资源简介

(共40张PPT)
任务一：认识焊条电弧焊
一、任务提出
二、相关知识
了解焊条电弧焊的定义及焊接原理；
了解焊接电弧的特点及应用。
教学要求
焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的一种焊接方法，初学者有必要了解焊条电弧焊的基础知识，以便为后续的技能训练打好基础。
1. 焊条电弧焊的定义
焊条电弧焊又称手工电弧焊或手弧焊，是用手操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。
2. 焊条电弧焊的焊接原理
焊条电弧焊利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔化焊条和焊接连接处的金属材料，二者混合后经冷却凝固实现原子级别的连接。焊条电弧焊的焊接原理如图2-1所示。
图2-1 焊条电弧焊
焊条电弧焊的具体操作过程为：
焊接前，用电缆线将工件和焊钳分别与弧焊机的两个输出极相连接，然后将焊条夹持在焊钳中；焊接时，先在焊条和焊件之间引燃电弧，在电弧热的作用下，焊条端部和焊件局部熔化，形成金属熔池。随着电弧沿焊接方向的前移，熔池冷却、凝固形成焊缝，从而使分离的焊件焊成一体。
3. 焊条电弧焊的特点及应用
（1）焊条电弧焊的优点
① 操作灵活，适应性强。无论是在车间内还是野外，只要焊条能够到达的地方都可进行焊接，能在空间任意位置形成焊缝。
② 操作简单，成本低廉。焊条电弧焊所用的弧焊机结构简单，焊工很容易掌握其使用方法，且弧焊机成本低廉，焊接成本较低。
③ 应用材料范围广。焊条电弧焊可广泛用于焊接各种金属材料，如低碳钢、低合金结构钢、铸铁、不锈钢、铜合金，以及要求耐腐蚀、耐磨损等特殊的构件等。
（2）焊条电弧焊的缺点
① 焊接质量不够稳定，容易出现裂纹、未焊透、未熔合、固体夹杂等焊接缺陷。焊接质量受焊工操作技术和经验的影响比较大。
② 生产效率较低。焊条电弧焊为手工操作，受焊工体能、焊接电流、焊条长度等影响，此外，焊接前的准备时间较长，故焊条电弧焊的生产效率较低。
③ 劳动条件差。焊工的劳动强度大，且在焊接时容易受到高温、弧光、烟尘、有害气体等因素的危害。
（3）焊条电弧焊的应用
焊条电弧焊由于设备简单，操作方便，实用性强，在工业生产中应用十分广泛，如机械制造、建筑结构、造船、锅炉、压力容器等行业等都大量使用焊条电弧焊。
任务二：引弧
一、任务提出
二、相关知识
三、任务实施
四、任务评价
五、基础知识扩展
六、思考与练习
了解焊接电弧的概念，熟悉电弧的产生过程；
熟悉焊接电弧的构造和静特性，了解电弧焊的熔滴过渡；
掌握正确的引弧方法，能熟练、准确地进行引弧操作。
教学要求
引弧是焊接过程的开始，在焊接作业中需要频繁地进行引弧动作。引弧技术直接影响最终的焊接质量，因此，一名合格的焊工必须熟练掌握引弧操作。熟悉焊条电弧焊应首先从引弧开始，本次任务是在焊件上练习定点引弧和引弧堆焊的操作，焊件图样如图2-2所示。
图2-2 焊件图样
1. 焊接电弧的概念
图2-3 焊接电弧
焊接时，将焊条与焊件接触后很快拉开，在焊条端部和焊件之间会产生明亮的电弧，如图2-3所示。电弧实质上是一种气体放电现象。在由焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。
2. 焊接电弧的形成原理
焊接时，焊条与焊件瞬间短路产生的强大电流，使得焊条端部和焊件因局部温度急剧升高而熔化，甚至部分蒸发。当提起焊条时，大量电子由于急剧的升温和强电场的作用从阴极表面发射出来，电子与气体分子发生剧烈碰撞并使之电离。电离出的正、负离子和电子分别奔向阴、阳电极，并与焊条或焊件表面发生碰撞，动能转换为热能，从而在焊条末端与焊件之间形成电弧。
3. 焊接电弧的构造及静特性
图2-4 焊接电弧的构造
（1）焊接电弧的构造
焊接电弧包括三个区域，即阴极区、阳极区和弧柱区，如图2-4所示。
1）阴极区
为保证电弧稳定燃烧，阴极区不断向弧柱区提供电子流并接受弧柱区送来的正离子流。在焊接时，阴极表面存在一个高亮的辉点，称为阴极斑点。阴极区是电子发射源，温度一般可达2 130～3 230 ℃。该区域放出的热量占焊接总热量的36%左右。
3）弧柱区
弧柱区是处于阴极区与阳极区中间的区域，焊接电流越大，弧柱中的电离程度就越高，弧柱温度也就越高。弧柱区的中心温度高达5 730～7 730 ℃，放出的热量占焊接总热量的21%左右。
2）阳极区
阳极区的作用是接受弧柱区流过来的电子流并向弧柱区提供正离子流。在阳极表面上的光亮辉点称为阳极斑点。阳极区的温度一般可达2 330～3 980 ℃，该区域放出的热量占焊接总热量的43%左右。
图2-5 电弧静特性曲线
（2）电弧的静特性
电弧稳定燃烧时，在电极材料、气体介质和弧长一定的条件下，焊接电流与电弧电压之间的关系称为电弧的静特性。表示焊接电流与电弧电压之间关系的曲线称为电弧静特性曲线，如图2-5所示。
由图2-5可知，电弧静特性曲线呈U形，故又称U形曲线。其中，ab段为下降特性区，bc段为平特性区，cd段为上升特性区。
下降特性区：焊接电压随着焊接电流的增加而减小。
平特性区：焊接电压不随焊接电流的变化而变化。
上升特性区：焊接电压随着焊接电流的增加而增大。
电弧电压通常是指阴极区、阳极区和弧柱区电压降之和。在一般情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比，当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随之上升。
在焊接过程中，因焊条偏心、气流干扰和磁场的作用，常会使焊接电弧的中心偏离焊条轴线，这种现象称为电弧偏吹。电弧偏吹不仅使电弧燃烧不稳定，飞溅加大，熔滴下落时失去保护容易产生气孔，还会因熔滴落点的改变而无法正常焊接，直接影响焊缝成形。
4. 焊接电弧的偏吹
（1）焊条偏心的影响
因焊条药皮厚薄不均匀，电弧燃烧时，焊条药皮熔化不均，电弧会偏向药皮薄的一侧，形成偏吹。所以施焊前应检查焊条的偏心度。
（2）气流的影响
由于焊接电弧是一个柔性体，气体的流动将会使电弧偏离焊条轴线方向。特别是大风中或狭小通道内的焊接作业，空气的流速快，会加剧电弧的偏吹。
（3）磁场的影响
在使用直流弧焊机施焊过程中，常会因焊接回路中产生的磁场在电弧周围分布不均而引起电弧偏向一边，形成偏吹。这种偏吹称为磁偏吹。只有在使用直流弧焊机时才会产生电弧磁偏吹，焊接电流越大，磁偏吹现象越严重。对于交流焊接电源来说，一般不会产生明显的磁偏吹现象。
为克服电弧偏吹，可采取以下措施：
① 在条件允许的情况下，尽可能使用交流弧焊电源焊接。
② 室外作业可用挡板遮挡大风或“穿堂风”，以对电弧进行保护。
③ 将连接焊件的地线同时接于焊件两侧，以减小磁偏吹。
④ 操作时出现电弧偏吹，可适当调整焊条角度，使焊条向偏吹一侧倾斜。这种方法在实际焊接时较为有效。此外，采用小电流和短弧焊接对克服电弧偏吹也能起到一定作用。
1. 焊前准备
① 备料：规格为180 mm×100 mm×10 mm的钢板一块。
② 焊条：E4304型，直径为 3.2 mm， 4.0 mm，150～200 ℃烘干，保温1～2 h，随焊随用。
③ 焊机：BX1-300型弧焊变压器或ZXG-300型整流弧焊机。
④ 辅助工具：石笔、钢板尺、钢丝刷、敲渣锤、电弧防护面罩、焊条烘干箱、焊条保温筒等。
（1）引弧的操作姿势
练习引弧操作时，一般采用蹲式操作。蹲姿要自然，两脚夹角为70°～85°，两脚距离约240～260 mm。持焊钳的胳膊半伸开，悬空无依托地操作，如图2-6所示。焊接时，一般右手正握焊钳，保持焊条与焊钳垂直。钳口平行于焊件，手腕向右侧倾斜，焊钳位于视线右侧以便观察熔池。
（a）蹲式操作姿势 （b）两脚的位置
图2-6 引弧的操作姿势
2. 操作要领
（2）引弧方法
引弧方法可分为划擦引弧法和直击引弧法两种。
（a）划擦引弧法
图2-7 引弧方法
① 划擦引弧法。先将焊条末端对准焊件，然后类似于擦火柴，手腕用力旋转，使焊条在焊件表面划擦（划擦长度以20 mm为宜），出现弧光后立即将焊条提起2～3 mm的高度以引燃电弧，如图2-7（a）所示。电弧引燃后，应保持电弧长度不超过所用焊条直径。
（b）直击引弧法
图2-7 引弧方法
② 直击引弧法。先将焊条垂直对准焊件，然后手腕向下用力，使焊条末端垂直碰击焊件，出现弧光后迅速将焊条提起2～3 mm，产生电弧后使电弧稳定燃烧，如图2-7（b）所示。
3. 操作过程
① 清理焊件表面的油污、铁锈、水分等污物，直至露出金属光泽。
② 定点引弧。首先在焊件上用石笔画直线，然后在直线的交点处用划擦法引弧。引弧后，焊成f13 mm的焊点后灭弧。这样不断重复操作，完成若干个焊点的引弧训练。
③ 引弧堆焊。首先在焊件的引弧位置用石笔画一个 13 mm的圆，然后用直击法在圆圈内撞击焊件引弧。电弧燃烧后，保持适当的电弧长度，在圆圈内作划圈动作2～3次后灭弧。待熔化的金属凝固冷却之后，再在焊点上面继续引弧，这样反复操作，直到凝固金属堆起约50 mm的高度为止。
进行引弧练习时应注意以下两点：
① 在引弧过程中，如果焊条与焊件粘在一起，且通过晃动不能取下焊条时，应该立即将焊钳与焊条脱离，待焊条冷却后，即可轻松地扳下焊条。
② 引弧前，如果焊条端部有药皮套筒，可用手（应戴手套）将套筒去除，以加快引弧的速度。
4. 注意事项
四、任务评价
本次任务的评分标准如表2-1所示。
表2-1 引弧的评分标准
序号 考核项目 考核内容及要求 配分 考核标准 得分
1 定点引弧 引弧落点准确 15 酌情扣分
不随意划伤焊件表面 10 酌情扣分
电弧长短适宜 15 酌情扣分
2 引弧堆焊 堆焊落点准确 15 酌情扣分
电弧燃烧时间控制得当 10 酌情扣分
电弧燃烧稳定 15 酌情扣分
达到堆焊尺寸50 mm 10 未达到不得分
3 安全文明生产 符合焊工安全文明生产规范 10 视违章情况扣分
指导教师意见 总分
弧焊机是为焊条电弧焊提供电源的设备。根据所输出电流性质的不同，弧焊机可分为直流弧焊机和交流弧焊机两大类。
（1）直流弧焊机
直流弧焊机为焊接电弧提供直流电流，其电弧燃烧稳定，焊接质量好，适用于重要零部件的焊接。根据直流电流来源的不同，直流弧焊机可分为整流式直流弧焊机和逆变式直流弧焊机。
1. 弧焊机
（2）交流弧焊机
交流弧焊机又称为弧焊变压器，一般可将220 V或380 V的交流电压降到较低的交流电压，其中，焊机空载电压为60～90 V，焊接时的工作电压为20～40 V。如图2-8（b）所示为BX1-300型交流弧焊机。其中，B表示弧焊变压器；X表示焊接电源外特性为下降；1表示该系列产品的序号；300表示额定的焊接电流，单位为安培。
（b）BX1-300型交流弧焊机
图2-8 常见的弧焊机
整流式直流弧焊机又称为整流弧焊机，它是通过整流器将交流电转变为直流电的弧焊机。整流弧焊机为焊接电弧输出直流电流，电弧燃烧稳定，焊缝质量较好，其内部结构简单，制造方便，工作时噪声比较小。如图2-8（a）所示为ZXG-300型整流弧焊机。其中，Z表示整流弧焊机，X表示焊接电源外特性为下降，G表示所用整流元件为硅材料；300表示额定焊接电流，单位为安培。
逆变式直流弧焊机将输入的交流电流在其内部经过多次转变并输出稳定的直流电流，具有高效节能、可调节性好、重量轻、体积小等特点。
（a）ZXG-300型整流弧焊机
图2-8 常见的弧焊机
电弧焊时，焊条（或焊丝）端部在电弧高温作用下熔化成的液态金属滴，通过电弧空间不断地向熔池中过渡的过程称为熔滴过渡。熔滴过渡对焊接过程的稳定性、焊缝成形、飞溅及焊接接头的质量有很大影响。
由于作用于液态金属熔滴上的作用力不同，熔滴过渡会出现不同的形式。
（1）熔滴过渡的作用力
熔滴过渡的作用力有熔滴的重力、表面张力、电磁压缩力、斑点压力和气体吹力。
2. 电弧焊的溶滴过渡
2）表面张力
液态金属像其他液体一样具有表面张力，表面张力会使熔化金属聚成球状。表面张力对平焊时的熔滴过渡起阻碍作用，但在仰焊等其他焊接位置时，表面张力有利于熔滴过渡。
1）熔滴的重力
任何物体都会因自身的重力而下垂。平焊时，金属熔滴的重力促进熔滴过渡。但立焊和仰焊时，熔滴的重力阻碍熔滴向熔池过渡。
3）电磁压缩力
根据电磁效应原理，焊丝及熔滴上受到由四周向指向中心的电磁压缩力的作用。焊接时，电磁力还会产生一个沿焊条纵向指向焊件的电场力。无论焊缝的空间位置如何，该电场力总是有利于溶滴向熔池过渡。
4）斑点压力
焊接电弧中的电子和正离子，在电场的作用下向两极运动，撞击两极的斑点而产生机械压力，这种力称为斑点压力。斑点压力总是阻碍熔滴过渡。
5）气体吹力
在焊条电弧焊时，无论焊缝的空间位置如何，气体的吹力均有利于熔滴过渡。
（2）熔滴过渡的形式
熔滴过渡的形式大致可分为滴状过渡、短路过渡和喷射过渡三种。其中，常用的过渡形式是短路过渡和喷射过渡。
1）滴状过渡
滴状过渡分为粗滴过渡和细滴过渡。当电流较小时，熔滴呈粗滴过渡形式；当电流较大时，熔滴过渡形式为细滴过渡。使用酸性焊条焊接时，熔滴过渡形式多为细滴过渡。
2）短路过渡
由于强烈过热和磁收缩的作用，焊条或焊丝端部的熔滴产生爆断，直接向熔池过渡，这种过渡形式称为短路过渡。使用碱性焊条手弧焊时，在大电流范围内，熔滴过渡形式可呈短路过渡或滴状过渡。
3）喷射过渡
熔滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式称为喷射过渡。喷射过渡的产生除要求一定的电流密度外，还必须有一定的电弧长度（电弧电压）。如果弧长太短（或电弧电压太低），无论焊接电流数值有多大，都不可能产生喷射过渡。
喷射过渡的过渡频率高，熔滴以极细的颗粒沿电弧轴线方向高速射向熔池，发出“咝咝”声。喷射过渡具有电弧稳定、飞溅小、焊缝成形美观等优点。
六、思考与练习
1．焊接电弧是如何形成的？
2．焊接电弧由哪几部分组成？
3．电弧电压与电弧长度的关系如何？
4．焊条电弧焊有哪几种引弧方法？
5．电弧的偏吹受哪些因素的影响？
6．电弧焊的熔滴过渡有哪几种形式？

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