焊接工艺2(焊工工艺学电子教案)

第一篇：焊接工艺2(焊工工艺学电子教案)

第三章：焊接电弧

电弧具有两个特性，即它能放出强烈的光和大量的热。电弧发出的光和热被广泛地应用于工业上，如电弧是所有电弧焊接方法的能源。到目前为止，电弧焊在焊接方法中其所以仍占据着主要地位，一个重要的原因就是因为电弧能有效而简便地把电能转换成熔化焊接过程所需要的热能和机械能。

为了认识和掌握电弧焊方法，首先必须弄清电弧的实质，掌握电弧的基础知识。本章就是从理论上对电弧的性质及作用进行分析，通过学习，使我们能把焊接电弧的知识应用到电弧焊焊接工作中去，从而达到提高焊接质量的目的。

第一节： 焊接电弧的引燃过程

一、焊接电弧的概念

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立即会产生明亮的电弧,电弧是一种气体放电现象。

我们在日常生活中经常可以看到气体放电现象，例如，每当我们切断电源的时候，在闸刀刚刚离开接触处的瞬间，往往会产生明亮的火花，这就是气体放电的现象。但它与焊接电弧相比较，焊接电弧不但能量大，而且连续持久。因此我们可以说：“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，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。

一般情况下，由于气体的分子和原子都是呈中性的，气体中几乎没有带电质点，因此气体不能导电，电流也通不过，电弧就不能自发地产生。要使气体呈现导电性必须使气体电离，气体电离后，原来气体中的一些中性分子或原子转变为电子、正离子等带电质点，这样电流才能通过气体间隙而形成电弧。

１．气体电离

气体和自然界的一切物质一样，电子是按一定的轨道环绕原子核运动，在常态下原子是呈中性的。但在一定的条件下，气体原子中的电子从外面获得足够的能量，就能脱离原子核的引力而成为自由电子，同时原子由于失去电子而成为正离子。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称为气体电离。

使气体电离所需要的能量称为电离电位（或电离功）。不同的气体或元素，由于原子构造不同，其电离电位也不同。

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。如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。

２．阴极电子发射

阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。

焊接时，气体的电离是产生电弧的重要条件，但是，如果只有气体电离而阴极不能发射电子，没有电流通过，那么电弧还是不能形成。因此阴极电子发射也和气体电离一样，两者都是电弧产生和维持的必要条件。

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也荷对它的静电引力。所加的能量越大，促使阴极产生电子发射作用就越强烈。电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为逸出功，电子逸出功的大小与阴极的成分有关。

焊接时，根据阴极所吸收的能量的不同，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。阴极发射电子后，又从焊接电源获得新的电子。

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。

实际上在焊接时，以上几种电子发射作用常常是同时存在，相互促进的，但在不同条件下，它们所起的作用可能稍有差异。例如，在引弧过程中，热发射和电场发射起着主要作用；电弧正常燃烧时，如采用熔点较高的材料（钨或碳等）作阴极，则热发射作用较显著；若用铜或铝等作阴极时，撞击发射和电场发射就起主要影响；而钢作阴极时，则和热发射、撞击发射、电场发射 都有关系。

二、焊接电弧的引燃过程

上面所讨论的气体电离及阴极电子发射，是电弧燃烧的必要条件，我们把开始造成两电极间气体发生电离及阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程叫电弧引燃。

电弧的引燃是先将通上焊接电源的焊条末端与焊件表面相接触，然后很快地将焊条拉开至与焊件表面距离 ３～４ ｍｍ的间隙，则电弧就在焊条与焊件的间隙中燃烧了。焊接时，为什么首先要将焊条与焊件相接触，然后很快拉开至 ３～４ ｍｍ电弧才能引燃呢？它的理论依据是什么呢？下面我们针对这个问题来进行分析。

当焊条末端与焊件表面相接触时，焊接回路就发生了短路，这时可使回路电流增大到最大值。另外，由于电极表面的不平整，因而在接触部分通过的电流密度非常大，根据焦耳·楞次定律2（Q=0.24ＩＲｔ）可以知道，由于电流的热作用，使接触部分的签属温度剧烈地升高而熔化，甚至部分发生蒸发而变成金属蒸气。当很快地提起焊条时，在焊条离开焊件的瞬间，强大的电流只能从熔化金属的细颈通过，由大电流密度而产生的热作用突然增大，使细颈部分液体金属的温度猛烈升高，甚至像“保险丝”气化爆裂那样，使两极液体金属迅速分开。由于短路时强大电流的热作用及金属蒸气的存在，促使焊条与焊件的间隙中气体温度增高，在热与电场的作用下，这些高温气体就会发生电离，这样，在焊条与焊件的气体间隙中就充满了带电粒子、电子及正离子，因此就具备了电弧在这里燃烧的条件。同时当焊条与焊件接触而发生短路时，数值很大的短路电流使电源电压急剧的降低，几乎达到零值。但是当焊条提起离开焊件的瞬间，焊接回路中的电流就急剧的减小。焊条与焊件之间的电股叵快的增高到能满足电弧燃烧所需要的电压值（一般为 １８～２４ Ｖ）。而且在电压恢复的瞬间，由于两极间电场强度很大，于是电场发射作用立即产牛，而热发射、撞击发射也随之产生。这样，在阴极不断发射电子和两极间气体微粒连续地发生电离和中和的过程，并在电场作用下，带电粒子各自作定向高速运动，电弧便引燃起来了。

在焊接过程中，电源电压由短路时的零值增到电弧复燃的电压值所需要的体可，称为电压恢复时间。电压恢复时间对于焊接电弧的复燃及焊接过程中电弧的稳定性具有重大的实际意义。这个时间长或短，是由弧焊机的特性来决定的。在电弧焊接时，对电压恢复时间要来越短越好，一般不超过 0.05s、如果电庄恢复时间太长，则电弧就不容易引燃并造成焊接过程不稳定。

焊接电弧引燃的顺利与否，还与如下几个因素有关：焊接电流强度、电弧中的电离物质。电源的空载电压及其特性等。如果焊接电流大，电弧中又存在容易电离的元素，电源的空载电压高时，则电弧的引燃就容易。

第二节：焊接电弧的构造及静特性

一、焊接电弧的构造及温度

焊接电弧的构造可划分三个区域；阴极区、阳极区、弧柱。电弧焊是利用电弧的热能来达到连接金属的目的。电弧的热能是由上述各个区域的电过程作用下产生的，由于各区域的电过程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的分布也是不相同的。

１、阴极区

-5-6电弧紧靠负电极的区域称为阴极区，阴极区很窄，约为１０～10ｃｍ。在阴极区的阴极表面有一个明显的光亮斑点，它是电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的微小区域。称为阴极辉点。

阴极区的温度一般达2130～3230℃，放出的热量占36％左右。阴极温度的高低主要取决于阴极的电极材料，而且阴极而温度一般都低于阴极金属材料的沸点，此外，如果增加电极中的电流密度，那么阴极区的温度也可以相应提高。

２、阳极区

-3-4电弧紧靠正电极的区域称为阳极区，阳极区较阻极区宽，约为10—10ｃｍ。在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域．称为阳极辉点。

阳极不发射电子，消耗能量少，因此在和阴极材料相同时，阳极区的温度略高于阴极，阳极区的温度一般达2330—3930℃，放出热量占43％左右。一般手工电弧焊时，阳极的温度比阴极的温度高些。

３、弧柱

电弧阴极区和阳极区之间的部分称为弧柱。由于阴极区和阳极区都很窄，因此弧柱的长度基本上等于电弧长度。弧柱中所进行的电过程较复杂，而且它的温度不受材料沸点的限制，因此弧柱的中心温度可达5730～7730℃。放出的热量占21％左右（手工电弧焊）。弧柱的温度与弧柱中气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。

以上是直流电弧的热量和温度分市情况·而交流电弧由于电源的极性是周期性地改变的（５０ ＨＺ），所以两个电极区的温度趋于一致（近似于它们的平均值）

４、电弧电压

电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压。当弧长一定时，电弧电压的分布如P41页图３—５所示。

电弧电压用下式表示：－。

Ｕ弧=Ｕ阴+Ｕ阳+Ｕ柱=Ｕ阴+Ｕ阳十bl弧 式中：Ｕ弧——电弧电压（Ｖ）；

Ｕ阴——阴极压降（Ｖ）。

Ｕ阳——阳极压降（Ｖ）；

Ｕ柱——弧柱压降（Ｖ）；

ｂ——单位长度的弧柱压降，一般为 ２０～４０ Ｖ／ｃｍ；

l弧——电弧长度（ｃｍ）。；

二、电孤的静特性

在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，一般也称伏—安特性。表示它们关系的曲线叫做电弧的静特性曲线。

１．电弧静特性曲线

电弧静特性曲线呈Ｕ形，它有三个不同的区域，当电流较小时．电弧静特性是属下降特性区，即随着电流增加电压减小；当电流稍大时，电弧静特性属平特性区，即电流大小变化，而电压几乎不变；当电流较大时，电弧静特性属上升特性区，电压随电流的增加而升高.２．焊接方法不同时的电弧静特性曲线

不同的电弧焊方法，在一定的条件下，其静特性只是曲线的某上区域。

（1）、手工电弧焊 手弧焊时，由于使用电流受到限制（手弧焊设备的额定电流值不大于500Ａ），故其静特性曲线无上升特性区。

（2）、埋弧自动焊 在正常电流密度下焊接时，其静特性为平特性区，采用大电流密度焊接时，其静特性为上升特性区。

（3）、钨极氩弧焊 一般在小电流区间焊接时，其静特性为下降特性区；在大电流区间焊接时，静特性为平特性区。

（４）、细丝熔化极气体保护焊 由于电流密度较大，所以其静特性曲线为上升特性区。在一般情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比地变化，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。

第三节： 焊接电源的极性、应用及电弧的稳定性

一、焊接电源的极性

在焊接过程中，直流弧焊发电机的两个极（正极和负极）分别接到焊件和焊钳上。从前一节电弧的构造及温度可知，当焊件或焊钳所接的正、负极不同测温度也相应不同。因此，在使用直流弧焊发电机时，应考虑选择电源的极性问题，以保证电弧稳定燃烧和焊接质量。

所谓电源极性就是在直流电弧焊或电弧切割时，焊件与电源输出端正、负极的接法，有正接和反接两种。所谓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，对于交流电焊机来说，由于电源的极性是交变的，所以不存在正接和反接。

二、焊接电没标性的应用

在选用焊接电源的极性时，主要应根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。在电弧构造这一节中，我们已知手弧焊时，当阳极和阴极的材料相同时，则阳极区的温度大于阴极区的温度。因此我们在使用酸性焊条（如Ｅ４３０３等）时，利用电源的不同极性接线法，来焊接不同要求的焊件。如焊接厚钢板采用酸性焊条时，可采用直流正接性，以获得较大的熔深；而在焊接薄钢板时，则采用直插足接性；可防止烧穿。若酸性焊条采用交流电焊机时，其熔深则介于直流正极性和反极性之间。

如果在焊接重要结构使用碱性低氢钠型焊条时，无论焊接厚板或薄板，均应采用直流反极性，因为这样可以减少飞溅现象和减少气孔倾向，并能使电弧稳定燃烧。

三、电弧燃烧的税定性

焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和磁偏吹等）的程度，电弧的稳定燃烧是保证焊接质量的一个重要因素，因此维持电弧稳定性是非常重要的。电弧不稳定的原因除焊工操作技术不熟练外，还与下列因素有关：

１、焊接电源的影响

（１）焊接电源的特性 焊接电源的特性是焊接电源以那种形式向电弧供电，如焊接电源的特性符合电弧燃烧的要求则电弧燃烧稳定。反之，则电弧燃烧不稳定。

（２）焊接电流的种类 采用直流电源焊接时，电弧燃烧比交流电源稳定。这是因为采用交流电源焊接时，电弧的极性是周期性变化的（50ＨＺ），就是每秒钟电弧的燃烧和熄灭要重复１００次，因此交流电源焊接时电弧没有直流电源时稳定。

（３）焊接电源的空载电压 具有较高空载电压的焊接电源不仅引弧容易，而且电弧燃烧也稳定。这是因为焊接电源的空载电压较高，电场作用强，电场作用下的电离及电场发射就强烈，所以电弧燃烧稳定。

２．焊接电流的影响

焊接电流大，电弧的温度就增高，则电弧气氛中的电离程度和热发射作用就增强，电弧燃烧也就越稳定。通过实验测定电弧稳定性的结果表明：随着焊接电流的增大，电弧的引燃电压就降低；随着焊接电流的增大，自然断弧的最大弧长也往大大。所以焊接电流越大。电弧燃烧越稳定。

３．焊条药皮的影响’

焊条药皮或焊剂中加入电离电位比较低的物质（如Ｋ、Ｎａ、Ｃａ的氧化物），能增加电弧气氛中的带电粒子，这样就可以提高气体的导电性，从而提高电弧燃烧的稳定性。

如果焊条药皮或焊剂中含有电离电位比较高的氟化物（ＣａＦ2）及氯化物（ＫＣl、ＮaCl）时，由于它们较难电离，因而降低了电弧气氛的电离程度，使电弧燃烧不稳定。

４、电弧长度的影响

电弧长度对电弧的稳定性也有较大的影响，如果电弧太长，电弧就会发生剧烈摇动，从而破坏了焊接电弧的稳定性，而且飞溅也增大。

５．其它影响因素

焊接处如有油漆、油脂、水分和锈层等存在时。也会影响电弧燃烧的稳定性，因此焊前做好焊件表面的清理工作十分重要。

焊条受潮或焊条药皮脱落，也会造成电弧燃烧不稳定。此外风大、气流、电弧们吹等均会造成电弧燃烧不稳定。

第四节 焊接电弧的偏吹

一、焊接电弧们吹的原因

在正常情况下焊接时，电弧的中心轴线总是保持着沿焊条电极的轴线的方向。随着焊条变换倾斜角度，电弧也跟着电极轴线的方向而改变。因此，我们利用电弧这一特性来控制焊缝成形。但有时在焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，使电弧中心偏离电极轴线的现象，这种现象称为电弧偏吹。

在焊接过程中，有时电弧偏吹的现象会引起电弧强烈的摆动甚至发生熄弧，不仅使焊接过程发生困难，而且影响了焊缝成形和焊接质量，因此焊接时应尽量减少或防止电弧偏吹现象。引起电弧偏吹的原因很多，一般归纳为以下几方面：

１、焊条偏心度过大

所谓焊条的偏心度是指焊条药皮沿焊芯直径方向偏心的程度，焊条偏心度过大了主要是焊条的质量问题。由于焊条药皮厚薄不均匀，药皮较厚的一边比药皮较薄的一边熔化时需吸收更多的热，因此药皮较薄的一边很快熔化而使电弧外露，迫使电弧往外偏吹（见图３—９）。在焊接时遇到这种情况，通常采用调整焊条倾斜角度（使偏吹方向转向熔池）的方法来解决，但如果焊条的偏心度过大时，仅依靠调整焊条倾斜角度是不能确保焊接质量的。因此，为了保证焊接质量，在焊条生产中对焊条的偏心度有一定的限制。

２．电弧周围气流的干扰

电弧周围气体的流动也会把电弧吹向一侧而造成偏吹。造成电弧周围气体剧烈流动的原

因是多方面的，有时是大气中的气流影响，有时是由于热对流的影响。例如：在露天大风中操作 或在狭窄焊缝处焊接时，电弧偏吹情况很严重，甚至使焊接过程发生困难；在管子焊接时，由于 空气在管子中流动速度较大，形成所谓“穿堂风”使电弧发生偏吹；在开坡口的对接接头第一层 焊缝的焊接时，如果接头间隙较大，往往由于热对流的影响也会使电弧发生偏吹现象。一般由 于气流干扰产生的偏吹，只要根据具体情况查明气流来源、方向，进行遮挡即可解决。

３．磁偏吹

直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹称为磁偏吹。它 是由于直流电所产生的磁场在电弧周围分布不均匀而引起的电弧偏吹。

造成电弧产生磁偏吹的因素主要有下列几种：

（１）接地线位置不正确引起的电弧偏吹 焊接时，由于接地线的位置不正确，使电弧周围 的磁场分布不均匀，从而造成电弧的偏吹（见图３—１０）。在图３—１０中，当焊接电流从接点 “十”流经焊件，通过电弧到焊条再进入接点“一”时，沿途产生的磁力线分布在电流通路的四 周，但电流流经焊件拐弯到电弧时，在电弧两侧的磁力线分布就极不均匀，电弧左侧（在接点方 向的一边）的磁力线较右侧的磁力线更密集，结果造成了电弧左侧的磁场大于右侧的磁场，使 电弧向磁场较小的右侧偏吹，从而产生磁偏吹现象。

（２）铁磁物质引起的电弧偏吹 由于铁磁物质（钢板、铁块等）的导磁能力远远大于空气，因此，当焊接电弧周围有铁磁物质存在时，在靠近铁磁体一侧的磁力线大部分都通过铁磁体形 成封闭曲线，使电弧同铁磁体之间的磁力线变得稀疏，而电弧另一侧磁力线就显得密集。

（３）焊条与焊件的相对位置不对称引起的电Ｎ价政 当在靠近焊件边缘处开始进行焊接时。经常会发生电弧偏吹，而当逐渐靠近焊作的中心时，则电弧的偏吹现象就逐渐减小或没有。这是由于在焊接焊缝起头时，焊条与焊件所处的位置不对称，造成电弧周围的磁场分布不平衡，再加上热对流的作用低产生电弧偏吹。

焊接电弧的磁偏吹与焊接电流有关，焊接电流越大，磁偏吹现象越严重，尤其是当采用300——400Ａ的直流电源焊接时，电弧偏吹的现象更为严重。

总之，产生电弧磁偏吹现象，只有在使用直流电源焊接时才会发生，而对交流电源来说一般不会产生明显的磁偏吹现象。

二、减少成防止焊接电弧们吹的方法：

焊接电弧偏吹会给焊接工作造成不少困难．还会使焊缝产生气孔、未焊透和焊偏等缺陷。因此必须根据电弧偏吹的规律，采取相应的措施加以克服或减少电弧偏吹的现象。下面介绍焊接工作中常用的几种克服电弧偏吹的措施：

1、焊接时，在条件许可的情况下尽量使用交流电源焊接。

2、在露天操作时，如果有大风则必须用挡板遮挡，对电弧进行保护。在管子焊接时，必须将管口堵住，以防止气流对电弧的影响。

3、在焊接间隙较大的对接焊缝时，可在接缝下面加垫板，以防止热对流引起的电弧偏吹。

４．在焊缝两端各加一小块附加钢板（引弧板及引出板），使电弧两侧的磁力线分布均匀并 减少热对流的影响，以克服电弧编吹。

５．采用短弧焊接，因为短弧时受气流的影响较小，而且在产生磁偏吹时．如果采用短弧焊接也能减小磁偏吹程度，因此采用短弧焊接是减少电弧偏吹的较好方法。

６．在操作时适当调整焊条角度，使焊条偏吹的方向转向熔池，这种方法在实际工作中应用得较为广泛。

７·适当地改变焊件上的接地线部位，尽可能使电弧周围的磁力线分布均匀，也能克服磁偏吹的接线方法。

此外。采用小电流焊接对克服磁偏吹也能起一定的作用。

以上这些方法，有的受到具体工作条件的限制，不便采用，有些只能减轻电弧的偏吹，所以在实际使用中应灵活运用一种或几种方法，以求得到更好的效果。

第五节： 焊条（或焊丝）的熔化及熔滴过渡

一、焊条（或焊丝）金属的熔化

１。焊条（或焊丝）金属的加热

熔化极电弧焊时，焊条（或焊丝）具有两个作用：它们既作为电极，熔化后又作为填充金属直接过渡到熔池。焊接时，加热并熔化焊条或焊丝的热量有：电阻热、电弧热。化学热。在一般情况下化学热仅占１％～３％，因此可忽略不计。

（１）电阻加热 当电流通过焊条或焊丝时，将产生电阻热。电阻热的大小决定于焊条（或焊丝）的伸出长度、电流密度和焊条（或焊丝）金属的电阻率。

从导电的接触点到焊条（或焊丝）末端的长度称为伸出长度，即通电部分的长度。伸出长度越大则通电的时间增加，电阻热加大。当电流密度增加，电阻热也加大。焊条（或焊丝）的电阻还决定于焊条（或焊丝金属本身的电阻率和直径。如不锈钢焊条的电阻率比低碳钢焊条大，因此在同样电流密度的条件下所产生的电阻热也大。同种材料的焊条（或焊丝）其直径越大，则电阻越小，相对产生的电阻热也就减小，过高的电阻热将给焊接过程带来不利的影响，如手弧焊时过高的电阻热将使焊条药皮在进入熔化前就发红变质，失去保护和冶金作用；自动焊时，过高的电阻热将使焊丝发生崩断而影响焊接。为了减少过高的电阻热所带来的不利影响，在焊接过程中采取的措施是：

１）限制焊条（或焊丝）的伸出长度一手弧焊时焊条不能过长，特别是在采用细直径焊条时，更要限制其长度。例如，直径5ｍｍ的焊条；其最大长度为 450ｍｍ由；而直径为 2.5ｍｍ的焊条，其最大长度为 300ｍｍ。但同样直径的不锈钢焊条，其长度还要短一些，如直径5ｍｍ的不锈钢焊条，长度为400 ｍｍ。埋弧自动焊及气体保护焊时，在焊接工艺参数的选择中对焊丝伸出长度都有一定的限制。

２）限制焊接电流密度值 对于一定直径的焊条（或焊丝），在生产中应根据工艺的要求选用合适的电流值，决不能单纯为了提高效率而选用过高的电流值。埋弧自动焊及CO2气体保护焊时，由于焊丝伸出长度比焊条长度短得多，所以同样直径的焊丝可以选用比手弧焊大得多的电流值，这样就大大地提高了生产率。不锈钢焊条由于本身材料的电阻率大，所以选用电流应比同样直径的碳钢焊条小一些。

（２）电弧加热 电弧产生的热量仅有一部分用来熔化焊条人或焊丝），大部分热量是用来熔化母材、药皮或焊剂，还有相当一部分热量消耗在辐射＞飞溅和母村传热上。

２．焊条（或焊丝）金属的熔化

焊条（或焊丝）金属受到电阻热和电弧热加热以后开始熔化。

二、熔滴过渡的作用力

熔滴是电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴。熔滴通过电弧 空间向熔池转移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的影响，因此了解这个问题对于掌握熔化极焊接工艺是很重要的。

金属熔滴向熔池过渡的形式，大致可分为三种，即粗滴过渡、短路过渡、喷射过渡。

为什么熔滴过渡会有上述这些不同的形式呢？这是由于作用于液体金属熔滴上的外力不同的缘故。在焊接时，采取一定的工艺措施，就可以改变熔滴上的作用力，也就使熔滴按人们所需要的过渡形式自焊条向熔池过渡。

１．熔滴的重力

任何物体都会因为本身的重力而具有下垂的倾向。平焊时，金属熔滴的重力起促进熔滴过渡的作用。但是在立焊或仰焊时，熔滴的重力阻碍了熔滴向熔池过渡，成为阻碍力。

２．表面张力

液体金属像其它液体一样具有表面张力卿液体在没有外力作用时，其表面积会尽量减小，缩成圆形。对液体金属来说，表面张力使熔化金属成为球形。

焊条金属熔化后，其液体金属并不会马上掉下来，而是在表面张力的作用下形成球滴状悬挂在焊条末端。随着焊条不断熔化，熔滴体积不断增大，直到作用在熔滴上的作用力超过熔滴与焊芯界面间的张力时，熔滴才脱离焊芯过渡到熔池中去。因此表面张力对平焊时的熔滴过渡并不利。

但表面张力在仰焊等其它位置的焊接时，却有利于熔滴过渡、其一是熔池金属在表面张力作用下，倒悬在焊缝上而不易滴落；其二，当焊条末端熔滴与熔池金属接触时，会由于熔池表面张力的作用，而将熔滴拉入熔池。表面张力越大焊芯末端的熔滴越大，表面张力的大小与多种因素有关，如焊条直径越大焊条末端熔滴的表面张力也越大，液体金属温度越高，其表面张力越小，在保护气体中加入氧化性气体（Ａｒ—Ｏ。、Ａｒ—ＣＯ。），可以显著降低液体金属的表面张力，有利 于形成细颗粒熔滴向熔池过渡。

３．电磁力

从电工学里我们知道，两根平行的载流导体若它们通过的电流方向相同，则这两根导体彼此相吸。使这两根导体相吸的力叫做电磁力，方向是从外向内。电磁力的大小与两根导体上的电流的乘积成正比，即通过导体的电流越大，电磁力越大。

在进行焊接时，我们可以把带电的焊丝及焊丝末端的液体熔滴看做是由许多载流导体组成的，这样，根据上述的电磁效应原理，不难理解，焊丝及熔滴上同样受有四周向中心的径向收缩力，因此称之为电磁压缩力。电磁压缩力使焊条的横截面具有缩小的倾向，电磁压缩力作用在焊条的固态部分是不起作用的，但是对焊条端部的液体金属来说却具有很大的影响，促使熔滴很快形成。在球形的金属熔滴上，电磁力垂直地作用其表面上，电流密度最大的地方将在熔滴的细颈部分，这部分也将是电磁压缩力作用最大的地方。因此随着颈部逐渐变细，电流密度增大，电磁压缩力也随之增 强，则促使熔滴很快地脱离焊条端部向熔池过渡，这样就保证了熔滴在任何空间位置都能顺利过渡到熔池。

在焊接电流较小或焊接电流较大的两种情况下，电磁压缩力对熔滴过渡的影响是不同的。焊接电流较小时，电磁力很小，这时，焊丝末端的液体金属主要受到两个力的影响，一个是表面张力，另一个是重力。因此，随着焊丝不断熔化，悬挂在焊丝末端的液体溶滴的体积不断增大，当体积增大到一定程度，其重力足以克服表面张力的时候，熔滴便脱离焊丝，在重力作用下落向熔池。这种情况下熔滴的尺寸往往是较大的，这种大熔滴通过电弧间隙时，常使电弧短路，产生较大的飞溅，电弧燃烧非常不稳。焊接电流较大时，电磁压缩力就比较大，相比之下，重力所起的作用就很小，液体熔滴主要是在电磁压缩力的作用下，以较小的熔滴向熔地过渡，而且方向性较强，不论是平焊位置或仰焊位置，熔滴金属在电磁压缩力作用下，总是沿着电弧轴线自焊丝向熔池过渡。

焊接时，一般焊条（或焊丝）上的电流密度都比较大，因此电磁力是焊接过程中促使熔滴过渡的一个主要作用力。在气体保护焊时，通过调节焊接电流的密度来控制熔滴尺寸，是工艺上的一个主要手段。

焊接时电弧周围的电磁力，除了上述的作用以外，还能产生另外一种作用力，这就是由于磁场强度分布不均匀而产生的力。因为焊条金属的电流密度大于焊件的电流密度，因此在焊条上所产生的磁场强度要大于焊件上所产生的磁场强度，因此产生了一个沿焊条纵向的电场力。它的作用方向是由磁场强度大的地方（焊条）指向磁场强度小的地方（焊件），所以无论焊缝的空间位置如何，始终是有利于熔滴向熔池过渡的。

４．极点压力

在焊接电弧中的带电微粒主要是电子和正离子，由于电场的作用，电子向阳极运动，正离子向阴极运动，这些带电粒子撞击在两极的辉点上，便产生了机械压力，这个力称为极点压力。它是阻碍熔滴过渡的力，在直流正接时，阻碍熔滴过渡的是正离子的压力。反接时，阻碍熔滴过渡的是电子的压力。由于正离子比电子的质量大，所以正离子流的压力要比电子流的压力大。因此，反接时容易产生细颗粒过渡，而正按时则不容易，这就是极点压力不同的缘故。

５．气体的吹力

在手工电弧焊时，焊条药皮的熔化稍增落后于焊芯的熔化，在药皮的末端形成一小段尚未熔化的“喇叭”形套管，套管内有大量的药皮造气剂分解产生的气体及焊芯中碳元素氧化生成的ｃｏ气体，这些气体因加热到高温，体积急剧膨胀，并顺着未熔化套管的方向，以挺直（直线的）而稳定的气流冲击，把熔滴吹到熔池中去。不论焊缝的空间位置怎样，这种气流都将有利于熔滴金属的过渡。

三、熔滴的过渡形式

金属熔滴向熔池过渡根据其形式不同，大致可分为三种，即粗滴过渡、短路过渡、喷射过 渡。

１．粗滴过渡

当电弧长度超过一定值时，熔滴依靠表面张力的作用可以保持在焊条（或焊丝）端部自由长大，当促使熔滴下落的力（如重力、电磁力等）大于表面张力时，熔滴就离开焊条（或焊丝）自由过渡到熔池，而不发生短路。

粗滴过渡就是熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形式，由于粗滴过渡飞溅大，电弧不稳定，不是焊接工作所希望的。在焊接过程中熔滴尺寸的大小与焊接电流、焊丝成分、药皮成分有关。

２．短路过渡

焊条（或焊丝）端部的熔滴与熔池短路接触，由于强烈过热和磁收缩的作用使其爆断，直接向熔池过渡的形式称为短路过渡。

短路过渡能在小功率电弧下（小电流，低电弧电压），实现稳定的金属熔滴过渡和稳定的焊接过程，适合于薄板或需低热输入的情况下的焊接。

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，熔滴的尺寸随着焊接电流的增大而减小，在弧长一定时，当焊接电流增大到一定数值后，即出现喷射过渡状态。这里需要强调指出的是产生喷射过渡除了要有一定的电流密度外，还必须要有一定的电弧长度（电弧电压）。如果电弧电压太低（弧长太短），不论电流数值有多大，也不可能产生喷射过渡。

喷射过渡的特点是熔滴细，过渡频率高，熔滴沿焊丝的轴向以高速向熔池运动，并具有电弧稳定、飞溅小、熔深大、焊缝成形美观、生产效率高等优点。

第四章 手工电弧焊工艺

手工电弧焊是熔化焊中最基本的一种焊接方法，手工电弧焊接电极材料的不同可分为熔化极手工电弧焊和非熔化极手工电弧焊（如手工钨极气体保护焊）两种。熔化极手工电弧焊（简称手工电弧焊）使用的设备简单、操作方便、灵活，适应各种条件下的焊接，因此是各生产部门应用最广的一种焊接方法。虽然各种自动化的焊接方法在生产中不断推广使用，但对一些结构形状复杂、零件小、焊缝短或弯曲的焊件，如果采用自动化焊接就较困难，而必须采用手工电弧焊来完成。因此无论在国内外，手工电弧焊目前仍然是焊接工作中的主要方法之一。

第一节 焊接接头型式和焊缝形式

一、焊接接头型式

用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称接头），焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。在手工电弧焊中，由于焊件的厚度、结构的形状及使用条件不同，其接头型式及坡口形式也不相同。根据国家标准ＧＢ９８５—８０规定，焊接接头的基本型式可分为：对接接头、T型接头、角接接头、搭接接头四种。有时焊接结构中还有一些其它类型的接头型式，如十字接头、端接接头、卷边接头、套管接头、斜对接接头、锁底对接接头等。

１．对接接头

两焊件端面相对平行的接头称为对接接头，对接接头在焊接结构中是采用最多的一种接头型式。

根据焊件的厚度、焊接方法和坡口准备的不同，对接接头可分为：

1）I形坡口 当钢板厚度在６ｍｍ以下，一般不开坡口，只留ｌ～２ｍｍ的根部间隙，但这也不是绝对的，在有些重要的结构中，当钢板厚度大于３ｍｍ时要求开坡口。所谓坡口就是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工出一定几何形状的沟槽。

２）开坡口的对接接头 开坡口就是用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程。将接头开成一定角度叫坡口角度，其目的是为了保证电弧能深入接头根部，使接头根部焊透，以便于清除熔渣获得较好的焊缝成形，而且坡口能起到调节焊缝金属中母材和填充金属比例的作用。钝边（焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分）是为了防止烧穿，但钝边的尺寸要保证第一层焊缝能焊透。根部间隙（焊前，在接头根部之间预留的空隙）也是为了保证接头根部能焊透。板厚大于６ｍｍ的钢板，为了保证焊透，焊前必须开坡口。坡口形式分为：

１）V形坡口 钢板厚度为７～４０ｍｍ时，采用Ｖ形坡口。Ｖ形坡口有Ｎ形坡口、钝边Ｖ形坡口、单边Ｖ形坡口、带钝边单边Ｖ形坡口四种，V形坡口的特点是加工容易，但焊后焊件易产生角变形。

２）双Ｖ形坡口 钢板厚度为 １２～６０ ｍｍ时可采用双Ｙ形或双Ｖ形坡口，也称 Ｘ形坡口，Ｘ形坡口与Ｖ形坡口相比较，具有在相同厚度下，能减少焊着金属量约二分之一，焊件焊后变形和产生的内应力也小些。所以它主要用于大厚度及要求变形较小的结构中。

３）U形坡口 Ｕ形坡口有带钝边Ｕ形坡口、双Ｕ形坡口带钝边、带钝边Ｊ形坡口，当钢板厚度为 ２０～６０ ｍｍ时，采用带钝边Ｕ形坡口，当厚度为４０～６０mm时采用双Ｕ形坡口带钝边。

Ｕ形坡口的特点是焊着金属量最少，焊件产生的变形也小，焊缝金属中母材金属占的比例也小。但这种坡口加工较困难，一般应用于较重要的焊接结构。

２．Ｔ形接头

一焊件之端面与另一焊件表面构成直角不同广度钢板对接的厚度近似直角的接头，称为Ｔ形接头。Ｔ形接头在焊接结构中被广泛地采用，特别是造船厂的船体结构中，约７０％的焊缝是这种接头形式。按照焊件厚度和坡口准备的不同,T形接头可分为不开坡口、单边Ｖ形Ｋ形及带钝边双Ｊ形四种形式。

Ｔ形接头作为一般联系焊缝，钢板厚度在２～３０ｍｍ时，可采用不开坡口，它不需要较精确的坡口准备。若Ｔ形接头的焊缝要求承受载荷坝ｕ应按照钢板厚度和对结构强度的要求，可分别选用单边Ｖ形、带钝边双单边Ｖ形或带钝边双Ｊ形等坡口形式，使接头能焊透，保证接头强度。

３．角接接头

00两焊件端面问构成大于３０，并小于１３５夹角的接头，称为角接接头。

角接接头一般用于不重要的焊接结构中。根据焊件厚度和坡口准备的不同，角接接头可分为I形坡口、单边ｖ形坡口、带钝边ｖ形坡口及带钝边双单边ｖ形坡口四种形式，但开坡口的角接接头在一般结构中较少采用。

４．搭接接头

两焊件部分重叠构成的接头称为搭接接头。搭接接头根据其结构形式和对强度的要求不同，可分为不开坡口、塞焊缝或槽焊缝，不开坡口的搭接接头，一般用于１２ｍｍ以下钢板，其重选部分为３～５倍板厚，并采用双面焊接。这种接头的装配要求不高，也易于装配，但这种接头承载能力低，所以只用在不重要的结构中。

当遇到重叠钢板的面积较大时，为了保证结构强度，可根据需要分别选用圆孔塞焊缝和长孔槽焊缝的接头型式。这种型式特别适合于被焊结构狭小处及密闭的焊接结构，塞焊缝和糟焊缝的大小和数量要根据板厚和对结构的强度要求而定。

５．坡口的选择原则

上述各种接头形式在选择坡口型式时，应尽量减少焊缝金属的填充量，便于装配和保证焊接接头的质量，因此应考虑下列几条原则：

（１）是否能保证焊件焊透；

（２）坡口的形状是否容易加工；

（３）应尽可能地提高生产率、节省填充金属；（４）焊件焊后变形应尽可能小。

二、焊经形式

焊缝是焊件经焊接后所形成的结合部分，焊缝按不同分类的方法可分为下列几种形式：

１．按焊缝在空间位置的不同可分为平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。

２．按焊缝结合形式不同可分为对接焊缝、角焊缝及塞焊缝三种形式。

３．按焊缝断续情况可分为：

（１）定位焊缝 焊前为装配和固定焊件接头的位置而焊接的短焊缝，称为定位焊缝。

（２）连续焊缝 沿接头全长连续焊接的焊缝。

（３）断续焊缝 沿接头全长焊接具有一定间隔的焊缝，称为断续焊缝。它又可分为并列断续焊缝和交错断续焊缝。断续焊缝只适用于对强度要求不高，以及不需要密闭的焊接结构。

第二节：焊缝符号表示法

在图样上标注焊接方法、焊缝型式和焊缝尺寸的符号称为焊缝符号（焊缝代号）。焊缝符号表示法国家标准为ＧＲ３２４－８８。标准等效采用国际标准ＩＳＯ２５５３－８４（焊缝在图样上的符号表示法》。

焊缝符号一般由基本符号与指引线组成。必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。

一、符号 １．基本符号

基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，见表４—２。

２．辅助符号

辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，见表４—３。表４—３ 辅 助 符 号

３．补充符号

补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表４—５。补充符号的应用示例见表４—６。

二、符号在目样上的位置１．基本要求

完整的焊缝表示方法除了上述基本符号、辅助符号、补充符号以外，还包括指引线、一些尺寸符号及数据。

指引线一般由带有箭头的指引线

ｒ（简称箭头线）和两条基准线（一条为实线，另一条为虚线）两部分组成，如图

４一９所示。

２·箭头线和接头的关系

箭头线和接头的关系是，当焊缝在箭头线所指的一侧（箭头侧）为接头的箭头侧（见图４一１０ａ）；当焊缝在箭头线所指的一侧的背面（非箭头侧）为接头的非箭头侧（见图４—１０ｂ）。

第二篇：焊接工艺3(焊工工艺学电子教案)

３、箭头线的位置

箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，但是在标注 Ｖ、Ｙ、J形焊缝时，箭头线应指向带有坡口一侧的工件。必要时，允许箭头线弯折一次。４、基准线的位置

基准线的虚线可以画在基准线的实线下侧或上侧。基准线一般应与图样的底边相平行，但在特殊条件下亦可与底边相垂直。５、基本符号相对基准线的位置

为了能在图样上确切地表示焊缝的位置，特将基本符号相对基准线的位置作如下规定：

（1）如果焊缝在接头的箭头侧，则将基本符号标在基准线的实线侧。（2）如果焊缝在接头的非箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线侧。（3）标对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线。

三、焊缝尺寸符号及其标注位置

１、一般要求

（１）基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据，这些尺寸符号见表４—７。

（２）焊缝尺寸符号及数据的标注原则。

１）焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号的左侧；

２）焊缝长度方向尺寸，标在基本符号的右侧；

３）坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸，标在基本符号的上侧或下侧；

４）相同焊缝数量符号，标在尾部（国际标准ＩＳＯ２５５３对相同焊缝数量及焊缝段数未作明确区分，均用ｎ表示）；

５）当需要标注的尺寸数据较多又不易分辨时，可在数据前面增加相应的尺寸符号。

当箭头线方向变化时，上述原则不变。

第三节：焊接工艺参数

焊接工艺参数（焊接规范），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、线能量等）的总称。

手工电弧焊的焊接工艺参数通常包括。焊条选择、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数等。焊接工艺参数选择得正确与否，直接影响焊缝的形状、尺寸、焊接质量和生产率，因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产上不可忽视的一个重要问题。

一、焊条的违择 １、焊条牌号的选择

焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定。在焊缝金属中填充金属约占50％～７０％。因此，焊接时应选择合适的焊条牌号，才能保证焊缝金属具备所要求的性能。否则，将影响焊缝金属的化学成分、力学性能和使用性能。

2、焊条直径的选择

为了提高生产率，应尽可能选用较大直径的焊条，但是用直径过大的焊条焊接，会造成未焊透或焊缝成形不良。因此必须正确选择焊条的直径，焊条直径大小的选择与下列因素有关：

（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。

（２）焊缝位置 在板厚相同的条件下焊接平焊缝用的焊条直径应比其它位置大一些，立焊最大不超过 ５ ｍｍ，而仰焊、横焊最大直径不超过４ ｍｍ，这样可造成较小的熔池，减少熔化金属的下淌。

（３）焊接层数 在进行多层焊时，如果第一层焊缝所采用的焊条直径过大，会造成因电弧过长而不能焊透，因此为了防止根部焊不透，所以对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 搭接接头人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。

二、焊拨电流的选择

焊接时，流经焊接回路的电流称为焊接电流。焊接电流的大小是影响焊接生产率和焊接质量的重要因素之一。

增大焊接电流能提高生产率，但电流过大易造成焊缝咬边、烧穿等缺陷，同时增加了金属飞溅，也会使接头的组织产生过热而发生变化；而电流过小也易造成夹渣、未焊透等缺陷，降低焊接接头的力学性能，所以应适当地选择电流。焊接时决定电流强度的因素很多，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。但是主要的是焊条直径、焊缝位置和焊条类型。１、根据焊条直径选择

焊条直径的选择是取决于焊件的厚度和焊缝的位置，当焊件厚度较小时，焊条直径要选小些，焊接电流也应小些，反之则应选择较大直径的焊条。焊条直径越大，熔化焊条所需要的电弧热量也越大，电流强度也相应要大。

焊接电流只是一个大概数值，在实际生产中，焊工一般都凭自己的经验来选择适当的焊接电流。先根据焊条直径算出一个大概的焊接电流，然后在钢板上进行试焊。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：

（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。

２．根据焊缝位置选择

相同焊条直径的条件下，在焊接平焊缝时，由于运条和控制熔池中的熔化金属都比较容易，因此可以选择较大的电流进行焊接。但在其它位置焊接时，为了避免熔化金属从熔池中流出，要使熔池尽可能小些，所以电流相应要比平焊小一些。

３．根据焊条类型选择

当其它条件相同时，碱性焊条使用的焊接电流应比酸性焊条小些，否则焊缝中易形成气孔。

三、电弧电压的选择

手工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；电弧短，电弧电压低。

在焊接过程中，电弧不宜过长，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．焊缝有效厚度小，容易产生咬边、未焊透、焊缝表面高低不平整、焊波不均匀等缺陷。

３．对熔化金属的保护差，空气中氧、氮等有害气体容易侵入，使焊缝产生气孔的可能性增加，使焊缝金属的力学性能降低。

因此在焊接时应力求使用短弧焊接，在立、仰焊时弧长应比平焊时更短一些，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下淌。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些，以利于电弧的稳定和防止气孔。所谓短弧一般认为应是焊条直径的０．５～１．０倍。

四、焊接速度

单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。焊接过程中，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。

如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，力学性能降低，同时使变形量增大。当焊接较薄焊件时，则易烧穿。如果焊接速度过快，熔地温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。

焊接速度直接影响焊接生产率，所以应该在保证焊缝质量的基础上，采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以保证在获得焊缝的高低和宽窄一致的条件下，提高焊接生产率。

五、焊接层数

在焊件厚度较大时，往往需要多层焊。对于低碳钢和强度等级低的普低钢的多层焊时，每层焊缝厚度过大时，对焊缝金属的塑性（主要表现在冷弯角上）稍有不利的影响。因此对质量要求较高的焊缝，每层厚度最好不大于 ４～５ ｍｍ。

根据实际经验：每层厚度约等于焊条直径的０．８～１．２倍时，生产率较高，并且比较容易操作

手工电弧焊时的焊接工艺参数可参阅P72页表４—１１。表中的数据仅供参考，焊接时应根据具体工作条件和焊工技术熟练程度合理选用。

上述各项焊接工艺参数，在选择时，不能单以一个参数的大小来衡量对焊接接人的影响，因为单以一个参数分析是不全面的。例如，焊接电流增大，虽然热量增大，但不能说加到焊接接头的热量也大，因为还要看焊接速度的变化情况。当焊接电流增大时，如果焊接速度也相应增快，则焊接接头所得到的热量就不一定大，故对焊接接头的影响就不大。因此焊接工艺参数的大小应综合考虑，即用线能量来表示。

所谓线能量，是指熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。电弧焊时，焊接能源是电弧。根据焊接电弧可知，焊接时是通过电弧将电能转换为热能，利用这种热能来加热和熔化焊条和焊件的。如果将电弧看作是把全部电能转为热能时，则电弧功率可由下式表示： ｑ。＝ＩhUh 大中ｑ；；——电弧功率，即电弧在单位时间内所释放出的能量（Ｊ／s）；

Ｉh——焊接电流（Ａ）；

Uh—一电弧电压（Ｖ）。

实际上电弧所产生的热量不可能全部都用于加热熔化金属，而总有一些损耗，例如飞溅带走的热量，辐射、对流到周围空间的热量，熔渣加热和蒸发所消耗的热量等。所以电弧功率中一部分能量是损失的，只有一部分能量利用在加热焊件上。

各种电弧焊方法的有效功率系数，在其它条件不变的情况下，均随电弧电压的升高而降低，因为电弧电压升高即电弧长度增加，热量辐射损失增多，因此有效功率系数，值降低。

当焊接电流大，电弧电压高时，电弧的有效功率就大。但是这并不等于单位长度的焊缝上所得到的能量一定多，因为焊件受热程度还受焊接速度的影响。例如用较小电流，小焊速时，焊件受热也可能比大电流配合大焊速时还要严重。显然，在焊接电流、电压不变的条件下，加大焊速，焊件受热减轻。

焊接工艺参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的工艺参数，如降低焊接电流，增大焊接速度等，都可以减少热影响区尺寸。不仅如此，从防止过热组织和晶粒粗化角度看，也是采用小参数比较好。

当焊接电流增大或焊接速度减慢使焊接线能量增大时，过热区的晶粒尺寸粗大，韧性降低严重；当焊接电流减少或焊接速度增大，在硬度强度提高的同时，韧性也要变差。因此，对于具体钢种和具体焊接方法存在一个最佳的焊接工艺参数。例如图中２０Ｍｎ钢（板厚１６ ｍｍ、堆焊），在线能量ｑ／ｖ—３００００ Ｊ／cｍ左右，可以保证焊接接头具有最好的韧性，线能量大于或小于这个理想的数值范围，都引起塑性和韧性的下降。

以上是线能量对热影响区性能的影响。对于焊缝金属的性能，线能量也有类似的影响。对于不同的钢材，线能量最佳范围也不一样，需要通过一系列试验来确定恰当的线能量和焊接工艺参数。此外还应指出，仅仅线能量数据符合要求还不够，因为即使线能量相同，其中的Ｉh、Ｕh、v的数值可能有很大的差别，当这些参数之间配合不合理时，还是不能得到良好的焊缝性能。例如在电流很大，电弧电压很低的情况下得到窄而深的焊缝；而适当地减小电流，提高电弧电压则能得到较好的焊缝成形，这两者所得到焊缝性能就不同。因此应在参数合理的原则下选择合适的线能量。

第四节： 预热、后热、焊后热处理及提高手弧焊生产率的途径

一、预热

1、预热的作用

预热能降低焊后冷却速度。对于给定成分的钢种，焊缝及热影响区的组织和性能取决于冷却速度的大小。对于易淬火钢，通过预热可以减小淬硬程度，防止产生焊接裂纹。另外，预热可以减小热影响区的温度差别，在较宽范围内得到比较均匀的温度分布，有助于减小因温度差别而造成的焊接应力。

由于预热有以上良好作用，在焊接有淬硬倾向的钢材时，经常采用预热措施。但是，对于铬镍奥氏体钢，预热使热影响区在危险温度区的停留时间增加，从而增大腐蚀倾向。因此，在焊接铬镍奥氏体不锈钢时，不可进行预热。

２．预热温度的选择

焊件焊接时是否需要预热，预热温度的选择，应根据钢材的成分、厚度、结构刚性、接头型式、焊接材料、焊接方法及环境因素等综合考虑，并通过可焊性试验来确定。

３．预热方法

预热时的加热范围，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７５～１００ｍｍ范围内应保持一个均热区域，测温点应取在均热区域的边缘。如果采用火焰加热，测温最好在加热面的反面进行。除火焰加热外，还可用工频感应加热、红外线加热等方法加热。在刚度很大的结构上进行局部预热时，应注意加热部位，避免造成很大的热应力。

二、后热

１．后热的作用

焊后将焊件保温缓冷，可以减缓焊缝和热影响区的冷却速度，起到与预热相似的作用。对于冷裂纹倾向性大的低合金高强度钢等材料，还有一种专门的后热处理，也称为消氢处理；即在焊后立即将焊件加热到２５０～３５０Ｃ温度范围，保温２～６ｈ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中的氢含量，防止产生冷裂纹。消氢处理的加热温度较低，不能起到松弛焊接应力的作用。对于焊后要求进行热处理的焊件，因为在热处理过程中可以达到除氢目的，不需要另作消氢处理。但是，焊后若不能立即热处理而焊件又必须及时除氢时测需及时作消氢处理，否则焊件有可能在热处理前的放置期间内产生裂纹。例如，有一台大型高压容器，焊后探伤检查合格，但因焊后未及时热处理，又未进行消氢处理，结果在放置期间内产生了延迟裂纹。当容器热处理后进行水压试验时，试验压力未达到设计工作压力，容器就发生了严重的脆断事故，使整台容器报废。

２．后热的方法

后热的加热方法、加热区宽度、测温部位等要求与预热相同。

三、焊后热处理

１．焊后热处理的目的和种类

焊后热处理是将焊件整体或局部加热保温，然后炉冷或空冷的一种处理方法，可以降低焊接残余应力，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。最常用的焊后热处理是在６００～６５０℃范围内的消除应力退火，并低于人；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稳定化处理等。消除应力退火的加热温度一般为６００～６５０Ｃ，对于含钒低合金钢，在６００～６２０Ｃ左右加热时，塑性和韧性下降，应在５５０～５９０℃下进行消除应力退火。消除应力退火的保温时间一般根据板厚确定，每毫米厚度 1~2ｍｉｎ，最短不少于 ３０ ｍｉｎ，最多不超过 ３ ｈ。

铬钥耐热钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等材料，焊后在６５０～７６０Ｃ不同温度范围内回火处理，主要起改善组织和性能及降低焊接残余应力的作用。

２、焊后热处理的方法

1）整体加热处理 将焊件置于加热炉中整体加热处理，可以得到满意的处理效果。焊件进炉和出炉时的温度应在３００Ｃ以下，在３００Ｃ以上的加热和冷却速度与板厚有关。对于厚壁容器，加热和冷却速度为５０～１５０Ｃ巾，整体处理时炉内最大温差不得超过50℃。如果焊件太长分成二次处理时，重叠加热部分应在1.5m以上。

２）局部热处理 对于尺寸较长不便整体处理，但形状比较规则的简单筒形容器、管件等，可以进行局部热处理。局部热处理时，应保证焊缝两侧有足够的加热宽度。

局部热处理常用火焰加热、红外线加热、工颇感应加热等加热方法。

一般在下列情况要考虑焊后热处理：

１）母村金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向较大的普遍低合金钢。

２）处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，特别在脆性转变温度以下使用的压力容器。

３）承受交变载荷工作，要求疲劳强度的构件。

４）大型受压容器。

５）有应力腐蚀和焊后要求几何尺寸较稳定的焊接结构。

四、提高手弧焊生产率的途径

提高焊接生产率从二方面着手，一方面应积极研究与推广优质高效的焊接方法；另一方面，就是设法提高手弧焊接生产率。

目前提高手弧焊生产率的途径主要是：研制高效率焊条和专用焊条；采用特殊工艺措施或使手弧焊半机械化及减少辅助时间等。

１．采用高效率焊条和专用焊条

1）高效率铁粉焊条“高效率铁粉焊条在国外已普遍使用，我国目前生产的这类焊条牌号有Ｔ4323（结422铁）、Ｔ5018（结506铁）等。它们分别是在钛钙型和低氢型焊条药皮的基础上加入25％～40％的铁粉。因药皮中含有较多的铁粉，焊接时铁粉向焊缝过渡，使焊条的熔敷速度（熔焊过程中，单位时间内熔敷在焊件上的金属量）和熔敷效率（溶敷金属量与熔化的填充金属量的百分比）都大大提高。同时铁粉的加入，使焊条具有较好的导电、导热性能，故可采用较大的焊接电流。“铁粉焊条的熔敷效率可达一般焊热敷效率的１３０％～２５０％，我国Ｔ4323的熔敷效率是Ｔ4303的 135％。用这种焊条焊角焊缝时，其焊脚比同直径的一般焊条大，直径为5—8ｍｍ的铁粉焊条，单道焊缝焊脚可达７～10ｍｍ，这样可以减少焊接层次，大大提高了生产率。此外，这种焊条脱渣性好、飞溅小、焊缝成形好，可全位置焊接。

（２）立向下焊专用焊条 生产中立焊焊缝大都是自下而上进行焊接，为了防止熔化金属下淌，熔池尺寸必须加以限制，因此电流只能用得很小，生产率极低。六十年代末发展了一种立向下焊专用焊条。我国生产的Ｅ5018就是立向下焊专用焊条，焊条为铁粉低氢型。这种电焊条最大的工艺特点是立焊位置由上向下施焊，熔渣较少，渣凝固快，熔渣和铁水无下淌现象，电弧燃烧稳定，熔渣容易去除，焊缝成形美观，熔深适中，焊接电流和平焊时电流相近，因而可显著提高立焊生产率。

２．高效率重力焊接法

它是高效率铁粉焊条和重力焊装置相结合的一种半机械化焊接法。滑轨式重力焊采用的焊条是重力焊专用焊条，它比普通铁粉焊条粗而长，目前我国一般采用直径为5—5.8ｍｍ。长度为 700～800 ｍｍ（国外重力焊焊条直径达8.5 ｍｍ，长度为 900～1000ｍｍ）。为了使焊接时通电后焊条能自行起弧，在焊条头上涂有专门供引弧用的涂料。

滑轨式重力焊装置的作用是模仿手工焊的动作，即保证焊条随着其熔化自动下送，并能沿着焊接方向均匀移动。它主要由专用焊钳、滑轨、连接板、磁铁、底座及焊接电缆支架等组成。

焊接时，将重力焊装置与立板靠紧，由于底座上磁铁作用，装置能牢固地吸在预定位置上，随后将焊条插入焊钳内并使焊条头抵住接缝处，接通电流后，能自动引弧。随着焊条的熔化，专用焊钳在重力作用下沿着滑轨以固定角度下滑，而逐渐形成焊缝。当焊条将熔化完时，焊钳也已滑到滑轨下端圆弧形弯头处，该弯头能使焊钳上挠，起自动熄灭电弧的作用。调节滑轨与水平板之间、焊条与滑轨之间的夹角，可以改变一根焊条所能焊得的焊缝长度和截面尺寸。这种重力焊，由于设备简单，采用长而粗的高效即条，一人可以同时管理几个焊接工作位置，所以生产率比手工焊高３～５倍，大大减轻了焊工劳动强度。目部它主要用于焊接直线形的平角焊缝。

重力焊在日本已被广泛使用于造船工业，我国造船厂也已推广使用。

３．单面焊双面成形

为了保证焊缝根部焊透和获得正反两面均好的焊缝成形，一般焊件都需进行双面焊，这样不但焊接工时较长，而且有的结构不能任意翻转，势必带来大量封底仰焊缝，有时由于焊接位置狭小，甚至无法进行封底焊，这给焊接生产带来了一家困难

手工单面焊双面成形法，是一种强制反面成形的焊接方法。它借助于在接缝处反面衬上一块紫铜板而达到反面成形的目的。

为了保证焊缝反面焊透和外形美观，要求不留钝边的Ｖ型玻口，如焊件极厚在 １２～２０ｍｍ的范围内，要求焊件接缝反面平直，以便保证铜垫板能贴紧。焊接时将紫铜垫板用托架固定在焊缝反面。

底层焊缝是反面成形的关键，但是选用的焊接电流不宜过大，如直径为4mm的焊条，焊接电流约在 150～170为宜。运条时，摆动不宜过大，焊条向焊接方向倾0斜30左右，采用短弧焊接。为了保证焊缝连接处质量，更换焊条应迅速，在焊缝热态下连接。这种焊接工艺可大大提高劳动生产率和减轻焊工劳动强度。此外，合理组织焊接生产，采用装配焊接夹具等均能提高焊接生产率。

第五节：手工堆焊及补焊

一、手工堆焊技术

堆焊主要用来修复机械设备工作表面的磨损部分和金属表面的残缺部分，以恢复原来的尺寸，或堆焊成耐磨、耐蚀的特殊金属表面层。

堆焊时必须根据不同要求选用不同的焊条．修补用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，以适应机件的工作需要。

不同堆焊工件和堆焊焊条要采用不同的堆焊工艺，才能获得较满意的堆焊质量。堆焊前，对堆焊处的表面必须仔细地清除杂物、油脂等后，才能开始堆焊。在堆焊第二条焊道时，必须熔化第一条焊道的１／３～１／２宽度，这样才能使各焊道间紧密的连接，并能防止产生夹渣和未焊透等缺陷。

当进行多层堆焊时，由于加热次数较多，且加热面积又大，所以焊件极易产生

0变形，甚至会产生裂纹。这就要求第二层焊道的堆焊方向与第一层互相成90，同时为了使热量分散，还应注意堆焊顺序。

轴堆焊时，可采用纵向对称堆焊和横向螺旋形堆焊，堆焊时必须注意变形量。堆焊时，还需注意每条焊缝结尾处不应有过深的弧坑，以免影响堆焊层边缘的成形。因此应采取将熔池引到前一条堆焊缝上的方法。

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，有时也将焊件放成倾斜位置用上坡焊堆焊。为了满足堆焊后焊件表面机械加工的要求，应留有一定厚度（３～５mｍ）的加工量。

二、铸钢作缺陷和裂纹的焊补技术

１．铸钢件缺陷的焊补

铸钢件的缺陷一般有两种：即明缺陷，焊接时电弧能直接作用到整个缺陷表面；另一种是暗缺陷，焊接时只能在局部缺陷上进行焊补。修补缺陷时，除了要遵守堆焊的规则外，还应特别注意焊前缺陷处的清洁修整工作，必须使缺陷完全显露出来，并要露出新的金属光泽，同时坡口不应有尖锐的形状，以防止产生未焊透、夹渣等缺陷。

明缺陷的焊补是将缺陷表面清除干净，用Ｔ5015焊条按照堆焊的方法，把缺陷填满即可。如果铸钢件较大，为了防止产生裂纹，可在焊补处进行局部预热300～350℃。

焊补暗缺陷时，必须认真地修整缺陷，除去妨碍电弧进入的金属，待缺陷完全暴露且清除干净后进行，焊补方法与明缺陷相同。

２．裂纹的焊补

焊补前应彻底检查、分析裂纹部分，然后将裂纹诊成一定的坡口形式，坡口底部不要呈尖角状。为了避免在凿削过程中，裂纹受震动而蔓延，凿削前应在裂纹的两端技直径为10～15ｍｍ的小孔。裂纹的焊补一般采用Ｔ5015焊条，焊后的焊缝强度和塑性均能满足多求。在焊接过程中还要注意焊接顺序，并根据具体情况，在焊接前还可以将焊补处进行局部预热300～350℃，同时适当敲击焊缝处，以消除局部应力，防止产生新的裂纹。

第五章 焊 条

焊条是涂有药皮的并供手弧焊用的熔化电极，它由药皮和焊芯两部分组成。近几十年来焊接技术迅速发展，各种新的焊接工艺方法不断涌现，焊接技术的应用范围也越来越广泛。但是手工电弧焊仍然是焊接工作中的主要方法，根据资料统计，手工电弧焊的焊条用钢约占焊接材料用钢（包括焊条及各种自动焊焊丝的总和）的６０％～８０％，这充分说明手工电弧焊在焊接工作中占有重要地位。

手工电弧焊时，焊条既作为电极，在焊条熔化后又作为填充金属直接过渡到熔池，与液态的母材熔合后形成焊缝金属。因此，焊条不但影响电弧的稳定性，而且直接影响到焊缝金属的化学成分和力学性能。为了保证焊缝金属的质量，必须对焊条的组成、分类、牌号及选用、保管知识有较深刻的了解。第一节： 焊条的组成及作用

0 焊条是由焊芯（金属芯）和药皮组成。在焊条前端药皮有45左右的倒角，这是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长1／16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条直径（实际上是指焊芯直径）通常为２、2.5、3.2ｍｍ或３、４、５、5.8ｍｍ（或６ｍｍ）等几种，常用的是Φ3.2、Φ４、Φ５三种，其长度“Ｌ”一般在 250～450ｍｍ之间。

一、焊芯

焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯，焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。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。

手弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属的５０％～７０％。所以焊芯的化学成分，直接影响焊缝的质量。因此，做焊芯用的钢丝都是经特殊冶炼的，并规定了它的牌号与成分，这种焊接专用钢丝，用作制造焊条，就是焊芯。如果用于埋弧自动焊、电渣焊、气体保护焊、气焊等熔焊方法作填充属时则称为焊丝。

１．焊芯中各合金元素对焊接质量的影响

（１）碳：碳是钢中的主要合金元素，当合碳量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳是一种良好的脱氧剂，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响，低碳钢焊芯的含碳量一般＜0.1％。

（２）锰：锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性不断提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0.30％～0.55％，焊接某些特殊用途的钢丝，其合标量高达1.70％～2.10％。

（３）硅：硅也是一种较好的合金剂，在钢中加人适量的硅能提高钢的强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性，在焊接过程中，硅具有比锰还强的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。过多的二氧化硅，还能增加焊接熔化金属的飞溅，因此焊芯中的含硅量越少越好，一般限制在0.03％以下。

（４）铬：铬对钢来说是一种重要合金元素，用它来冶炼合金钢和不锈钢，能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬，从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流动性降低，因此焊芯中的含铅量限制在0.20％以下。

（５）镍：镍对低碳钢来说，是一种杂质。因此焊芯中的含镍量要求小于0.30％。镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当渗入一些镍。

（６）硫：硫是一种有害杂质，它能使焊缝金属力学性能降低，硫的主要危害是随着硫含量的增加，将增大焊缝金属的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0.04％。在焊接重要结构时，硫含量不得大于0.03％。

（７）磷：磷是一种有害杂质。它能使焊缝金属力学性能降低，磷的主要危害是使焊缝产生冷脆现象，随着磷含量的增加，将造成焊缝金属的韧性，特别是低温冲击韧性下降，因此焊芯中磷含量不得大于0.04％。在焊接重要结构时，磷含量不得大于0.03％。

２．焊芯的分类及用号

（１）焊芯的分类 焊芯是根据国家标准“焊接用钢丝”（ＧＢ１３００－７７）的规定分类的，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。

（２）焊芯牌号的含义 焊芯的牌号前用“焊”字注明，以表示焊接用钢丝，它的代号是“Ｈ”，即“焊”字汉语拼音的第一字母，其后的牌号表示法与钢号表示方法一样。末尾注有“高”字（字母用A表示），说明是高级优质钢，含硫、磷量较低（不大于0.030％）；末尾注有“特”字（字母用“Ｅ”表示），说明是特级钢材，其含硫、磷量更低（不大于0.025％）；末尾未注字的，说明是一般钢，含硫、磷量不大于0.04％。

二：药皮

压涂在焊芯表面上的涂料层称为药皮。焊条药皮在焊接过程中起着极为重要的作用，若采用无药皮的光焊条焊接，则在焊接过程中，空气中的氧和氮会大量侵人熔化金属，将金属铁和有益元素碳、硅、锰等氧化和氮化形成各种氧化物（如FeO）和氮化物（如FeＮ），并残留在焊缝中，造成焊缝夹渣或裂纹。而熔入熔池的气体可能使焊缝产生大量气孔。这都使焊缝的力学性能（强度、冲击值等）大大降低，同时使焊缝变脆。此外用光焊条焊接，电弧很不稳定，飞溅严重，焊缝成形很差。

人们发现在光焊条外面涂一薄层由白要等物组成的药皮，能使电弧燃烧稳定，这种焊条叫薄药皮焊条，由于其焊缝质量仍很差，目前已很少采用。随着工业发展，现已广泛应用优质厚药皮焊条。生产实践证明，焊芯和药皮二者之间要有一个适当的比例，这个比例就是焊条药皮与焊芯（不包括夹持端）的重量比，称为药皮的重量系数（Ｋ。）。Ｋ。值一般在４０％～６０％左右。

药皮在焊接过程中起着复杂的冶金反应和物理、化学变化，基本上克服了光焊条在焊接时出现的问题，所以说药皮也是决定焊缝金属质量的主要因素之一。

１．焊条药皮的作用（１）机械保护作用

1）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，基本上把熔化金属和空气隔绝开来。这些气体中绝大部分是还原性气体（ＣＯ、H2等），能在电弧区和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。

２）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。

（２）冶金处理渗合金作用 通过熔渣与熔化金属冶金反应，除去有害杂质（如氧、氢、硫、磷）和添加有益的合金元素，使焊缝获得合乎要求的力学性能。

药皮虽然具有机械保护作用，但液态金属仍不可避免地要受到少量空气侵入并氧化，此外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。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），使焊缝的力学性能降低。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力学性能。

（３）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。

在焊接电弧这一章中，我们已知道要保证电弧能正常、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100～250℃），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，药皮稍晚一些熔化。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，并可减小飞溅，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力学性能，并使焊条具有良好的焊接工艺性能。

２．焊条药皮的组成

焊条药皮是由各种矿物类、铁合金和金属类、有机物类及化工产品（水玻璃类）等原料组成。焊条药皮的组成的成分相当复杂，一种焊条药皮的配方中，组成物有七、八种之多。按其在焊接过程中所起的作用通常分为：

（１）稳弧剂 稳弧剂的主要作用是改善焊条引弧性能和提高焊接电弧稳定性。我们知道，凡能使气体电离电位（电离势）降低的物质，都能提高电弧的稳定性。所以一般多采用碱金属及碱土金属的化合物，如钾、钠、钙的化合物。因为钾、钠、钙等元素的电离电位均很低（4.33～6.10ｅＶ），当焊条药皮里含有这些低电离势的物质后，能改善电弧空间气体电离的条件，即使电弧的导电性能增强，使焊接电流易于通过电弧空间，因而大大增加了焊接电弧的稳定性。常用的稳弧剂有碳酸钾、碳酸钠、钾硝石、水玻璃及大理石或石灰石、花岗石、长石、钛白粉等。

（２）造渣剂 造渣剂的主要作用是能形成具有一定物理、化学性能的熔渣，产生良好的机械保护作用和冶金处理作用。焊接熔渣好比炼钢炉的炉渣，没有炉渣就炼不出优质钢，同样，没有焊接熔渣，也就不可能有优质焊缝金属。这类药皮组成物能熔成一定密度的熔渣浮于液体金属表面，使之不受空气侵入，并具有一定的粘度和透气性及与熔池金属进行必需的冶金反应的能力，保证焊缝金属的质量和成形美观，如钛铁矿、赤铁矿、金红石、长石、大理石、花岗石、萤石、菱苦土、锰矿、钛白粉等。它们在一定的配方下，能获得具有一定性能的熔渣。

（３）造气剂 造气剂的主要作用是造成保护气氛，同时也有利于熔滴过渡。这类组成物有碳酸盐类矿物，如大理石、菱镁矿、白云石等。有机物，如木粉、纤维素、淀粉等。

碳酸盐类矿物在电弧高温条件下能分解出大量的二氧化碳气体。有机物类组成物一般都是碳、氢、水等的化合物，只要温度达２５０Ｃ以上时，它们就要分解解出的一氧化碳和氢气均属还原性气体，特别是一氧化碳，能有效地保护焊缝金属．”

（４）脱氧剂 脱氧剂的主要作用是对熔渣和焊缝金属脱氧。在焊接过程中，若金属熔池被氧气侵人，便会使合金元素烧损，铁被氧化，不仅影响焊缝质量，还会造成气孔，因而必须脱氧。焊缝金属的脱氧方法很多，用脱氧剂脱氧是其中一种，它是利用熔融在焊接熔渣里某种与氧亲和力比铁大的元素，通过在熔渣及熔化金属内进行的一系列冶金反应来达到脱氧的目的。常用的脱氧剂有锰铁、硅铁、铝铁、钛铁、石墨等。

（５）合金剂 合金剂的主要作用是向焊缝金属中掺入必要的合金成分，以补偿已经烧损或蒸发的合金元素和补加特殊性能要求的合金元素。常用的合金剂有铬、铝、锰、硅、钛、钨、钒的铁合金和金属铬、锰等纯金属。

（６）稀释剂 稀释剂的主要作用是降低焊接熔渣的粘度，增加进渣的流动性。如萤石能与熔渣中其它成分形成ＣａＯ·ＳiＯ2·ＣａＦ共晶（熔点为1130℃），可降低熔渣的粘度。常用稀涤剂有萤石、长石。钛铁矿、钛白粉、金红石、锰矿等。

（７）粘结剂 粘结剂的主要作用是将药皮牢固地粘结在焊芯上。常用的粘结剂是水玻璃，也可用树胶类物质。

（８）增塑剂 增塑剂的主要作用是改善涂料的塑性和滑性，使之易于用机器压涂在焊芯上，如云母、白泥、钛白粉等。

由上述可见，焊条药皮中的许多物质，往往同时可起几种作用。例如。大理石既有稳弧作用，又是造气剂和造渣剂。某些铁合金（如锰铁、硅铁）既可作脱氧剂，又可作合金剂。粘结剂水玻璃（含钾与钠）实际上还起到稳弧和造渣作用。

第二节： 焊条药皮的类型及焊条的分类

一、焊条药在的类型

为了适应各种工作条件下材料的焊接，对于不同的焊芯和焊缝的要求，必须有一定特性的药皮。因此，各种焊条药皮是由不同数量及用途的矿物、铁合金、化工材料，有的还有有机物混合组成。根据药皮材料中主要成分的不同焊条药皮可分为各种不同的类型。药皮类型不同，焊条的操作工艺性能和其它性能及特点也不同。如焊芯牌号相同，涂的药皮类型不同，则焊条的性能也不同。

手工电弧焊焊条的药皮主要分为下列八种类型：

１、钛型

药皮中以氧化钛为主要组成物（ＴiＯ2量约35％以上）的焊条，称为钛型焊条。这类药皮电弧燃烧稳定，再引弧容易，熔深较浅，易于脱渣，飞溅少，焊波特别美观，适用于全位置焊接，特别适用薄板焊接。但焊缝金属塑性和抗裂性能较差。焊接电源为交直流两用。

２、钛钙型

药皮中含有30％以上氧化钛及小于20％钙或镁的碳酸盐矿石的焊条，称为钛钙型焊条。这类药皮使电弧燃烧较稳定，熔渣流动性良好，熔深一般，脱渣容易，飞溅少，焊波美观，适用于全位置焊接。焊接电源为交直流两用。

３、钛铁矿型

药皮中含有30％以上钛铁矿的焊条，称为钛铁矿型焊条。这类药皮熔渣流动性良好，电弧稍强，熔深较深，渣覆盖良好，脱渣容易，飞溅一般，焊波整齐，适用于全位置焊接。焊接电源为交直流两用。

４、氧化铁型

药皮中含有多量氧化铁及较多锰铁作脱氧剂的焊条，称为氧化铁型焊条。这类药皮熔化速度快，焊接生产率较高，电弧燃烧稳定，再引弧容易，熔深较深，飞溅稍多，最适宜中厚板的平焊工作，立焊和仰焊操作性能较差，而焊缝金属抗裂性较好。焊接电源为交直流两用。

５、纤维素型

药皮中含有15％以上有机物和30％左右氧化钛的焊条，称为纤维素型焊条。这类药皮焊接时，有机物在电弧区分解产生大量气体，保护熔化金属。这种焊条具有电弧强，熔深深，熔化速度快、熔渣少，脱渣容易，飞溅一般，适用于全位置焊接，特别适宜于立焊和仰焊，也可进行向下立焊，并可作深熔焊接，同时可用作多层焊或单面焊打底焊时采用。焊接电源为交直流两用。

６．低氢钠型和低氢钾型

药皮主要由碳酸盐及氟化物等碱性物质组成的焊条。正确使用时，熔敷金属中扩散氢的含量低于规定值，称为低氢型焊条。这类药皮熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较高，脱渣较难，适用于全位置焊接，具有良好的抗裂性能和力学性能，气孔敏感性较强，所以对焊件坡口清理要求及药皮干燥要求严格。焊接时要求采用短弧，焊接电流比酸性焊条要小些。

低氢钠型采用直流反极性焊接电源；低氢钾型由于药皮在低氢钠型的基础上增加适量的稳弧剂，因此可采用交直流电源。

７、石墨型

药皮中含有较多量的石墨，使焊缝金属获得较高的游离碳或碳化物。采用低碳钢芯的石墨型药皮焊条，一般焊接工艺性能较差，飞溅较多，烟雾较大，熔渣极少。这种焊条只适用于平焊工作。采用有色金属芯的石墨型药皮，一般焊接工艺性能较好，飞溅极少，熔深较浅，熔渣少，适用于全位置焊接。石墨型药皮焊条引弧容易，药皮强度较差。此外，由于抗裂性较差和焊条尾部容易发红，故施焊时一般采用小工艺参数为宜。通常这类药皮用于配制部分铸铁焊条和堆焊焊条。焊接电源为交流或直流。

８、盐基型

这类药皮主要由氯化物和氟化物组成。由于药皮吸潮性较强，焊前焊条必须烘干。并且有熔点低，熔化速度快的特点。这种焊条焊接工艺性能较差，焊接时要求电弧很短。熔渣具有一定的腐蚀性，要求焊后仔细清除干净。一般采用残甲基纤维素作粘结剂，通常用于配制铝及铝合金焊条。焊接电源为直流。

在上述各种类型药皮的基础上，若药皮中含有３０％以上的铁粉，按照基本类型不同，分别称作铁粉ＸＸ型，例如铁粉低氢钾型。在钢焊条药皮中加入铁粉后，有改善工艺性能和提高熔敷效率的优点，但铁粉加入量较多的焊条，不能适于立焊或仰焊操作。

对钢焊条来说，由于在钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型及纤维素型的焊条药皮中所含强碱性氧化物较少，而酸性氧化物较多，故一般将这五种类型药皮的焊条称为酸性焊条。而低氢钠型和低氢钾型焊条药皮中含有较多的大理石和萤石，碱性较强，故称为碱性焊条。

二、焊条的分类

１．按焊条的用途分

（１）低碳钢和低合金高强度钢焊条（简称结构钢焊条）这类焊条的熔敷金属，在自然气候环境中具有一定的力学性能。

（２）钼和铬钼耐热钢焊条 这类焊条的熔敷金属，具有不同程度的高温工作能力。

（3）不锈钢焊条 这类焊条的熔敷金属，在常温、高温或低温中具有不同程度的抗大气或抗腐蚀性介质腐蚀的能力和一定的力学性能。

（４）堆焊焊条 这类焊条为用于金属表面层堆焊的焊条，其熔敷金属在常温或高温中具有一定程度的耐不同类型磨耗或腐蚀等性能。

（５）低温钢焊条 这类焊条的熔敷金属，在不同的低温介质条件下，具有一定的低温工作能力。

（６）铸铁焊条 这类焊条是指专用作焊补或焊接铸铁用的焊条。

（７）镍及镍合金焊条 这类焊条用于镍及镍合金的焊接、焊补或堆焊。某些焊条也可用于铸铁焊补、异种金属的焊接。

（８）铜及铜合金焊条 这类焊条用于铜及铜合金的焊接、焊补或堆焊。某些焊条也可用于铸铁焊补、异种金属的焊接。

（９）铝及铝合金焊条 这类焊条用于铝及铝合金的焊接、焊补或堆焊。２．按焊条药皮熔化后的熔渣特性分

（ｌ）酸性焊条 其熔渣成分主要是酸性氧化物（ＳiＯ

2、ＴiＯ

2、Ｆe2O3）及其它在焊接时易放出氧的物质，药皮里的造气剂为有机物。

此类焊条药皮里有各种氧化物，具有较强的氧化性，促使合金元素氧化；同时电弧气氛中的氧电离后形成负离子与氢离子有很大的亲和力，生成氢氧根离子（ＯＨ）从而防止氢离子溶入液态金属里，所以这类焊条对铁锈不敏感，焊缝很少产生由氢引起的气孔。酸性熔渣的脱氧不完全，同时不能有效地清除焊缝中的硫、磷等杂质，故焊缝金属的力学性能较低，一般用于焊接低碳钢和不太重要的钢结构中。

（２）碱性焊条 其熔渣的成分主要是碱性氧化物（如大理石、萤石等），并含有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂，焊接时大理石（CaCO3分解产生的CO2作为保护气体。由于焊条的脱氧性能好，合金元素烧损少，焊缝金属合金化效果较好。由于电弧中含氧量低，如遇焊件或焊条存在铁锈和水分时，容易出现氢气孔。在药应中加人一定量的萤石（CaＦ2），在焊接过程中与氢化合生成氟化氢（ＨＦ），具有去氢作用。但是萤石不利于电弧的稳定，必须采用直流反极性进行焊接。若在药皮中加入稳定电弧的组成物碳酸钾等，便可使用交流电源。

碱性熔渣的脱氧较完全，又能有效地消除焊缝金属中的氢和氧，合金元素烧损少，所以焊缝金属的力学性能和抗裂性均较好，可用于合金钢和重要碳钢结构的焊接。

三、焊条型号的统制方法

１．按国家标准规定碳钢焊条型号的编制方法

（１）字母“Ｅ”表示焊条。

（２）前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为；×10MPa。

（３）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（平、立、横、仰焊），“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。

（４）第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型，见P91页表５—２。２．按国家标准规定低合金钢焊条型号的编制方法 低合金钢焊条型号Ｅ××××的编制方法与碳钢焊条相同。但焊条型号后面有短划“—”与前面数字分开，后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号，其中Ａ表示碳—钼钢焊条；B表示铬—钼 钢焊条；C表示镍—钢焊条；ＮＭ表示镍—钼钢焊条；D表示锰—钼钢钢焊条；Ｇ、Ｍ或Ｗ表示其它低合金钢焊条，字母后的数字表示同一等级焊条中的编号。如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。

３．按国家标准规定不锈钢焊条型号的编制方法

（1）字母“Ｅ”示焊条。

（２）熔敷金属合碳量用℃”后的一位或二位数字表示，具体含意为：“00”表示合碳量不大于0.4％；“０”表示合碳量不大于0.10％；“1”表示含碳量不大于0.15％；“２”表示含碳量不大于0.20％；“３”表示合碳量不大于0.45％。

（３）熔敷金属合铬量近似值的百分之几表示，并以短划“一”与表示含碳量的数字分开。

（４）熔敷金属合镍量以近似值的百分之几表示，并以短划“一”与表示含铬量的数字分开。

（５）若熔敷金属中含有其它重要合金元素，当元素平均含量低于1.5％时，型号中只标明元素符号，而不标注具体含量；当元素平均含量等于或大于1.5％、2.5％、3.5％„、·。时，一般在元素符号后面相应标注２、３、４．„··等数字。

（６）焊条药皮类型及焊接电流种类皮焊条型号后面附加如下代号表示：后缀1５表示焊条为碱性药皮，适用于直流反接焊接；后缀１６表示焊条为碱性或其它类型药皮，适用于交流或直流反接焊接。

第三节：焊条的选用及制造过程

一、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、力学性能、焊接性、工作环境（有无腐蚀介质，高温或是低温）等要求、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。

在选用焊条时应注意下列原则：

１．考虑焊件的力学性能、化学成分

（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，唯在焊接结构刚性大，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达不到要求。

（２）在焊条的强度确定后再决定选用酸性还是碱性焊条时，主要取决于焊接结构具体形状的复杂性，钢材厚度的大小（即刚性大小），焊件载荷的情况（静载还是动载和钢材的抗裂性及得到直流电源的难易等。一般来说，对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝都应选用碱性焊条。当受某种条件限制而无法清理低碳钢焊件坡口处的铁锈、油污和氧化皮等赃物时，应选用对铁锈、油污和氧化皮敏感性小，抗气孔性能较强的酸性焊条。

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。

２．考虑焊件的工作条件及使用性能

（1）对于工作环境有特定要求的焊件，应选用相应的焊条、如低温钢焊条，水下焊条等。

（２）对珠光体耐热钢，一般选用与钢材化学成分相似的焊条或根据焊件的工作温度来选取。

３．考虑简化工艺、提高生产率、降低成本

（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。为了保证焊工的身体健康，在允许的情况下应尽量多采用酸性焊条。

二、焊条的检验

１．焊接检验 通过焊接来检验焊条质量好坏。质量好的焊条，施焊时电弧燃烧极为稳定，焊芯和药皮熔化均匀，飞溅很少，焊缝成形好，脱渣容易。

２．药皮强度检验 将焊条平举ｌm高，自由落到光滑的厚钢板上，如药皮无脱落现象，即证明药皮强度合乎质量要求。

３．外表检验

药皮表面应光滑细腻，无气孔和机械损伤，药皮不偏心，焊芯无锈蚀现象。

４．理化检验

当焊接重要焊件时，应对焊缝金属进行化学分析和力学性能复验，以检验焊条质量。

５．鉴别焊条变质的方法

（１）将焊条数根放在手掌内互相滚击，如发出清脆的金属声，即为干燥的焊条；如有低沉的沙沙声，则为受潮的焊条。

（２）将焊条在焊接回路中短路数秒，如药皮表面出现颗粒状斑点，则为受潮焊条。

（３）受潮焊条的焊芯上常有锈痕。

0（４）对于厚药皮焊条，缓慢弯曲至 120，如有大块涂料脱落或涂料表面毫

0无裂纹，都为受潮焊条。干燥焊条在轻弯后，有小的脆裂声，继续弯至120，在药皮受张力的一面有小裂口出现。

（５）焊接时如药皮成块脱落或产生多量水汽而有爆裂现象，说明是受潮的焊条。

受潮的焊条，若药皮脱落，应予报废．虽受潮但并不严重。可以待干燥后再用。一般焊条的焊芯有轻微锈点，焊接时基本也能保证质量，但对于重要工程用的低氢型焊条，生锈后则不能使用。

三、焊条的制运过程

焊条的制造工艺包括以下几个过程：。

１．焊芯的准备：除锈、拔丝、切断等。

２．药应组成物的制备、配料和拌粉、轧粉（粉碎各种矿石和铁合金）、水玻璃的熔炼、按配方要求配料拌匀。

３．压涂。

４．烘焙及包装。

第六章 焊接冶金基础

钢材的熔焊，一般都要经历如下过程：加热一熔化一冶金反应一结晶一固态相变—形成接头。可见熔化焊时所经历的过程是很复杂的。

熔焊时，在熔化金属、熔渣、气相之间进行一系列化学冶金反应，如金属的氧化、还原、脱硫等，这些冶金反应将直接影响焊缝金属的化学成分、组织和性能，因此控制冶金过程是提高焊接质量的重要措施之一。而且，焊接条件是快速连续冷却，使焊缝金属的结晶和相变具有各自的特点，并且有可能在这些过程中产生偏析、夹杂、气孔及裂缝等缺陷。因此控制和调整焊缝金属的结晶和相变过程是保证焊接质量的又一关键。

第一节： 焊接化学冶金过程

焊接化学冶金是在焊接过程中通过冶金处理的方法，消除焊缝金属中的有害杂质，增加焊缝金属中某些有益的合金元素，从而保证焊缝金属的各种性能。

一、焊接化学冶金过程的特点

１．温度高及温度梯度大

焊接电弧的温度很高，一般可达到6000～8000℃，使使金属剧烈蒸发，电弧周围的气体CO2、N2、O2等大量分解。

分解后的气体原子或离子很容易溶解在液态金属中，随着温度下降溶解度也降低，如果来不及析出，易造成气孔。

熔池温差大，熔池的平均温度在2000℃以上，并被周围的冷却金属所包围，温度梯度大，两者温差相当大。因此，使焊件产生内应力并引起变形，严重者还产生裂纹。

２．熔池体积小，熔池存在时间短

焊接熔池的体积极小，手工电弧焊时熔池的质量通常是0.6～16g。同时,加热及冷却速度很快，由局部金属开始熔化形成熔池，到结晶完了的全部过程一般只有几秒钟的时间，而温度又在急剧变化，因此整个冶金反应常常达不到平衡。在很小的金属体积内化学成分就有较大的不均匀性，形成偏析。

３．熔池金属不断更新

在焊接时，由于熔池中参加反应的物质经常改变，不断有新的铁水及熔渣加入到熔池中参加反应，增加了焊接冶金的复杂性。

４．皮应接触面大、搅拌激烈

焊接时，熔化金属是以滴状从焊条端部过渡到熔池的，因此熔滴与气体及溶渣的接触面就大大超过了一般炼钢的情况。接触面大可以加速反应进行，但同时气体侵入液体金属中的机会也增多了，使焊缝金属易产生氧化、氮化及气孔。此外熔池搅拌激烈有助于加快反应速度，也有助于熔池中气体的逸出。

二、气体与金属的作用

在焊接过程中，熔池周围充满着各种气体，这些气体主要来自以下几个方面：焊条药皮或焊剂中造气剂产生的气体；来自周围的空气；焊芯、焊丝和母材在冶炼时残留的气体；焊条药皮或焊剂未烘干在高温下分解成的气体；母材表面未清理干净的铁锈、水分、油、漆等，在电弧作用下分解出的气体。这些气体都不断地与熔他金属发生作用，有些还进入到焊缝金属中去，其主要成分为ＣＯ、ＣＯ

2、Ｈ

2、Ｏ

2、Ｎ

2、Ｈ2Ｏ及少量的金属与熔渣的蒸气，气体中以Ｏ

2、Ｎ

2、H2。对焊缝的质量影响最大。

１．氧与焊缝金属的作用

焊接区的氧气主要来自电弧中氧化住气体（ＣＯ

2、Ｏ

2、Ｈ2Ｏ等）、药皮中的高价氧化物和焊件表面的铁锈、水分等的分解产物。氧在电弧高温作用下分解为原子，原子状态的氧比分子状态的氧更活泼，能使铁和其它元素氧化。其中ＦeO能溶解于液体金属，由于有ＦeO存在，还使其它元素进一步氧化。

由于氧化的结果，使焊缝中有益元素大量烧损，氧化的产物一般上浮到熔渣中去，有时也会以夹杂形式存在于焊缝中。焊缝金属中的含氧量增加，使它的强度极限、屈服点、塑性和冲击韧性降低，尤以冲击韧性降低更为明显。此外，还使焊缝金属的抗腐蚀性能降低，加热时有晶粒长大趋势，冷脆的倾向增加。

氧与碳、氢反应，生成不溶于金后的气体ＣＯ和Ｈ2Ｏ，若这种反应是在结晶温度时进行的，那么，由于熔池已开始凝固CＯ和Ｈ2Ｏ不能顺利逸出，便形成气孔。

由于氧有这些危害，所以雕对必须脱氧。手工电弧焊焊缝中氧的含量除与焊条的成分有关以外，还和焊接电流、电弧长短有关。电流越大，熔滴越细，则增大了熔滴与氧的接触面积；电弧越长，使熔滴过渡的路程越长，从而增加了熔滴与氧的接触机会与时间，结果都使焊缝金属的含氧量增加。

２、氢与焊缝金属的作用

焊接区的氢主要来自受潮的药皮或焊剂中的水分、焊条药皮中的有机物，焊件表面的铁锈、油脂及油漆等。通常情况下，氢不和金属化合，但是它能够溶解于Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍ。等金属，氢在铁中的溶解度与温度和铁的同素异构体有关。还与氢的压力有关。氢在铁中的溶解，只能以原子状态或离子状态溶入金属。温度越高，氢溶解在金属中的数量也越多。而在相变时气体的溶解度发生突变。焊接时的冷却速度很快，容易造成过饱和的氢残留在焊缝金属中，当焊缝金属。的结晶速度大于它的逸出速度时，就形成气孔。

氢是还原性气体，它在电弧气氛中有助于减少金属的氧化，但是，在大多数情况下，这种好作用不仅完全被抵消，而且还产生许多有害的作用，如引起氢脆性、白点。硬度升高，使钢的塑性严重下降，严重时将引起裂纹。

3、氮与焊缝金属的作用

焊接区中的氮主要来自空气，它在高温时溶入熔池，并能继续溶解在凝固的焊缝金属中。氮随着温度下降，溶解度降低，析出的氮与铁形成化合物，以针状夹杂形式存在于焊缝金属中。氮的含量较高时，对焊缝金属的力学性能有较大的影响，如硬度和强度提高，塑性降低。此外，氮也是形成气孔的原因之一。由于氮主要来源于空气，故电弧越长，氮侵入熔池也越多；熔池保护差，氮侵入也越多。目前使用的气体保护电弧焊，埋弧自动焊或常用的手工电弧焊，保护情况都比较好，因此能显著地降低焊缝中的含氮量。

三、焊接熔渣的酸、碱性 焊接过程中，焊条药皮或焊剂熔化后经过一系列化学变化，形成的覆盖于焊缝表面的非金属物质，称为熔渣。钢焊条熔渣主要由氧化物组成，这些氧化物有的是金属氧化物，有的是非金属氧化物。如果按优学性质来分，可分为碱性氧化物（CaＯ、MgＯ、ＦｅＯ、ＭｎＯ等）、酸性氧化物（ＳiＯ

2、ＴiＯ

2、Ｐ2O5等）和两性氧化物《Ａl2O3、Ｆe2O3、Cｒ2O3、MnO等》。熔渣中除氧化物外，还有氟化物（ＣａＦ

2、ＮａＦ、ＫＦ等）和氯化物（ＫＣＩ、ＮａＣＩ等）及少量的硫化物、碳化物。

碱性氧化物多时，熔渣表现为碱性，反之，熔湾的酸性氧化物多时表现为酸性。

化学性质呈酸性的熔渣称为酸性渣。化学性质呈碱性的焊渣称碱性渣。Ｅ4320焊条的焊接熔渣由ＦｅＯ、ＳiＯ

2、ＭｎＯ构成，是以酸性氧化物为主的；Ｅ4303焊条的熔渣由ＴiＯ

2、ＳiＯ

2、CaＯ构成，也以酸性氧化物为主，所以称为酸性焊条。Ｅ5015焊条的熔渣由CaＯ、ＣａＦ。构成，是以碱性物为主，称为碱性焊条。

四、焊缝全属的脱氧

焊缝金属的含氧量增多，将使焊缝金属的强度、硬度、塑性、韧性及抗腐蚀性能均降低，而且使飞溅、气孔和冷、热脆性倾向增大。因此，为了保证焊缝金属的力学性能，必须在熔池结晶前进行脱氧（对低碳钢和低合金钢来说危害性最大的主要是Ｏ2），使焊缝金属中氧化夹杂物减少到最低限度。

焊缝金属的脱氧主要有二个途径：脱氧剂脱氧（根据脱氧的时间可分为先期脱氧、沉淀脱氧）及扩散脱氧。

选择脱氧剂的原则是：脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的亲和力大。元素对氧的亲和力大小顺序为；Ａl、Ｔｉ、Ｃ、Ｓi、Ｍｎ、Ｆｅ。在实际生产中常用它们的铁合金或金属粉，如锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等作为脱氧剂。元素对氧的亲和力越大，脱氧能力超强；脱氧后的产物应不溶于金属而容易被排除入渣固定；脱氧后的产物熔点应较低，密度应比金属小，易从熔池中上浮入渣。

根据酸性焊条和碱性焊条的药皮类型不同，它们用的脱氧途径及脱氧剂选用的元素也有所区别，现分别讨论如下：

ｌ．酸性焊条（以 Ｅ4303为例）

1）先期脱氧 焊接开始后，在焊条药皮加热过程中，药皮中的碳酸盐（CaCO3、MgCO3）等，受热分解放出CO2，这时药皮内标铁中的锰和CO2反应，氧化物转入渣中固定。

这样就尽可能早期把氧去除，以免与熔化金属发生作用后使金属氧化，这种脱氧方式称为“先期脱氧”。它主要发生在焊条端部反应区，脱氧过程和脱氧产物一般不和熔滴金属发生直接关系。

ＭｎＯ是碱性氧化物。Ｅ4303熔渣中酸性氧化物ＳiＯ2和ＴiＯ2很多，约占一半以上．酸性氧化物与碱性氧化物可以生成稳定的复合硅酸盐或钛酸盐而进入熔渣，因此上述反应容易向右进行，也就是说脱氧效果好。

（２）沉淀脱氧 沉淀脱氧（又称熔池脱氧），是利用熔池中的合金元素进行脱氧，并使脱氧后的产物不溶于熔池面排入熔渣，脱氧对象主要是溶解于熔池的ＦｅＯ。在Ｅ4303焊条药皮中用Ｍｎ脱氧效果很好。Ｓi和Ｔi对氧的亲和力比Ｍｎ和氧的亲和力大得多，按理脱氧作用比Ｍｎ强，那么为什么Ｅ4303焊条中，不用 Ｓi和Ｔi而必须用Ｍｎ来脱氧呢？这是由于Ｅ4303焊条的熔渣中含有大量的ＳiＯ2和ＴiＯ2，而用Ｓi及Ｔｉ脱氧后的生成物也是ＳiＯ2和ＴiＯ2。均系酸性氧化物，这些生成物无法与熔渣中存在的大量酸性氧化物结合成稳定的复合化合物而进入熔渣。因此脱氧反应难以向右进行而无法脱氧。ＭｎＯ系碱性氧化物，因此很容易与酸性氧化物（ＳiＯ2和ＴiＯ2）结合成复合物（ＭｎＯ·ＳiＯ2ＭｎＯ·ＴiＯ2）而进入熔渣，所以反应不断向右进行有利于脱氧。

铝的脱氧是依靠铝与氧的强烈反应和所生成的Ａ方ｈ不溶于铁水的性质。但Ａｌ。Ｏ。不易上

浮，易形成夹渣，另外在先期脱氧时由于铝对其的亲和力大，因而抑制了碳和其它合金元素的

脱氧作用’，从而使脱氧作用延迟到熔池中进行。导致熔池结晶期产生ｃｏ而形成气孔．同时铝 的脱氧是放热反应，会弓！起气体突然膨胀，使飞溅倾向增大，所以在这类焊条中不宜采用。

（３）扩散脱氧ＦｅＯ既可溶解于Ｆｅ中，也可从熔池扩散到熔渣。当熔池中ＦｅＯ不断扩散到

熔渣，使馆池的含氧量降低，这种方法称为扩散脱氧。由于ＦｅＯ系碱性氧化物，在Ｅ４３０３焊条 的熔渣中有大量ａ 和万。（酸性氧化物），因此可结合成稳定的复合化合物，降低熔渣中自

由ＦｅＯ的含量。

ＦｅＯ－Ｉ．ＳＩＯ。一ＦｅＯ·Ｓｎｙ

ＦｅＯ＋ＴＩＯＺ一刊Ｏ·ＤＯＺ

这更有利于熔池中ＦｅＯ不断向熔渣中扩散，但焊接过程的冶金时间很短，而扩散脱氧是

一个扩散过程，需要较长时间，所以扩散脱氧效果是有限的。但熔池的搅拌作用有利于扩散脱

氧。

２．碱性焊条（以Ｅ５０１５为例）

（１）先期脱氧Ｅ５０１５焊条药皮中含有大量的大理石，在加热时放出ＣＯ。气体：

ＣａＣ ０３一＊＊ｏ十＊＊。，药皮中主要依靠硅铁和钛铁来脱氧，脱氧反应是：

ＺＣＯ。－Ｉ．Ｓｉ＝＄Ｏ２＋２ＣＯ

ＺＣＯＺ＋Ｔｉ＝ＴＩＯＺ＋ＺＣＯ

ＳＩＯ。和ｈ。是酸性氧化物，Ｅ５０１５焊条熔渣碱性氧化物多，占熔渣的三分之二以上指渣 的碱度很大，这样脱氧产物的酸性ＳＩＯ。和Ｔ’ｏ。很容易和熔渣中破性氧化物结合，生成复合化

合物。

ＳＩＯ。＋ＣａＯ—ｉｃ·ＳＩＯ。

ｎ０２十Ｃａ ０一ＣａＯ·ＤｏＺ

如果Ｅ５０１５焊条采用锰铁作脱氧剂，则脱氧产物ＭｎＱ是碱性的，由于Ｅ５０１５ ＄度大，碱性

氧化物已很多，ＭｎＯ不易形成稳定的渣，甩Ｍｉｌ脱氧反应不易进行，故不利脱氧。因此锰铁在

Ｅ５０１５焊条中只起渗合金作用。

（２）沉淀脱氧

Ｅａｐｌｓ焊条药皮中用’Ｔｉ石对熔池中的ＦｅＱ脱氧效果好，脱氧反应是：

ＺＦｅＱ十岁至当ｈ。＋２Ｆｅ

ＺＦｅＯ＋Ｓｔ＝ＳＩＯＺ ＋ ＺＦｅ、。

脱氧后的产物入渣固定。－—“

ｎｏ。＋ｃａｏ＝ｃａｏ·ＴＩＯｉ

ＳＩＯＺ－ｆ－ＣＳＯ＝ＣＳＯ·ＳＩＯＺ

碱性焊条中为提高脱氧能力，有时采用铝铁（ＡＩ—Ｆｅ）来脱氧，铝铁虽有造成夹渣、气孔和产生飞溅的缺点，但铝在某种条件下可与氮结合和生成氨化铝（ＡＩＮＩ，因而能减少氨对产生气

孔和焊缝时效性能的影响。因此有即价部播域与其它合金配合作为联合税氛中的一个组

元。对．ｌ和Ｔｉ（设只是在先抽说级时起作用，因而碱性焊条在沉淀（熔池础速

要是用

ＳＩｔ—。－ｔ”·。，’、：。

护散脱氧在我住焊条中基本上不存在产目是因为在碱性熔湾中存在着大量的强磁性的

ＯＯ，而熔池中的ＦｅＯ也是碱性氧化物，因此扩散脱氧难以进行。、，。

。Ｈ．．－－－－ｕｕＲｆ——－，，· “流是来中的有害杂质之

一、在钢材和焊芯中都要加以限议，但在焊条药应中某些物质常含

有硫Ｊ如钱白粉在未经处理前含冤量猪达０·１４％以上，因此需经高温焙烧使含流量降至Ｍ

氏０５％，才能满足焊条生产的要来．

二、－。、。，；

硫在低碳钢中主要以ＦｅＳ和ＭｎＳ形式存在．＿ＦｅＳ可无限地溶解于派李铁中．面溶于固态 铁却很少，只有。０１５％～０．０２０％，因此熔池凝固时ＦｅＳ即析去。并扣。～ｒ－ＭＦｅＯ及

（Ｙａ并已Ｑ乡等形成低倍点共晶（其熔点见表手一１￥，在焊缝结晶过程中桥集于晶界上呈液态

薄腐日问后

经冷却时所造成的内应力接用下容易引起晶界处办四Ｈ留了一技裂纹。

了心内在液态决书籍庆家汲坷历以容易排 除人渣，即使不能带走而留在焊缝中，也由于

ＭｎＳ ＃点高（１６２０Ｃ）并呈球状分布于焊缝中，因而不易开裂。

１．脱硫方法

在焊接过程中脱硫的主要办法有元素脱硫和蒋渣脱硫。“，（ｌ”）元素脱现＿于种常见元素与流的亲和力大小排列如下。，玉兰ｂ＜Ｍｌｌ Ｍ＜ ｈｔ川《弱一强）。ｌ’。、－－。二一—、；－。这些元素中川、Ｃａ、师的脱硫能力较强，但因极易氧化，故一般不采用。在焊接中最常用的是

Ｍｎ。其反应式为～。－。

一、、，一

ｒｅｓ十ｍ一ｎ十ｔｒｌｓ．、。

（２）熔渣脱硫ＭｎＯ脱硫反应式为：。＊．。

ＦｅＳ＋ＭｎＯ＝ＭｎＳ＋Ｆｅｄ”，从反应式可知，当焊缝和蒋渣中，’～１无防ｏ或ｅＯ减少时，反应易向右进行，脱硫作用加

强，这说明脱硫反应和脱氧同时进行，如果有足够的Ｍ）Ｌ，则按下列公式反应：

“。，“－—－。—～””。，Ｍｍｘｘ斗Ｆｓ—训ｈｏ＋Ｆ可、：；－。Ｚ即Ｍ的增加场政少Ｆｅｎ，又增伽了。ｗｏ从以脱ｍ但因焊接冶金时间短，ＭｉｌＯ脱硫反应

不可能进行充分。，－。－ｈＱ脱硫反应式为。－“－。－，、、；，、－＿

．、。ｉＦｅＳ＋Ｃａｏ。Ｆ６ｏｐｅＣ８ｂ，；，ＭＭ——－

ｃａ比ａ对硫的亲和力强权明Ｋ谈员全不溶于金属，所以ａｏｗｉ硫效果好，要增加ｓｏ 的脱硫能力，同样要增加ＯＯ或减少对ｅｏｄＢＷＭ以，ｇＡ＄时也必须同时脱氧。

Ｃａｒ。脱硫，一方面是氟与硫化合成挥发性的氟硫化合物（ＳＦ），另一方面Ｃａｘ。与Ｓｉｃ，作用

可增加 ｃａｏ，有利于脱硫。

一、。。－，－

。”。Ｓｇｎ＋ＺＣａｎ＝ＺＣｈｏ－ｆ－ＳＩＦ’

２．酸性焊条和磁性焊条的脱硫一。－－“—、一、－－”“－

－（ｌ）酸性焊条则Ｅ４３０３为榜）．Ｅ４纫；焊条科熔渣否有大量物酶住出他物ｓ顾及Ｔｔｏ。／容

易和破性氧化物ＭｎＯ及ｈＱ结合成复合化合物ｉ，同时忑组演在的药应中不加入萤石，因此在

Ｅ４３０３焊条药皮中加入大量锰铁，以促进脱硫。此外在Ｅ４３０３焊条药皮中提高大理石的含量几

乎对脱硫没有影响，其原因是创纷走焊条的熔渣碱度很小石同防性氧化物的数量浪大，增加一

点ＣａＯ并不能发挥ＯＯ脱硫的作用。”、。，‘”、。、＼”‘。、－”－”～

（２）碱性焊条（以Ｅ５０１５为例）Ｅ５０１５焊条药皮中含有大量大理石沉零志秘俟合金，脱

氧能力强，熔渣中有大量的磁性氧信物，这就使及ｈＨ的脱硫效

乐虽然药皮中标铁

含量少，元素脱硫作用不大，但总的来浦ＢＳ（１５焊条的脱硫能力强多由于焊接冶金时间短、脱

硫反应来不及达到完全，加上其他条件的限制，因此焊接冶金的脱硫总Ｒ炼钢冶金订的脱硫效

果差，所以必须严格控制焊接材料（包括排芯及药皮）中的含硫量。－ｉ”－】”－

一大、焊经全用的脱困一——”—”－””一

成以铁的磷化物（ＦｅＰ、Ｆｅ。Ｐ）形式存在于钢龙它能与铁形成保馆点并晶，记界一易引

起热裂。更严重的是，这些低熔点共晶测验了晶粒问的结合力，使钢在常温药保温时变脆（即冷

脆性），造成冷裂，故磷在抱中是有害的杂质涸此，在低碳钢和低合路林阁冰者＠量一般限

制在０。ｃｄｓ％以下。合金焊缝限制在＿０－０３５％以下。，‘；－’－“．

脱用的过程有两个阶段：、”—－”－——：，’－’”。”

１．将Ｐ氧化成ＰＺＯＳ”、。－

２＊ｅ３Ｐ十ＳＦｅｏ＝Ｐ２０５十１１Ｆｅ”

ＺＦｅＺＰ＋５；Ｆ６Ｏ＝ｗＡｎ＋ｇＡ

一、、２：－１’：３，’－“

上述反应是放热反应，高温时反应不易向右进行。这些反应虽然可以脱去一些磷，但远远

不够，还需要使Ｐ。Ｏ。变成稳定的复合化合物而进入熔渣，以促进反应加速向右进行。因此需要

第二阶度。、。，、～·“。、一、、。一，２．利用碱性氧化物与Ｐ。Ｏ。复合成稳定的磷酸盐，”。。，、碱性氧化物与Ｐ。Ｏ。结合的能力依次如下下

Ｉｃ＞ＭｇＯ＞ＭｎＯ＞ＦｅＯ＞＾１２ｏｓ＞成城（强 弱）。

ＣａＯ效果最好，因此常用ＣａＯ脱磷。

。’３ＣａＯＨＰＺＯｔ；－；－ｘ＊ＰＩＯＳ·、。－１、－。－

．４ｏＧ＋ｐ刃Ｓ－一年ｐ。Ｑ”。”“，—“”“

从上述讨论中可知，渣中如同时有足够的自由Ｆ６Ｏ和自由ｃａｏ（在渣中未形成稳定复合化

合物的ＦｅＯ或）测脱田效果好。但具体在碱性焊条或震住焊条中，要同时具有上述两个条

件是困难的。－，、、’。－’。。’”“

碱性焊条熔渣中含有自由ｃａｏ较多，但碱性焊条脱氧性能强，因此不能同时有较多的自

由 ＦｅＯ，如一定要增加 ＦｅＯ，势必引起焊

月中含氧量上升，以致降低焊缝性能。此外要求熔

渣中ＦｅＯ含量高，这又和脱氧要求相矛盾。因为脱硫们对要

氧。”’一

酸性焊条中含自由ＣａＱ极少。因此脱磷效果狡碱性焊条更差。由于俄税较难，所以 般是．

以严格控制原材料中的含磷量为主／ 卜，’。－－”，－‘－。

七、焊纪全属的江合全．二”一

焊接过程中，熔池金属中的合金元素会由于氧化和蒸发等造成烧损，因而降低了焊缝金属的合金成分和力学性能。为了使焊缝金属的成分、组织和性能符合预定的要求，就必须根据合

金元素可能损失的情况，向熔池中添加一些合公元素。这种方法称为焊缝金属的渗合金。渗合

金不但可以获得成分、组织和力学性能与母材相同或相近的焊缝金属，还可以向焊缝金属中渗

入母材不含或少含的合金元素，造成化学成分组织动性能与母林完全不同的焊缝金夙似满

足焊作对焊缝金周的特殊要求ｇ例如果堆焊的方法来提高焊件表面耐磨、耐热、耐蚀等性能，就．

是通过渗合金来达到会ｈ－“‘卜’“”。”

手工电弧焊时，向焊缝中渗合金的方式有两种：一种是通过焊苏（即利尼会金用爆芯）过

渡；一种是通过焊条药虔（即将合金成分构在药发里）过渡。也有为是这两种方式同时兼有。

通过＃ｉＫ；渗合金时ｉ焊芯中的合党元素含量应高于母材一担要婊扬和拉成这样成分的焊 芯，在生产上有一定的困难。采用合金用焊芯，外面再涂以碱性焰渣前保护劳皮、渗合金的效果

与可„。—－／

３一。－。一 卜

„’一～。

通过药应修合金多在焊条药皮一书的人各种快金鱼粉末和合素，然后在讲接时一四宝

些元素过渡到焊缝金属中去，这种方法在生产上应用得较广泛。通常是采用在低磁好（Ｈ０８、Ｈ０８Ａ）焊条药皮中加入合金剂，从而达到渗合金的目的。通过药皮渗合金，一般均采甩氧化性

极低的磁性熔渣，以减

公元素的烧损。有时也采用氧化性和一山好自ｂ彭钙型馆渣．／

焊条药皮常用的合金剂有：各铁府铁；铝铁、锌铁。钛铁。因铁等。－ －．为了说明合至鲑过情况请用过渡系数（厚接材料成的合金无亲过证委Ｕ导

居中的数量

与其原始含量的有）来表达：，‘”。”－’””－”－”

ｔ、Ｇ。，、”。、·——一

—－Ｄ一？（％）－－““—～（６—２）

“““－１—－１’。Ｃ，－”、～

式中０一合会元素过渡系数（％）～－－－——Ｓ。

＊一焊缝金属中黜金兀素的含量｝；二一。ｌ。。—－

ｃ．——该元素在焊条中原始总含量、／，、。＿。。、，—－。；、。－，影响合金元素过渡系数，的因素很多，其中主要因素有焊接洪法控道掘度，合公元素本身

对氧的亲和力。钦和氧的亲和力量大，最活泼展易烧损，故其过渡系数最七房错一目等对氧 的亲和力服，所以它们改过渡系数就高，渗用经金觎数量也多。为了提琴躺金元素的

过渡量，可在焊条药皮中加进比该合金元素具有更强脱氧能力的脱氧剂。

此外，为提高合金元素的过渡量，在制造焊条时，要使过渡金属的原料有较大的颗粒，以减

少它与氧的洲面积，从而减少过渡时的烧损，并在焊接时采取短弧焊接，以减少空气中氧的

侵入；同时·因缩短了馆滴过渡的路程，从而减灯熔滴过潭时与氧的接触时间，触都有利于

提高合金元素的过勇量。－。，„。卜一”“

这里还须说明。，一般在焊条药应中的合金剂和脱氧剂，两者常无明显的区分。即同一种合

金元素，有时既起脱氧剂作用，又同时起合金销的作用。如Ｅ４３６各焊条药岛中的毒软虽然主

要用作脱氧剂ｋ但也有少部分作贴金箔而论入焊缝金属。以弥补焊丝或钢材中锰元素的烧

损，改善焊缝金属的力学性能。＿一，＿＿一

白—一

问ｌ 问问已习回回周同口卜ＩＭ——工：“～

。｛Ｎ、ｔ。

焊送会间从炫池中商温的瘤体状态辞都至呼用的 态，经历了两次给三过程．即从江

相转变为目相的一次给西过召和在目相保维生压力出二同台异构转变的一次结晶（约

晶）过程．同时，在焊勇的结品过程中，出现了仙桥到象，这将导致焊缝

产生．

．、焊色金回的一议的昌 气—－／．”－．

焊巨全回由液态特在为诏市的吕厕过程碑焊缝全用前体的物的 程，称为焊过金用 的一次结晶ｚ它出用增生风结己的一位担律池包括“生幢ｑ阳十六月种多本过石Ｌ

熔化爆出大巨卷与纪的移夫。法池液体会同温在若彬降低，液 态金用原子狗活动能方也＠除暗 小，原子间的吸引力在江龙田．当 达到台日温度时（实际温度要比 ｇＤａＲ——．——

于申．有局部用子开始作有还见 的柳冽，恐龙足顾他仿幢小品代开宇话公．他中，且先出现品校的部位是在馆合经（见白

子一ａ中爆哈的精底线）上Ｉ’这是因为在整个用池中，温度垃商点是过她的嗤的一心．姐合约材 的首热条件好洲是蒋池中记及最低的地方，也是最先达到百固温度的部位．事实上，好合线上 的半熔化晶粒翩成为附近液体金属结晶的否认胜曹熔池温匠的不断降低，晶校开始向着与饮

热方向相反的一方长大。同时也向两们较缓慢地长大（见田～勋．在品体长大的过巴中，由

于受到相邻长大品体的阻挡忑后。品体只由向低渗中心生长从而否成平任状结晶〔见日ｅ一

２。）．当林状晶体不囹长大至互相接触时，焊缝的这一陆面０用品进出结束他回６—Ｚｄ）．

ｃ、焊色油己过它一防色出田以一。

广赝时响晰吗指合全申化学成分 均匀公们挤时爆过质量影响很大。不仅由于化学层

分不均匀性而导致性能改变俪时也是大生过技、气孔、夹杂物一

格的主要原因之一．

焊缝中的价析，主集有显役传保区域低折和层壮伯析．

】．显微伯析”。

在一个住状品过内部和品位之间的化学成分不均匀现象一 称为员没归林．杜

沙生长”的过程；一方面

用品的地向

延长，另一方面是径向扩展．如回６一３所示，焊色结晶时最先结 晶的结晶中心（即结晶你的全废五纯，而后结晶的部分会合企 元新和杂质路不ｄＤ香田晶的林分．即晶放的外线和仿出合会全 元党和白质更钩ｋ在一个技状晶粒ｄ出合全元 布不均达东 乃叫＆内仙桥．焊技结晶过却是无数个住状而成同时生长的过 周，每个品位资有自己的校已动，很多相邻的凸位都以自己的晶 称为中心向四月和前方发展，所以相邻品位之间的液体，结已拉 坦，含有较多的合金元素和杂质，称为品间们挤．

影响见没们析的主耍因三是金属的化学成分．全局的化学成分不同，金属开始结晶和结晶完了的区间就不相同，结晶区间超大。就越易产生

们析。一

般对于低碳钢来说，因其结晶开始和终了的温度区间不大，所以显微偏析现象并不严重。而在

高碳钢、合金钢合合金元素较多，结晶区间大，显微偏析现乡就很严重，常常会因此而引起热裂

纹等缺陷。办高碳钢、合金钢等焊后必须进行扩散及细化晶粒的热处理，以此来消除显微偏

析现象。

２．区域偏析

熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，把杂质推向熔池中心，这样熔池中心的杂

质含量要比其它部位高，这种现象称为区域偏析。

由于焊缝断面的形状不同，使产生偏析的地点发生变化。窄焊缝时，各柱状晶的交界在中

心，因此便有较多的杂质聚集在窄焊缝的中心（见图６—４ａ），这时极易形成热裂纹。当焊缝宽

时，杂质便聚集在焊缝上部（见图６—４ｂ），这种情况对焊缝在高温时的强度影响不大。因此可

以利用这一特点来降低焊缝生成热裂纹的可能。例如，同样厚度的钢板，用多层多道焊要比用

一次深熔焊焊完，产生热裂的倾向小得多。

３．层状偏析

焊接熔池始终是处于气流和熔滴金属的脉动作用，所以无论是金属的流动或热量的提供

和传递都具有脉动的性质。同时熔池在结晶过程中要放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值 时，熔池的结晶暂时停顿，以后随着熔池的散热，结晶又开始。这些都可能使晶体成长速度出现

周期性增加和减少。晶体长大速度的这种变动，伴随着出现结晶前沿液体金属中夹杂浓度的变

化，这样就形成周期性的偏析现象，称为层状偏析。层状偏析常集中了一些有害的元素，因而缺

陷也往往出现在偏析层中。图６—５所示是由层状偏析所造成的气孔。

焊接时，由于熔池杂质的聚集，加之断弧点的熔池搅拌不够强烈等综合作用的结果，因此

在焊缝收尾处有时会出现裂纹，这种火口裂纹多半是由于火口偏析所引起的。

三、焊缝全国的二次结晶

一次结晶结束后，熔池金属就转变为固态的焊缝。高温的焊缝金属冷却到室温时，要经过

一系列的相变过程，这种相变过程称为焊缝金属的二次结晶。

以低碳钢为例，一次结晶的晶粒都是奥氏体组织，当冷却到Ａｃ。发生ｖ－－Ｆｅ、ａＦｅ的转

变，当温度再降低至Ａｃ；时，余下的奥氏体分解为珠光体，所以低碳钢焊缝在常温下的组织，即

二次结晶后的组织为铁素体加珠光体。在低碳钢的平衡组织中（即非常缓慢地冷却下来所得的

组织）珠光体含量很少，但由于焊缝的冷却速度较大，所得珠光体含量一般都较平衡组织中的

含量大，有关冷却速度对低碳钢的焊缝组织及性能的影响见表６—２。从表中可以看出冷却速度越大，珠光体含量越高。而铁策体量越少，硬度和强度都有所提高，而塑性和韧性则有所降

低。—。

四、焊接热影响区

１．焊接热循环曲线

在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程，称为这点的焊接热扼要。在焊

缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的热循环不同。当热再向该成靠近时，该点的温度随之

升高ｔＨ达到最大值，随着热源的离开，温度又逐渐降低，整个过程可以用一条曲线来表示，叫热循环曲线观图６—６人显然，距焊缝越近的各点，加热达到的最高温度越高，越远的各点

加热的最高温度越低。

焊接效循环的主要参数是加热速念最高温度Ｔ．、在相变温度（Ｔ。）以上停留的时间已和

冷却速度。

。２．“提腔热影响区的组织和性能

焊接热镇环对焊缝附近的母材在组织和性能上有着较大的影响＿焊接效影响区就是指在

焊接过程中，母材因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。焊接热影

响区的组织和性能，基本上反映了焊接接头的性能和质量。现以低碳钢和不易淬火钢（如１６Ｍｎ、１５ＭｎＶ、１５ＭｎＴｉ等）为例，讨论其热影响区的组织和

性能。根据其组织特征可分为四个小区（见图６－７）。

＊）熔合区 熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。它在焊

局与母

材相邻的熔合线附近，又称半熔化区，温度处于铁联合金状态图中固相线和液根线之间。在靠

近母材的一侧，其金属组织是处于过热状态的经缤悲怫又差。在各种熔化焊的条件下、这个区 的范围虽然很窄，甚至在显微镜下也很难分辨出来，但对焊接接头的强度、塑性都有很大的影

响。熔合区往往是使焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地。

ｕ）过热区 焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。过热区所处的温度

范围是在团相线以下到 １１００Ｃ左右的区间内，在这样高的温度下，奥氏体晶粒严重安大，冷却

之后就呈现为晶粒粗大的过热组织。在气焊和电渣焊的条件下，在这部分组织中可出现魏氏组

织。

过热区的塑性很低，尤其冲击韧．性要降低

２０％～３０％。如果在焊接刚性较大的结构时，常会 在过热区出现裂纹。过热区的范围宽窄与焊接方法、焊接工艺参数和母材的板厚等有关。气焊和电渣焊 时比较宽；手工电弧焊和埋弧ｅ动焊时较窄；真空 电于束焊时，过热区几乎不存在。

（３）正火区 正火区的温度范围约在ＡＣ。～ １０００Ｃ之间。我们知道，钢被加热到竹以上稍高的 温度后再冷却，将发生重结晶。即常温时的铁素体和 珠光体此时全部转变为奥氏体，然后在空气中冷却。使金属内部重新结晶，而获得均匀而细小的铁素体 和珠光体晶粒。因此，正火区的金属组织即获得相当 于热处理时的正火组织，该区也可称为相变重结晶 区或细晶区，其力学性能可略高于母材。

（４）不完全重结晶区 该区是焊接热影响区中处于对～Ａｃ。之间温度范围的区域。对于低

碳钢和某些低合金钢来说，焊接时当加热温度稍高于对，首先是珠光体转变为奥氏体，当温度

升高时，部分铁素体开始逐步向莫氏体中溶解，温度越高，铁素体就溶解得越多，直到时时，铁

素体则全部溶解于奥氏作之中。当冷却时，又从奥氏体中析出细小的铁素体，直至冷却到Ａｃ；

时，残余的奥氏体就转变为共析组织——珠光体。对不完全重结晶来说，由于处于～，ｏＮ

温度区间，故只有一部分组织发生了相交重结晶的过程，而始终未溶入奥氏体的铁素体不发生

转变，晶粒比较粗大。所以这个区的金属组织是不均匀的，一部分是经过重结晶的晶粒细小的

铁素体和珠光体，另一部分是粗大的铁象体。由于晶粒大小不同，所以力学性能也不均匀。

以上这四个区是焊接热影响区的主要组织特征。除此之外，如母材事先经过冷加工变形或

由于焊接应力而造成的变形，在Ａｃｌ以下，将发生再结晶过程，在金相组织上也有明显变化。

热影响区宽度的大小，对于间接判断焊接接头的质量有很大意义。除了由于组织变化而导！

起的性能差别外，还在焊接接头中产生应力与变形。一般来说，热影响区越窄，则焊接接头中内

应力越大，越容易出现裂缝；热影响区越宽，则变形较大。因此在工艺上。应在娘辇接头中内应

力尚不足以促使产生裂缝的条件下，尽量减小热影响区的宽度，这对整个焊接接头的性能是有利的。·。、’”

由于热影响区宽度的大小取决于焊件的最高温度分布情况，因此，焊接工艺参数、焊件大

小和厚薄、金属材料热物理性质和接头型式等，对热影响区的宽度都有不同程度的影响。焊接

方法对热影响区宽度的影响也很大，不同焊接方法的热影响区宽度见表６—３。

５６—３ 焊缝中的气ＩＬ

焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能及时逸出，而残留下来所形成的空穴，称为气孔。气孔

按其形状可分为球形气孔、条虫状气孔、针状气孔、椭圆形及旋涡状气孔。气孔的大小从显微尺

寸到直径几个毫米都有；气孔按其分布有单个气孔、密集气孔友连续气孔等；气孔按其产生的 部位有内部气孔和外部气孔；按形成气孔的主要气体分为氢气孔厂氧化碳气孔、氮气孔等。

焊缝中存在气孔，会削弱焊缝的有效工作截面，因此降低了焊缝的力学性能，使焊缝金属 的塑性，特别是弯曲和冲击韧性降低得更多。气孔严重时，会使金后给构在工作时遭到破坏。

一、焊缝中气孔的形成

气孔的形成一般是经历四个过程：气体的吸收过程；气体的析出过程；气孔的长大过程；气

泡的上浮过程，最后形成气孔。

１．气体的吸收

在焊接过程中，熔池周围充满着成分复杂的各种气体，这些气体主要来自于空气；药皮和

焊剂的分解及它们燃烧的产物；焊件上的铁锈、油漆，油脂受热后产生的气体等。这些气体的分

子在电流高温作用下，很快被分解成原子状态，并被金属熔病所吸附，不断地向液体熔池内部

扩散和溶解，气体基本上以原子状态溶解到熔池金属中去。而且温度越高，金属中溶解气体的

量越多。图６—１＄示是压力为一大气压的氢和氮在不同高显下的铁中的溶溶度曲线。如图所

示，当铁处于液体状态时，氢和氮容易溶解到铁中去，并且随着温度的升高，氢和其在铁中的溶

解度也提高。

在焊接钢材时，由于熔池温度可达１７０Ｏ℃左右，熔滴的温度会更高，因此在电弧空间如有

氢和氮存在，便会溶入铁中，是形成气孔的前提之一。、－

２．气体的析出

气体的析出是指气体从液体金属内析出，并形成气泡。随着焊接过程中熔池金属温度的降

低，气体在液体金属中的溶解度也相应减小，因而一部分气体要析出，此时析出的气体极易被

吸附在熔池底部成长的柱状晶粒的表面上，产生了气泡的 巴。

３一气泡的长大一一。＿

由于塔地温度的不断降低，析出气体不断被凝固的晶粒所吸附ｊ气泡内部压力大干阻碍气

泡长大的外界压力，便使气泡不断长大。

４＠气泡的上浮

【 瞩～咄

７｛ 人

一，二、在气泡核形成之后，又经过一个短暂的长大过程启汽施长大到一定的尺寸时，开始脱离 结晶越„而上浮Ｄ 二 一、一正

一．口一；～。－

。从上述四个过程中河分析得知在焊缝中形成气孔的原因。＿——

（１）熔池中溶入大量的气体是形成气孔的先决条件之一ｄ

”。（２）当馆池底部出现气泡核并逐渐长大到一定程度，牧民得气泡长大的外界压力大于或等

于气泡内压力时，气泡便不再长大，而其尺寸大小不足以使气泡脱离结晶表面的吸附，无法上

浮，此时便可能形成气孔、－，－，、二、。，＞。

（３）当气泡长大到一定尺寸并开始上浮时，如果上浮的速度小于金属熔池的结晶速度，那

么气泡就可能在留在凝固的焊缝金后中成为气孔．－。－：、“”

（４）如果在傍池金属中出现过饱和气体状态的温度过低或在焊缝结晶后期才产生气泡，则

容易形成气孔。——

二、影响焊经中形成气孔的因素、Ｊ。·。

１·不同气体的影响一一一。’

焊缝中气孔的形成往往是几种气林共同作用的结果、在某种情愿下测往往以某一种气体

为主。焊接时，起主要影响的气体是一氧化碳、氢和氨’．”。

（１）一氧化碳的影响 在焊接铁碳含金时，电弧气氛中一氧化碳的含量很多，其主要来源

于焊丝金属、药虔保护气体Ｃ出二氧化碳气体保护焊）和想她。’，＿

．在焊接熔池中，产生一氧化碳的途径主要有两个，即联技空气中的氧直接氧化和通过冶金

反应生成。方程式如下：

：、。－Ｃ．－ａ＝＝ＣＯ，ＰｅＯ＋Ｃ＝ＣＯ＋Ｐｅ＊Ｑ。

由上反应式可知，碳被氧化的反应是吸热反应，当温度升高，反应向着生成一氧化碳的方

向进行。上述两个反应在熔滴过渡过程和在想池中都能进行＿

一氧化碳不溶解在液体金属中，而且一般一氧化碳在馆

后温度较高的时候形成，所以

大部分来得及以气泡形式从液态金属中进出。担是由于熔池金属在整个结晶过程中会出现碳

及氧化亚铁的偏析，这样，尽管到达结晶后期，熔他温度已下降，面局部区域碳及氧化经铁的浓

度增加，仍能使上述反应线激协，而生成一氧化碳。这时随着温度的继续下降，金属液体的粘

度增大了，吸热反应又加速了想他金属的结晶速度。因而使一氧化碳气泡来不及这出而形成气 孔。一氧化碳气孔，一般沿结晶方向呈长条形，在内部呈榕圆形。

（２）氢的影响·焊接时，电弧区中氢的主要来源是药皮或焊拨中过多的水分，焊件表面的

铁锈、油污、水分等杂质，及钢材冶炼时的残留氢。

由于铁锈是氧化铁的水化物（通式为ｍｒｓ。ｏａ·ｅ。），也包含四氧化三铁的水化物（ｏ。；

·Ｈ。Ｏ），在电弧焊接的条件下．这些以结晶水形式存在的水分，便产生大量的水蒸气，并使铁

氧化而产生氢气：’

Ｆｅ十Ｈ。Ｏ—Ｆｅｄ＋Ｈ。－

：３Ｎｏ十ｃｏ一民。ｏ。＋ＨＺ。

ＺＦｅ刀。十乌０一３贝ｐ。十ＨＺ、一

当液态金属具有足够高的温度时，这些氢便队原子或正离子的形式溶入，扩散至熔池金属中，这也是焊接有铁锈金属易产生氢气孔较主要的原因。ＺＺ

由图６—１所示可知，高温时绝入始艺的氢，在熔池金属的冷却过程中，其溶解度急剧下

降，致使金属液体呈氢的过饱和状态，这时便有氢析出。析出的氢原子在运到非金属夹杂时，便

在其表面积聚形成气泡，剧烈地自外排出。“摄着馆馆结晶的继续治氢气泡来不及浮出金属表

面时，便形成氢气孔。氢气孔一般在表面呈反涡形，内部呈球形。＞、。

（３ｊ氮的黝向 氮主要来自空气。氮弓Ｉ起气孔约原西与红树攸，也是由于随着拐度的降低，溶解度急剧降低的缘故。－。、、二

氮气孔一般是在电弧区没有得到有效的保护，受到空气侵入时才会出现，在正常情况下很

少会形成氮气孔＿。—。

（４）氧的影响 氧的主要来源是空气和药皮中高价

物的分解。适量的氧能减少氢气孔 的生成，这是因为氧原子在高温时能

原子结合成稳定的化合物（ＣＲＩ），而ＯＨ不溶于金属：

ＭｎＯ＋Ｈ Ｍ＝Ｍｎ＋ＯＨ－

＊时十Ｈ７一九吨十ＯＨ”－“”。

ＳＩＯ。十Ｈ ｐｏ＝ｘｉＯ＋ＯＨ。

可见大量的氢原子被氧束缚，从而减少了产生氢气孔的可能。－。一

氧对产生一氧化碳气孔的影响，同前所述一。－——。

２·药皮和焊剂的影响．ｆ、－”＿、：＿Ｌ。－，在药皮和焊剂中萤石（ＣａＦ。）的存在可提高抗锈佳，这是因为萤石中的氢能与氢化合生成 稳定的化合物氟化氢（ＨＦ＞，它不极解于波

用面直接从电弧空间扩散至空气中，从面减少

了氢气孔。。

如药皮中含ａ。时，可使ＣａＦ。对防止氢气孔的产生显示更好的作用：

ＺＣａＦｒｔ３ＳＱＺ”——ＺＣｂ３ｇｕ＋ＳＩＦ。

－Ｓ＄’十３Ｈ ＭＷｂ＋ＳＩＦ＿。一

如果没有ＯＦ。，当ａ。达到一定含量时Ａ如印有”——一二“ 抗锈的能力。因为Ｓｏ。是酸

化物，熔化在蒋渣中 的氧化亚铁是减佳，两者便生成了复合化合物（Ｏｏ。ｓｉｃ。），使ｒｅｏ减少，这样便减少了产生ｃｏ气孔的可 能。图６—８所示为ＣａＦ。和Ｓｉｃ。对扬抗气孔的作用。

此外．有些氧化物，如ｍ叨。加中等一电子在高温 时锰和镁对氧的亲和力小于氢和氧的亲和力，因而使 形成的ＯＨ在高温稳定存在。所以减少了氢气孔生成 的可能性。

３．焊接方法的影响＿。

（１）埋弧ｅ动焊 埋弧焊焊接熔池的熔深大焊速 也大，因此产生气孔的倾向较大。但只要正确选择焊接 工艺及焊接工艺参数，仍能获得优质的焊缝。

（２）气焊 气焊火焰中有较多的氧气和乙炔、故促 使生成较多的ｃｏ，但由于气焊熔池相对存在的时间较长，所以产生气孔的倾向反而比电弧焊时小。

；；（３＞惰性气体保护焊 传性气体保护焊时，如由于某种原因，熔池未保护好，使空气侵入电

弧区，便会导致气孔。

４。速度及冷却速度的影响

一般生产经验证明，当焊接速度较大，同时熔池的冷却速度也较大时，就易产生气孔。这是

由于气泡由焊缝中逸出，很大程度上决定于熔池存在的时间ｔ：

Ｌ ｈｅｌ

ｔ＝。＝。（６、３）式中Ｌ——熔池的长度（－）；

。——焊速（ｍ／ｈ）ｌ

Ｉ——焊接电流（Ａ）；

。——电弧电压（Ｖ）；

ｋ——常数。

由式＆－３可知。当电弧功率不变时，焊速越大坝ｕ ｔ越小，即减少了熔池存在时间，因而增 加了产生气孔的倾向；当焊速不变，增加电弧功率，会使熔池存在时间增长，从而减少了生成气

孔的倾向。但焊接功率过大也有不利之处，甚至烧穿焊件；为防止气孔的生成，当焊速增加时，就必须相应地增加电弧功率。

影响焊缝中形成气孔的因素还有很多，如电弧长度的影响和电源极性的影响等。当电弧长

度过分增加时，就会产生大量气孔，尤其在手工电弧焊时，更是如此；采用直流反接可减少产生

氢气孔的可能，因为氢气实际上是以正高于形式溶入熔池，当熔池处于阴极时（反接），弧柱空

间的氢正离子在熔池表面遇到电子，使之复合为氢原子，从而阻碍了氢的溶解。

三、防止产生气孔的方法

１．消除产生气孔的各种来源

（１）仔细清除焊件表面上的脏物，在焊缝两侧 ２０～３０ ｍｍ范围内进行除锈、去污。

（２）焊丝不应生锈，焊条、焊剂要清洁，并按规定烘干焊条或焊剂，含水分不超过０．１％。

（３）焊条或焊剂要合理存放，防止受潮。

２．加强熔地保护一

（１）焊条药皮不要脱落，焊剂或保护气体送给不能中断。

（２）采用短弧焊接，电弧不得随意拉长，操作时适当配合动作，以利气体逸出，注意正确引

弧；操作时发现焊条偏心要及时倾斜焊条，保持电弧稳定。

（３）装配间隙不要过大。

３．正确执行焊接工艺规程

（１）选择适当的焊接工艺参数，运条速度不得太快。

（２）对导热快、散热面积大的焊件、若周围环境温度低时，应进行预热。

５ ６—４ 焊接裂纹

裂纹是焊接结构最危殓的一种缺陷，不仅会使产品报废，而且还可能引起严重的事故。

在焊接生产中出现的裂纹形式是多种多样的，有的裂纹出现在焊缝表面，肉眼就能观察到；有的隐藏在焊缝内部，通过探伤检查才能发现。有的产生在焊缝中；有的则产生在热影响区

中。不论是在焊缝或热影响区上的裂纹，平行于焊缝的称为纵向裂纹臣会直于焊缝的称为横向

裂纹，而产生在收尾处弧坑的裂纹称火口裂纹或弧坑裂纹（见图６—９）。根据裂纹产生的情祆卜

把焊接裂纹归纳为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂，这里主要讨论热裂纹和冷裂纹。

一、热勇效。ｔ。

焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到何相线附近高温区产生的裂纹称为热纪律己

ｌ·热裂纹特点一一一。

（１）产生时间 热裂纹一般产生在焊缝的结晶过程中，故又称结晶裂纹或民民裂纹。一在焊

缝金属凝固后的冷却过程中，还可能继续发展。所以，它的发生和发展都处在高温下。从时间上

来说，是处于焊接过程中。－

（２）产生的部位 热裂纹绝大多数产生在焊缝金后中，有的是纵向，有的是横向。发生在弧

坑中的热裂纹往往呈星状。有时热裂纹也会发展到母材中去。

（３）外观特征 热裂纹大多处在焊缝中心或者处在焊缝两侧，其方向与焊缝的波纹线相垂

直，露在焊缝表面的有明显的锯齿形状，也常有不明显的锯齿形状。凡是露在焊缝表面的热裂

纹，由于氧在高温下进入裂纹内部，所以裂纹断面上都可以发现明显的氧化色彩。

（４）金相结构上的特征 将产生裂纹处的金相断面作宏观分析时，发现热裂纹都发生在晶

界上，因此不难理解，热裂纹的外形之所以是锯齿形，是因为晶界就是交错生长的晶粒的轮廓

线，故不可能平滑。

２·热裂纹产生的原因。

我们知道，要使一件东西在坏必须有力的作用。而裂纹既然是一种局部的破坏，要产生裂

纹必然也要有力的作用。

焊接中这种力是如何产生的呢？这是因为焊接过程是一个局部加热的过程，无论是电弧焊

或电阻焊，都是将局部金属加热到熔化状态，液体金属凝固后就将金属连接起来。但是，焊缝金

属从液体变成固体时，体积要缩小，同对凝固后的焊缝合局在冷却过程中体积也会收缩，而焊

缝周围金属阻碍了上述这些收缩，这样焊缝就受到了一定的拉应力作用。在焊缝刚开始凝固和结晶时，这种拉应力就产生了，但是这时的拉应

力不会引起裂纹，因为这时晶粒刚开始生长（见 图６—１０ａ），液体金属比较多，流动性比较好，可以在晶粒间自由流动，因而由于拉应力而造 成的晶粒间的间隙，都能被液体金属填满。当温 度继续下降时，柱状晶体继续生长，拉应力也逐 渐增大．如果此时焊缝中有低熔共晶体存在测 由于它熔点低，凝固晚，被柱状晶体推向晶界，聚集在晶界上。因此当焊缝金属大部分已经凝

固时，这些低熔点金属尚未凝固，在晶界就形成所谓“液体夹层”（见图６—１０ｂ），这时的拉应力

已发展得较大，而液体金属本身没有什么强度，晶粒与晶粒之间的结合就大为消弱，在拉应力 的作用下，就可能使柱状晶体的空隙增大，而低熔点液体金属又不足以填充增大了的空隙，这

样就产生了裂纹。如果没有低熔点共晶存在或者数量很少，则晶粒与晶粒之间的结合比较牢

固，虽然有拉应力作用，仍不产生裂纹。

由此可见，拉应力是产生效裂纹的外因，晶界上的低熔点共晶体是产生热裂纹的内因，拉

应力通过晶昙上的低馆共晶体而造成图纹。

３．影响生成效裂纹的因素

。＊）合金元素对生成裂纹的影响 合金元素是影响热裂纹倾向最本质的因素，其中主要有

以下几个：

ｌ）硫的影响 钢中的硫是一种极有害的元素，在生产钢材时，硫不可避免地以杂质形式混

入钢材。它同铁形成ＦｅＳ／ｅＳ与铁及Ｗ都能形成低熔点共晶体。铁同ＦｅＳ形成的低熔共晶体

熔点为９８５ Ｃ，而ＦｅＳ同ＦｅＯ形成的低熔共晶体熔点为９４０Ｃ，它的熔点比钢的熔点要低得多。

这些低熔共晶体在焊缝结晶时聚集在晶界上，当焊缝金属大部分已凝固时，它尚未凝固，因而

成为产生裂纹的前提。在焊接含镍的高合金钢和镍基合金时，流更是有害的元素。流与镍能形

成熔点更低的低熔点共晶，其熔点仅为４６４Ｃ，当含硫量超过０．０２％时就有产生热裂纹的危

险。因此在焊接镍基合金或含镍的高合金钢时，更应注意热裂倾向。

２）碳的影响 当碳素钢和低合金钢的合碳量增加时，焊缝产生热裂纹的倾向增大。这是因

为焊缝金属的淬硬性增加，使焊缝中由于组织变化而产生的应力增大。更主要的是形成低熔点

共晶体的可能性增加的缘故。

碳不仅极易与钢中的苗、镍等元素形成低熔点共晶，而且能降低硫在铁中的溶解度，使硫

与铁化合成ＦｅＳ的可能性增加，从而促使形成低熔点共晶。这是因为溶解在铁中的硫对形成热

裂纹的影响并不大，只有过饱和的硫能与铁化合，随后导致热裂纹的产生。

３）硅的影响 碳钢中硅对产生热裂纹的影响与碳相似，但比碳要弱得多。

Ｉ

４）工艺因素的影响 焊缝的成形系数（Ｗ）对热裂纹有一定的影响，但成形系数对焊缝产

生热裂纹的影响同合碳量有一定的关系，如图６—１１所示，成形系数过大或过小都易产生裂

纹。这是因为ｙ过大时，焊缝过薄。强度不够；ｙ过小时，低熔点共晶会被挤向焊缝中心，正好集

中在树枝状结晶的对接部位，使得抵抗拉应力的能力特别弱．

（２）一次结晶组织对裂纹倾向的影响 进地金属在一次结晶过程中，晶粒的大小、形态和

方向对焊缝金属的抗裂性有很大的影响。一次结晶的晶粒越粗大，柱状晶的方向越明显，则产生热裂纹的倾向就越大。

（３）力学因素对产生热裂纹的影响 焊接 拉应力是产生裂纹的必要条件，当结构形状复 杂、接头刚性大、焊缝冷却速度快

顺序不 合理时，焊接拉应力就大，因此热裂纹倾向就 大。

４．防止热裂纹的措施

（１）降低母材和焊丝的含硫量 对碳钢和 低合金钢来说，含硫量应不大于０·０２５％。０．０４５％；对于焊丝来说，含硫量一般不大于 ０．０３％。焊接高合金钢用的焊丝，其含硫量则不 大于０．０２％。

（２）降低焊缝的含碳量 通过实践得知，当 焊缝金属中的含碳量小于０．１５％时，产生裂纹 的倾向就小。所以一般碳钢焊丝如Ｈ０８、Ｈ０８Ａ、Ｈ０８ＭｎＺＳｆ、ｆｆｅ８ＭｌｌＺＳＫ等，最高合碳量都不超

过０．１１％。在焊接低合金高强度钢时，也尽量减少焊缝金属的含碳量。由于合碳量降低会使焊

缝强度也降低，需依靠其它合金元素使焊缝保持一定的强度。如平均含碳量为０ｒ３％的低合金

高强度钢３０ＣｔＭｊ１ＳｆＡ，使用的焊条芯为Ｈ１８ＣｒＭｏＡ，其平均合碳量只有０．１８％；为提高焊缝强

度，加入了适量的铝。这种钢材的薄板用二氧化碳气体保护焊时，采用的焊丝为Ｈ０８ＭｎＺＳＬ４，其最高合碳量仅为０．１１％。

（３）提高焊丝的含锰量 标能与ＦｅＳ作用生成ＭｎＳ，ＭｌｌＳ本身的熔点比较高，也不会与其

它元素形成低熔点共晶，所以可降低硫的有害作用。一般在合标量低于２．５％时，锰均可起到

有利的作甩．在高合金用和镍基合金中，同样可利用标来消除流的有害作用。一

（４）ｈｇ变质剂 当在焊缝金属中加人钛、铝、铝、用或稀土金属们和钢等变质剂对，能起到

细化晶粒的作用。由于晶粒变细了，因此晶粒相对增多，晶界也随之增多。这样，即使存在低炬

点共晶，也会被分散开来，使分布在晶界局部区域的杂质数量减少了，有利于消除热裂纹。最常

用的变质剂是钛。

（ｓｙ＄成双相组织。如铬镍奥氏体不锈标焊接时，当焊缝形成奥氏体加铁索体（＜５％）的

双相组织时，不仅打乱了奥氏体相的方向性，使焊缝组织变细，而且提高了焊缝的抗热裂性能。

（６）采用适当的工艺措施 如选用合理的成形系数；选择合理的顺序和焊接方向；对

焊件采用焊前预热和焊后缓冷，也可有效地减少焊接应力，以防止热裂纹的产生。

＝、冷裂纹

冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在炖温度以下）时产生的焊接裂纹。

１．冷裂纹的特点

（豆）产生的温度和时间 产生冷裂纹的温度通常在马氏体转变的温度范围，约２ｍ～

３００Ｃ以下。它的产生时间，可以在焊后立即出现，也可以在延发几小时、几周、甚至更长的时间

以后产生，所以冷裂纹又称为延迟裂纹。

（２）产生的部位 冷裂纹大多产生在母材改母材与是经交界的熔合线上。最常见的部位如

图６—９所示的焊道下裂纹、焊趾裂纹和焊根裂纹。

（３）外观特征 冷裂纹多数是纵向裂纹，在少数情况下，也可能有横向裂纹。显露在接头金

属表面的冷裂纹断面上，没有明显的氧化色彩，所以断口发亮。＿

（４）金相结构上的特征 冷裂纹一般为穿晶裂纹，在少数情况下也可能沿晶界发展。

２．冷裂纹产生的原因

（１）淬硬倾向 焊接时，钢的淬硬倾向越大，越易产生冷裂纹。因为淬硬倾向越大，就意味 着得到更多的马氏体组织，马氏体是一种硬脆的组织，在一定的应变条件下，马氏体由于变形

能力低而容易发生脆性断裂，形成裂纹。

焊接接头的淬硬倾向主要和钢的化学成分、焊接工艺、结构板厚及冷却条件有关。

（２）氢的作用 焊接时，焊缝金属吸收了较多的氢Ｉ由于焊缝冷却速度很快，氢往往来不及

全部析出，所以仍有一部分氢留在 属内．在固体金属中，氢在奥氏体组织中的溶解度比

在铁素体中的溶解度大。由于焊缝金后的合碳量低，冷却过程中在较高温度下具氏体就开始析

出扶素体，也就是焊缝的组织转变比热影响区金清早（参见铁碳平衡图）。而氢在铁素体中的溶

解度又比奥氏体小，故焊缝中就有氢析出，但氢在铁素体中的扩散速度却比较大（见表６一４）。

这些氢就扩散到近旁仍为奥氏体组织的响区。使热影响区的含氢量增加。在随后的冷却过

程中，当热影响区的奥氏体也析出铁素体时，氢的溶解度降低，这样就有相当多过剩的氢析出，聚

效影响区熔合线附近，形成一个富氢带。如果焊接的是低合金高强度钢、则臭氏体将转

变为马氏体。马氏体和铁素体一样，氢的溶解度也比奥氏体小得多，所以在焊接接头冷却时，析

出的氢就向周围热影响区扩散，待热影响区转变为马氏体后，在热影响区内就会聚集相当多的

氢，达到过饱和状态，当这区域存在显微缺陷，如原子空位、空穴等时，氢原子就在这些地方结

合成分子状态的氢，在局部地区造成很大的压力，加上奥氏体组织在转变为马氏体组织时，由

于体积膨胀而产生的巨大组织应力，就促使钢发生破坏，从而形成裂纹。氢在奥氏体和铁素体

中的溶解度及扩散能力，见表６—４。

（３）焊接应力 焊接接头内部存在的应力，一是由于温度分布不均造成的温度应力和由于

相变（特别是马氏体转变）形成的组织应力；二是外部应力，包括刚性约束条件、焊接结构的自

重、工作载荷等引起的应力。

总之，氢、淬硬组织和应力这三个因素是导致冷裂纹的主要原因店们相互促进，不过在不

同情况下，三者中必有一种是更为主导的因素。例如一般低碳低合金高强度钢中，虽有高的淬

透性，但低碳马氏体组织对氢的敏感性不十分大，可是当含氢量达到一定数值时，仍产生了裂

纹，此时冷裂纹的主要原因是氢。对于中碳高强度合金钢，具有高的淬硬性，而淬硬组织有高的

氢脆敏感性，此时的主要原因为淬硬组织。又如焊根有未焊透或咬边等缺断及余高截面变化

很大，存在较高的应力集中区，则应力就成为主要矛盾。

３．防止冷裂纹的措施

（１）焊前预热和焊后缓冷 焊前预热的作用，一则是在焊接时减少由于温差过大而产生的焊接应力；另一则是可减缓冷却速度，以改善接头的显微组织。预热可对焊件总体加热，也可以

是焊缝附近区域的局部加热，或者边焊接边不断补充ｂ峨。

采用适当缓冷的方法．如在焊后包扎绝热材料石棉布、玻璃纤维等，以达到焊后缓冷的目 的，可降低焊接热影响区的硬度和脆性，提高塑性；并使接头中的氢加速向外扩散。

（２）采用减少氢的工艺措施 焊前，将焊条、焊剂按烘干规范严格烘干，并且随用随取；仔

细清理坡口、去油除锈，防止将环境中的水分带入焊缝中；正确选择电源与极性；注意操作方

法。

（３）合理选用焊接材料 选用碱性低氢型焊条，可减少带人焊缝中的氢。采用不锈钢或奥

氏体镍基合金材料作焊丝和焊条芯，在焊接高强度钢时，不仅由于这些合金的塑性较好，可抵

消马氏体转变时造成的一部分应力，而且由于这类合金均为奥氏体，氢在其中的溶解度高，扩

散速度慢，使氢不易向热影响区扩散和聚集。

（４）采用适当的工艺参数 适当减慢焊接速度，可使焊接接头的冷却速度慢一些。过高或

过低的焊接速度，前者易产生淬火组织；后者使热影响区严重过热，粗大，热影响区的淬火

区也加宽，都将促使冷裂纹的产生。因此工艺参数应选得合适。

（５）选用合理的装焊顺序 合理的装焊顺序、焊接方向等，均可以改善焊件的应力状态。

（６）进行焊后热处理 焊件在焊后及时进行热处理，如进行高温回火可使氢扩散排出，也

可改善接头的组织和性能，减少焊接应力。

第三篇：第八章 手工电弧焊焊接电源(焊工工艺学电子教案)

第八章 手工电弧焊焊接电源

电源是在电路中用来向负载供给电能的装臵，而手工电弧焊的焊接电源，即是在焊接电路中为焊接电弧提供电能的设备。为区别于其它的电源，这类电源称为弧焊电源。常用的手工电弧焊电源有弧焊发电机、弧焊变压器和弧焊整流器，俗称直流弧焊机、交流弧焊机和整流弧焊机。这些弧焊电源，除用于手工电弧焊外，还可用于埋弧自动焊等，用以焊接电弧为热源的焊接工艺方法上。

第一节： 手工电弧焊对电源的要求

弧焊电源是为电弧提供电能的装臵，因此它的特性和结构与一般电力电源比较，有着显著的区别，这是弧焊工艺的特点所决定的。对弧焊电源有如下几点具体要求：引弧容易；保证电弧稳定燃烧；保证焊接工艺参数稳定（主要指焊接电流和电压）；可调节焊接工艺参数。

为了达到上述的具体要求，就必须要求弧焊电源具有一定的电气性能。

一、对弧焊电源外特性的要求

电弧的稳定燃烧，一般是指在电弧电压和电流给定时，电弧放电处在长时间内连续进行的状态。

电弧焊时，弧焊电源和焊接电弧组成了一个供电和用电系统，在稳定状态下，也即电源在其它参数不变的情况下，弧焊电源的输出电压与输出电流之间的关系，称为弧焊电源的外特性。它可用如下关系式表示： Ｕ输＝ｆI输

弧焊电源的外特性亦称弧焊电源的伏安特性或静特性。在以电压为纵轴，电流为横轴的直角坐标系中，弧焊电源的外特性可表示为一条曲线，这条曲线称为弧焊电源的外特性曲线。

弧焊电源的外特性曲线。随着弧焊电源输出电流的增大，电源的输出电压下降，这种类型的外特性，称为下降外特性，它的曲线叫做下降外特性曲线。

弧焊电源的外特性，基本上有下降外特性、平特性和上升外特性等三种类型。对手工电弧焊来说，为了能保证焊接电弧在选定数值的焊接电流下稳定燃烧而不熄灭，就必须要有下降的外特性。

在焊接回路中，由于弧焊电源的输出电流就是焊接电流，所以可将焊接电弧的静特性曲线与弧焊电源的外特性曲线，按同一比例绘制在一个直角坐标系上。

下降外特性曲线与电弧静特性曲线在一个坐标系中，电源的下降特性曲线与焊接电弧的静特性曲线有两个交点Ａ与Ｂ。在这两个交点上，由于它们各自对应的输出电压、电弧电压及输出电流、焊接电流都相等，即电源供给的电压和电流与电弧燃烧所需要的电压和电流相等，说明在这两个交点上，电弧能燃烧。但是，是否能在这两点上长时间地保持稳定状态？下面就这个问题对这两个燃烧点进行分析。

首先，电弧在Ａ点是否能正常、稳定地燃烧。如果在焊接电路中，由于受到外界因素的干扰，使焊接工作电流突然降低，这时电源输出的端电压就要小于所要求的电弧电压Ｕ；这样，电路就失去平衡，电流又进一步减小，直至电弧熄灭；如果焊接电流由于外界因素的干扰，突然增大，这样，对应的电源输出电压大于电弧所要求的电压，这就使焊接电流进一步增大，并且越来越大，直至Ｂ点。由此可见，在Ａ点电弧不能稳定燃烧。

再来分析，电弧在Ｂ点是否能正常、稳定地燃烧。如果在焊接电路中，由于受到外界因素的干扰，使焊接电流突然降低至人，此时电源供给的输出电压。大于该电弧所需要的电压，这就会促使焊接电流增加，直至恢复到Ｂ点，使输出电压与电弧电压又处干相等的状态，输出电流等于焊接电流，电弧恢复到正常燃烧的位臵。如果焊接电流受外界因素干扰突然增加到人，这时电源供给的输出电压就要下降，且小于电弧在该点燃烧所需要的电压，这就使焊接电流必然要减小，直至又恢复到Ｂ点。由此可见，电源的下降外特性曲线与电弧静特性曲线的交点凡不仅是一个电弧燃烧点，而且是电弧正常、稳定的燃烧点。综上所述，具有下降外特性的孤焊电源能够保证焊接电弧稳烧。

具有上升外特性或平特性的弧焊电源，能否保证手工电弧焊的焊接电弧稳定燃烧？上升特性和平特性曲线与电弧静特性曲线只有一个交点Ａ，在该点电弧燃烧情况，相当于Ａ点电弧燃烧情况。当焊接电流突然降低时，会导致电弧熄灭；当焊接电流突然增大时，电源供给的端电压大于电弧燃烧所需的龟压，因此必然引起焊接电流进一步增大，使电源的端电压与电弧所需要的电压的差值更大，电弧因此而不能稳定燃烧。由此看来，只有下降外特性的电源，才能保证手工电弧焊焊接电弧的稳定燃烧。

下降的外特性，虽然能保证手工电弧焊时电弧的稳定燃烧，但下降的外特性曲线有缓降的，也有陡降的，哪一种更有利于电弧的稳定燃烧？手弧焊时电弧长度是由手控制的，因为手的抖动或焊件表面的不平整，均使弧长发生变化弧长波动时，陡降外特性电源的电流波动小而缓降外特性电源的电流波动大。因此当电弧长度变化时，陡降外特性电源所引起的电流变化幅度小，电弧较稳定，而缓降外特性的电源所引起的电流变化幅度大，电弧不稳。所以手弧焊对电源的基本要求就是要具有陡降的外特性。

二、对弧焊电和空来电压的要求

所谓空载电压，就是在焊接引弧之前，弧焊电源输出端所具有的端电压。

在生产实践中，由于焊条端面和焊件表面往往存有铁锈和其它杂质，使接触不良，接触电阻很大，电弧不易引燃。因此，只有较高的空载电压，才能将高电阻的接触面击穿，形成通路；同时，空载电压高有利于电子发射，容易引弧；另外，在焊接过程中，由于熔滴过渡造成的短路，会导致焊接电弧的熄灭，而具有较高的空载电压便能在焊接过程一旦脱离短路时，使焊接电弧尽快的复燃，保证了整个焊接过程的稳定。

但是，空载电压不宜过高，因为过高的空载电压不利于焊工的安全操作。因此，空载电压应在满足焊接工艺要求的前提下，尽可能低一些。

目前，我国生产的弧焊发电机和弧焊整流器，空载电压一般在９０Ｖ以下；弧焊变压器的空载电压一般在８０Ｖ以下。

三、对弧焊电源 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、位臵及焊条直径等不同，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，以便有利于保证焊接接头的质量。

对手工电弧焊来说，弧焊电源的下降外特性曲线与电弧静特性曲线的交点中，只有一个电弧稳定燃烧点。因此，为了获得一定范围所需的焊接电流，就必须要求弧焊电源具有很多条可以均匀改变的外传性曲线簇，以便与电弧静特性曲线相交，得到一系列的稳定工作点，这就是弧焊电源的调节特性。最理想的弧焊电源调节特性是可改变其空载电压。手工电弧焊的焊接电流变化范围一般在100～400Ａ之间。

四、对弧焊电源动特性的要求

焊接电弧在焊接电路中作为一个负载，但不同于一般电路中的负载。如在照明电路中，电源所负担的是在相对一段时间中固定不变的负载，即电灯的电阻。而在焊接电路中，焊接电弧对弧焊电源来说，是一个一直在变化着的动态负载。这是因为在焊接过程中，由于熔滴的过渡可能造成短路，使电弧长度、电弧电压和焊接电流产生瞬间变化。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。

手工电弧焊要求其焊接电源有较合适的动特性，这样才能获得预期有规则的熔滴过渡、稳定电弧、较小的飞溅和良好的焊缝成形。对动特性的具体要求，主要有如下几点：

１．合适的瞬时短路电流峰值

手工电弧焊时，由于引弧和熔滴过渡等均会造成焊接电路的短路现象。为了有利于引弧，加速金属的熔化和过渡，同时，为了缩短电源处于短路状态的时间，因此。应当适当增大瞬时短路电流。但是过高的短路电流，会导致焊条与焊件的过热，甚至使焊件烧穿，还会引起飞溅的增加以及电源过载。所以，必须要有合适的瞬时短路电流峰值，即限制短路电流的特性，通常规定短路电流不大于工作电流的1.5倍，具有陡降外特性的电源是能满足这一要求的。

２．合适的短路电流上升速度

短路电流的上升速度是否合适，对手工电弧焊或其它熔化极电弧焊的引弧和熔滴过渡均有一定的影响。一般要求有较快的短路电流上升速度，它也是标志弧焊电源动特性的一个主要指标。

３．达到恢复电压最低值的时间应适当

为了保持焊接电弧的稳定燃烧，对弧焊电源来说，从短路到复燃时，要求能在较短的时间内，达到恢复电压的最低值（＞３０ｖ）这样才能使电弧在极短的时间内重复引燃．以保持电弧的持续、稳定。

五、对弧焊电源结构的要求

对弧焊电源的结构，要求简单轻巧，制造容易，消耗材料少，成本低。同时，又要求它牢固，使用方便、可靠、安全和维护容易。在结构上，还要求在特殊环境下具备相应的适应性（如在高原、水下、野外焊接等）。

六、焊机型号的编制

焊机型号的编制，是用汉字拼音大写字母及阿拉伯数字，按一定的编排次序所组成。按原机械工业部标准ＪＢ１４７５—７４规定的编排次序如下；

上述编排次序中，１、２、３、７各项均以汉字拼音大写字母表示；４、5、6各项均由阿拉伯数字表示。另外，型号中３、４、６项如不用时，其它各项排紧。

１．大类名称中，弧焊发电机用“A”表示；弧焊变压器用“B”表示；弧焊整流器用“Z”表示。

２．小类名称中，焊接电源外特性为下降特性的，用“X”表示；平特性用“Ｐ”表示；多特性用“Ｄ”表示。

３．附加特征中，可控硅整流器用“K”表示；硅整流器用“Ｇ”表示；铝绕组用“L”表示。

如ＡＸ－３２０即为具有下降 性的弧焊发电机，其额定焊接电流为３２０Ａ；ＡＸＩ－５００即为产品系列品种序号为１，具有下降外特性的弧焊发电机，其额定焊接电流为500Ａ。又如ＢＸ3—５００即为系列品种序号为３、具有下降外特性的弧焊变压器，其额定焊接电流为500A。

焊机除了有规定的型号外，在其外壳均标有铭牌，学要记载着额定工作情况下的一些技术数据，以供操作者正确应用而不致损坏设备。

下面对额定值和负载持续率作一简述。’

（１）额定值 额定值即是对焊接电源规定的使用限额，如额定电压、额定电流和额定功率等。按额定值使用弧焊电源，应是最经济合理、安全可靠的，既充分利用了焊机，又保证了设备的正常使用寿命。超过额定值工作称为过载，严重过载将会使设备损坏。因此，对各类手工电弧焊电源，必须定出额定值，以供焊接时选用。当然，在选用时也不宜选用额定值过高，因为选用较高额定值的焊机，虽然能使焊机在使用时设备更趋安全，但由于设备未获充分利用，在客观上造成了浪费：

（２）负载持续率 负载持续率是指焊机负载的时间占选定工作时间的百分率。可用如下公式表示：

负载持续率＝在选定的工作时间周期内焊机的负载时间／选定工作时间周期×100%

我国对手工电弧焊机，所选定的工作时间周期为5ｍｉｎ，如果在5ｍｉｎ内负载的时间为３ｍｉｎ，那么负载持续率即为６０％。对于一台焊机来说，随着实际焊接（负载）时间的增多，间歇时间减少，那么负载持续率便会不断增高，焊机就会更容易发热、升温，甚至烧毁。因此，焊工必须按规定的额定负载持续率使用。

第二节： 弧焊发电机及弧焊变压器

一、弧焊发电机

弧焊发电机也称直流弧焊机，由直流发电机和原动机两部分组成，所以也称弧焊发电机组。

原动机可分为电动机、柴油机或汽油机。常用的弧焊发电机组是以三相异步电动机作为原动机，带动一台直流弧焊发电机组成，电动机与发电机同轴同壳，组成一体式结构。图８—６所示为ＡＸ－３２０型弧焊发电机的构造。常用的是指具有陡降外特性的弧焊发电机，根据发电机获得陡降外特性的方法不同，弧焊发电机可分为裂极式、差复激（差复励）式和换向极式等几种。本节主要介绍裂极式弧焊发电机。

１．弧焊发电机的一般原理

弧焊发电机是一种特殊的直流发电机。它的发电原理与普通直流发电机不同，由于它使用在弧焊这样一种特殊场合，因此，要对它提出陡降的外特性，具有一定范围、均匀的调节特性和良好的动特性等特殊要求。

（１）直流发电机的电动势 直流发电机电动势的产生，当电枢绕组的线圈在磁极之间匀速转动时，线圈的边将切割磁力线，而产生感应电势。由于运动方向与磁曲线之间的夹角成正弦规律变化，所以切割磁力线的速度也成正弦规律变化、因此导线中的感应电势也成正弦规律变化。对于线圈的一条边，每转一周经过Ｎ及Ｓ极备转换一次，产生的感应电动势就改变一次方向。因此，电枢绕组中的感应电势是一种正弦交变电势。为得到直流电势，必须对它进行整流，这就需要通过换向器来实现。图中所示的换向器是由两片换向片组成，经换向（整流）之后，电刷人Ｂ两端输出的电动势（电压）和电流是一种脉动很大的波形状直流电。由于电枢绕组的线圈边数很多，换向器的片数也很多，而且电枢的转速又较高，所以最终能得到较为平直的直流电动势和直流电波形。

（２）电枢反应 直流发电机在空载时，发电机中的工作磁通（主磁通冲是主磁极通过激磁绕组的激磁电流产生的，当发电机处于负载运行时，电枢绕组中便有负载电流通过，产生了由电枢电流形成的磁通，即电枢反应磁通。电枢反应磁通的分布，其大小与电枢电流成正比。

由于电枢反应磁通的存在，对发电机的工作磁通带来较大的影响。当主磁通中与电枢反应磁通，合成以后形成工作磁通，一是使工作磁通发生歪扭，即此时由合成磁通形成的物理中性面与发电机的几何中性面之间产生偏角；二是使工作磁通相对减弱为，这种现象称为电枢反应。由此可知，随着电枢电流的增加，电枢反应使工作磁通相对减弱加剧，这就是弧焊发电机能获得下降外特性的一个基本依据。

２．裂极式弧焊发电机

裂极式弧焊发电机采用并激绕组激磁，依靠电枢反应获得陡降外特性。现以ＡＸ－320型焊机为例说明。ＡＸ－３２０型弧焊发电机是较常用的直流弧焊机，其空载电压为５０～８０Ｖ，工作电压为３０Ｖ，电流调节范围为４５～３２０Ａ。

（ｌ）焊机构造ＡＸ－３２０型弧焊发电机的构造如图所示，由一台 14ｋｗ的三相感应电动机和一台裂极式直流弧焊发电机组成。电动机的转子与发电机的电枢在同一根轴上，并臵于同一机壳内。机身下有四个滚轮便于移动。

发电机内有四个磁极，水平方向的磁极为主极；垂直方向的磁极称为交极。主极带有切口，这样磁极的截面减小了，使得磁通在达到一定值后就无法再增加，即在焊机工作的时候，主极的磁通能迅速达到饱和状态（磁饱和状态）。磁极的排列不同于普通直流发电机，其南（ｓ）北ｍ）极不是互相交替排列，而是主极的北极Ｎｓ与交极的北极Ｎ交，以及两个南极Ｓ交均为相邻配臵。如此排列的两对磁极，好像是由一对大磁极分裂而成，所以，这类弧焊发电机称为裂极式弧焊发电机。

裂极式弧焊发电机有三组电刷，其中两组主电刷ａ与ｂ供电弧用电，中间为一组辅助电刷ｃ。主极和交极上激磁绕组的电流（激磁电流）由电刷ａ与ｃ两端的电压供给．通过安装在焊机顶部的变阻器，可以改变交极上一部分激磁绕组的激磁电流，以达到对焊机进行焊接电流细调节的目的、焊机的一端还装有电流调节手柄，通过它带动电刷装臵来改变电刷的位臵，从而可进行焊接电流的粗调节。

（2）工作原理 ＡＸ3２０型弧焊发电机的工作原理：焊机的下降外特性，借电枢反应的去磁作用而获得。

１）空载 空载时，弧焊发电机内的工作磁通有主极磁通向和交极磁通内。焊机的空载电压，由电刷之间的电压组成。其中电压由主极磁通决定，次级电压则由交极磁通决定。由于空载时电枢中没有焊接电流通过，所以没有电枢反应，也就不产生去磁作用，从而使焊机能保持较高的空载电压，以便引弧和保证焊接电弧的稳定。

２）焊接 焊接时，由于电枢中有焊接电流通过，便产生了电枢反应，用右手定则可以确定电枢绕组在磁场中各不同位臵和感应电流的流向，然后以右手螺旋定则，便可确定由电枢反应产主的电枢反应磁通的方向。

由此可见，电枢反应磁通与主极磁通的方向相同，而与交极磁通内的方向相反。由于主极铁心开有切口，早已达到磁饱和状态，因此电枢反应磁通尽管与主极反应磁通方向相同，也无法使主极磁通增加，而只能使交极磁通向减少，削弱了发电机内部的总磁通，这种现象是电枢反应的去磁作用造成的。电枢反应的去磁作用，随着焊接电流的增加而增大，随着焊接电流的减小而减小。当焊接电流增加时，电枢反应的去磁作用促使总磁通减小，使发电机的输出电压降低；电枢反应的去磁作用越大，输出电压就越低，这样就使弧焊发电机获得了下降外特性。

３）短路 焊接短路时，由于短路电流突然增大，由此而产生的电枢反应磁通剧烈地增加，它不但完全抵消了交极磁通向，而且还形成与交极磁通方向相反的磁通，就使电刷间产生了与原来方向相反的感应电动势（电压），而且在数值上接近于由主极磁通，决定的焊机的输出电压 Ｕ。接近于零，这就限制了短路电流，以免损坏焊机。

（３）焊接电流的调节ＡＸ—３２０型弧焊发电机有两种电流调节方法，即粗调节和细调节。

ｌ）粗调节 焊接电流的粗调节是用改变电刷位臵来实现的。当电刷位臵顺电枢旋转方 向移动时，焊机的输出电压降低，焊接电流便随之减小；相反，逆电枢旋转方向移动时，焊接电流增大。粗调节共有三档，电刷在第一档位臵时，电流最小，第三档位臵电流最大。电刷位臵的移动由调节手柄来实现。

２）细调节 焊接电流的细调节，用变阻器来改变流经交极的部分激磁绕组中的激磁电流，使交极磁通内发生变化，从而使发电机的总磁通增大或减小，这样就改变了发电机的感应电动势，达到电流细调节的目的。

二、弧焊变压器

弧焊变压器也称交流弧焊机，是以交流电形式向焊接电弧输送电能的设备。弧焊变压器实际上是一台具有一定特性的变压器，主要特点是在次级回路（焊接回路）中增加阻抗，阻抗上的压降随焊接电流的增加而增加，以此获得陡降外特性。按获得陡降外特性的方法不同，弧焊变压器可分为串联电抗器式弧焊变压器和增强漏磁式弧焊变压器两大类。按结构不同，串联电抗器又可分为分体式和同体式（也称整体式或复合式，如ＢＸＺ系列）两类。增强漏磁式可分为动圈式（ＢＸ３系列）、动铁式（ＢＸＩ系列）和抽头式（ＢＸ６１２０）等三类，这里主要介绍动圈式弧焊变压器。

１．动圈式弧焊变压器的构造

动因式弧焊变压器属于ＢＸ３系列，产品有ＢＸ３—１２０、ＢＸ３—１２０—１、ＢＸ３—３００、ＢＸ３—３００—２、ＢＸ ３—５００型等。现以ＢＸ ３－３００型弧焊变压器为例说明，该焊机的空载电压为６０～７５Ｖ，工作电压为３０Ｖ，电流调节范围为４０～４００Ａ。

ＢＸ３—３００型弧焊变压器是一台动圈式单相焊接变压器，变压器的初级绕组分成两部分，固定在口形铁芯两芯柱的底部，铁芯的宽度较小，而叠厚较大。次级绕组也分成两部分，装在两铁芯柱的上部并固定于可动的支架上，通过丝杆连接，经手柄转动可依次级绕组上下移动，以改变初、次级绕组间的距离，调节焊接电流的大小。初、次级绕组可分别接成串联（接法１）和并联（接法Ｉ），使之得到较大的电流调节范围。

２．动圈式弧焊变压器的工作原理

动圈式弧焊变压器属于增强漏磁式类，它是利用有初级漏磁通和次极漏磁通的存在而获得下降外特性，当变压器在工作时，铁芯内除存在着由初级电流所激励的磁通外，还有一小部分经过空气闭合，且仅与初级或次级绕组发生关系的磁通，它们被称为漏磁通。漏磁通分别在初级绕组和次级绕组内感应出一个电动势，这个电动势对电路的作用，相当于在该电路串联了一个电抗线圈。由此可见，如增大初、次级绕组的漏磁，即相当于该电路上串联电抗线圈所产生的电压降增大，这样，便可获得陡降外特性。

（1）空载 在空载时，由于次级绕组无焊接电流流过，因此不存在次级漏磁通，则无降压现象，故能保持原始较高的空载电压，有利于引弧。

（２）焊接 焊接时，由于焊接电流的存在，使漏磁通随着焊接电流的增大而增大（初级漏磁通也可折合成次级漏磁通），使焊机获得下降的外特性。

（３）短路 焊接短路时，由于短路电流很大，由此而产生的漏磁造成更大的电压降，从而限制了短路电流的增长。

３．动圈式弧焊变压器焊接电流的调节

动圈式弧焊变压器通过改变初、次级绕组的匝数进行粗调节，改变初、次级绕组的距离来进行细调节。

（１）粗调节 电流的粗调节是先将电源切断，然后再将电源转换开关转至相应的接法。当初、次级绕组接成接法二时，初、次级绕组均为串联，使焊机总的漏磁通增大，焊机的外特性便处于初、次级绕组均为并联，使焊机的漏磁减小，外特性便处于曲线３和曲线４的范围内。

Ｉ位臵时，空载电压为７５Ｖ，焊接电流调节范围为４０～１２５Ａ；Ｈ位臵时，空载电压为６０Ｖ，焊接电流调节范围为１１５～４００Ａ。

（２）细调节 在上述两种接法中，都可用改变初、次级绕组之间的距离进行电流细调节。这是因为改变了两绕组间的距离，而使得初、次级绕组间空气漏磁通发生变化的缘故。当距离增大，漏磁增大，焊接电流就减小；反之，焊接电流增大。

接法二时，减小两绕组间的距离，外特性曲线由ｌ移到２；接法工时，减小两线组间的距离，外特性曲线由３移到４。故一般称接法１为小档，接法正为大档。

第三节： 弧焊整流器

弧焊整流器是一种直流弧焊电源，用交流电经过变压、整流后而获得直流电。弧焊整流器有硅弧焊整流器、可控硅弧焊整流器及晶体管式弧焊整流器等三种。硅弧焊整流器常用的有ＺＸＧ型，即下降特性硅弧焊整流器。随着国内、外焊接事业的发展，可控硅弧焊整流器的优点逐渐被显现，它的优点是消耗材料少，体积小、重量轻、功率因数高、省电、动特性良好，且调节性能好，电网电压波动和工作电压波动可以补偿，而输出电压稳定，便于一机多用和实现自动化焊接等。可控硅弧焊整流器国内定型产品不多，如ＺＤＫ型、ＺＸＳ型等。

本节主要介绍上海电焊机厂从国外引进的ＧＳ系列（即ＺＸＳ型同类产品）可控硅弧焊整流器。目前生产的ＧＳ－３００ＳＳ，４００ＳＳ、５００ＳＳ、６００ＳＳ型弧焊整流器具有陡降外特性。

一、焊机构造

ＯＳ系列焊机是由主变压器（三相）、三相可控硅整流器组、输出电抗器、电子控制线路印刷板、冷却风机、主接触器和转换开关等部件所组成。

１．三相主变压器

三相主变压器的主要作用，是将网路电压降至焊接所需要的电压值后，供给三相晶闸管整流器组整流。主变压器的部分次级绕组还向控制线路供电。

２．三相晶闸管整流器组

三相晶闸管整流器组的主要作用；是将三相主变压器送来的已经降过压的三相交流电，进行三相桥式全控整流。

３．输出电抗器

输出电抗器是串联在焊接回路内的铁芯式电抗器，它的作用是使由晶闸管整流电路输出脉动较大的电压波形趋于平直，即起滤波作用，另外，可改善动特性并抑制焊接短路电流的峰值。

４．电子控制线路印刷板

电子控制线路印刷板的主要作用，是焊装臵电子线路中所需的各种电子元件。

５．冷却风机

冷却风机系螺旋式通风机，它以强迫风冷的形式。使焊机内部得到适宜的冷却。

６．主接触器

主接触器的作用是当焊机开启后，使主变压器一次回路接通，即主变压器初级绕组与网路电源接通。

７．转换开关

转换开关主要有电流范围开关、“开关”控制开关、电流控制开关和“电弧推力”开关。

电流范围开关是提供“大”、“小”两档电流输出粗调范围，“开关”控制开关是焊机启动、关闭用遥控或面板操作的转换开关，电流控制开关则是焊接电流采用遥控或面板操作的转换开关，“电弧推力”开关是该系列焊机为适应不同的焊接状况，当电弧电压降到一定值时，提供不同电弧特性的转换开关，分“大”、“中”、“小”三档。以ＧＳ－４００ＳＳ型焊机为例，当电弧电压下降至１５Ｖ左右时，随着弧压的继续降低（电弧长度缩短），焊接电流增长较快，以提高“电弧推力”

ＧＳ系列焊机可保护可控硅整流器组不致因过热而烧坏，除冷却风扇强制冷却外，还装有热保护装臵，它是一个与主接触器串联的常闭型触点温度继电器，当整流器过热便会使主接触器断开，以使焊接电流输出中断。

二、工作原理

焊机空载启动时，焊机主接触器接通，网路电源向焊机供电。三相主变压器将同路输入的电压，降至焊接所需的工作电压值，然后经三相晶闸管整流器组进行全控整流，便能获得脉动直流电压，经输出电抗器的滤波作用，最后获得波形连续平直的直流焊接空载电压。

在焊机电子控制线路中，有一个触发电路，它能向晶闸管的控制极提供触发脉冲，即与三相交流电同步的一个电压脉冲讯号，使晶闸管导通，以获得直流电。在焊机空载时，触发电路提供的电压讯号脉冲有一给定的导通角（即可使晶闸管在交流电波形处于某一相位时导通），使焊机具有一固定的空载直流电压。

另外，在电子控制线路中，还有一个电流反馈控制系统。在焊接时，由电流感应装臵接收焊接回路中焊接电流变化的讯号，再经触发电路处理后，输送给晶闸管可控硅的控制极，此时所提供的控制脉冲讯号的导通角，随焊接电流的变化而变化（触发脉冲的移相），从而使焊接电源的输出电压随之发生变化，以此获得焊机的下降外特性。

三、焊机的操作

焊机有遥控和面板操作两种方法，如果不使用遥控电流或开关控制，“电流控制”和“开关控制”开关，应臵于“面板”位臵，如使用遥控，应把上述两开关臵于“遥控”位臵。电流范围开关臵于所选择的位臵（“大”或“小”）。电弧推力开关臵于所需的位臵；电弧推力“大”，在短路状态下，短路电流最大。具有最大的电弧穿透力，适宜于全位臵焊接的引弧及某些类型的焊条；“中”，短路电流适中，适用于大多数焊接场合及某些类型焊条；“小”，电弧穿透力最小，适宜于气体钨极电弧焊接，将电流调节旋钮旋至所需电流位臵。在完成上述步骤后便可按下电源按钮开关“开”，开始焊接。

在焊接结束关机前，须让焊机在空载状态下运行３ｍｉｎ，然后按下电源按钮开关“关”。当人员离开焊机时，应切断电网输入电压。

近几年来国际和国内迅速发展一种新型高效机电一体化焊接设备——逆变式弧焊整流器。其技术指标和焊接工艺性能均十分优异，具有极高的综合技术指标，是高能耗焊接设备理想的更新换代产品。

我国逆变式弧焊整流器的系列产品型式为ＺＸ７—ＸＸＸ，型号中７表示逆变式。

逆变式弧焊整流器的特点和用途；此焊机采用最新的快速晶闸管（ＰＳＣＲ）和快速整流管等大功率开关器件，用大规模集成电路控制的ＰＦＭ线路构成先进的交流系统。它以小巧的中频变压器，取代了传统焊机中笨重的工频变压器，从而使该焊机具有效率高、空载损耗小、输出电流稳定、节能、节材、高稳定、高可靠、快速的特点。

据实际测试其耗电量比一般弧焊发电机少１／３以上，产品本身节约铜、钢、铁等材料达８０％以上，因此该焊机具有体积小、重量轻、移动方便等优点。

ＺＸ７系列逆变式弧焊整流器，适用于直径０．８～5mｍ焊条施焊，焊接电流调节范围极宽，有２～３２０Ａ（上海电焊机厂），有２０～２００Ａ，５０～５００Ａ（成都〃皮克电力电子技术研究所）。焊机除作为手工电弧焊外，还可以作为手工钨极氩弧焊电源。当采用氩弧焊接时为接触引弧，机内电子线路保证了良好的引弧性能，不会造成夹钨现象，在收尾时焊接电流按最佳梯度自动衰减，并有提前送气、滞后断气功能。手弧焊时电弧稳定。飞溅极小、焊接性能优良。因此在压力容器焊接时，可一机完成氩弧焊打底和手工焊盖面两道工序。

工作过程简介如下：网路三相电源送至工频三相整流桥整流后，供给主晶闸管逆变器，逆变成中频交流，然后进行中频变压及整流，再经过滤波和反馈控制得到输出平滑，并能满足焊接需要，且可连续调节的直流电压和电流。

通过这样的变频处理。大大减小了主变压器的体积和重量，同时也提高了整机的控制精度，使焊机具有很好的电网电压波动补偿功能和优良的焊接特性。第四节：手工电弧焊电源的维护及故障处理

弧焊电源设备的维护是保证安全生产和焊接质量的重要手段，因此必须重视焊机的日常维护工作。同时，对于一个熟练的电焊工来说，也应该懂得自己所使用弧焊电源常见故障产生的原因和处理这些故由的基本方法，这对于提高焊工的技术素质、焊接质量和焊接生产率都具有十分重要的意义。

一、手工电弧焊电源的维护

对焊机的合理使用和正确维护，能保持弧焊设备工作性能的稳定和延长使用期限，并保证生产的正常进行。弧焊设备的维护应由电工和焊工共同负责。

焊工在维护方面应注意下列几项：

１、弧焊电源应尽可能放在通风良好而又干燥的地方，不应靠近高热地区，并应保持平稳。硅弧焊整流器要特别注意对硅整流器的保护和冷却，严禁在不通风情况下进行焊接工作，以免烧坏硅整流器。

２、焊机接入网路时，焊机电压须与之相符，以防烧坏设备并注意焊机的可靠接地。

３、焊钳不能与焊机接触，防止发生短路。

４、必须按照设备的要求，在空载或切断电源的情况下改变极性的接法和调整焊接电流。

５、应按照焊机的额定焊接电流和额定负载持续率使用，不要使设备过载而遭破坏。

６、焊接过程中，焊接回路的短路时间不宜过长，特别是硅弧焊整流器用大电流工作时更应注意，否则易烧坏硅整流器。

７．应经常注意焊接电缆与焊机接线柱的接触情况是否良好，及时紧固螺帽。

８．经常检查弧焊发电机的电刷与换向片的接触情况，要求电刷在换向片表面有适当的均匀压力，以使所有电刷都能承受到等荷的电流。若电刷火花过大易烧坏换向片，应视实际情况调换电刷或用蘸有汽油的布揩去换向片上的碳屑，也可用木块衬着玻璃砂纸对换向片表面进行研磨，但切不可用手指压着砂纸研磨，严禁用金钢砂砂纸。

９．应防止焊机受潮，保持焊机内部清洁，定期用干燥的压缩空气吹净内部的灰尘，对硅弧焊整流器尤为注意。

１０．发生故障、工作完毕及临时离开工作场地时，应及时切断焊机的电源。

二、手ｘ电弧焊电源常见故障的处理

1、弧焊发电机的常见故障及其排除方法见表８—４。

2、弧焊变压器的常见故障及排除方法见表8—5。

第四篇：焊工工艺教案

焊工工艺教案

机械专业（焊工工艺）

教学目的：焊接是制造金属结构和及其零件的重要手段之一。教学要求：焊接是制造金属重要手段。教学重点：焊接技术 教学难点：焊接技术

导入：焊接是制造金属结构和及其零件的重要手段之一，它被广泛的应用与现代工业的各个领域。讲课内容：

焊接是将分离的材料或结构单元，通过加热，加压，或两者公用，一用或不用填充材料使工件达到原子结合的一种加工方法。

按焊接过程中的特点和现实焊接的方法，课归纳为三个基本类型即熔焊，压焊和钎焊。

1、熔焊：熔焊是指在焊接过程中，将焊件街头加热至融化状态，不加压力完成焊接的方法，熔焊应用很广泛，如电弧焊和气焊。

2、压焊：压焊是指在焊接过程中，必须对焊件施加压力，（加热过不加热）完成焊接的方法，采用压焊生产率很高。如：电阻焊，和摩擦焊属于这一类。

3、钎焊：钎焊是采用比母材熔点低的金属材料做钎料，讲焊件和钎料加料到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充街头间隙并与母材互扩散实现连接焊件的方法，这种焊接方法应用也很广泛，如钼焊，铜焊及银焊等属于这一类。

焊接金属结构和机器零件的生产过程全过程可分为三个阶段，即准备，炮焊和验收阶段。

1、准备阶段

2、施焊阶段

3、质监和验收阶段

在整个生产过程中，要讲质量标准始终贯彻在设计，创造中的技术和施工管理等三者方面，就能显示出焊接技术和焊接结构的特点和优越性。

复习小结：焊接是创造金属结构和及其零件的重要手段之一。

作业：焊接金属结构和机器零件的生产全过程可分为三个阶段，哪三个阶段请讲述？

手工电弧焊

教学目的：了解手工电弧焊 教学要求：了解手工电弧焊 教学重点：手工电弧焊接过程。教学难点：手工电弧焊基本操作。

导入：手工电弧焊是利用焊接电弧的热量手融化母材和焊条的一种手工操作的焊接分发。讲课内容：

焊接前，吧电话前和焊件分别接到手工弧焊输出端的谅解，并用电焊钳夹持焊条，焊接时，首先在焊条和焊件之间引燃焊接电弧，利用电弧的热量将焊条和焊件接头处熔化，形成熔池，随着电弧沿焊接方向歉意，不断产生新的熔池，而留在电弧后面的熔池迅速冷凝成焊缝，从而被焊工件连接整体。

二、焊接电弧 电焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极号，焊件间，在气体公质中产生的强烈而持久的放点现象叫焊接电弧。它是手弧焊的热源，沿焊接电弧轴线方向的温度和电压分布都是不均匀的，这是因为在其轴线方向上形成了三个性质不同的区域，即阴极区，阳极区和弧柱区。

电弧电压由阴极电压降（阴）阳极电压（阳）弧柱电压降三部分组成。

焊接电弧不仅能放出大量的热功当量，还能发出强烈的光，对人的身体产生危害。

2、焊接设备及用具 分：

1、手工弧焊机

2、半自动弧焊机

3、自动弧焊机

复习：手工电弧焊焊接过程

作业：说明手工电弧焊焊接过程。

焊接设备及用具

教学目的：

了解焊接设备及用具 教学要求：

了解焊接设备及用具 教学重点： 焊接设备及用具 教学难点： 焊接设备及用具

导入：电弧焊机是利用电弧热量融化金属而进行焊接的设备，按操作的自动化程度，可分为手工弧焊机，半自动弧焊机自动弧焊机。讲课内容：

1、手工弧焊机：一般分为交流和直流两大类

2、手弧焊用工具（1）电焊钳（2）敲锤（3）钢丝刷（4）夹钳

3、手弧焊用装孔夹具（1）夹紧工具（2）压紧工具（3）拉紧工具（4）撑具

4、防护用具（1）面罩（2）焊工手套（3）护脚（4）绝缘胶鞋

5、测量用具（1）电流表：钳形电流表（2）电压表

四、引弧的方法有两种

1、击法

2、擦法

五、手焊基本操作 可分手焊，立焊和仰焊

经过反复练习，是焊的焊缝的形状规则，焊缝条部分的尺寸符合要求，才算合格。复习小结：焊接设备及用具 作业：练习焊缝技术

工艺实践

教学目的：工艺实践

教学要求：工艺实践 教学重点难点：工艺实践

一、实习用材料

1、正4303（结422）43.2 44.0电焊条

2、厚度为6~10毫米低碳钢板

二、实习内容的要求

1、了解焊接结构件的制造方法和工艺过程

2、初步了解手工电弧焊的焊接过程

3、掌握手工电弧焊的引弧方法及焊接操作的初步技能。

二、操作练习操作

（1）引弧是焊条提起要快，否则易产生格条（2）如果焊条的焊件接触而不起弧时，往往是因为焊条冲藏布有表皮划碍导电，这是应该将这些绝缘物清除，以利导电。

（3）练习引弧时，不必考虑焊条的角度，更不要急于去完成一道焊缝。操作工，平焊直线

（1）焊接时要放松身体，而且正常呼吸，手臂应离开身体，随身体自由运动，同时要保持稳定。

（2）开始练习时，主要学握好电弧长度，焊条角度和焊接速度。（3）要区分开熔池内的溶度和熔化金属。

（4）控制熔池的形状，大小要合适，不允许熔留到不分化金属前面。（5）首先练习窄焊道的平焊，并用直线远导法进行练习。1）起划端远导法 2）直线远导法 3）焊道的收尾方法 4）续焊接头方法 小结：操作要点 作业：练习电焊操作

焊条的相关知识

教学目的：了解焊条 教学要求：了解焊条 教学重点：了解焊条 教学难点：了解焊条

导入：平弧焊应用的初期，人们复用过没有药皮的光焊来进行焊接。

人们研制出了带有药皮的焊条，（除药焊条，简称焊条）解决了上述关键问题，从而是手弧焊得到优质的焊缝，手弧焊的应用也更加广铜焊丝作焊芯。

药皮是有多种原材料组成的，根据焊条药皮组成的不同，基本上可分为八种类型图。

1、氧化钛型，简称钛型

2、氧化钛钙型，简称钛钙型

3、钛铁矿型

4、氧化铁型

5、纤维类型

6、低分型

7、石墨型

8、盐化型

二、焊条的分类型号

根据B98D-76焊条分为九大类

1、从碳钢和低合金高强度钢焊条，简称结构钢焊条

2、铜和铬铜耐热焊条

3、不锈钢焊条

4、堆焊焊条

5、低温钢焊条

6、铸铁焊条

7、镍及镍合金焊条

8、铜皮铜合金焊条

9、铝及铝合金焊条

三、焊条的选用及保管

1、焊条的选用

2、焊条直径

3、焊条的保管

焊条必须接不同类型型号或牌号分别存放，异面用错焊条，焊条存放处应通风良好，干燥，以免焊条受潮。对存放时间很长或受潮焊条必须烘干后使用。

复习小结：焊条

作业：焊条的分类型号

手工弧焊机 教学目的：了解手工弧焊机 教学要求：了解手工弧焊机 教学重点：手工弧焊机 教学难点：手工弧焊机结构 导入

关于手工弧焊的有关知识 讲课内容

一、手工弧焊时对焊接电源的基本要求

1、有合适的空载电压

弧焊变压器：空载电压不大于80伏 弧焊整流器：空载电压不大于90伏 弧焊发电机：单头焊机不大于100伏

2、有合适的短路电源

3、有陡降的外特性

4、有良好的动特性

5、有灵活的调节特性

二、手工弧焊机的种类

1、交流电焊机，这种电焊机是将电网的交流电变成适宜于电弧焊的交流弧焊电源。

一般的变压器由三部分组成，即钱芯，初级线圈，次级线圈。下面通过几种焊机的具体结构，再进一步说明

（1）BX-500它是通过在变压器时次级回路中串联电热器来获得下降特性的。（2）BX-300它是属于动圈式磁弧焊变压器。

焊接电流的调节有两种方法：粗调是靠改变初次级线圈接法来实现的，细调是靠转动手柄，改变次级线圈的位置来调节的。

（3）BX-300它属于动态铁芯的漏磁焊机。

2、直疏电焊机

直流电焊机是向焊接电弧供给直流电能设备，可分为弧焊发电机和弧焊整器两类。

（1）弧焊发电机

不同型号的弧焊发电机调节电流的方法也不同。

(2)弧焊整流器

硅整流弧焊机与弧焊发电机相比,具有噪音小，空载耗电少，成本低，创造和维修容易等优点,它主要缺点是抗过载能力低,受电网压力波动的影响较大。

复习小结：手弧焊机

作业：手工弧焊机的种类

对焊的操作技术 教学目的：

了解各种位置焊缝及钢管时焊的操作技术 教学要求： 掌握操作技术 教学重点： 对焊的操作技术 教学难点： 对焊的操作技术 导入

一、焊条的横向摆动方法

当要求焊接缝较宽时，施焊中焊条还应作一定的挠向摆动。常用的摆动方法及特点可参看表。讲课内容

二、开坡口的对换平焊

手弧焊时，当焊件原度超过6毫米后，为保证焊透露开坡，即利用氧气切割，碳弧气刨�或机械工等方法。将焊件待焊部位加工成一定几何形状的沟挤，坡口的几何尺寸主要包括坡口角度，钝边高度，根部间隙等，常用坡口的形式及尺寸见表１－１２。

焊件开坡口后，可采用各层焊或多层焊或多层道来进行焊接，多层焊时，底层焊缝要用直径较细的焊条

坡口间隙小时，焊条不做横向摆动，坡口间隙大时，则采用直线往返形摆动，其余各层可选用较粗直径的焊条并采用锯齿形运行发。焊条摆动是，除注意在坡口两侧稍作停留外，还应注意使每层焊缝不应过厚，此外每一层焊缝的清洁工作也十分重要，它对焊缝质量有较大影响。

焊接力形坡口时，为防止变形，焊条顺条应正反面交叉进行。

三、角焊缝的平焊

焊接时，一般使焊条两板成45度，并向焊接方向倾斜，焊条与焊接方向成70-80度的夹角，如两板厚度不相同时，应使电弧偏向厚板一边，这样才能得到相同的焊脚长度。

焊脚不大于6毫米的寒风，可用单层焊，宜采用斜圆周形运条法。

填角焊时，容易产生咬边，焊缝分布不均等，缺陷，因此，操作时根据熔池的情况，灵活的改变焊条的角度和停留时间。

四、横焊

对接焊缝时的横焊位置，焊缝倾角0-5度，焊缝转角为70-90度，角焊缝横焊位置，焊缝倾角为0-5度，焊缝转角为30-55度。

因此施焊时，为获得优质焊缝，应注意以下几点：

1、采用较细直径的焊条，较小的焊接也烫和较短的电弧，稍快的焊接速度。

2、焊条向下倾斜的水平面成15度角，并向焊接方向倾斜于焊缝成70度角左右。

3、工件较薄时，可用直线往返运条法，工件较厚时，可采用短弧直线形或小余圆圈形运条法。

五、立焊

焊缝倾角为80-90度，焊缝转角为0-180度的焊接位置，叫立焊位置，在立焊位置进行的焊接叫立焊。

需要采取一些措施：

1、采用小直径的焊条和较小的焊接电流。

2、采用短弧焊接，一般弧长不大于焊条直径。

3、当工件厚度大于3毫米时，采用向下向上焊接。

4、根据接头形式和熔池情况，灵活运用适当的运条方法。

六、仰焊

在仰焊位置的焊接叫仰焊

1、采用细焊条，并选用较小的焊接电流。

2、操作中必经维持最短的电弧长度。

3、采用合适的焊条角度及远条方法。（1）对接接头（2）交接接头

复习小结：各种位置焊缝及钢管时对焊的操作技术。作业：分析各种位置的焊缝的操作技术

手弧焊

教学目的：

了解提高手弧焊生产率的途径及安全生产知识。教学要求

掌握提高手弧焊生产率的途径 教学重点

安全生产知识 教学难点

安全生产的知识

导入：提高手弧焊生产率的途径。

讲课内容：手弧焊具有使用灵活，操作方便，设备简单等优点，因此是现代生产中应用最广泛的一种焊接方法。

但手弧焊存在着生产率较低等缺点，世界各国为提高手弧焊条的生产率进行了大量的实践研究工作。

下面介绍一种效果较好的提高手弧焊生产率的方法。1.采用高效焊条和专用焊条

熔敷效率高或熔化速度快的焊条叫高效率焊条

2.高效率的重力焊接法

这是把高效率焊条和重力焊接装置结合在一起的一种班机械化的焊接方法。

二、手弧焊安全生产知识

手弧焊时，焊接电弧对人的身体会产生危害，此外还存在着触电，烫伤，受焊接烟尘及焊接有害气体的毒害等危险。

1、预防触电安全知识

（1）电流对人体的伤害形式 电击、电伤、电磁场生理伤害

（2）焊接时发生直接电击事故的主要原因。

1）在操作中，手或身体等部位接触到焊条，电报或焊钳带电部分，而脚或身体其他部分对地面和金属结构之间无绝缘，特别是在金属容器内，阴雨潮湿的情况或身体大量出汗时，比较容易发生这种电击事故。

2）在接线或调解电流时，手或身体某部位碰触接线柱，电报板等带电体而触电。3）在登高焊接时，触及或靠近高电压电网引起的触电事故。

（3）焊接时发生见解电击事故的主要作用。1）焊接设备漏电，人体碰触带电的壳体而触电。2）焊接变压器初级绕组与次级绕组之间绝缘破坏。

3）由于利用厂房的金属结构、管道、轨道、天车吊钩或其他金属物体搭接作为焊接回路，而发生触电。

4、接触绝缘已损坏的电缆，电锯，破损的开关等式逻辑，而发生触电。

（4）预防触电的一般措施 1）电焊机外壳必须牢靠接零或接地。

2）在搬运焊机，机修焊机，更换焊机保险丝。3）在推拉电源闸刀时，应带好干燥的电焊手套。4）焊钳应有良好的绝缘性能和隔热性能。

5）焊工在工作时，必须穿好干燥的工作服，手套和绝缘鞋。

6）焊接电缆应完整绝缘，避免电缆碾压或被电弧，炽热的焊缝金属等烧坏绝缘层。7）更换焊条时，应带好电焊手套，身体应避免与焊件接触。

8）在潮湿的地方焊接时，应用干燥木板或橡胶片等绝缘物做垫板。

9）焊工在光线暗的地方或夜间操作时，所使用的照明灯电压应不大于36伏。

10）在金属容器内，金属物架上火其他狭小工作场地焊接时，不允许使用简易无绝缘外壳的焊钳。

11）遇有触电者，切不可用赤手直接去拉，应迅速切断电源。

（2）焊工应熟悉和掌握有关电的基本知识，预防发生触电事故。2）预防弧光辐射的知识

预防弧光辐射的措施有：

（1）焊工操作时，必须使用带电焊防护玻璃的面罩。（2）焊工操作前，应穿好工作服，防止弧光灼伤皮肤。

3）操作引弧时，焊工应注意周围人员，以免强烈的弧光伤害他人。

4）在厂房内和人多的地方进行焊接时，应用屏风和隔板遮光，避免周围人员受弧光伤害。5）重力焊或装配定位焊时，要特别注意弧光的伤害，因此要求焊工，装配工应戴防光眼睛。复习小结：安全生产知识

作业：安全生产知识，预防触电安全知识。

气焊与气割

教学目的：

了解气焊与气割 教学要求

掌握气焊与气割操作 教学重点

气焊与气割 教学难点

气焊与气割

导入：气焊概述及基本操作 讲课内容：

一、气焊及其过程

1、气焊，气焊是利用可燃气体（乙炔，氢，天然气及其他燃烧气体）和助燃气体形成的火焰作为气焊热，把分离的金属、非金属或结构单元，局部加热至溶化状态，冷却后一焊缝的形式把它们连接成一个整体的过程。

（2）氧乙炔焊过程，焊接全过程包括三个阶段。

（1）准备阶段，准备焊接用气体，检查焊接用设备工具及辅具（橡皮气管，管接头，点火枪或火柴等）状态。进行板料的预加工（下料，接头制备，成形及装配等）和选定焊接材料（焊条，焊剂等）2）施焊阶段，带上护目镜，右手拿焊炬点火，调节火焰后左手拿焊丝，将火焰转至焊接区，焰心距工件接头表面2-4毫米处，稍微集中加热待形成熔池后，由右向左或由左向右。3）检查阶段，检验焊接质量，清整工作地点，恢复设备工具和辅具的常态（包括乙炔发生器的放水，排污等）

二、氧乙炔的点火，调节与灭火

1、氧气在常温常压下是一种无色无味无毒的气体，基分子或为02

2、乙炔在常温下，常压下是无色，易燃，比较重，有特殊味的气体。

根据氧和乙炔的不同混合比值，氧-乙炔火焰可分为中性焰，碳化焰和氧化焰三种。（1）中性焰当氧气与乙炔的比值为1-1.2时，得到的火焰成为中性焰。1）焰心2）内焰3）外焰

（2）碳化焰（乙炔焰）当氧和乙炔比值小于1时，燃烧后的气体中，还有未燃烧的部分乙炔。

（3）氧化焰，当氧和乙炔比值大于1.2时，由于火焰中氧量的增加，氧化反应强烈，焰心变尖，内焰和外焰都变短。

4、氧乙炔焰的点燃，调节与灭火，点火之前打开焊炬上氧气调节阀，利用高压氧气将焊炬气体通路，焊炬混合室的微尖与赃物吹掉后闭氧气调节阀。

三、平焊操作技术

1、基本操作技术（1）始焊操作（2）填充焊丝操作（3）焊炬和焊丝的摆动 焊炬摆动有三个基本动作：

1）沿焊缝方向前进运动，以便不断地熔化焊件边缘和焊丝形成焊缝。2）在垂直于焊缝的方向作上下跳动，可以调节熔池的热量。

3）横向摆动，主要使焊件坡口边缘能很好地熔透，控制液体金属的流动。（4）接头和终焊操作

在施焊过程中，由于各种原因中断焊接后，再进行起焊的操作叫接头。

2、平焊基本操作

在施焊过程中，经常遇到各种位置的焊接，如平焊，气焊，横焊和仰焊等。复习小结：气焊与气割 作业：气焊与气割的操作。

氧——乙炔焊

教学目的：了解氧-乙炔焊设备 教学要求：掌握氧-乙炔设备 教学重点：氧-乙炔焊设备 教学难点：氧-乙炔焊设备 导入：氧-乙炔焊设备 讲课内容：氧-乙炔焊设备

一、乙炔发生器及附属装置和乙炔瓶。

1、乙炔发生器。乙炔发生器是利用电石和水相互作用刮取乙炔的设备。根据割取乙炔的压力大小可分为低压式（压力大于150帕）根据电石与水接触方式可分为排水式，联系式，电石入水式及浮桶式等几种。

低压式乙炔发生器量不同分为1、3、5及10等五种，其中前三种为排水式，后两种为水入电石与排水联合式。前两种体积较小为移动式，后三种体积较大为固定式，可供多个工作地点同时使用。

乙炔发生器的类型虽多，单位时间内发生气量不同，但在构造上都具有发气室，储气室，安全装置，用火防止器及排水去污装置等部分。

在使用乙炔发生器之前，应做好准备工作，先往桶内灌注清水至水从溢水阀20流出为止。

乙炔发生器的使用维护与安全技术，必须按2-6的要求贯彻执行。

2、回火防止器

回火防止器是装在乙炔发生器上的安全装置，起作用是在施焊过程中焊炬和割炬发生回火时防止倒流的火焰进入乙炔发生器引起爆炸，以保证乙炔发生器的安全。

所谓回火就是在气焊或气割时，发生火焰不在焊嘴内燃烧而是沿着焊嘴回燃到输气管的现象。

3、乙炔瓶（溶解乙炔气瓶）它是贮存和运输乙炔的高压容器，外形与氧气瓶相似，但其结构比氧气复杂。

二、氧气瓶及压力调节器

1、氧气瓶

2、减压器

三、焊炬

1、焊炬的功用及分类

2、焊炬的构造及其使用 复习小结：氧-乙炔焊设备 作业：氧-乙炔焊设备操作。

气焊

教学目的：了解气焊技术及工艺 教学要求：掌握气焊技术及工艺 教学重点：气焊技术及工艺 教学难点：气焊技术及工艺 导入：

一、气焊技术应用 讲课内容：

一、气焊技术

1、左焊法和右焊法

进行气焊操作时，按焊接方向不同分为左焊法和右焊法两种。（1）左焊法

焊接方向是从右向左，焊丝在焊炬前面，焊接火焰指向待焊金属的施焊方法，在施焊过程中焊工能清楚看到熔池上部凝固边缘，可能获得较均匀焊缝。

（2）右焊法

焊接方向是从左向右，焊炬在焊丝前面，焊接火焰指向接头已焊部分的施焊方法。

2、立焊，横焊和仰焊，除了最基本的平焊操作外，在施焊过程中，还会遇到不同空间位置的焊缝，采用相应的操作。

（1）立焊：立焊是在焊件立面或斜面上进行纵向（竖向）的焊接操作，它的操作要领是： 1）采用比平焊小的火焰能率进行焊接

2）严格控制熔池温度。熔池不能太大和太深。3）掌握好与的焊件的倾角。

4）一般情况下，焊炬不作撞向摆动。5）焊接不开坡口的2-4毫米焊件时，应在起焊点充分预热以保证焊透并在基础上熔化出一个直径。

（2）横焊

横焊是在焊件的立面或斜面上横方向的焊接操作，掌握以下要领： 1）控制熔池温度

2）火焰与焊件夹角，保持65-75度左右，利用火焰吹力托住熔化金属不使其下流。3）焊接薄件是，焊炬一般不作摆动，焊丝要始终浸在熔池中并不断把熔化金属推向熔池上边。

（3）仰焊，仰焊是焊接火焰位于焊件下方，焊工仰视焊件进行的焊接操作。

二、气焊工艺

1、接头型式和焊前准备

气焊适用于焊接薄板，主要采用对接接头和角接接头。

2、焊接规范的选择

（1）焊丝和气焊粉的选定

（2）火焰能率的选定。左焊法，右焊法

（3）焊炬倾角的选定 焊接过程中焊丝与焊件表面的倾角，一般为30-40度焊丝与焊炬中心线之间角度为90-100度。

（4）焊接速度的选择 焊接速度直接影响生产率和产品质量，因此必须正确地选择焊接速度。一般的说，厚度达，熔点高的焊件，焊接速度要慢些，以避免产生未熔合缺陷，较薄，熔点低的焊件，焊接速度要快一些，以避免烧穿和焊件过热而降低产品质量。此外，焊接速度还要根据焊工操作的熟练程度，技术水平，焊缝位置等条件来选择，在保证焊接质量的前提下，尽量加快焊接速度以提高生产率。复习小结：气焊技术及工艺 作业：气焊技术及工艺过程

氧气切割

教学目的：了解氧气切割 教学要求：掌握氧气切割 教学重点：掌握氧气切割 教学难点：氧气切割 导入：氧气切割 讲课内容：

一、氧气切割原理及氧切条件

1、氧气切割原理 氧气切割简称气割，它是利用氧乙炔火焰作为预热火焰，把金属加热至接近浓金属的燃烧温度然后向该处喷射高纯度气割氧流，使割缝金属与纯氧接触后发生剧烈氧化，燃烧，与此同时用高压氧气流吹掉燃烧生成物，从而把金属分离的方法。

2、金属气割条件，金属能够进行气割的必须与充分条件是：

（1）金属的燃点应低于金属本身的熔点。

（2）氧化物的熔点要低于金属本身的熔点且流动性要好。

（3）金属在氧气中燃烧时能放出大量的热，且金属本身的导热性要低。（4）金属的导热性不太高和含合金元素或杂质要少。

二、气割用设备及工具

氧气切割可分手工切割和机械切割两种，与之相应地使用手工割炬和机械气割设备。

1、手工割炬，简称割炬，俗称割栓，是进行气割的基本工具。割嘴上的切割氧通道常用的截面，剖面有圆柱状和阶梯形两种。

2、气割机，气割机是代替手工割炬进行气割的机械设备，它比手工气割生产率高，割口质量好，劳动强度和成本都比较低，它在成批，大量创造金属结构，尤其在厚壁，超原零件，构件生产中得到了广泛的应用。气割机类型很好，分半自动和自动气割两种。

三、气割工艺

1、气割前的准备

（1）仔细检查气割所用设备，工具是否处于正常状态，工作现场是否符合安全生产的要求。（2）利用钢丝刷或火焰加热消除割件。

（3）割件应尽量垫干，并在下面流出一定空隙以利于从切口处排除。（4）为减少气割变形，支点必须放在割件以内。（5）根据割厚度选择割炬型号和气割规范。

2、气割规范的确定

（1）割嘴号码及切割氧压力。（2）预热火焰能率。（3）气割速度（4）割炬的倾角

（5）割嘴与剖面表面间距

四、手工气割基本操作

1、操作姿势

2、气割操作

复习小结：氧气切割 作业：氧气切割操作。

其他切割法

教学目的：了解其他切割法简介

教学要求：掌握氧气切割及其他切割法 教学重点：掌握其他切割法 教学难点：其他切割法 导入：其他切割法 讲课内容：

一、金属极和碳极电弧切割

1、金属极电弧切割 它是利用电焊条作电极产生的电弧热来熔割创件的主要应用于一般气割方法难可切割的金属，如铸铁件的浇，吕口，有色金属及金属废料等。

2、碳弧气刨和碳弧空气切割

他是利用碳极和割件间产生的电弧热熔化金属，同时利用压缩空气气流吹掉熔化金属实现金属分离。

二、等离子弧切割

等离子弧是利用普通电弧的强迫收缩效应而获得的比普通电弧温度高，能量更为集中的热源，如图2-3个所示在铸报和工作间的电弧，通过喷嘴的细孔道，产生机械压缩效应，而喷嘴是通水强制冷却的，弧柱受以周围气体流的冷却作用，使其产生热压缩效应：同时又由于电弧周围存在磁场，使电弧蒙受电磁收缩效应，这些综合效应使电弧被压缩成能量高度集中的高温等离子弧焰。

与此同时喷嘴孔道内形成调温高压气体，从喷嘴向大气高速喷出，也使等离子弧焰流在孔道出口处具有很高的喷出速度，具有强大的冲击力，等离子弧切割法就是利用等离子弧的高温将割件熔化并借助火焰流的冲击力熔融金属强行排除，形成割缝实现切割的。

等离子弧焰所具有的特性，解决了气割和普通电弧切割所不能完成或难以完成的铝，铜，镍，钛，铸铁，不锈钢和高合金钢及难溶金属和非金属的切割问题，且切割速度快，热影响正小，变形小，切口窄，切口质量较好。

等离子弧切割采用具有陡降外特性直流电源，空载电压一般在140-400伏之间，电源可用两台直流机串联或使用专用硅整流电源，电极的采用铈钨极，工作气体采用氮或氩等。

气焊与气割安全技术

教学目的：了解气焊与气割安全技术。教学要求：掌握气焊条气割安全技术 教学重点：安全技术 教学难点：安全技术

导入：气焊与气割安全技术

讲课内容：

一、气焊与气割的主要危险

熔合燥炸是气焊与气割的主要危险，气焊和气割所使用的乙炔、液化石油气和氧气都是容易爆炸和着火的气体。其主要设备有乙炔发生炔瓶，液化石油气瓶和氧包瓶等，都属于压力容器。在检修补焊燃料容器和管道时，还会遇到其它许多易燃易爆物品和容器，同时操作中又使用明火，若焊接设备安全装置有缺陷或者焊工违反安全操作规程，就可能造成爆炸和火灾事故。

在气焊或气割火焰的作用下，尤其是气割时氧气射流的喷射，使熔珠和氧化铁渣四处飞溅，容易造成烧伤烫伤事故，也可能引燃工作地周围的易燃易爆物品，造成火灾爆炸。

二、使用电石的安全要求

电石是碳化钙的俗称，它是坚硬的块状物体，断面呈灰色或棕色，遇水就会分解，使用时应注意下列安全要求：

1、防潮

（1）制好的电石立即装入石桶内，桶盖要盖严。（2）禁止在两天搬运电石

2、防火源

（1）电石库房应距离明火10米以外，库内严禁吸烟。

（2）给发生器装电石时，操作要平稳，不得将电石投掷入电石篮内，以免产生火星引起爆炸。

三、使用乙炔发生器的安全要求

1、乙炔发生器必须设有防燥及防止回火的安全装置。

2、乙炔发生器的布置原则。

3、使用前的准备工作

4、发生器的起动

5、运行中的管理和维护。

6、工作待事时的清理工作

7、使用凉扬式乙炔发生器的安全要求。

四、使用气瓶的安全要求

（1）氧气瓶在出厂前必须按照《气瓶安全监察规程》的规定，严格进行技术检验。（2）充灌氧气瓶时，首先进行外部检查

（3）氧气瓶应远离高温，熔融金属飞溅物和可燃易爆物等。

2、使用乙炔瓶的安全要求（1）使用乙炔瓶的安全要求

（2）乙炔瓶不得开工典礼遭受剧烈震动和撞击，以免瓶内的孔性填料下沉而形成净空间。（3）乙炔瓶使用时只能直立，不准横躺卧纹，以防两酮流出引起燃烧爆炸。

五、使用减压器的安全要求

1、在安装减压之前，应略打开氧气瓶阀门，以吹除污物，防止灰尘或水分带入减压器内。

六、使用焊炬，割炬的安全要求。

1、焊炬和割炬点火时，焊嘴或割嘴方向应避开人体和拿火的手部，以免火焰烧伤。

七、使用氧气与乙炔胶管的安全要求

1、新胶管在使用前，必须把胶管内壁的滑石粉吹除干净，防止滑石粉进入焊炬，割炬体内堵塞气体通道。

2、胶管的长度一般不小于五米，最好在10-15米左右。

3、气割操作时，需要较大的氧气输出量。复习小结：气焊与气割安全技术 作业：安全要求

二氧化碳保护气弧焊

教学目的：了解其他焊接方法 教学要求：掌握其他焊接方法

教学重点：二氧化碳气体保护电弧焊 教学难点：二氧化碳其他保护电弧焊 导入：二氧化碳气体保护电弧焊概述 讲课内容： 一、二氧化碳气体保护电弧焊概述

二氧化碳气体保护是利用CO2作为保护气体的气体保护电弧焊，简称CO2焊。

CO2焊的基本过程如图3-1所示，在电源作用下，焊丝与焊件间产生焊接地弧，由于电弧的高温使金属局部熔化形成熔池。同时，气瓶中送出的CO2气体，以一定的压力和流量从焊枪的喷嘴中喷出，形成保护气流，使焊接区与空气隔离，随着焊枪的移动，熔池金属凝固后形成焊缝。

焊接时，CO2气流可排开焊接区的空气，防止空气对熔化金属的有害作用，但在电弧高温作用下，CO2能进行分解，以致使电弧气氛具有强烈的氧化性，从而使金属元素氧化烧损，降低焊缝的机械性能，还可能变成为产生气孔及飞溅的主要原因。因此，必须采取有效的脱氧措施。目前是通过在焊丝中加一定的硅，锰等脱氧元素来解决这一问题的。

CO2焊时的，加一问题是飞溅较多，隙避免氧化外，一般还采用手特性的直流电源，反接法，采用小电流，低电压等措施来减小飞溅。为了更好地解决飞溅问题，进一步提高焊接质量，采用药芯焊丝，或采用混合气体保护焊接等。

CO2焊要用焊接低碳钢，低合金钢。它具有很多优点，例如电弧热量集中，焊接变形小，焊缝质量好，可用较大的电流密度，生产率高，CO2气体价格便宜，焊接成本低，以及明弧，操作简便等，因而在国内外得到越来越广泛的应用。

CO2焊根据所有寒色的不同，可分为细丝CO2焊，和粗CO2焊。

CO2焊焊接时，可用自动或半自动的分式，目前应泛名用的是半自动CO2焊。

二、半自动CO2焊

1、设备简介，半自动CO2气体保护焊的设备简图。

（1）设备简介，为了保证稳定焊接，一般采用手的外特性的直流电源。（2）供气系统（3）送丝系统（4）控制系统（5）焊枪

2、主要焊接工艺参数（1）焊丝直径

（2）焊接电流及电弧电压（3）焊丝伸出长度（4）焊接速度（5）气体流量

3、操作要点

（1）引电弧与熄弧（2）熄弧（3）平焊（4）立焊（5）横焊（6）仰焊（7）管子焊接

复习小结：CO2碳焊 作业：操作要点

氩弧焊

教学目的：了解氩弧焊 教学要求：掌握氩弧焊 教学重点：氩弧焊 导入：氩弧焊

讲课内容：这是一种用氩气作为保护气体的气体保护电弧烛氩弧焊。

焊线时，氩气从喷嘴喷出，排开焊接区的空气并象口气罩一样罩住往电极，电弧，熔池等，由于氩是惰性气体，不与金属起化学反应，也不溶解于液态金属，因为被焊金属不会氧化，烧损，也不易产生气孔，此外，氩气散热能力低，使电弧稳定性较好，且加热集中，焊接变形小，所以氩弧焊可以获得高质量的焊缝。

由于氩气价格较贵，使焊接成本高，所以目前氩弧焊主要用来焊接不锈钢以及容易氧化的铝，镁，钛及其合金，还有低金刚，耐热合金钢等。

一、不熔化电极氩弧焊

一般用钍棒或铈钨棒作电极，由于电极熔点高，焊接时不熔化，电极只起发射电子产生电弧的作用。

钨极氩弧焊时，除铝，镁及合金外，一般均采用直流正接，因为阳极温度比阴极高，此时，焊件是阳极，温度高，熔池深而窄，生产率高，而钨极为阴极�温度低。因此不易过热，烧损少，寿命长。在焊铝及其余金属时应选用交流电源。

钨极氩弧焊可用手工进行，也可以自动进行，常用的是手工氩弧焊。

焊 接 电 源，可采用直流或交流电源。

焊枪：夹持钨极，传导焊接电流和输送氩气。

供 气 装 置：包 括 气 瓶，减 压 器，流量计等。

供水系统：通水是用来冷却焊接电缆�焊枪以及钨极。

当焊接电流水于100安时�不需用水冷却。

手工钨极氩弧焊的基本操作方法是：

1、引弧

2、焊接

3、收尾

二、熔化极氩弧焊

焊接过程采用自动方式或半自动方式进行。复习：氩弧焊

作业：手工钨极氩弧焊的基本操作方法

自动埋弧焊

教学目的：了解自动埋弧焊 教学要求：掌握自动埋弧焊 教学重点：自动埋弧焊 教学难点：自动埋弧焊 导入：自动埋弧焊 讲课内容：

一、自动埋弧焊概述

埋弧焊是电弧在焊剂尾下燃烧焊接的方法，其中利用机械装置自动控制送比和移动电弧的一种埋弧焊方法叫自动埋弧焊。

自动埋弧焊是利用埋弧自动焊机来进行焊接的。它主要包括焊接电源，控制箱和焊车工部分。自动埋弧焊与手弧焊相比较，优点是：

1、劳动条件好，焊时看不见弧光，焊工仅调整和管理自动焊机，劳动强度小。

2、生产率高，可以使用较大的焊接电流及焊接速度，节省了换焊手的时间。

3、当获得稳定的高质量焊缝，焊接时会焊接飞保护较好，此外焊接工艺参数可以通过自动调节在焊接过程中保持稳定。

缺点是不如手弧焊灵活和重力。

二、自动埋弧焊工艺

1、焊前准备

2、主要焊接工艺参数时（1）焊接电流（2）电弧电压（3）焊接速度

三、自动性弧焊的基本操作技能

1、焊前准备

2、焊接

3、收尾

四、焊丝和焊割

通常按创造方法分成熔炼焊割，烧待焊剂和粘结焊剂，为防止焊接时产生气孔等缺陷，焊剂在使用前必须进行烘干。

正确地选用丝，焊剂，使用两者合适是获得优质焊缝的关键问题，低碳钢，低碳钢，低合金钢埋弧焊时焊丝，焊剂可参照表3-3。复习：自动埋弧焊

作业：自动埋弧焊的基本操作技能。

常用焊接方法

教学目的：了解常用焊接方法的比较。教学要求：掌握常用焊接方法的比较。教学重点：常用焊接方法的比较。教学难点：常用焊接方法的比较 导入：

生产中常用的焊接方法，除上述几种之外 教课内容：

一、等离子弧焊

等离子弧是利用等离子焊炬，将阴极和阳极之间的自由，电弧压缩或高温，高电离度及高能量密度的电弧。利用等离子弧将被焊金属熔化，并用氩气保护的焊接方法叫等离子弧焊。

二、电渣焊

电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的一种熔焊方法。根据使用的电极形状可分为等级，板极，熔嘴电渣焊等。

电渣焊焊接过程如图

三、电阻焊

焊件组合后，通过电极施加压力和供电，利用电流流经焊件的接触面及邻近区域产生的电阻热进行接焊的方法叫电阻等，又分为对焊，电焊，缝焊等。

1、对焊（1）电阻对焊（2）闪光对焊

2、点焊

3、缝焊

（1）因是内部热源，热量集中，所以加热时间短，热影响区小，易于获得质量较好的焊接接头。

（2）机械化，自动化程度高，可提高生产率，改善工作条件。

此外，在焊接过程中，无不忽气氛，噪音小，易于安排在生产流水线中。缺点是：设备较复杂，耗电最大，使用的接头型式与可焊焊件厚度受限制。

四、钎焊

根据钎料熔点的不同，钎焊可分为钎焊及硬钎焊两类： 软钎焊是使用软钎料进行的钎焊。

硬钎焊是使用硬钎料，料强度较高。

钎焊的加热方法有，烙 铁 加 热，火焰加热，电阻加热感应加热，炉内加热，盐涂加热等。一般是根据钎料，钎缝形式焊件材料及尺寸，生产批量等选择加热方法。复习：常用焊接方法的比较 作业：比较焊接方法不同点。

焊接应力及变形

教学目的：了解焊接质量和常用材料的焊接特点。教学要求：掌握焊接质量和常用材料的焊接特点。教学重点：焊接应力及变形 教学难点：焊接应力及变形。导入：焊接应力及变形 讲课内容：

一、焊接应力及变形的产生

焊接应力及变形的产生是一个较复杂的问题。我们先看一个比较简单的例子。在铁路上两钢轨的连接 处都留有一定的缝隙。以防由于热膨胀而引起变形导致损坏。

如果唯一根据钢轨在铺轨时不留缝隙，当钢轨在热膨胀时，就会受到两侧钢轨的阻挡，使钢轨内出现了压应力，从而发生弯曲变形，焊接时也有金属热胀冷缩的现象。

二、焊接变形的种类

1、收缩变形

2、角度形

3、弯曲变形

4、扭曲变形

5、波浪形变形

三、减少焊接应力和变形时方法

四、焊接变形的矫正

1、机械矫正法

2、火锅矫正法

焊接缺陷及焊接检验。

一、焊接缺陷

二、焊接质量检验

为了评定焊接头的承载能力，可以将焊接接头割成试棒，进行拉伸，弯曲，冲击等机械性能试验。

复习：焊接应力及变形。作业：焊接应力及变形方法

工艺实践一

实践地点：

金工实验室 指导老师：专业教师 实习内容：

一、实习用材料

1、E4303（结422）3.2,4.0电焊条。

2、原度为6-10毫米低碳钢板

二、实习内容与要求

1、了解焊接结构的制造方法和工艺过程。

2、初步了解手工电弧焊的焊接过程。

3、掌握手工电弧焊的引弧方法及手焊操作的初步技能。

三、操作练习

电焊工在进行操作之前，首先要做好各项准备工作，如焊机，材料，防护用具以及辅助工具等都要预先考虑周到，不懂得做好准备工作，就不能全面掌握焊接技术。因此，焊前准备工作也是不可缺少的训练内容。

操作1：引弧

初学操作引弧时，应注意如下事项。

（1）引弧时焊条提起要快，否则容易产生粉条，当焊条粘在工件上时，应迅速左右摆动焊条，使之手工件脱离，若仍不能脱离时，应迅速松开焊钳，断开电源，避免短路过久而损坏电焊机。

（2）如果焊条与焊件接触而不起弧时，往往是因为焊条端都有药皮妨碍导电，这时应该将这些绝缘物清除，以利导电。

（3）练习引弧时，不必考虑焊条的角度，更不要急于去完成一道焊缝。操作工，手焊直线运导法。

平焊，是手工的弧焊中最简单的基本操作，应练好所学理论进行平焊操作练习。初学者开始练习时，应注意如下事项。

（1）焊接时，要放松身体，而且正常呼吸，手臂应离开身体，随身体自由运动，同时要保持稳定。

（2）开始学习时，主要掌握好电弧长度，焊条角度和焊接速度。（3）要区分开熔池内的熔硅和熔化金属。

（4）控制熔池的形状，大小要合适，不允许熔渣流到熔化金属的前面。（5）首先练习窄焊道的平焊，并用直线运条法进行练习。1）起始端运条法 2）直线运条法 3）焊道的收尾方法

1、划圈收尾法

2、反复断弧收尾法

3、后称收尾法

4、续焊接头方法 实践过程

3个学生分一组

一个学生管理电焊机，注意开关安全。一个学生练习操作 一个学生注意安全

每个学生练习操作一遍，在操作过程中一定要注意安全。实践检验：（1）引弧操作

（2）平焊直线运条法（3）焊道的收尾方法（4）续焊接头方法

（5）练习接头，一直练到符合要求为止。

工艺实践二

实践地点：金工实验室 指导老师：专业教师 实习内容：

一、实习用材料

1、E4303、（结422）3.2 4.0电焊条

2、厚度为6-14毫米低碳钢板

3、厚度为1.5-2.0毫米低碳钢板。

4、常用钢管

二、实习内容与要求

1、交、直流电焊机的使用，维护保养及简单故障排除。

2、手工电弧所用器材和工具的使用与维护保养。

3、根据工件技术要求选择焊接规范

4、掌握手工电弧焊对接平焊的各种运条方法。

5、掌握手工电弧焊角接头的平焊操作技术。

6、初步了解弓工电弧焊的横立，仰焊操作技术

7、常用钢管手工电弧焊的焊接技术

三、操作练习

搅向摆动手法有一下几点基本要求。

1、运导时主要应靠手臂操作，单靠手腕不易掌握运条的角度。

2、左右摆动的幅度要一样。

3、为了避免焊道中心部分热和加强高进大，摆动到中心时要加快速度，而到两侧时，则应稍微停顿一下。训练时应接上述要求反复练习。

1、操作：锯齿形运导法。

2、操作工：月牙形运条法。

3、八字开运条法

4、焊缝宽度为10毫米的平焊。

5、焊缝宽度为12毫米的平焊。

6、焊缝宽度为14毫米的平焊。

7、焊缝宽度为16毫米的平焊。

操作8：焊缝宽度为18毫米的平焊。操作9：焊缝宽度为20毫米的平焊。操作10：焊缝宽度为22毫米的平焊。操作11：厚度为6毫米的铜板对接平焊。

操作12：厚度为1.5或2.0毫米钢板对接平焊。操作13：厚度为6-8毫米钢板角接平焊。操作14：厚度为12-14毫米钢板船形焊。

操作15：厚度为14毫米钢板开V型坡口对接平焊。操作16：立焊操作 立焊操作注意事项：

1、操作篆势

2、窄焊道的训练

3、横向掺动道条的训练

4、立角焊的训练

操作实例

一、焊接原4毫米A3钢板，长500毫米，高宽条400毫米，四五块板组成的比方形水箱，内外荡焊，经浅水不漏。

1、焊前准备（1）选用4303，（结422）

3、2电焊条。（2）焊接电流为90-130安培

（3）定位焊缝长3、5毫米，间距100-120毫米。（4）用钢丝刷清除对接缝周围铁锈和杂物。

2、焊接

（1）采用直线运条法

（2）随时避免续焊接头和水箱四个角出现夹渣和未焊透等缺陷。

二、A3钢板V形对接平焊

1、焊前准备

（1）试板：两块8X125X250毫米钢板

（2）坡口：用机械加工形成60度的块口，钝边为1.5毫米。（3）对角平整，间隙为2毫米。（4）选用E4303（结422）电焊条。（5）焊接电流

第一层170-210安培

第二层160-200安培

封底层：180-210安培

（6）定位焊，在试板对接缝两端背面点固�焊缝长为6毫米。（7）清除焊缝周围杂质

2、焊接

（1）第一层（打底）：采用短弧直线运条法，注意熔请不能超前。

（2）第2层：用横向摆动运条，电弧要加长到一般长度，运条速度减慢。（3）焊缝根部采用碳弧气刨清招。

（4）封底焊，用子幅横摆运条，注意观察熔池状态，以判断焊缝熔是否良好。实践过程：

3个学生一组

一个学生管理电焊机，注意开关安全 一个学生练习操作。一个学生注意安全

每个学生操作一遍，在操作过程中一定要注意安全。

第五篇：电子焊接工艺实习报告[定稿]

长安大学电子与控制工程学院

电子焊接工艺实习报告

学 院:电子与控制工程学院 专 业:电气工程及其自动化 班 级: 2013320401 学 号： 201332040123 姓 名： 张磊

2015年6月28日

一、实习目的及意义

1、熟悉手工焊锡的常用工具的基本使用方法。

2、基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。

3、熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围。

4、了解电子产品的焊接、调试与维修方法。

二、实习内容与安排

第一阶段：实习说明、理论学习、元器件分发 第二阶段：基本练习第三阶段：单片机系统制作 第四阶段：总结

三、实习要求

1.学会识别常用电子元器件的种类、规格型号、标称值、耐压及误差等 2.学会常用焊接工具的使用，了解焊接材料 3.掌握手工焊接的方法与技巧

4.将元器件正确地放置在印制电路板上，完成单片机温度控制装置的焊接工作

四、温度控制系统原理介绍

本次焊接工艺实习我们焊接的是一个温度控制系统，主要包括复位电路、温度传感器、测试温度显示、加热温度显示、51最小系统、加热驱动和指示、串口等几个模块构成。原理图如下：

DS18B20温度传感器：检测温度范围为–55°C ~+125°C(–67°F ~+257°F)，电源电压3~5.5V，在-10℃~+85℃区间测量精度为0.5℃，管脚如图（DS18B20有多种封装外形，其中VDD为工作电源脚，GND为接地脚，DQ为数字信号输出脚，NC为无电气连接的空脚）。

五、实习材料与工具

电烙铁、松香、焊丝、尖嘴钳、单片机温度控制装置实验相关元器件

六、焊接工艺

1.元器件识别

1)电阻 —色环识别法

2)其他元器件识别

a.二极管、电容器：二极管正极为白色横道一端。电容等器件的值可直接由外表所标的值读出

b.三极管：有三个引脚，对应主板图样焊接即可。c.晶振：最后焊接，两个引脚，控制电路频率。

d.晶码管：显示温度示数，每位数字都由七段组成，七段的暗亮决定了其数字。

2.焊接过程

① 准备施焊：首先把被焊件、锡丝和烙铁准备好处于随时可焊的状态。即右手拿烙铁烙铁头应保持干净并吃上锡，左手拿锡丝处于随时可施焊状态

② 加热焊件：把烙铁头放在接线端子和引线上进行加热。应注意加热整个焊件全体，例如图中导线和接线都要均匀受热

③ 送入焊丝：被焊件经加热达到一定温度后立即将手中的锡丝触到被焊件4 上使之熔化适量的焊料。注意焊锡应加到被焊件上与烙铁头对称的一侧而不是直接加到烙铁头上

④ 移开焊丝：当锡丝熔化一定量后焊料不能太多迅速移开锡丝

⑤ 移开烙铁：当焊料的扩散范围达到要求，即焊锡浸润焊盘或焊件的施焊部位后移开电烙铁。撤离烙铁的方向和速度的快慢与焊接质量密切有关，操作时应特别留心仔细体会

3.焊接注意事项：

① 外壳整合要到位，不然会因接触不良而无法显示数字。

② 一些小的零件也要小心安装，如图中没有经过焊接安装上的，如不小心很容易掉。

③ 注意发光二极管、蜂鸣器的正负极性不能接反，两者均是长的管脚接正极、短的管脚接负极。尤其要注意三极管的焊接，因为三极管的三个管脚排列较为紧密，所以在焊接的过程中应防止三个管脚的连接在一起。

七、实习中遇到的问题、解决方案

 实习中遇到的问题

① 焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光滑,有细小裂纹。

② 焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积，或造成元器件的焊点之间短路；焊锡过少,不足以包裹焊点。

③ 夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。④ 焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。 解决方案

① 焊接前要是烙铁充分预热

② 控制焊锡的用量，使焊点成锥形，对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意焊锡的用量。③ 不要用过量的焊剂：合适的焊接剂应该是松香水仅能浸湿的将要形成的焊点，不要让松香水透过印刷版流到元件面或插孔里。使用松香焊锡时不需要再涂焊剂。

④ 焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不合适成的。所以在焊接时，要注意温度、焊剂及烙铁离开焊点的角度三者的配合。

八、调试：

接上5v电源后，两显示器分别显示设定温度和测试温度，则显示其正常工作。将20号管脚和40号管脚按照接线规则用万用表直流当测量电压，如果是5v,则正常。然后，将接晶振的两端的18号引脚和20号引脚，连接示波器，如果出现方波，则时序电路正常。将20号引脚和30号引脚与示波器链接，如果出现方波，则单片机的数模转化电路正常。如果晶码管显示的环境温度为30度，设定温度为28度，按下复位开关，通过按键来升高温度，红灯亮，在降低设定温度，当降到25度时，绿灯亮。这些功能全部实现，则焊接成功。

九、实习心得体会

我和队友孙杰焊接温度控制系统之前先在万用板上练习了下焊接，基础焊接是大一上学期学习的，到现在已经一年半多了，虽然我参加过电子焊接大赛，但还是感觉技术和手感都下降了很多：一开始要么焊锡放得太多，焊点成了椭圆；要么焊锡放得太少，明显虚焊；，总之熟悉了半个多小时，终于焊出了差强人意的圆锥形焊点。后期在检验焊接成果的时候，有好多队都是因为焊接技术不过关，小的地方虚焊漏焊，三极管三个引脚焊短接，造成了各种各样的问题，甚至元器件烧坏，相比之下由于我们的焊接技术比较娴熟，所以没有在这些小地方出问题。这充分印证了基础的重要性。

熟悉了焊接，我们把元器件按照老师黑板上的清单认真核对了数量和种类，在检查无误后才开始焊接。因为之前做过比赛有经验，所以在元器件的辨识摆放方面没有花费太多时间，把元器件插好后没有检查就直接开始了焊接。本次焊接的温度控制系统感觉还是比较简单易上手的，也没有对焊接温度控制要求特别严格的器件，所以和队友轮流焊接，半个小时就焊接完毕了。在老师那里插上芯片后，开始测试，一开始数码管正常显示了温度，但是在用按键调节温度值的时候，红灯绿灯同时亮了，老师和我们检查好久，后来发现是芯片的程序问题。后面好多组也都出现了类似的情况。最后我们组顺利通过审核。

经过这次实习，我们意识到要想顺利的焊接。除了扎实的焊接能力外。还要经过认真的思考、实践测试，要从理论和实践都能发现和解决问题。而且发现、排查、解决问题的过程也让我们对电路和模电等课程的知识有了更深入的了解和体会，极大地提升了我们的动手能力和思考能力。所以我觉得这便是我们这次实习最大的收获。