焊接方法与设备第2章 焊条电弧焊.ppt

图2-1焊条电弧焊焊接回路简图1-弧焊电源 2-电缆 3-焊钳 4-焊条 5-焊件 6-电弧,第二章 焊条电弧焊,焊条电弧焊的焊接回路如图2-1所示，它是由弧焊电源、电弧、焊钳、焊条、电缆和焊件组成。焊接电弧是负载，弧焊电源是为其提供电能的装置，焊接电缆则连接电源与焊钳和焊件。,第一节 焊条电弧焊的原理及特点,1,一、焊条电弧焊的原理 焊接时，将焊条与焊件接触短路后立即提起焊条，引燃电弧。电弧的高温将焊条与焊件局部熔化，融化了的焊芯以熔滴的形式过渡到局部熔化的焊件表面，并与其融合在一起形成熔池。焊条药皮在熔化过程中产生一定量的气体和液态熔渣，产生的气体充满在电弧和熔池周围，起隔绝大气保护液体金属的作用。液态熔渣密度小，在熔池中不断上浮，覆盖在液体金属上面，也起着保护液体金属的作用。同时，药皮熔化产生的气体、熔渣与融化了的焊芯、焊件发生一系列冶金反应，保证了所形成焊缝的性能。随着电弧沿焊接方向不断移动，熔池中的液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝。,2,图2-2焊条电弧焊操作及原理1-焊缝 2-熔渣 3-熔池 4-保护气体 5-焊芯 6-药皮 7-熔滴 8-焊件,焊条电弧焊的操作及原理如图2-2所示。,3,二、焊条电弧焊特点 1、优点(1)工艺灵活、适应性强。对于不同的焊接位置、接头形式，焊件厚度及焊缝，只要焊条所能达到的位置，均能进行方便的焊接。(2)应用范围广。焊条电弧焊的焊条能够与大多数焊件金属性能相匹配，因而，接头的性能可以达到被焊金属的性能。(3)易于分散焊接应力和控制焊接变形由于焊接是局部的不均匀加热，所以焊件在焊接过程中都存在着焊接应力和变形。(4)设备简单、成本较低。焊条电弧焊使用的交流焊机和直流焊机，其结构都比较简单，维护保养也较方便，设备轻便而且易于移动，焊接中不需要辅助气体保护，并具有较强的抗风能力，故投资少，成本相对较低。,4,2、缺点(1)焊接生产率低、劳动强度大。由于焊条的长度是一定的，因此每焊完一根焊条后必须停止焊接，更换新的焊条，而且每焊完一道后要求清渣，焊接过程不能连续地进行，所以生产率低，劳动强度大。(2)焊缝质量依赖性强。由于采用手工操作，焊缝质量主要靠焊工的操作技术和经验来保证，所以，焊缝质量在很大程度上依赖于焊工的操作技术及现场发挥，甚至焊工的精神状态也会影响焊缝质量，且不适合活泼金属、难熔金属及薄板的焊接。,5,第二节 焊条电弧焊设备及工具 焊条电弧焊的设备和工具有：弧焊电源、焊钳、面罩、焊条保温筒，此外还有敲渣锤、钢丝刷等手工及焊缝检验尺等辅助器具。最重要的设备是弧焊电源，即通常所说的电焊机，为了区别其他电源，故称弧焊电源。焊条电弧焊的弧焊电源的作用是为焊接电弧稳定燃烧提供所需要的、合适的电流和电压。,6,图2-3弧焊电源外特性与电弧静特性的关系1-下降外特性 2-平外特性3-上升外特性 4-电弧静特性,1.对弧焊电源外特性的要求 在其它参数不变的情况下，弧焊电源输出电压与之间的关系，称为弧焊电源的外特性。弧焊电源的外特性可用曲线来表示，称为弧焊电源的外特性曲线，如图2-3所示。弧焊电源的外特性基本上有下降外特性、平外特、上升外特性三种类型。由于焊条电弧焊电弧静特性曲线的工作段在平特性区，所以只有下降外特性曲线才与其有交点，如图2-3中的A点。因此，下降外特性曲线电源能满足焊条电弧焊的要求。,一、对弧焊电源的要求,7,图2-4不同下降度外特性曲线对焊接电流的影响1-陡降外特性曲线 2-缓将外特性曲线,图2-4为两种下降度不同的下降外特性曲线对焊接电流的影响情况，从图2-4中可以看出，当弧长变化相同时，陡降外特性曲线1引起的电流偏差1明显小于缓降外特性曲线2引起的电流偏差2，有利于焊接参数稳定。因此，焊条电弧焊应采用陡降外特性电源。,8,2.对弧焊电源空载电压的要求,弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，弧焊电源输出端电压称为空载电压。为便于引弧，需要较高的空载电压，但空载电压过高，对焊工人身安全不利，制造成本也较高。一般交流弧焊电源空载电压为5570V，直流弧焊电源空载电压为4585V。,3.对弧焊电源稳态短路电流的要求 弧焊电源稳态短路电流是弧焊电源所能稳定提供的最大电流，即输出端短路时的电流。稳态短路电流太大，焊条过热，易引起药皮脱落，并增加熔滴过渡时的飞溅；稳态短路电流太小，则会使引弧和焊条熔滴过渡困难。因此，对于下降外特性的弧焊电源，一般要求稳态短路电流为焊接电流的1.252.0倍。,9,4.对弧焊电源调节特性的要求 在焊接中，根据焊接材料的性质、厚度、焊接接头的形式、位置及焊条直径等不同，需要选择不同的焊接电流，这就要求弧焊电源能在一定范围内，对焊接电流作均匀、灵活的调节，以便于保证焊接接头的质量。焊条电弧焊焊接电流的调节，实质上是调节电源外特性。,5.对弧焊电源动特性的要求 弧焊电源的动特性，是指弧焊电源对焊接电弧的动态负载所输出的电流、电压对时间的关系，它表示弧焊电源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。弧焊电源动特性是衡量弧焊电源质量的一个重要指标。,10,二、弧焊电源的分类及型号1.弧焊电源的分类及特点(1)交流弧焊电源交流弧焊电源一般也称为弧焊变压器，是一种最简单和常用的弧焊电源，作用是把网路电压的交流电变成适宜于焊条电弧焊的低压交流电。(2)直流弧焊电源直流弧焊电源有直流弧焊发电机和弧焊整流器两种。(3)弧焊逆变器弧焊逆变器是把单相或三相交流电经整流后，由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交流电，经降压后输出交流或直流电。,11,2.弧焊电源的型号及技术参数(1)弧焊电源的型号根据GB 102491988电焊机型号编制办法，弧焊电源型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，弧焊电源型号的各项编排次序如图2-5所示，型号中的1、2、3、6各项用汉语拼音字母表示；4、5、7各项用阿拉伯数字表示；3、4、6、7项如不用时，其他各项紧排。,图2-5弧焊电源型号的各项编排次序,12,1)第一项，大类名称：B表示弧焊变压器；Z表示弧焊整流器；A表示弧焊发电机。2)第二项，小类名称：X表示下降特性；P表示平特性；D表示多特性。3)第三项，附注特征：如G表示硅整流器。4)第四项，系列序号：区别同小类的各系列和品种。5)第五项，基本规格：表示额定焊接电流。例如：BX3300：动圈系列的弧焊变压器，具有下降外特性，额定焊接电流为300A。ZX5400：晶闸管系列弧焊整流器，具有下降外特性，额定焊接电流为400A。,13,(2)弧焊电源的技术参数焊机除了有规定的型号外，在其外壳均标有铭牌，铭牌标明了主要技术参数，如负载持续率等，可供安装、使用、维护等工作参考。以BX13152型动铁式弧焊变压器(图2-6所示)为例，来认识这台弧焊电源的技术参数。弧焊电源接入单相电网，铭牌上的一次电压是工厂动力电(一般为220V或380V)电压，频率50Hz，弧焊电源将其降压至既保证电弧容易引燃，又便于焊工安全操作的低电压，即二次输出电压(也称空载电压)，我国有关标准规定：弧焊整流器空载电压一般在90V以下；弧焊变压器空载电压一般在80V以下。,14,图2-6BX13152型弧焊变压器 a)动铁式弧焊变压器外形 b)弧焊变压器铭牌,15,负载持续率就是指弧焊电源负载时间在这个工作周期的时间内所占的百分率。我国标准规定，对于焊接电流在500A以下的弧焊电源，选定5min为一个工作周期时间计算负载持续率。用公式表示：,铭牌上的表格内规定了在一定的负载持续率下允许使用的焊接电流，以保证不会因焊接电流过大，使弧焊电源升温过高将弧焊电源烧毁。其含义是当负载持续率是60时，许用的最大焊接电流为315A；若负载持续率为100时，许用焊接电流仅220A；而负载持续率为35时，许用焊接电流可达360A。也就是说，虽然BX1315型弧焊电源的额定焊接电流只有315A，但最大焊接电流可超过315A。,16,三、常用焊条电弧焊电源1.弧焊变压器(1)BX3300型弧焊变压器BX3300型弧焊变压器属于动圈式，是生产中应用最广的一种交流焊机，其外形如图2-7所示。它是依靠一、二次侧绕组间漏磁获得陡降外特性的。,图2-7BX3300型弧焊变压器外形,17,图2-8BX3300型弧焊变压器结构简图1手柄2调节丝杆3铁心4二次侧绕组5一次侧绕组,其结构如图2-8所示，它有一个高而窄的口字形铁心。变压器的一次侧绕组分成两部分，固定在口形铁芯两芯柱的底部。二次侧绕组也分成两部分，装在两铁心柱的上部并固定于可动的支架上，通过丝杆连接，转动手柄可使二次侧绕组上下移动，以改变一、二次侧绕组间的距离，从而调节焊接电流的大小。,18,焊接电流的调节有两种方法，即粗调节和细调节。粗调节是通过改变一、二次侧绕组的接线方法(接法或接法)，即通过改变一、二次侧绕组的匝数进行调节，当接成接法时，空载电压为75V，焊接电流调节范围为40125A；当接成接法时，空载电压为60V，焊接电流调节范围为115400A。细调节是通过手柄来改变一、二次侧绕组的距离进行，一、二次侧绕组距离越大，漏磁增加，焊接电流就减小；反之，焊接电流增大。,19,(2)BX1300型弧焊变压器 BX1300是动铁式弧焊变压器，它由一个口字形固定铁心和一个梯形活动铁心组成，活动铁心构成了一个磁分路，以增强漏磁使焊机获得陡降外特性。她的一次侧和二次侧绕组各自分成两半，分别绕在变压器固定铁心上，一次侧绕组两部分串联接电源，二次侧绕组两部分并联接焊接回路。BX1-300焊机的焊接电流调节方便，仅需移动铁心就可满足电流调节要求，其调节范围为75-400A，调节范围广。当活动铁心由里向外移动而离开固定铁心时，漏磁减少，则焊接电流增大，反之，焊接电流减少。其梯形动铁心相对固定铁心移动调节电流大小，如图2-9所示。,20,图2-9动铁心相对固定铁心移动调节电流静铁心 动铁心 气隙长度,21,2.弧焊整流器(1)硅弧焊整流器硅弧焊整流器是以硅二极管作为整流元件，利用降压变压器将50Hz的单相或三相交流电网电压降为焊接时所需的低电压，经硅整流器整流和电抗器滤波后获得直流电的直流弧焊电源。硅弧焊整流器曾一度是直流弧焊发电机的替代产品之一，现有被晶闸管式弧焊整流器、弧焊逆变器替代的趋势，其型号有ZXG160、ZXG400等。硅弧焊整流器的组成如图2-10所示。,图2-10硅弧焊整流器的组成,22,图2-11ZX5400晶闸管弧焊整流器外形,(2)晶闸管弧焊整流器晶闸管弧焊整流器是一种电子控制的弧焊电源，它是用晶闸管作为整流元件，以获得所需的外特性及焊接参数(电流、电压)的调节。它的性能优于硅弧焊整流器，目前已成为一种主要的直流弧焊电源。常用的国产型号有ZX5250、ZX5400、ZX5630等。,23,3.弧焊逆变器 将直流电变换成交流电称为逆变，实现这种变换的装置叫逆变器。为焊接电弧提供电能，并具有弧焊方法所要求性能的逆变器，即为弧焊逆变器或称为逆变式弧焊电源。目前各类逆变式弧焊电源已逐步应用于多种焊接方法，逐步成为更新换代的重要产品。,弧焊逆变器是一种新型的弧焊电源。弧焊逆变器的基本原理如图2-12所示，单相或三相50Hz交流网路电压经输入整流器(UZ1)和输入滤波器(LC1)后变成直流电，借助大功率电子开关元件VT(晶闸管、晶体管、场效应管或绝缘栅双极晶体管IGBT)的交替开关作用，逆变成几千至几万赫兹的中频交流电，再经中频变压器(T)降至适合焊接的几十伏交流电，如再经输出整流器(UZ2)整流和输出滤波器(LC)滤波，则可输出适合焊接的直流电。,24,图2-12弧焊逆变器基本原理框图,25,弧焊逆变器的逆变系统主要有两种：1)交流直流交流 2)交流直流交流直流 通常弧焊逆变器多采用后一种系统，故还可把弧焊逆变器称为逆变弧焊整流器。常用的国产型号有ZX7250、ZX7400、ZX7630等。弧焊逆变器的优点是高效节能，效率可达80%90%；重量轻、体积小，整机重量仅为传统的弧焊电源的1/51/10；具有良好的动特性和弧焊工艺性能；所有焊接参数均可无级调整；具有多种外特性，能适应各种弧焊方法，如焊条电弧焊、气体保护焊、等离子弧焊及埋弧焊，并适合于做机器人的弧焊电源。弧焊逆变器的缺点是设备复杂，维修需要较高技术等。,26,图2-13ZX7400B弧焊逆变器外形,ZX7400B弧焊逆变器外形图如图2-13所示。,27,图2-14焊钳,四、焊条电弧焊其他设备和工具 1.焊钳和面罩(1)焊钳焊钳是夹持焊条并传导电流以进行焊接的工具，它既能控制焊条的夹持角度，又可把焊接电流传输给焊条。市场销售的焊钳,如图2-14所示，有300A和500A两种规格。,28,(2)面罩 面罩是防止焊接时的飞溅、弧光及其他辐射对焊工面部和颈部损伤的一种遮盖工具。有手持式和头盔式两种，头盔式多用于需要双手作业的场合。如图2-15所示。面罩正面开有长方形孔，内嵌白玻璃和黑玻璃。黑玻璃起减弱弧光和过滤红外线、紫外线作用，黑玻璃按亮度的深浅不同分为6个型号712号，号数越大，色泽越深，应根据年龄和视力情况选用，一般常用910号。白玻璃仅起保护黑玻璃作用。,29,30,图2-16光控面罩,目前，应用现代微电子和光控技术研制而成的光控面罩(图2-16)，在弧光产生的瞬间自动变暗,在弧光熄灭的瞬间自动变亮，非常便于焊工的操作。,31,图2-17焊条保温筒,2.焊条保温筒和焊缝检验尺(1)焊条保温筒焊条保温筒如图2-17所示。焊接锅炉压力容器时尤为重要。经过烘干后的焊条在使用过程中易再次受潮，从而使焊条的工艺性能变差，焊缝质量降低。焊条从烘烤箱取出后，应储存在保温筒内，在焊接时随取随用。,32,图2-18焊缝检验尺用法举例 a)测量错度 b)测量焊缝宽度 c)测量角焊缝厚度 d)测量双Y形坡口角度 e)测量焊缝余高 f)测量角焊缝焊脚 g)测量坡口间隙 h)测量坡口角度 i)测量管道坡口角度,(2)焊缝检验尺焊缝检验尺是一种精密量规，用来测量焊件、焊缝的坡口角度、装配间隙、错边及焊缝的余高、焊缝宽度和角焊缝焊脚等。焊缝检验尺外形及测量示意见图2-18。,33,图2-19焊接手工工具,3.常用焊接手工工具常用的手工工具有清渣用的敲渣锤、錾子、钢丝刷、锤子、钢丝钳、夹持钳等，以及用于修整焊接接头和坡口钝边用的锉刀,如图2-19所示。,34,第三节 焊条电弧焊焊接材料 焊条电弧焊的焊接材料就是焊条。焊条由焊芯和药皮组成。焊条电弧焊时，焊条既作电极，又作填充金属，熔化后与母材熔合形成焊缝。焊条规格是以焊芯直径来表示的，常用的有2mm、2.5mm、3.2mm、4mm、5mm、6mm等几种。焊条按药皮熔化后的熔渣特性可分为酸性焊条和碱性焊条两大类。酸性焊条工艺性能优于碱性焊条，碱性焊条的力学性能，抗裂性能强于酸性焊条。,35,一、焊条的型号及牌号 焊条型号和牌号都是焊条的代号，焊条型号是指国家标准规定的各类焊条的代号。牌号则是焊条制造厂对作为产品出厂的焊条规定的代号，我国焊条制造厂在原机械电子工业部组织下，编写了焊接材料产品样本，实行了统一牌号制度。近年来，焊条的国家标准参照国际标准作了较大修改，造成了焊接材料产品样本中的焊条牌号与国家标准的焊条型号不能完全一一对应。虽然焊条牌号不是国家标准，但考虑到多年使用已成习惯，现在生产中仍得到广泛应用。,36,1.碳钢焊条和低合金钢焊条型号焊条型号是焊条的代号，按国家标准GB/T 51171995碳钢焊条和GB/T 51181995低合金钢焊条规定，碳钢焊条和低合金钢焊条型号是根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和电流种类来划分的。1)字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为10MPa；第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接，“2”表示焊条只适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位数字和第四位数字组合时，表示焊接电流种类及药皮类型，见表2-2。,37,表2-2碳钢和低合金钢焊条型号的第三、四位数字组合的含义,38,39,2)低合金钢焊条还附有后缀字母，为熔敷金属的化学成分分类代号，见表2-3，并以短划“-”与前面数字分开；若还有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并以短划“-”与前面后缀字母分开。,表2-3低合金钢焊条熔敷金属化学成分分类,40,焊条型号举例如下：,41,表2-4焊接电流、药皮类型及焊接位置,2.不锈钢焊条型号 按国家标准GB/T 9831995不锈钢焊条规定，不锈钢焊条型号是根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置和电流种类来划分的。字母“E”表示焊条；“E”后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号，如有特殊要求的化学成分，该化学成分用元素符号表示，放在数字后面；数字后的字母“L”表示碳含量较低，“H”表示碳含量较高，“R”表示硫、磷、硅含量较低；短划“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类，见表2-4。,42,焊条型号举例如下：,43,3.焊条牌号 按照焊接材料产品样本规定，焊条牌号由汉字(或汉语拼音字母)和三位数字组成。汉字(或汉语拼音字母)表示按用途分的焊条各大类，前二位数字表示各大类中的若干小类，第三位数字表示药皮类型和电流种类。焊条牌号中表示各大类的汉字(或汉语拼音字母)含义见表2-5。,表2-5焊条牌号中各大类汉字(或汉语拼音字母),44,表2-6焊条牌号中第三位数字的含义,焊条牌号中第三位数字的含义见表2-6。,45,(1)结构钢焊条牌号汉字“结(J)”表示结构钢焊条；第一、二位数字表示熔敷金属抗拉强度等级；第三位数字表示药皮类型和电流种类。例如：结422(J 422)：表示熔敷金属抗拉强度最小值为420MPa,药皮类型为钛钙型，交直流两用的结构钢焊条。(2)钼和铬钼耐热钢焊条牌号汉字“热(R)”表示钼和铬钼耐热钢焊条；第一位数字表示熔敷金属主要化学成份等级，见表2-7；第二数字表示同一熔敷金属主要化学成份组成等级中的不同编号，按0，1，9顺序排列；第三位数字表示药皮类型和电流种类。例如：热307(R307)：表示熔敷金属铬的质量分数为1、钼的质量分数为0.5，编号为0，药皮类型为低氢钠型，直流反接的钼和铬钼耐热钢焊条。,46,表2-7钼和铬钼耐热钢焊条牌号第一位数字含义,47,(3)不锈钢焊条牌号不锈钢焊条包括铬不锈钢焊条和铬镍不锈钢焊条，汉字“铬(G)”表示铬不锈钢焊条，“奥(A)”表示铬镍不锈钢焊条；第一位数字表示熔敷金属主要化学成分等级，见表2-8；第二数字表示同一熔敷金属主要化学成分组成等级中的不同编号，按0，1，9，顺序排列；第三位数字表示药皮类型和电流种类。,表2-8不锈钢焊条牌号第一位数字含义,48,例如：铬202(G202)：表示熔敷金属铬的质量分数为13，编号为0，药皮类型为钛钙型，交直流两用的铬不锈钢焊条。奥137(A137)：表示熔敷金属铬的质量分数为18、镍的质量分数为8，编号为3，药皮类型为低氢钠型，直流反接的铬镍奥氏体不锈钢焊条。,49,表2-9低温钢焊条牌号第一、二位数字含义,(4)低温钢焊条牌号汉字“温(W)”表示低温钢焊条；第一、二位数字表示低温钢焊条工作温度等级，见表2-9；第三位数字表示药皮类型和电流种类。例如：温707(W707)：表示工作温度等级为-70，药皮类型为低氢钠型，直流反接的低温钢焊条。,50,(5)堆焊焊条牌号汉字“堆(D)”表示堆焊焊条；第一位数字表示焊条的用途、组织或熔敷金属的主要成分，见表2-10；第二位数字表示同一用途、组织或熔敷金属的主要成分中的不同牌号顺序，按0，19顺序排列；第三位数字表示药皮类型和电流种类。,表2-10堆焊焊条牌号第一位数字含义,51,例如：堆127(D 127)：表示普通常温用，编号为2，药皮类型为低氢钠型，直流反接的堆焊焊条。需要注意的是，对于不同特殊性能的焊条，可在焊条牌号后缀主要用途的汉字(或汉语拼音字母)，如压力容器用焊条为J506R；底层焊条为J506D；低尘、低毒焊条为J506DF；立向下焊条为J506X等。,52,表2-11常用碳钢焊条型号与牌号对照表,4.焊条型号与牌号的对照1)常用碳钢焊条的型号与牌号的对照见表2-11。,53,表2-12常用低合金钢焊条型号与牌号对照表,2)常用低合金钢焊条的型号与牌号对照见表2-12。,54,表2-13常用不锈钢焊条型号与牌号对照表,3)常用不锈钢焊条的型号与牌号对照表见表2-13。,55,焊条的选用及管理1.焊条的选用原则1)低碳钢、中碳钢及低合金钢按焊件的抗拉强度来选用相应强度的焊条，使熔敷金属的抗拉强度与焊件的抗拉强度相等或相近，该原则称为“等强原则”。如焊接Q235A时,由于其抗拉强度在420MPa左右，故选用熔敷金属抗拉强度最小值为430MPa的E4303(结422)、E4316(结426)、E4315(结427)。2)对于不锈钢，耐热钢、堆焊等焊件选用焊条时，应从保证焊接接头的特殊性能出发，要求焊缝金属化学成分与母材相同或相近。如焊接0Cr18Ni9不锈钢时，由于其含铬、镍量分别约为18、9，为了使焊缝与焊件具有相同的耐腐蚀性能，必须要求焊缝金属化学成分与母材相同或相近，所以应选用铬、镍量相近的E30816(A102)或E30815(A107)焊条焊接。,56,3)对于低碳钢之间、中碳钢之间、低合金钢之间及它们之间的异种钢焊接，一般根据强度等级较低的钢材，按焊缝与母材抗拉强度相等或相近的原则选用相应的焊条。如焊接Q235A与Q345异种钢时,应选用抗拉强度为420MPa左右的E4303(结422)、E4316(结426)、E4315(结427)焊条焊接。4)重要焊缝要选用碱性焊条。所谓重要焊缝就是受压元件(如锅炉、压力容器)的焊缝，承受振动载荷或冲击载荷的焊缝，对强度、塑性、韧性要求较高的焊缝，焊件形状复杂、结构刚度大的焊缝等，对于这些焊缝要选用力学性能好、抗裂性能强的碱性焊条。如焊接压力容器用钢20R、锅炉用钢20g时，则须选用同强度的碱性焊条E4316(结426)、E4315(结427)。5)在满足性能前提下尽量选用酸性焊条。酸性焊条的工艺性能要优于碱性焊条。总之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较好的酸性焊条。,57,图2-20焊条管理程序控制简图,2.焊条的管理焊条(包括其他焊接材料)的管理包括验收、烘干、保管、领用等方面，其控制程序图如图2-20所示。,58,(1)焊条的验收对于制造锅炉、压力容器等重要焊件的焊条，焊前必须进行焊条的验收，也称复验。复验前要对焊条的质量证明书进行审查，正确、齐全、符合要求者方可复验。复验时，应对每批焊条编个“复验编号”按照其标准和技术条件进行外观、理化试验等检验，复验合格后，焊条方可入一级库，否则应退货或降级使用。为防止焊条在使用过程中混用、错用，也便于为万一出现的焊接质量问题分析找出原因，焊条的“复验编号”不但要登记在一级库、二级库台帐上，而且在烘烤记录单、发放领料单上，甚至焊接施工卡上也要登记，从而保证焊条使用时的追踪性。,59,(2)焊条保管、领用、发放 焊条实行三级管理：一级库管理、二级库管理、焊工焊接时管理。一、二级库内的焊条要按其型号牌号、规格分门别类堆放，放在离地面、离墙面300mm以上的木架上。一级库内应配有空调设备和去湿机，保证室温在525之间，相对湿度低于60%。二级库应有焊条烘烤设备，焊工施焊焊条要放入保温筒内，随取随用。焊条领用发放要建立严格的限额领料制度，“焊接材料领料单”应由焊工填写，二级库保管人员凭焊接工艺要求和焊材领料单发放，并审核其型号牌号、规格是否相符，同时还要按发放焊条根数收回焊条头。,60,(3)焊条烘干 一般酸性焊条烘干温度为75150，时间12h；碱性焊条在空气中极易吸潮且药皮中没有有机物，因此烘干温度较酸性焊条高些，一般为350400，保温12h。焊条累计烘干次数一般不宜超过三次。注意温度、时间配合问题，烘干温度和时间相比，温度较为重要，如果烘干温度过低，即使延长烘干时间其烘烤效果也不佳。,61,第四节 焊条电弧焊工艺 一、焊条电弧焊工艺参数 焊接工艺参数，是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量(例如：焊接电流、电弧电压、焊接速度等)的总称。焊条电弧焊的工艺参数主要包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数等。,62,表2-14焊条直径与焊件厚度的关系(单位：mm),1.焊条直径(1)焊件的厚度厚度较大的焊件应选用直径较大的焊条；反之，薄焊件的焊接，则应选用小直径的焊条。焊条直径与焊件厚度之间关系，见表2-14。,63,(2)焊缝位置板厚相同的条件下焊接平焊缝用的焊条直径应比其他位置大一些，立焊最大不超过5mm，而仰焊、横焊最大直径不超过4mm。(3)焊接层次多层焊的第一层焊道，应采用直径较小的焊条进行焊接，以后各层可以根据焊件厚度，选用较大直径的焊条。,(4)接头形式 搭接接头、T形接头因不存在全焊透问题，所以应选用较大的焊条直径以提高生产率。,64,2.电源种类和极性(1)电源种类交流电源焊接时，电弧稳定性差。直流电源焊接时，电弧稳定，飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。低氢钠型焊条必须采用直流电源。小电流焊接薄板时，也常用直流电源。(2)极性极性是指在直流电弧焊或电弧切割时，焊件的极性。有正接和反接两种。正接就是焊件接电源正极、电极接电源负极的接线法，正接也称正极性；反接就是焊件接电源负极，电极接电源正极的接线法，反接也称反极性，如图2-21所示。,65,图2-21直流电弧焊正接与反接法 a)直流电弧焊的正接 b)直流电弧焊的反接 1焊接电源 2焊缝金属 3焊条 4焊钳 5焊件 6地线夹头,66,极性的选用，主要应根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。焊条电弧焊，使用酸性焊条(如E4303等)焊接厚钢板时，采用直流正接，可获得较大的熔深；焊接薄钢板时，则采用直流反接，可防止烧穿。焊接重要结构，使用碱性低氢钠型焊条(如E5015等)时，无论焊接厚板或薄板，均应采用直流反接，因为这样可以减少飞溅和气孔，并使电弧稳定燃烧。,67,3.焊接电流焊接时，流经焊接回路的电流称为焊接电流，焊接电流的大小直接影响着焊接质量和焊接生产率。焊接时决定电流的因素很多，如焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊缝位置和层数等。但主要是焊条直径、焊缝位置、焊条类型、焊接层次。,68,(1)焊条直径 焊条直径越大，熔化焊条所需要的电弧热量越多，焊接电流也越大。一般可根据经验公式来选择。,式中 Ih焊接电流，单位为A；d焊条直径，单位为mm。,(2)焊缝位置焊接平焊缝可以选择较大的电流进行焊接。通常立焊、横焊的焊接电流比平焊的焊接电流小10%15%，仰焊的焊接电流比平焊的焊接电流小15%20%。,69,(3)焊条类型 碱性焊条使用的焊接电流应比酸性焊条小10%15%，否则焊缝中易形成气孔。不锈钢焊条使用的焊接电流比碳钢焊条小15%20%。(4)焊接层次 焊接打底层时，特别是单面焊双面成形时，为保证背面焊缝质量，常使用较小的焊接电流；焊接填充层时为提高效率，保证熔合良好，常使用较大的焊接电流；焊接盖面层时，为防止咬边和保证焊缝成形，使用的焊接电流应比填充层稍小些。,70,在实际生产中，焊工一般可根据焊接电流的经验公式或表2-15先选出一个大概的焊接电流，然后在钢板上进行试焊调整，直至确定合适的焊接电流。在试焊过程中，可根据下述几点来判断选择的电流是否合适：,表2-15各种焊条直径使用的电流参考值,71,1)看飞溅 电流过大时，电弧吹力大，可看到较大颗粒的铁水向熔池外飞溅，焊接时爆裂声大；电流过小时，电弧吹力小，熔渣和铁水不易分清。2)看焊缝成形 电流过大时，熔深大、焊缝余高低、两侧易产生咬边；电流过小时，焊缝窄而高、熔深浅、且母材两侧与母材金属熔合不好；电流适中时，焊缝两侧与母材金属熔合得很好，呈圆滑过渡。3)看焊条熔化状况 电流过大时，当焊条熔化了大半根时，其余部分均已发红；电流过小时，电弧燃烧不稳定，焊条容易粘在焊件上。,72,4.电弧电压焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定。电弧长，电弧电压高。焊接时电弧电压由焊工根据具体情况灵活掌握。,电弧过长会出现下列几种不良现象：1)电弧燃烧不稳定，易摆动，电弧热能分散，飞溅增多，造成金属和电能的浪费。2)焊缝厚度小，容易产生咬边、未焊透、焊缝表面高低不平、焊波不均匀等缺陷。3)对熔化金属的保护差，使焊缝产生气孔的可能性增加，焊缝金属的力学性能降低。注意：焊接时应力求使用短弧焊接，所谓短弧一般认为是焊条直径的0.51.0倍。立、仰焊时弧长应比平焊时短些。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些。,73,5.焊接速度单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不烧穿，同时还要使焊缝宽度和高度符合图样设计要求。6.焊接层数在中厚板焊接时，一般要开坡口并采用多层多道焊。低碳钢和强度等级低的普低钢，每道焊缝厚度不宜过大，否则对焊缝金属的塑性不利。同样每层焊道厚度不宜过小，过小时焊接层数增多不利于提高劳动生产率。根据实际经验，每层厚度约等于焊条直径的0.81.2倍时，生产率较高，并且比较容易保证质量和便于操作。,74,二、焊条电弧焊工艺措施1.预热焊接开始前，对焊件的全部(或局部)进行加热的工艺措施称预热，按照焊接工艺的规定预热需要达到的温度叫预热温度。(1)预热的作用 预热主要作用是降低焊后冷却速度，减小淬硬程度，防止产生焊接裂纹，减小焊接应力与变形。对于刚性不大的低碳钢、强度级别较低的低合金钢的一般结构一般不必预热，但焊接有淬硬倾向的焊接性不好的钢材或刚性大的结构时，需焊前预热。焊接铬镍奥氏体不锈钢时，不可进行预热。,75,(2)预热温度的选择预热温度的选择，应根据钢材的成分、厚度、结构的刚性、接头型式、焊接材料、焊接方法及环境因素等综合考虑，并通过焊接性试验来确定。一般钢材的含碳量越多、合金元素越多、母材越厚、结构刚性越大、环境温度越低，则预热温度越高。多层多道焊时，还要注意道间温度(也称层间温度)。所谓道间温度就是在施焊后继续焊之前，其相邻焊道应保持的温度。道间温度不应低于预热温度。(3)预热方法预热时的加热范围，对于对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的5倍，一般在坡口两侧各75100mm范围内应保持一个均热区域。预热的方法有火焰加热，工频感应加热、红外线加热等方法。,76,2.后热焊接后立即对焊件的全部(或局部)进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施叫后热，它不等于焊后热处理。后热的作用是避免形成淬硬组织，使氢逸出焊缝表面，防止裂纹产生。对于冷裂纹倾向大的低合金高强度钢等材料，还有一种专门的后热处理，称为消氢处理，即在焊后立即将焊件加热到250350温度范围，保温26h后空冷。消氢处理的目的，主要是使焊缝金属中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和热影响区的氢含量，防止产生冷裂纹。后热的加热方法、加热区宽度、测温部位等要求与预热相同。,77,3.焊后热处理焊后为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理，叫焊后热处理。焊后热处理的主要作用是消除焊接残余应力，软化淬硬部位，改善焊缝和热影响区的组织和性能，提高接头的塑性和韧性，稳定结构的尺寸。焊后热处理有整体热处理和局部热处理两种，最常用的焊后热处理是在600650范围内的消除应力退火和低于Ac1点温度的高温回火。另外还有为改善铬镍奥氏体不锈钢抗腐蚀性能的均匀化处理等。,78,三、焊条电弧堆焊工艺1.堆焊及其特点堆焊是用焊接的方法将具有一定性能的材料堆敷在焊件表面上的一种工艺过程，其目的不是为了连接焊件。目的有二：一是在焊件表面获得耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属层，二是为了恢复磨损或增加焊件的尺寸。焊条电弧堆焊的特点是方便灵活、成本低、设备简单，但生产率较低，劳动条件差，只适于小批量的中小型零件的堆焊。,79,2.堆焊工艺特点堆焊最易出现的问题就是焊接裂纹，同时还易产生焊接变形，所以堆焊有以下工艺特点：1)堆焊前，必须清除尽堆焊表面的杂物、油脂等。2)焊前须对工件预热和焊后缓冷。预热温度一般为100300。铬镍奥氏体不锈钢，不可预热。3)堆焊时必须根据不同要求选用不同的焊条。修补堆焊所用的焊条成分一般和焊件金属相同。但堆焊特殊金属表面时，应选用专用焊条，以适应焊件的工作需要。,80,图2-22堆焊时焊缝的连接,4)为了使各焊道间紧密连接，堆焊第二条焊道时，必须熔化第一条焊道宽度的1/31/2，如图2-22所示。,81,图2-23各堆焊层的排列方向,5)多层堆焊时，第二层焊道的堆焊方向应与第一层互相成90。堆焊层的排列方向如图2-23所示，堆焊顺序如图2-24所示。,82,图2-24堆焊顺序,83,图2-25轴的堆焊顺序a)纵向对称堆焊 b)横向螺旋形堆焊,6)轴堆焊时，可采用纵向对称堆焊和横向螺旋形堆焊两种方法，如图2-25所示。,84,7)堆焊时，为了增加堆焊层的厚度，减少清渣工作，提高生产效率，通常将焊件的堆焊面放成垂直位置，用横焊方法进行堆焊，或将焊件放成倾斜位置用上坡焊堆焊。同时留35mm的加工余量，以满足堆焊后焊件表面机械加工的要求。垂直位置堆焊如图2-26所示。,85,8)堆焊时，尽量选用低电压、小电流焊接，以降低熔深、减小母材稀释率和电弧对合金元素的烧损。堆焊焊条的直径、堆焊层数和堆焊电流一般都由所需堆焊层厚度确定。,86,