽工具。有手持式和头盔式两种。3.清渣锤(尖头锤)清渣锤用来清除焊缝表面的渣壳。4.钢丝刷 在焊接之前，用来清除焊件接头处的污垢和锈迹；焊后清刷焊缝表面及飞溅物。5.焊接电缆 常采用多股细铜线电缆，一般可选用YHH型电焊橡皮套电缆或THHR型电焊橡皮套特软电缆。在焊钳与焊机之间用一根电缆连接，称此电缆为龙头线(火线)。在焊机与工件之间用另一根电缆(地线)连接。焊钳外部用绝缘材料制成，具有绝缘和绝热的作用。,电焊条 电焊条(简称焊条)是涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极。1.电焊条的组成及作用 电焊条由焊芯和药皮两部分组成，如图3-9所示。图3-9电焊条结构图,(1)焊芯 焊芯是焊条内被药皮包覆的金属丝。其作用如下：第一，起到电极的作用即传导电流，产生电弧。第二，形成焊缝金属焊芯熔化后，其液滴过渡到熔池中作为填充金属，并与熔化的母材熔合后，经冷凝成为焊缝金属。为了保证焊缝金属具有良好的塑性、韧度和减少产生裂纹的倾向，焊芯是经特殊冶炼的焊条钢拉拔制成，它与普通钢材的主要区别在于低碳、低硫和低磷。,焊芯牌号的标法与普通钢材的标法基本相同，如常用的焊芯牌号有H08、H08A、H08SiMn等。这些牌号的含意是：“H”是“焊”字汉语拼音首字母，读音为“焊”，表示焊接用实心焊丝；其后的数字表示含碳量，如“08”表示含碳量为0.08%左右；再其后则表示质量和所含化学元素，如“A”(读音为高)，则表示含硫、磷较低的高级优质钢，又如“SiMn”则表示含硅与锰的元素均小于1%(若大于1%的元素则标出数字)。各类焊条所用焊芯见表3-1。,表3-1 各类焊条所用焊芯,焊条的直径是焊条规格的主要参数，它是由焊芯的直径来表示的。常用的焊条直径有26 mm，长度为250450 mm。一般细直径的焊条较短，粗焊条则较长。表3-2是其部分规格。表3-2焊条直径和长度规格/mm,(2)药皮 药皮是压涂在焊芯上的涂料层。它是由多种矿石粉、有机物粉、铁合金粉和黏结剂等原料按一定比例配制而成，还含有稳弧剂、造气剂和造渣剂等。药皮的主要作用如下(见表3-3)：第一，稳定电弧药皮中某些成分可促使气体粒子电离，从而使电弧容易引燃，并稳定燃烧和减少熔滴飞溅等。第二，保护熔池在高温电弧的作用下，药皮分解产生大量的气体和熔渣，防止熔滴和熔池金属与空气接触。熔渣凝固后形成渣壳覆盖在焊缝表面上，防止了高温焊缝金属被氧化，同时可减缓焊缝金属的冷却速度。第三，改善焊缝质量通过熔池中的冶金反应进行脱氧、去硫、去磷、去氢等，去除有害杂质，并补充被烧损的有益合金元素。,表3-3 焊条药皮原料及作用,2.焊条的分类、型号及牌号(1)电焊条的分类电焊条的品种繁多，有如下分类方法：按用途分类 按国家标准可分为七大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条和铝及铝合金焊条。其中碳钢焊条使用最为广泛。按药皮熔化成的熔渣化学性质分类 焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类。按焊接工艺及冶金性能要求、焊条的药皮类型来分类 将焊条分为十大类，如氧化钛型、钛钙型、低氢钾型、低氢钠型等。,(2)电焊条的型号 电焊条型号是由国家标准局及国际标准化组织(ISO)制定，反映焊条主要特性的一种表示方法。GB/T 51171995国标碳钢焊条等规定，其型号编制方法为：字母“E”(英文字母)表示焊条；E后的前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa；第三位数字表示焊条的焊接位置，若为“0”及“1”则表示焊条适用于全位置焊接(即可进行平、立、仰、横焊)，“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示药皮类型及焊接电流种类，如为“03”表示钛钙型药皮、交直流正反接，又如“15”表示低氢钠型、直流反接。现举一例“E4315”：,(3)电焊条的牌号 焊条牌号是指除焊条国家标准的焊条型号外，考虑到国内各行业对原机械工业部部标的焊条牌号印象较深，因此仍保留了原焊条分十大类的牌号名称，其编制方法为：每类电焊条的第一个大写汉语特征字母表示该焊条的类别，例如J(或“结”)代表结构钢焊条(包括碳钢和低合金钢焊条)、A代表奥氏体铬镍不锈钢焊条等；特征字母后面有三位数字，其中前两位数字在不同类别焊条中的含义是不同的，对于结构钢焊条而言，此两位数字表示焊缝金属最低的抗拉强度，单位是kgf/mm2(1kgf/mm2=9.81 MPa)；第三位数字均表示焊条药皮类型和焊接电源要求。现举一例“J422”：,两种常用碳钢焊条型号和其相应的原牌号，如表3-4所示。表3-4 两种常用碳钢焊条“焊条牌号”应尽快过渡到国家标准的“焊条型号”。若生产厂仍以“焊条牌号”标注，则必须在牌号的边上表明所属的“焊条型号”，如：焊条牌号J442(符合GB/T 51171995中E4303型)。焊条型号与焊条牌号的关系如表3-5所示。,表3-5国家标准焊条的分类,(4)电焊条的选用 电焊条的种类与牌号很多，选用得是否恰当将直接影响焊接质量、生产率和产品成本。选用时应考虑下列原则：根据焊件的金属材料种类选用相应的焊条种类。焊缝金属要与母材等强度，可根据钢材强度等级来选用相应强度等级的焊条。同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选用，主要考虑焊件的结构形状、钢材厚度、载荷性能、钢材抗裂性等因素。焊条工艺性能要满足施焊操作需要，如在非水平位置焊接时，应选用适合于各种位置焊接的焊条。,常见碳钢焊条的应用见表3-6。表3-6常见碳钢焊条的应用,3.4 手工电弧焊工艺,焊接接头形式与焊缝坡口形式1.焊接接头形式 焊缝的形式是由焊接接头的形式来决定的。根据焊件厚度、结构形状和使用条件的不同，最基本的焊接接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头，如图3-10所示。图3-10焊接接头形式(a)对接；(b)搭接；(c)角接；(d)T形接,2.焊缝坡口形式 对接接头的坡口形式有：I形、Y形、双Y形(X形)、U形和双U形，如图3-11所示。图3-11 焊缝的坡口形式,对I形、Y形、U形坡口，采取单面焊或双面焊均可焊透，如图3-12所示。当焊件一定要焊透时，在条件允许的情况下，应尽量采用双面焊，因为它能保证焊透。图3-12 单面焊和双面焊,工件较厚时，要采用多层焊才能焊满坡口，如图3-13所示。如果坡口较宽，同一层中还可采用多道焊。多层焊时，保证焊缝根部焊透。第一层焊道应采用直径为34 mm的焊条，以后各层可根据焊件厚度，选用较大直径的焊条。每焊完一道后，必须仔细检查、清理，才能施焊下一道，以防止产生夹渣、未焊透等缺陷。焊接层数应以每层厚度小于45 mm的原则确定。当每层厚度为焊条直径的0.81.2倍时，生产率较高。图3-13 对接Y型坡口的多层焊(a)多层焊(14为焊接顺序)；(b)多层多道焊(19为焊接顺序),3.4.2 焊接位置,熔化焊时，焊件接缝所处的空间位置，称为焊接位置，具体分为平焊、立焊、横焊和仰焊位置，如图3-14所示。图3-14焊接位置(a)对接；(b)角接,焊接位置对施焊的难易程度影响很大，从而也影响了焊接质量和生产率。其中平焊操作方便，劳动强度小，熔化金属不会外流，飞溅较少，易于保证质量，是最理想的操作空间位置，应尽可能地采用。立焊和横焊熔化金属有下流倾向，不易操作。而仰焊位置最差，操作难度大，不易保证质量。典型工字梁的焊缝空间位置如图3-15所示。图3-15 工字梁的接头形式和焊接位置,焊接工艺参数 焊接工艺参数是为获得质量优良焊接接头而选定的物理量的总称。工艺参数有：焊接电流、焊条直径、焊接速度、焊弧长度和焊接层数等，工艺参数选择是否适合，对焊接质量和生产率都有很大影响。其中焊接电流的选择最重要。手弧焊工艺参数的选择一般是先根据工件厚度选择焊条直径，然后根据焊条直径选择焊接电流。,焊条直径应根据钢板厚度、接头形式、焊接位置等来加以选择。在立焊、横焊和仰焊时，焊条直径不得超过4 mm，以免熔池过大，使熔化金属和熔渣下流。平板对接时焊条直径的选择可参考表3-7。表3-7焊条直径的选择 各种焊条直径常用的焊接电流范围可参考表3-8。表3-8焊接电流的选择,1.焊接速度的选择 焊接速度是指单位时间所完成的焊缝长度，它对焊缝质量影响也很大。焊接速度由焊工凭经验掌握，在保证焊透和焊缝质量的前提下，应尽量快速施焊。工件越薄，焊速应越高。图3-16表示焊接电流和焊接速度对焊缝形状的影响。图3-16 电流、焊速、弧长对焊缝形状的影响,其中：图(a)所示焊缝形状规则，焊波均匀并呈椭圆形，焊缝各部分尺寸符合要求，说明焊接电流和焊接速度选择合适。图(b)所示焊接电流太小，电弧不易引出，燃烧不稳定，弧声变弱，焊波呈圆形，堆高增大和熔深减小。图(c)所示焊接电流太大，焊接时弧声强，飞溅物增多，焊条往往变得红热，焊波变尖，熔宽和熔深都增加，焊薄板时易烧穿。图(d)所示的焊缝焊波变圆且堆高，熔宽和熔深都增加，这表示焊接速度太慢。焊薄板时可能会烧穿。图(e)所示焊缝形状不规则且堆高，焊波变尖，熔宽和熔深都小，说明焊接速度过快。,2.焊接弧长度的选择 电弧过长，燃烧不稳定，熔深减小，空气易侵入熔池产生缺陷。电弧长度超过焊条直径者为长弧，反之为短弧。因此，操作时尽量采用短弧才能保证焊接质量，即弧长L=（0.51）d(mm)。一般多为24 mm。,3.5 手工电弧焊基本操作,焊接接头处的清理 焊接前接头处应除尽铁锈、油污，以便于引弧、稳弧和保证焊缝质量。除锈要求不高时，可用钢丝刷；要求高时，应采用砂轮打磨。操作姿势 以对接的平焊从左向右进行操作为例。图3-17(a)所示，操作者应位于焊缝前进方向的右侧；左手持面罩，右手握焊钳；左肘放在左膝上，以控制身体上部不作向下跟进动作；大臂必须离开肋部，不要有依托，应伸展自由。,图3-17焊接时的操作姿势(a)平焊；(b)立焊,引弧 引弧就是使焊条与焊件之间产生稳定的电弧，以加热焊条和焊件进行焊接的过程。常用的引弧方法有划擦法和敲击法两种，如图3-18所示。图3-18 引弧方法（a）敲击法;（b）划擦法,焊接的点固 为了固定两焊件的相对位置，以便施焊，在焊接装配时，每隔一定距离焊上3040 mm的短焊缝，使焊件相互位置固定，称为点固，或称定位焊，如图3-19所示。图3-19 焊接的点固,运条 焊条的操作运动简称为运条。焊条的操作运动实际上是一种合成运动，即焊条同时完成三个基本方向的运动：焊条沿焊接方向逐渐移动；焊条向熔池方向作逐渐送进运动；焊条的横向摆动，如图3-20所示。图3-20 焊条的三个基本运动方向1向下送进；2沿焊接方向移动；3横向摆动,1.焊条沿焊接方向移动的前移运动 其移动的速度称为焊接速度。握持焊条前移时，首先应掌握好焊条与焊件之间的角度。各种焊接接头在空间的位置不同，其角度有所不同。平焊时，焊条应向前倾斜7080，如图3-21所示，即焊条在纵向平面内，与正在进行焊接的一点上垂直于焊缝轴线的垂线，向前所成的夹角。此夹角影响填充金属的熔敷状态、熔化的均匀性及焊缝外形、能避免咬边与夹渣、有利于气流把熔渣吹后覆盖焊缝表面以及 图3-21平焊的焊条角度对焊件有预热和提高焊接速度等作用。,2.焊条的送进运动 送进运动是沿焊条的轴线向焊件方向的下移运动。维持电弧是靠焊条均匀的送进，以逐渐补偿焊条端部的熔化过渡到熔池内。进给运动应使电弧保持适当长度，以便稳定燃烧。3.焊条的摆动 焊条的摆动是指焊条在焊缝宽度方向上的横向运动，其目的是为了加宽焊缝，并使接头达到足够的熔深，同时可延缓熔池金属的冷却结晶时间，有利于熔渣和气体浮出。焊缝的宽度和深度之比称为“宽深比”，窄而深的焊缝易出现夹渣和气孔。手弧焊的“宽深比”为23。焊条摆动幅度越大，焊缝就越宽。焊接薄板时，不必过大摆动甚至直线运动即可，这时的焊缝宽度为焊条直径的0.81.5倍；焊接较厚的焊件，需摆动运条，焊缝宽度可达直径的35倍。,根据焊缝在空间的位置不同，几种简单的横向摆动方式和常用的焊接走势如图3-22所示。图3-22 常用的运条方法（a）平焊；(b)立焊；(c)横焊；(d)仰焊,综上所述，当引弧后应按三个运动方向正确运条，并对应用最多的对接平焊提出其操作要领，主要要掌握好“三度”：焊接角度、电弧长度和焊接速度。(1)焊接角度 如图3-21所示，焊条应向前倾斜7080。(2)电弧长度 一般合理的电弧长度约等于焊条直径。(3)焊接速度 合适的焊接速度应使所得焊道的熔宽约等于焊条直径的两倍，其表面平整，波纹细密。焊速太高时焊道窄而高，波纹粗糙，熔合不良。焊速太低时，熔宽过大，焊件容易被烧穿。同时要注意：电流要合适、焊条要对正、电弧要低、焊速不要快、力求均匀。,灭弧(熄弧)灭弧操作方法有多种，如图3-23所示，图(a)是将焊条运条至接头的尾部，焊成稍薄的熔敷金属，将焊条运条方向反过来，然后将焊条拉起来灭弧；图(b)是将焊条握住不动一定时间，填好弧坑然后拉起来灭弧。图3-23灭弧(a)在焊道外侧灭弧；(b)在焊道上灭弧,焊缝的起头、连接、收尾1.焊缝的起头 焊缝的起头是指刚开始焊接的部分，如图3-24所示。在一般情况下，因为焊件在未焊时温度低，引弧后常不能迅速使温度升高，所以这部分熔深较浅，使焊缝强度减弱。为此，应在起弧后先将电弧稍拉长，以利于对端头进行必要的预热，然后适当缩短弧长进行正常焊接。图3-24 焊缝的起头,2.焊缝的连接 手弧焊时，由于受焊条长度的限制，不可能一根焊条完成一条焊缝，因而出现了两段焊缝前后之间连接的问题。应使后焊的焊缝和先焊的焊缝均匀连接，避免产生连接处过高、脱节和宽窄不一的缺陷。常用的连接方式如图3-25所示。图3-25 焊接接头的几种情况（a）后焊焊缝的起头与先焊焊缝的结尾相接；(b)后焊焊缝的起头与先焊焊缝的起头相接；(c)后焊焊缝的结尾与先焊焊缝的结尾相接,3.焊缝的收尾 焊缝的收尾是指一条焊缝焊完后，应把收尾处的弧坑填满。当一条焊缝结尾时，如果熄弧动作不当，则会形成比母材低的弧坑，从而使焊缝强度降低，并形成裂纹。碱性焊条因熄弧不当而引起弧坑中常伴有气孔出现，所以不允许有弧坑出现。一般收尾动作有如下几种：(1)划圈收尾法 如图3-26(a)所示，电弧在焊段收尾处作圆圈运动，直到弧坑填满后再慢慢提起焊条熄弧。此方法最宜用于厚板焊接中。若用于薄板，则易烧穿。(2)反复断弧收尾法 在焊段收尾处，在较短时间内，电弧反复熄弧和引弧数次，直到弧坑填满。如图3-26(b)所示，此方法多用于薄板和多层焊的底层焊中。(3)回焊收尾法 电弧在焊段收尾处停住，同时改变焊条的方向，如图3-26(c)所示，由位置1移至位置2，待弧坑填满后，再稍稍后移至位置3，然后慢慢拉断电弧。此方法对碱性焊条较为适宜。,图3-26焊段收尾法(a)划圈收尾法；(b)反复断弧收尾法；(c)回焊收尾法,焊件清理 焊后用钢丝刷等工具将焊渣和飞溅物清理干净。,