资源简介

模块四
焊条电弧焊
【应知应会目标】
1．掌握焊条电弧焊的特点以及应用；
2．掌握焊条电弧焊的引弧方法及弧长的控制；
3．掌握焊条电弧焊常用的运条方法及操作要领。
【知识链接】
用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称为焊条电弧焊，简称手弧焊。该方法操作灵活，适应性强，是应用最广泛的焊接方法。焊接时，电弧产生的大量热量使焊条和工件熔化形成熔池，待冷却凝固后，便获得牢固的焊接接头，如图4—1所示。
图4—1 焊条电弧焊示意图
项目1 焊条电弧焊的引弧
一、焊条电弧焊的特点及应用
在焊条电弧焊过程中，焊条药皮熔化分解产生气体和熔渣，有效地排除焊接区空气的有害影响，并通过高温下熔化金属与熔渣之间的化学冶金反应，还原和净化金属得到优质的焊缝。焊条电弧焊气体和熔渣对金属的有效保护称为气—渣联合保护，焊条电弧焊如图4—2所示。
图4—2 焊条电弧焊
焊条电弧焊与其他的熔焊方法相比，具有下列特点：
1．操作灵活，适应性强
焊条电弧焊操作灵活，是应用最广泛的连接金属的焊接方法。无论是在车间内，还是在野外施工现场均可采用焊条电弧焊。焊条电弧焊由于其设备简单、移动方便、电缆长、焊把轻，因而广泛应用于平焊、立焊、横焊、仰焊等各种空间位置的焊接，又适用于对接、搭接、角接、T形接头等各种接头形式构件的焊接。可以说，凡是焊条能达到的任何位置的接头，均可采用焊条电弧焊来焊接。特别是对于复杂结构、不规则形状的构件，以单件、非定型钢结构制造，由于可以不用辅助工装、变位器、胎夹具等就可以焊接，因此焊条电弧焊的优越性显得尤为突出。
2．待焊接头装配要求低
焊接过程由焊工控制，可以适时调整电弧位置和运条手法，以保证跟踪接缝和均匀熔透，因此对焊接接头的装配要求相对较低。
3．可焊金属材料广
焊条电弧焊广泛应用于低碳钢、低合金结构钢的焊接；选配相应的焊条，也常用于不锈钢、耐热钢、低温钢等合金结构钢的焊接；又可用于铸铁、铜合金、镍合金材料的焊接，以及耐磨损、耐腐蚀等特殊使用要求的构件进行表面层堆焊。
4．熔敷速度低
焊条电弧焊与其他的电弧焊相比，用于其使用的焊接电流小，每焊完一根焊条后必须更换焊条，以及因清渣而停止焊接等，故这种焊接方法的熔敷速度低，生产率低。
5．依赖性强
虽然焊接接头的力学性能可以通过选择与母材力学性能相当的焊条，但也会影响焊缝质量。
6．劳动条件差、强度大
焊接操作全部为手工完成，而且焊接时存在高温、弧光、烟尘、有害气体等因素，因而焊工劳动条件差，劳动强度也较大。
二、焊条电弧焊的引弧方法
进行焊条电弧焊时，在焊条与焊件之间加上一定的电压（交流或直流），先使焊条与工件接触形成短路，然后迅速拉开以产生电弧，这种产生电弧的过程称为引弧。
引弧是焊接过程的开始，也是焊接作业中频繁进行的动作。引弧技术对焊缝质量有直接影响，因此必须给予足够的重视，掌握焊接基本功从引弧开始。
1．握持焊钳的方法
焊条电弧焊时操作者用手握持焊钳的方法很重要，如果方法不当，则会给焊接过程中调整焊条角度和改变运条手法造成困难，不但会影响焊接速度，还会影响焊缝质量。焊钳的握持方法有两种：正握法和反握法。由于焊接过程中需要经常调整焊条角度，所以握持焊钳的方法应能够让手臂的活动自由度达到最大。
2．引弧方法
常用的引弧方法有两种：划擦法和直击法。
（1）划擦法引弧操作要领
先将焊条末端对准焊件，并使焊条向焊接方向倾斜约30°，然后像划火柴一样，手腕向右旋转划擦工件（划擦长度以10～15mm为宜），出现弧光的同时将焊条提起2～4mm引燃电弧，之后使弧长保持在与所使用的焊条直径相应的范围内，保持电弧稳定燃烧并调整焊接姿势。划擦法引弧示意图如图4—3所示。
（2）直击法引弧操作要领
先将焊条末端对准焊件，手腕向下放，使焊条末端与工件垂直接触，然后迅速将焊条提起2～4mm引燃电弧，之后使弧长保持在与所使用的焊条直径相应的范围内，保持电弧稳定燃烧并调整焊接姿势。直击法引弧示意图如图4—4所示。
图4—3 划擦法引弧示意图 图4—4 直击法引弧示意图
上述两种引弧方法相比，划擦法比较容易掌握，初学者宜使用该方法练习引弧，但在狭小工作面或者是工件表面不允许划伤时不能采用。
直击法容易发生电弧熄灭或短路现象，对初学者来说掌握较困难，直击法引弧时如果动作太快或将焊条提得太高，就不能引燃电弧，或者是引燃电弧但瞬间又熄灭；相反，如果动作太慢就容易使焊条与工件粘在一起，使焊接回路发生短路现象。
直击法一般适用于酸性焊条，划擦法适用于碱性焊条。
三、技能训练
1．训练目的
训练引弧与稳弧的基本操作技能。
2．训练条件
（1）练习焊件
材质为Q235，尺寸为150mm×100mm×6mm（也可以用边角料做练习件用，尺寸和板厚也可自行根据需要选择）。
（2）焊条
型号为E4303（J422），直径为φ3.2mm。
（3）焊接设备
焊机型号BX1—300或ZX7—300。
（4）工具
钢丝刷、敲渣锤、石笔、钢直尺，如图4—5所示。
3．操作步骤
（1）焊件准备
用钢丝刷将工件表面污物和氧化皮稍作清理，使待焊处稍露金属光泽，用石笔和钢直尺在焊件表面画好引弧线（长度为30mm，间距为20mm）。引弧线布局如图4—6所示。
图4—5 钢丝刷和敲渣锤
（2）焊机准备
调整焊接电流为90～110A，接通焊机电源。碱性焊条采用直流反接，即工件接焊机负极，焊钳接正极。
（3）夹持焊条
双脚脚跟着地蹲稳，上半身稍向前倾但不能扶靠大腿，手臂不能搁靠腿旁，右臂应能自由移动。焊件在人体正前方，稍靠近身体。
右手正握焊钳，焊条与焊钳垂直。钳口与焊件保持水平，手腕向右倾斜，焊钳位置在视线右侧以便观察熔池。
（4）划擦引弧、
找准焊件上的引弧线，将焊条头对准引弧点（焊条头应在引弧点上方10mm左右位置），左手持面罩，遮住面部，采用划擦法引燃电弧。注意弧长不能超过焊条直径，否则不容易引燃电弧。
（5）焊条下送
电弧引燃后，当看到焊条开始熔化，电弧逐渐变长时，焊条应随着熔化而相应的下送，以保持弧长基本稳定。
（6）电弧直线运动
当在焊件表面形成熔池后，使焊条向焊接方向倾斜并做直线移动。当焊缝长度达到30mm时，拉长电弧使之熄灭，然后重新引弧，反复练习。焊条与焊件成75°～80°的夹角，如图4—7所示。焊条下送和沿焊接方向的直线移动速度要均匀，配合要协调。焊缝基本平直，焊缝宽度为8～10mm，余高为2～4mm。
4．考核要求
序号 检查项目 项目要求 配分 评 价 综合评价得分
学生自检结果得分 小组检测结果得分 教师检测结果得分
1 规定时间内成功引弧 成功引弧 25
2 引弧位置 引弧位置正确 25
3 焊缝起头处 焊缝宽度正确 25
4 焊 缝 焊缝余高正确 25
结 论 教学评价
企业评价
项目2 焊条电弧焊的运条
一、焊条的作用及组成
焊接材料是焊接时所消耗的材料（包括焊条、焊丝、气体、焊剂等）的统称，焊条电弧焊使用的焊接材料是焊条。
焊条是涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极。有药皮和焊芯两部分组成，如图4—8所示。
图4—8 焊条
焊条电弧焊时，焊条一方面作为电极与母材间产生持续而稳定的电弧，另一方面作为填充金属进入焊缝。因此焊条的性能与质量将直接影响焊缝金属的各项性能，对焊接过程的稳定性、焊缝质量、焊接生产率甚至焊接作业环境的劳动卫生和防护均有重要影响。
1．焊条应满足的基本要求
（1）引弧容易，焊接过程中电弧稳定，电弧熄灭后再引弧容易。
（2）药皮熔化均匀，无成块脱落现象，药皮的熔化速度应比焊芯的熔化速度稍慢，使焊条熔化时能在端部形成喇叭形套筒，以利于熔滴过渡和造成保护气氛。
（3）焊接过程不应产生过大的烟雾或过大、过多的飞溅。
（4）保证熔敷金属的力学性能和化学成分，并具有抗裂性。
（5）焊缝成形良好，焊渣容易清除。
2．焊芯
焊条中被药皮包覆的金属芯叫焊芯。其主要作用是作为电极传导电流、产生电弧并熔化进入焊缝充当填充金属。
（1）焊芯中的合金元素和杂质
用做焊芯的钢材和普通钢材的区别在于严格控制化学成分中碳含量和杂质元素硫、磷的含量，以保证焊缝金属的塑性和韧性。普通低碳钢焊条和低合金高强度钢焊条的焊芯均采用优质低碳焊接专用钢，符合国家标准GB/T14957—1994《熔化焊用钢丝》的要求。
焊芯材料有碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三类，其中主要的合金元素和杂质是碳、锰、硅、硫、磷，不锈钢还有较多的铬和镍。
（2）焊芯牌号
用“焊”的汉语拼音第一个字母“H”表示，其后面的数字表示平均碳的质量分数，其他合金元素的表示方法与钢的牌号相同。不同质量等级的焊芯在最后以不同字母以示区别，“A”表示高级优质钢；“E”表示特级优质钢，焊芯中磷的质量分数不大于0.02%；“C”表示超级优质钢，焊芯中硫、磷的质量分数不超过0.015%。例如，常用的结构钢焊芯牌号“H08A”，表示平均碳的质量分数为0.08%的焊接用高级优质钢。
（3）焊芯规格
通常所说的焊条规格是用焊芯直径来表示的。
3．药皮
压涂在焊芯表面上的涂料层叫药皮。它主要起机械保护作用、冶金处理作用和改善焊接工艺性能的作用等。焊条药皮组成物很多，各种物质所起的作用不同。根据焊条药皮中主要成分的不同，药皮可分为八种不同类型，其工艺性能和适用范围有很大不同，因此焊条有很多分类方法。
4．焊条分类与焊条型号、牌号
（1）焊条分类
焊条分类方法很多，最常用的是按照药皮中含有的酸性和碱性氧化物的数量分类。
酸性焊条：焊条药皮中含有较多的酸性氧化物（如二氧化钛、二氧化硅等），氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型和纤维素型焊条都属于酸性焊条。酸性焊条的最大优点是焊接工艺性能好，容易引弧，并且电弧稳定，脱渣容易，飞溅小，成形美观，施焊技术容易掌握。可交直流两用，适于各种位置焊接。其缺点是焊缝金属力学性能较差，抗裂性不好。酸性焊条一般用于承受载荷较小的一般结构的焊接。
碱性焊条：焊条药皮中含有较多的碱性氧化物（如氧化钙、氧化镁），同时含有较多的氟化钙。氟化钙有较强的去氢作用，是焊缝金属的含氢量很低，因此碱性焊条又称为低氢焊条。碱性焊条的优点是焊缝金属含氧量低，合金元素很少氧化，合金化效果好；由于药皮中碱性氧化物较多，所以脱氧、脱硫、脱磷的能力强，焊缝金属的塑性、韧性和抗裂性都比碱性焊条好。其缺点是焊条的焊接工艺性能差，电弧稳定性差，不加稳弧剂时只能用直流电源焊接，脱渣性不好，对铁锈、水分、油等比较敏感，焊接时容易产生气孔，并且产生的有毒气体和烟尘量较酸性焊条多。碱性焊条一般用于承受动载荷或冲击载荷的结构及形状复杂、刚度大、厚度大的重要的结构的焊接。
（2）焊条型号
焊条型号是以国家标准为依据，反映焊条主要特性的一种焊条表示方法。
结构钢焊条以国家标准GB/T5117—1995《碳钢焊条》、GB/T5118—1995《低合金钢焊条》为依据，根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类来编制焊条型号。
（3）焊条牌号
焊条牌号是根据焊条主要用途、性能特点对产品的具体命名。在新焊条国家标准GB/T5117—1995、GB/T5118—1995和GB/T983—1995等颁布的同时，废止了相应的旧焊条国家标准，焊条牌号本应废止，但由于目前国内焊条国家标准尚不完善，而国内各行各业对原有的焊条牌号及编制方法沿用已久，也已经成为习惯，故对原牌号仍进行介绍，并对常用的焊条将其型号和牌号进行对照。
5．焊条的使用和保管
焊条是容易吸潮和变质的材料，应注意储存和保管，焊条在使用前应按要求进行烘干。
（1）在选用焊条时应考虑母材的力学性能和化学成分；焊接结构的受力情况、工作条件和使用性能，劳动条件和生产率等因素。一般碳钢和低合金高强度按焊缝和母材等强度的原则选用焊条，如常用低碳钢Q235，其屈服强度为235MPa，抗拉强度为420MPa左右，焊接时一般选用E43型焊条，该焊条熔敷金属抗拉强度最小值为420MPa；普通高强度低合金钢345（16Mn），其屈服强度为345MPa，抗拉强度为520MPa左右，焊接时一般选用E50型焊条，该焊条熔敷金属最小值为490MPa。
对结构复杂、受力较大和承受冲击载荷、动载荷等重要结构应选用塑性和韧性较好的碱性焊条。
（2）焊条应储存在干燥、通风良好的室内，室温不低于18℃，对含氢量有特殊要求的焊条，其相对湿度应不大于60%；货架或垫木与墙和地面的距离不小于300mm；焊条应按品种和型号分类堆放，并涂以明显标志。
（3）焊条在投入使用前应进行烘干，目的是去除药皮中的水分，防止产生气孔和裂纹。一般酸性焊条烘干温度为75～150℃，保温1～2h；碱性焊条烘干温度为350～400℃，保温2h。经烘干的焊条应存放在100℃的焊条专用保温桶或保温箱内，随用随取。常温下放置时间超过4h，应重新烘干后使用，但不能多次反复烘干，以免药皮变质，累计烘干次数不应超过3次。
二、焊条的运动
焊接过程中，焊条相对焊缝的各种运动的总称叫做运条。运条对焊缝成形甚至焊接质量有重要影响，是初学者必须掌握的基本技能。
电弧引燃后，焊接过程开始，焊条要有三个基本方向的运动，如图4—9所示。
图4—9 焊接时焊条的运动
1．焊条向熔池送进
焊条向熔池的送进运动是为了使焊条熔化后仍能保持弧长一定，以便焊接过程顺利进行，要求焊条向熔池送进的速度与焊条的熔化速度相等，否则，不仅会影响焊缝成形，甚至会影响焊接过程的稳定和焊接质量。
2．焊条沿焊接方向移动
为了控制焊缝成形，焊条移动速度应当等于焊接速度。焊接速度是由工件厚度、接头形式、焊接电流和焊条直径等因素决定的，与焊接质量和焊接生产率有很大关系。如移动速度过快，则电弧来不及熔化足够的焊件金属和焊条，造成焊缝熔深过浅、焊道狭窄；如移动速度过慢，则造成熔深过大，甚至烧穿，焊缝余高过高。
3．焊条的横向摆动
其目的是为了得到一定宽度的焊缝，保证焊件坡口两侧、根部、每个焊道之间相互熔合良好，横向摆动还有利于排出气体和熔渣、延缓熔池金属冷却速度，以防产生气孔、夹渣和裂纹等焊接缺陷。焊条横向摆动幅度由要求的焊缝宽度、焊条直径等因素决定，摆动的速度由操作者根据熔池的熔化情况灵活掌握。摆动幅度要均匀一致，在电弧到达焊道与母材、焊道与焊道的交界处时，要稍作停留，以便熔合良好。
三、运条方法
在实际生产中，运条的方法很多。一般根据焊工本人的操作水平和工件接头形式、焊缝位置、焊条直径、焊接电流等选择运条方法。常用的运条方法和应用范围如下：
1．直线运条法
焊接时保持一定弧长，焊条沿焊接方向直线移动，如图4—10所示，其特点是电弧稳定，焊缝熔深大、宽度小，适于薄板不开坡口的对接焊缝、多层焊的第一层焊缝和多层多道焊。
2．直线往复运条法
操作要领是焊条末端沿焊接方向作来回的直线形摆动，如图4—11所示，其特点是焊接速度快、焊缝宽度小、散热快，适于薄板和接头间隙较大的第一层焊缝的焊接。
3．锯齿形运条法
操作要领是焊条末端作锯齿形连续摆动并向前移动，在焊缝两边稍作停留，步进幅度一般为2～3mm，如图4—12所示。通过摆动控制熔化金属流动和获得合适的焊缝宽度，操作容易，适于中厚板以上平、立、仰焊的对接接头、立焊的T形接头的焊接。
图4—10 直线运条法 图4—11 直线往复运条法 图4—12 锯齿形运条法
4．月牙形运条法
操作要领是焊条末端沿焊接方向作月牙形的连续摆动同时向前移动，并在焊缝两边稍作停留，步进幅度一般为2～3mm，如图4—13所示。操作上比锯齿形稍难，焊缝余高较大，但焊缝质量好，适用范围与锯齿形相同。
5．正三角形运条法
操作要领是焊条末端沿焊接方向作正三角形的连续摆动同时向前移动，并在焊缝两边稍作停留。步进幅度一般为2～4mm，如图4—14所示。该方法操作难度较大，一次能焊出较厚的焊缝截面而不易产生夹渣，焊接生产率高，适于开坡口的对接接头立焊和不开口坡口的立角焊。
6．正圆形运条法
操作要领是焊条末端沿焊接方向作正圆形的连续摆动同时向前移动，并在焊缝两边稍作停留。步进幅度为2～4mm，如图4—15所示。能使熔化金属有足够高的温度，促使熔池中的气体和熔渣逸出，焊缝质量好，适于较厚焊件开坡口的平焊。
图4—13 月牙运条法 图4—14 正三角形运条法 图4—15 正圆形运条法
四、技能训练
1．训练目的
掌握运条线路及操作要领，锻炼焊工臂力，培养焊工潜意识。
2．训练条件
训练纸、毛笔、焊钳、铅笔、直尺和墨汁。
3．操作步骤
（1）把训练纸固定在图板上，用铅笔和直尺画出运条路线，要求每张纸上画一种运条方法，有简单开始练习，运条线路要准确。
（2）毛笔蘸满墨汁，用焊钳把毛笔当焊条夹持。
（3）手臂悬空，在画好的运条线路上进行运条练习。
（4）运条练习时注意在两边稍作停留，当运笔到边缘时立刻想到停留，进行焊工潜意识培养。
（5）注意毛笔（焊条）与纸（工件）的角度。
4．考核要求
（1）握持焊钳姿势正确。
（2）线条宽度一致，步进均匀。
（3）画出的线条应能看出停留的痕迹。
1．什么叫焊条电弧焊？
2．焊条电弧焊有何特点？
3．引弧方式由于哪几种？各用在什么情况下？
4．焊接运条时，焊条应作哪三个方向的运动？每个方向运动目的是什么？
5．运条方式有哪几种？各有什么特点？
6．焊条由哪几部分组成？
7．焊条药皮和焊芯各起什么作用？
8．焊条型号E4303、牌号J422的含义是什么？
9．焊条在使用前为何要烘干？烘干累计为何不能超过3次？

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