第九章 埋弧自动焊(焊工工艺学电子教案)

第一篇：第九章 埋弧自动焊(焊工工艺学电子教案)

第九章 埋弧自动焊

埋弧自动焊是焊接生产中广泛应用的一种机械化、高效率焊接方法。本章主要讲述埋弧自动焊的实质与特点，自动调节基本原理，及有关的焊接设备、焊接材料、焊接工艺方法等内容。

第一节： 埋弧自动焊概述

一、电弧焊接过程自动化的基本概念

电弧焊接过程一般包括引燃电弧、正常焊接和熄弧收尾三个阶段，并要求电弧及焊接过程始终保持稳定，即具有一定的调节作用，以达到电弧焊接的预定目的。

手工电弧焊的焊接过程与稳定，是依靠焊工用手工控制来实现的，这是一种人工调节作用。自动焊实质是机械化程度高的焊接，以相应的自动调节作用取代人工调节作用。为此，自动电弧焊不仅要完成各个阶段的机械化操作，还要求自动地调节有关的焊接工艺参数，才能保证电弧及焊接过程的稳定，满足电弧焊接的需求。

自动电弧焊分为埋弧（焊剂层下）自动焊和明弧焊（气体保护）两种。

埋弧自动焊与手工电弧焊的根本区别，在于焊丝的给送和电弧沿着焊接方向移动都是自动的，并且有相应的自动调节作用。

二、埋弧自动焊的实质与特点

埋弧自动焊实质是一种电弧在颗粒状焊剂下燃烧的熔焊方法。焊丝送入颗粒状的焊剂下，与焊件之间产生电弧，使焊丝和焊件熔化形成熔池，熔池金属结晶为焊缝；部分焊剂熔化形成熔渣，并在电弧区域形成一封闭空间，液态熔渣凝固后成为渣壳，覆盖在焊缝金属上面。随着电弧沿焊接方向移动，焊丝不断地送进并熔化，焊剂也不断地撒在电弧周围，使电弧埋在焊剂层下燃烧，由此进行自动的焊接过程。

埋弧自动焊与手工电弧焊相比具有以下的特点：

１、焊接生产率高

埋弧自动焊可采用较大的焊接电流，同时因电弧加热集中，使熔深增加，可一次焊透14ｍｍ以下不开坡口的钢板。而且埋弧自动焊的焊接速度也比手工焊快，从而提高了焊接生产率。

２、焊接质量好

因熔池有熔渣和焊剂的保护，使空气中的氮、氧难以侵入，提高了焊缝金属的强度和韧性。同时由于焊接速度快，线能量相对减小，故热影响区的宽度比手弧焊小，有利于减小焊接变形及防止近缝区金属过热。另外，焊缝表面光洁、平整。

３、改善焊工的劳动条件

由于实现了焊接过程机械化，操作较简便，而且没有弧光的有害影响，放出烟尘也少，因此焊工的劳动条件得到改善。

但是，埋弧自动焊在实用上也受到一定的限制，因为焊接过程是依靠焊剂堆积及熔化后形成保护作用的，所以仅适用于水平面焊缝的焊接，并对焊件边缘的加工和装配质量要求较高。而且埋弧自动焊的设备比手弧焊复杂，维修保养的工作量也较大。埋弧自动焊主要适用于低碳钢及合金钢中厚板的焊接，是大型焊接结构生产中常用的一种焊接技术。

三、电弧长度变化自动调节途径

１、影响焊接电流和电弧电压稳定的因素

合理地选择焊接工艺参数，并保证预定的工艺参数在焊接过程中稳定，是获得优质焊缝的重要条件。

焊接电流和电弧电压在外界干扰下，将会引起较大变化。埋弧自动焊要求焊接电流和电弧电压的波动分别不超过士２５～５０Ａ与士2Ｖ，否则会影响焊缝尺寸，以致破坏焊接过程的稳定。电弧的稳定工作点，是由电源的外特性曲线和电弧静特性曲线的交点所确定的。因此，凡是使电源外特性和电弧静特性发生变化的外界因素，都会影响焊接电流和电弧电压的稳定。

（１）电弧长度的变化 由于焊件表面不平整和装配质量不良及有定位焊缝等原因，使电弧长度经常发生变化，因而电弧静特性曲线位臵也相应变化，造成对焊接电流和电弧电压的影响。

（２）网路电压的波动 网路电压发生波动时，电源外特性曲线的位臵也发生变化，从而影响了焊接电流。

上述两个影响因素中，由于弧长变化对焊接电流和电弧电压的影响最为严重，因此埋弧自动焊的自动调节是以消除电弧长度变化的干扰作为主要目标。

２．电弧长度自动调节的途径

焊接过程中，当弧长变化时希望能迅速得到调整，恢复到原来长度。而电弧长度是由焊丝送给冷度和焊丝熔化速度决定的，只有使焊丝送给速度等于焊丝熔化速度时，电弧长度才有可能保持稳定不变。为此可通过两种途径来实现，一是调节焊丝送给速度；二是调节焊丝熔化速度，从而达到稳定电弧长度的目的。

所谓焊丝送给速度是指在单位时间送入焊接区的焊丝长度，而焊丝熔化速度是指单位时间内熔化送入焊接区的焊丝长度。

目前按电弧长度的调节原理，即焊丝送给的方式，埋弧自动焊有两种型式：一为焊丝送给速度在焊接过程中恒定不变的等速送丝式，焊机型号有ＭＺ－1000型；二为焊丝送给速度随电弧电压变化而变化的变速送丝式，焊机型号有ＭＭ－1000型。

第二节： 等速送丝式埋弧自动焊机

一、等速送丝式埋弧焊机的工作原理

等速送丝式埋弧焊机的特点是：选定的焊丝送给速度，在焊接过程中恒定不变，当电弧长度变化时，依靠电弧的自身调节作用，来相应地改变焊丝熔化速度，以保持电弧长度的不变。

１．等熔化速度曲线

等速送丝式埋弧焊机的自动调节性能，关键在于焊丝熔化速度，而焊丝熔化速度直接与焊接电流和电弧电压有关，其中又以焊接电流的影响为大些。当焊接电流增大时，焊丝熔化速度显著地增快；当电弧电压升高时，焊丝熔化速度略有减慢，因而焊接电流和电弧电压的变化，使焊丝熔化速度发生相应变化。

通过实验的方法，所选定的焊丝送给速度和焊接工艺条件相同，仅调节焊接电源外特性，并分别测出电弧稳定燃烧点的焊接电流和电弧电压，以及相应的电弧长度，连接这几个电弧稳定燃烧点，可得到一条曲线Ｃ。这条曲线近似看作是一条直线，称作等熔化速度曲线。

等熔化速度曲线表明，在曲线的每一点上，不同的焊接电流与电弧电压相配合，电弧均保持一定的长度稳定燃烧，而且焊丝熔化速度是相等的，并等于已选定的焊丝送给速度。

等熔化速度曲线略微向右倾斜，说明随着电弧电压的升高，焊接电流则相应增大，因为电弧电压升高使焊丝熔化速度减慢，需增大焊接电流来补偿，以达到焊丝熔化速度与送给速度之间的平衡。等熔化速度曲线平行右移或左移，说明焊丝送给速度的变化，必须利用焊接电流的变化，来改变焊丝熔化速度，才能达到与焊丝送给速度的相互平衡，从而保持电弧长度的稳定。

２．电弧自身调节作用

根据等熔化速度曲线的含义，等速送丝式焊机的电弧稳定燃烧点，应是电源外特性曲线、电弧静特性曲线和等熔化速度曲线的三线相交点。

当电弧长度发生变化时，假定电弧稳定燃烧，由于某种外界的干扰，使电弧长度突然从拉长，此时，电弧燃烧点下移，焊接电流减小，电弧电压增大。然而电弧燃烧是不稳定的，因为焊接电流的减小和电弧电压的升高，都减慢了焊丝熔化速度，而焊丝送给速度是恒定不变的，其结果使电弧长度逐渐缩短，电弧燃烧点将沿着电源外特性曲线，回到原来的稳定燃烧点，这样又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧长度突然缩短时，由于焊接电流随之增大，加快焊丝熔化速度，而送丝速度仍不变，这样也会恢复至原来的电弧长度。

在受到外界的干扰使电弧长度发生改变时，会引起焊接电流和电弧电压的变化，尤其是焊接电流的显著变化，从而引起焊丝熔化速度的自行变化，使电弧恢复至原来的长度而稳定燃烧，这称为电弧自身调节作用。

３、影响电弧自身调节性能的因素

（１）焊接电流 电弧长度改变后，焊接电流变化越显著，则电弧长度恢复得越快。当电弧长度改变的条件相同时，选用大电流焊接的电流变化值，要大于选用小电流焊接的电流变化值。因而，采用大电流焊接时，电弧自身调节作用就强烈，即电弧自行恢复到原来长度的时间就短。

（２）电源外特性

当电弧长度改变相同时，较为平坦的下降电源外特性曲线的电流变化值，要比陡降的电源外特性曲线的电流变化值大些。这说明下降的电源外特性曲线越平坦，焊接电流变化就越大，电弧自身调节作用就越好。所以，等速送丝式埋弧自动焊机的焊接电源，要求具有缓降的电源外特性。

４、焊接电流和电弧电压调节方法

等速送丝式埋弧焊机的焊接电流和电弧电压调节方法，可以通过改变焊丝送给速度和电源外特性来实现。

电源外特性不变时，改变焊丝送给速度，使等熔化速度曲线平行移动，于是，焊接电流变化值较大，电弧电压变化值较小。反之，焊丝送给速度固定，调节电源外特性，因等熔化速度曲线近似垂直，所以电弧电压变化值较大。

为此，需调节焊接电流，改变焊丝送给速度；需调节电弧电压，改变电源外特性。由于电弧稳定工作点，要求焊接电流和电弧电压的相互配合，当焊接电流调节时，电弧电压也要相应调节，所以需要同时改变焊丝送给速度和电源外特性。

二、ＭＺＩ－１０００型埋弧自动焊机的组成

ＭＺＩ－１０００型是典型的等速送丝式埋弧自动焊机，根据电弧自身调节原理设计的。这种焊机的电气控制线路比较简单，外形尺寸不大，焊接小车结构也较简单，使用方便，可选用交流和直流焊接电源，主要用于焊接水平位臵及倾斜小于１５°的对接和角接焊缝，也可以焊接直径较大的环形焊缝。

ＭＺ－１０００型埋弧自动焊机由焊接小车、控制箱和焊接电源三部分组成。

１、焊接小车

焊接小车的交流电动机为送丝机构和行走机构共同使用，电动机两头出轴，一头经送丝机构减速器送给焊丝，另一头经行走机构减速器带动焊车。

焊接小车的前轮和主动后轮与车体绝缘，主动后轮的轴与行走机构减速器之间，装有摩擦离合器，脱开时，可以用手推动焊车。焊接小车的回转托架上装有焊剂斗、控制板、焊丝盘、焊丝校直机构和导电嘴等。焊丝从焊丝盘经校直机构、送给轮和导电嘴送入焊接区，所用的焊丝直径为 1.6～5ｍｍ。

焊接小车的传动系统中有两对可调齿轮，通过改换齿轮的方法，可调节焊丝送给速度和焊接速度。焊丝送给速度调节范围为0.87～6.7ｍ／ｍｉｎ，焊接速度调节范围为16～126ｍ／ｈ。

２．控制箱

控制箱内装有电源接触器、中间继电器、降压变压器、电流互感器等电气元件，在外壳上装有控制电源的转换开关、接线板及多芯插座等。３．焊接电源

常见的埋弧自动焊交流电源采用ＢＸＺ－ＩＱ００型同体式弧焊变压器。

第三节：变速送丝式埋弧自动焊机

一、变速送丝式埋孤自动焊机的工作原理

变速送丝式埋弧自动焊机的特点是；通过改变焊丝送给速度来消除对弧长的干扰，焊接过程中电弧长度变化时，依靠电弧电压自动调节作用，来相应改变焊丝给送速度，以保持电弧长度的不变。

1．电弧电压自动调节静特性曲线

变速送丝式埋弧自动焊机的自动调节原理，主要是引入电弧电压的反馈，用电弧电压来控制焊丝送给速度，而原来选定的焊丝送给速度，是由决定送丝的给定电压来进行调节。由于焊接过程中的电弧电压直接与焊丝送给速度有关，当电弧电压升高时，焊丝送给速度就增快，反之电弧电压降低时，则焊丝送给速度减慢，因此保持了电弧长度的不变。

通过实验的方法，在确定的焊接工艺条件下，所选定的送丝给定电压不变，然后调节焊接电源外特性，并分别测出电弧稳定燃烧点的焊接电流和电弧电压，连接这几个电弧稳定燃烧点，可得到一条曲线。这条曲线基本上可看作是一条直线，称为电弧电压自动调节静特性曲线。

电弧电压自动调节静特性曲线与等熔化速度曲线一样，是反映建立稳定焊接过程中焊接电流和电弧电压关系的曲线，表明电弧在曲线的每一点上燃烧时，其焊丝熔化速度等于焊丝送给速度。但是，变速送丝式的焊丝送给速度不是恒定不变的，因而在曲线上的各个不同点，都有不同的焊丝送给速度，对应着不同的焊丝熔化速度，使电弧在一定的长度下稳定燃烧。

电弧电压自动调节静特性曲线稍微上升，说明随着焊接电流的增大，电弧电压需相应升高，因为焊接电流增大时，使焊丝熔化速度增快，这需要加快焊丝送给速度来配合，以达到焊丝送给速度与熔化速度之间的平衡。电弧电压自动调节静特性曲线的平行上移或下移是通过电位器的调节来改变给定电压的大小而达到的。当其它条件相同时，如给定电压通过电位器调节而增大测电弧电压自动调节静特性曲线上移，反之则下移，但斜率不变。

２．电弧电压自动调节作用

按照电弧电压自动调节静特性曲线的含义，变速送丝式焊机的电弧稳定燃烧点，必定是电源外特性曲线，电弧静特性曲线和电弧电压自动调节静特性曲线的三线相交点。

当电弧长度发生变化时，通过自动调节而恢复到原来弧长的过程，当受到某种外界干扰时，便电弧长度突然从已拉长，这时，电弧燃烧点从上移，电弧电压增大，因电弧电压的反馈作用，使焊丝送给速度加快；而焊接电流减小到稳定燃烧点，引起焊丝熔化速度减慢。由于焊丝送给速度的加快，同时焊丝熔化速度又减慢，因此，电弧长度迅速缩短，电弧从不稳定燃烧的点，回到原来的稳定燃烧点，于是又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧长度突然缩短时，由于电弧电压随之减小。使焊丝送给速度减慢，同时焊接电流的增大，引起焊丝熔化速度加快，结果也是恢复到原来的电弧长度。

从上述的自动调节过程中，存在着电弧自身调节作用，不过，电弧长度的自动恢复，主要是由电弧电压的变化，依靠焊丝送给速度的变化，也就是电弧电压自动调节作用所决定的。

在受到外界的干扰，造成电弧长度改变时，即电弧电压引起变化，使焊丝送给速度随着电弧电压的变化而相应改变，以达到恢复原来的电弧长度而稳定燃烧的目的，这称为电弧电压自动调节作用。

３、影响电弧电压自动调节性能的因素

主要的影响因素是网路电压波动，当网路电压升高时，电源外特性曲线亦相应上移。

控制线路较为复杂。可使用交流和直流焊接电源，主要用于平焊位臵的对接焊，也可用于船形位臵的角接焊。ＭＺ－1000型埋弧自动焊机由三部分组成：焊接小车、控制箱和焊接电源。

１．焊接小车

焊接小车，小车的横臂上悬挂着机头、焊剂斗、焊丝盘和控制盘。机头的功能是送给焊丝，它由一只直流电动机、减速机构和送给轮组成，焊丝从滚轮中送出，经过导电嘴进入焊接区，焊丝送给速度可在0.5～2ｍ／ｍｉｎ范围内调节。控制盘和焊丝盘安装在横臂的另一端，控制盘上有电流表、电压表，用来调节小车行走速度和焊丝送给速度的电位器，控制焊丝上下的按钮、电流增大和减小按钮等。

焊接小车由台车上的直流电动机通过减速器及离合器来带动焊接速度可在 15～70ｍ加 范围内调节。为适应不同形式的焊缝，焊接小车在结构上可在一定的方位上转动。

２．控制箱

控制箱内装有电动机—发电机组，还有接触器、中间继电器、降压变压器、整流器、电流互感器等电气元件。

３．焊接电源

一般选用ＢＸＺ－1000型弧焊变压器，或选用具有陡降外特性的弧焊发电机和弧焊整流器。

三、ＭＺ－1000型埋弧自动焊机基本电气原理

ＭＺ－1000型埋弧自动焊机的焊丝送给和电弧电压自动调节的基本电气原理是他激式直流电动机，通过减速机构带动送丝滚轮，即进行焊丝送给。而电动机由他激式直流发电机供电，因此，直流发电机发出的电压高低，控制了电动机的转速，也就控制了焊丝送给速度的快慢。还有，直流发电机的极性，决定了电动机的转向，即使焊丝下送或上抽。当直流发电机的电压为零时，直流电动机不旋转，焊丝也停止送给。

由此可知，焊丝下送或上抽及送给速度的变化，是与直流发电机输出的极性和电压高低有关。直流发电机有两个激磁线圈，激磁线圈所产生磁通量的方向相反。其中激磁线圈；由网路经降压、整流后再经给定电压调节电位器供电，因而初级磁通的大小取决于给定电压；激磁线圈是引入焊接回路中电弧电压的反馈，则次级磁通的大小由电弧电压的高低决定。因此，作用于直流发电机的合成磁通方向和大小，取决于激磁线圈所产生的磁通的变化。

如果激磁线圈的磁通向大干激磁线圈的磁通则合成磁通的方向与一致，这时直流发电机的极性使电动机正转，焊丝即下送，而且，当电弧电压越高，反馈到激磁线圈所产生的磁通量也越大，致使直流发电机的电压增高，电动机的正转速度增快，因此焊丝下送的速度加快。反之，当电弧电压越低，使焊丝下送的速度减慢。如果只有激磁线圈儿所产生磁通的作用，而没有激磁线圈的磁通队的作用，则合成磁通的方向必定与一致，这时直流发电机的极性使电动机反转，焊丝就上抽。

在正常的焊接过程中，激磁线圈们的磁通向总是大于激磁线圈的磁通向，以保证焊丝不断地向下给送。然而，形成的合成磁通大小不是恒定的，它将随着弧长变化使电弧电压反馈的内磁通也相应变化，从而引起电动机转速的变化，使焊丝送给速度发生变化，达到利用电弧电压自动调节的基本目的。

焊接启动时，在焊丝与焊件之间在接触短路的条件下，电弧电压为零，因而激磁线圈不起作用，直流发电机只受到激磁线圈的作用，所以焊丝上抽，电弧被引燃。随着电弧的逐渐拉长，电弧电压不断增高，激磁线圈的作用也不断增强，当的磁通的磁通量时，则直流发电机的极性改变，电动机的转向也相应改变，焊丝就下送，直至焊丝送给速度等于焊丝熔化速度时，电弧燃烧趋向稳定状态，进入正常的焊接过程。

第四节： 埋弧焊的焊接材料

埋弧自动焊的焊接材料有焊丝和焊剂。

一、焊丝

焊丝在埋弧焊中作为填充金属，对焊缝金属质量有直接的影响。目前，埋弧焊的焊丝与手工电弧焊焊条的钢芯，同属一个国家标准。按照焊丝的成分和用途，可分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三大类。

对埋弧焊所用焊丝的要求，与焊条的钢芯基本相同。常用的焊丝直径为２、３、４、ｓｍｍ和６ｍｍ。焊丝在使用时，表面要清洁，不应有氧化皮、铁锈及油污等杂质。

二、焊剂

１．焊剂的作用及对焊剂的要求

焊剂的主要作用是：

（１）焊接时覆盖焊接区，防止空气中氮、氧等有害气体侵入熔池，焊后熔渣覆盖在焊缝上，减缓了焊缝金属的冷却速度，改善焊缝的结晶状况及气体逸出的条件，从而减少气孔。

（２）对焊缝金属渗合金，改善焊缝的化学成分和提高力学性能。焊接低碳钢和普通低合金钢时，焊缝的力学性能主要是通过焊剂和焊丝的渗合金来获得（渗合金元素是锰和硅）。为此，焊剂中应含有足够数量的氧化锰和二氧化硅。

（３）防止焊缝中产生气孔和裂纹。焊剂中含有一定数量的萤石，它有去氢作用，防止焊缝中产生氢气孔。另外，焊剂中的萤石和氧化锰对熔池金属有去硫作用，可防止焊缝中产生裂纹。

对焊剂的主要要求是：

（1）与焊丝配合，能保证焊缝金属的化学成分及力学性能都符合要求。

（２）应有良好的焊接工艺性，即电弧能稳定燃烧，脱渣容易，焊缝成形美观。

（３）应有一定的物理性能，且不易吸潮。

２．焊剂的分类

焊剂是根据制造方法和化学成分而分类。

（１）按制造方法分类 有熔炼型焊剂和烧结型焊剂。

熔炼型焊剂是由各种矿物原料混合后，在电炉中经过熔炼，再倒入水中粒化而成。熔炼型焊剂呈玻璃状，颗粒强度高，化学成分均匀，但需经过高温熔炼，因而不能加入用于渗合金的铁合金粉。目前，熔炼型焊剂应用最多。

烧结型焊剂是用矿石、铁合金粉和粘结剂（水玻璃）等，按一定比例制成颗粒状的混合物，并加热到一定温度烧结而成。烧结型焊剂可任意加入铁合金粉，有补充和添加合金的作用，但颗粒强度较低，且容易吸潮。

（２）按化学成分分类 有高锰焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂等，并以焊剂中氧化锰、二氧化硅和氟化钙的含量高低，分成不同的焊剂类型。

３．焊剂牌号

焊剂牌号格式为：“焊剂ＸＸＸ”，“焊剂”后面有三位数字，具体表示是：

（１）第一位数字表示焊剂中氧化锰的平均含量。

（２）第二位数字表示焊剂中二氧化硅、氟化钙的平均含量。

（３）第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号。对同一种牌号焊剂生产两种颗粒度，则在细颗粒产品后面加一“细”字。

例如“焊剂４３１细”表示为：

４．焊剂使用应注意事项

（１）焊剂应妥善运输防止破损，应存放在干燥的库房内，并防止受潮。（２）使用前焊剂均应在250～300℃烘焙2ｈ。（３）焊前焊接处应清除铁锈及油污。

（４）使用中回收的焊剂，应清除其中的渣壳、碎粉及其它杂物，并与新焊剂混匀后使用。（５）使用直流电源时，一般均采用直流反接。

５．国家标准ＧＢ5293—85《碳素钢埋弧焊用焊剂》的焊剂型号划分方法。（１）焊剂型号划分原则 根据埋弧焊焊缝金属的力学性能来划分焊剂的型号。（２）焊剂型号的表示方法及内容 焊剂型号的表示方法如下:

１）在焊剂型号中，“ＨＪ”后面的第一位数字有 3、4或 5，各位数字代表的焊缝金属拉伸性能

２）第二位数字有０或１，表示拉伸试样和冲击试样的状态。３）第三位数字有 １、２、３、４、５或 ６，它们表示焊缝金属冲击值不小于 34.3J/cm2（3.5kg/cm）时的最低试验温度。

例如：ＨＪ401－Ｈ08Ａ型号表明此焊剂与Ｈ08Ａ焊丝配合使用，按所规定的母材及焊接工艺焊接试板，在焊态取力学性能试样测试，σb＝410～550ＭＰ；σs＞330ＭＰ；δ5＞

222％；在0℃时冲击值＞34.3Ｊ／cm，均能满足ＧＢ5293—85的要求。

三、焊剂与焊丝的选配

根据被焊材料来选用焊剂，并要配以合适的焊丝，方可得到化学成分和力学性能符合要求的焊缝金属，所以必须正确的选配焊剂与焊丝。

在一般的低碳钢、普通低合金钢焊接中，为保证焊缝的综合力学性能良好，并不要求其化学成分与焊件金属完全相同，通常要求焊缝金属的含碳量降低，且含有适量的锰、硅等元素，以达到焊件所需的机械性能。

焊接实践证明，较为理想的焊缝金属化学成分，其含碳量为0.1～0.13％；含锰量为0.6～

0.9％；含硅量为0.15～0.30％，这需要依靠焊剂与焊丝的选配来实现。

焊接低碳钢、普通低合金钢时，采用熔炼型焊剂，有两种不同的焊剂与焊丝配合方式：

1、选用高锰高硅焊剂（如焊剂430、焊剂431），配合低锰焊丝（Ｈ08）或含锰焊丝（Ｈ08ＭｎＡ）。

2、选用无锰高硅或低锰高硅焊剂（如焊剂130、焊剂230），配合高锰焊丝（Ｈ10Ｍn2）。第一种选配方式：焊缝所需的锰和硅，主要通过焊剂来过渡，因而过渡量比较小，有效过渡到焊缝的比例不高。由于焊剂中的氧化锰和二氧化硅的含量较多，因此能保证焊缝金属的质量要求。而且熔渣的氧化性强，抗氢气开性能较好，熔渣中的氧化锰又能去硫，提高了焊缝抗裂性能。同时熔池中碳的烧损较多，使焊缝金属的含碳量降低。

第二种选配方式：主要由焊丝来直接过渡合金元素，以满足焊缝中的含锰量，因而有效过渡至焊缝的比例较高，合金元素过渡过程的损耗少。由于熔渣的氧化性弱，因此脱渣性较好，但焊缝的抗氢气孔和抗裂性能较差。

这两种选配方式均可得到满意的焊接结果，目前，低碳钢及普通低合金钢的埋弧自动焊 时，多选用第一种的焊剂与焊丝配合方式。

第五节：埋弧自动焊工艺

一、焊缝形状和尺寸

埋弧自动焊时，焊丝与焊件金属在电弧热量的作用下，形成了一个熔池，随着电弧热源向前移动，熔池中的液态金属逐渐冷却凝固而成为焊缝。焊缝形状不仅关系到表面的成形，还会直接影响焊缝金属的质量。

焊缝形状可用焊缝宽度Ｃ、焊缝有效厚度δ和焊缝余高ｈ的尺寸来表示。合理的焊缝形状、要求各尺寸之间有恰当的比例关系。

焊缝形状系数ψ表示焊缝形状的特征，由焊缝宽度Ｃ与焊缝有效厚度Ｓ之比决定： ψ＝c/s 焊缝形状系数ψ值的大小，对焊缝质量具有重要意义。ψ值过小时，焊缝形状窄而深，容易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷；ψ值过大时，使熔宽过大，熔深浅。则浪费焊接材料，甚至于会造成未焊透。因而，必须把焊缝形状系数控制在合理的数值内，埋弧自动焊的焊缝形状系数一值在1.3～2之间较为适宜。

埋弧自动焊的焊缝形状由焊接工艺参数和工艺因素决定，因此，正确的选择焊接工艺参数，是保证焊缝质量的重要措施。

二、焊接工艺参数对焊缝质量的影响

埋弧自动焊的焊接工艺参数是：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和工艺因素等。

１、焊接电流

焊接过程中，当其它因素不变，增加焊接电流则电弧吹力增强，使焊缝有效厚度增大，但电弧的摆动小，所以焊缝宽度变化不大。另外，由于焊接电流增大，焊丝的熔化速度也相应增快，因此焊缝余高稍有增加。

２、电弧电压

在其它因素不变的条件下，如增加电弧长度，则电弧电压增加。电弧电压对焊缝形状的影响：随着电弧电压增加，焊缝宽度显著增大，而焊缝有效厚度和余高略有减小。这是因为电弧电压越高，电弧就越长，则电弧的摆动作用加剧，使焊件被电弧加热而面积增大，以致焊缝宽度增大。此外，由于焊丝熔化速度不变，而熔滴金属被分配在较大的面积上，故使余高相应减小。同时，电弧吹力对焊件金属的作用变弱，因而焊缝有效厚度有所减小。３、焊接速度

焊接速度对焊缝形状的影响。当其它条件不变时，焊接速度增大，开始时焊缝有效厚度略有增加，而焊缝宽度相应减小，当速度增加到一定值以后，焊缝有效厚度和焊缝宽度都随速度增大而减小。焊接速度过大，则焊件与填充金属容易产生未熔合的缺陷。

焊接实践证明，焊速在 40ｍ/h以内时，焊缝有效厚度通常随焊速增大而略有增加，焊速超过40ｍ/h以后，焊缝有效厚度与焊缝宽度都随焊速增大而减少。４、焊丝直径

当焊接电流不变时，随着焊丝直径的增大，电流密度减小，电弧吹力减弱，电弧的摆动作用加强，使焊缝宽度增加而焊缝有效厚度稍减小；焊丝直径减小时，电流密度增大，电弧吹力加大，使焊缝有效厚度增加。故用同样大小的电流焊接时，小直径焊丝可获得较大的焊缝有效厚度。

５．工艺因素

（１）焊丝倾斜的影响 埋弧自动焊的焊丝位臵通常垂直于焊件，但有时也采用焊丝倾斜方式。焊丝倾斜对焊缝形状的影响:：焊丝向焊接方向倾斜称为后倾，反焊接方向倾斜则为前倾。焊丝后倾时，电弧吹力对熔池液态金属的作用加强，有利于电弧的深入，故焊缝有效厚度和余高增大，而焊缝宽度明显减小。焊丝前倾时，电弧对熔池前面的焊件预热作用加强，使焊缝宽度增大，而焊缝有效厚度减小。

（２）焊件倾斜的影响 焊件有时因处于倾斜位臵，因而有上坡焊和下坡焊之分。

上坡焊与焊丝后倾作用相似，焊缝有效厚度和余高增加，焊缝宽度减小，形成窄而高的焊缝，甚至于出现咬边的缺陷。下坡焊与焊丝前倾作用相似、焊缝有效厚度和余高都减小，而焊缝宽度增大，且熔池内液态金属容易下淌，严重时会造成未焊透的缺陷。所以，无论是上坡焊或下坡焊，焊件的倾角ａ都不得超过６°～８°，否则会破坏焊缝成形及引起焊接缺陷。

（３）焊丝伸出长度的影响 当焊丝伸出长度增加时，则电阻热作用增大，使焊丝熔化速度增快，以致焊缝有效厚度稍有减少，余高略有增加。一般要求焊丝伸出长度的变化不超过5～10mｍ。

（４）装配间隙与坡口大小 当其它焊接工艺条件不变时，焊件装配间隙与坡口角度的增大，使焊缝有效厚度增加，而余高减少，但焊缝有效厚度加上余高的焊缝总高度大致保持不变。为了保证焊缝的质量，埋弧自动焊对焊件装配间隙与坡口加工的工艺要求较严格。

第十章 气体保护电弧焊

气体保护电弧焊适用于绝大多数金属材料的焊接，目前在焊接生产中应用极其广泛。本章主要介绍气体保护电弧焊的概念，以及常用的二氧化碳气体保护焊和钨极氩弧焊的基本知识。

第一节： 气体保护电弧焊概述

气体保护电弧焊属于以电弧为热源的熔化焊接方法。在熔焊过程中，为得到质量优良的焊缝，必须有效地保护焊接区，防止空气中有害气体的侵入，以满足焊接冶金过程的需要。但电弧熔焊过程的保护形式有所区别，手工电弧焊、埋弧自动焊是采用渣—气联合保护，而气体保护电弧焊是采用气保护的形式。

随着工业生产和科学技术的迅速发展，各种有色金属、高合金钢、稀有金属的应用日益增多，对于这些金属材料的焊接，以渣保护为主的电弧熔焊方法很难适应，然而，使用气保护形式的气体保护电弧焊，能够可靠地保证焊接的质量，以弥补手工电弧焊和埋弧自动焊的局限性。同时，气体保护电弧焊在薄板、高效焊接方面，还具备独特的优越性，因此在焊接生产中的应用日益广泛。

一、气体保护电弧焊的原理

气体保护电弧焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法，简称气体保护焊。

气体保护焊直接依靠从喷嘴中连续送出的气流，在电弧周围造成局部的气体保护层，使电极端部、熔滴和熔池金属处于保护气罩内，机械地将空气与焊接区隔绝，以保证焊接过程的稳定性，并获得质量优良的焊缝。

气体保护焊接所用的电极材料，有两类不同的方式：一是采用一根不熔化电极（钨极）的电弧焊，称为不熔化极气体保护焊；二是采用一根或多根熔化电极（焊丝）的电弧焊，称为熔化极气体保护焊。

二、气体保护电弧焊的特点

气体保护焊与其它电弧焊方法比较的特点是：

１．采用明弧焊，一般不必用焊剂，故熔池可见度好，便于操作。而且，保护气体是喷射的，适宜进行全位臵焊接，不受空间位臵的限制，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。

２．由于电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接熔池和热影响区很小，因此焊件变形及裂纹倾向不大，尤其适用于薄板焊接。

３．采用氩、氦等惰性气体保护，焊接化学性质较活泼的金属或合金时，具有很高的焊接质量。

４．在室外作业须有专门的防风措施，否则会影响保护效果；电弧的光辐射较强；焊接设备较复杂。

三、保护气体的种类及用这

气体保护焊时，要依靠保护气体在焊接区形成保护层，同时电弧又在气体中放电，因此，保护气体的性质对焊接状态和质量有着密切的关系。

焊接用的保护气体主要有：氩气（Ａｒ）、氦气（Ｈｅ）、氮气（Ｎ2）、氢气（Ｈ2）、二氧化碳气体（ＣＯ2）等。在气体保护焊的初期，使用的大多是单一气体。以后，在不断的焊接实践中，发现在一种气体中加入一定比例的另一种气体，可以提高电弧稳定性和改善焊接效果。因此，现在采用混合气体保护的方法也很普遍。，常用保护气体的选择，根据这些保护气体的化学性质和物理特征，各自适用范围有所区别。

氦气、氦气是用性气体，对化学性质活泼而易与氧起反应的金属，是非常理想的保护气体，故常用于铝、镁、钛等金属及其合金的焊接。由于氦气的消耗量很大，而且价格昂贵，所以很少用单一的氦气，常和氩气等混合起来使用。

氮气、氢气是还原性气体。氮可以同多数金属起反应，是焊接中的有害气体，但是对于铜，实际上是惰性的，它不溶于铜，所以，可作为铜及铜合金焊接的保护气体。氢气主要用于氢原子焊，目前这种方法已很少应用。另外氮气、氢气也常和其它气体混合起来使用。二氧化碳气体是氧化性气体。由于二氧化碳气体来源丰富，而且成本低，因此值得推广应 用，目前主要用于碳素钢及低合金钢的焊接。

四、气体保护电弧焊的分类

根据所用的电极材料，可分为不熔化极气体保护焊和熔化极气体保护焊。

按照焊接保护气体的种类有；氖弧焊、氦弧焊、氮弧焊、氢原子焊、二氧化碳气体保护焊等方法。并且按操作方式的不同，又分为手工、半自动和自动气体保护焊。

本章重点叙述常用的二氧化碳气体保护焊和钨极氩弧焊。

第二节： 二氧化碳气体保护焊

一、CO2气体保护焊概述

CO2气体保护焊是用CO2作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种气体保护焊方法，简称CO2焊。

１．CO2气体保护焊的过程

ＣＯ。焊的焊接过程：电源的两输出端分别接在焊枪和焊件上。盘状焊丝由送丝机构带动，经软管和导电嘴不断地向电弧区域送给；同时，CO2气体以一定的压力和流量送入焊枪，通过喷嘴后，形成一股保护气流，使熔池和电弧不受空气的侵入。随着焊枪的移动，熔池金属冷却凝固而成焊缝，从而将被焊的焊件连成一体。

CO2焊按所用的焊丝直径不同，可分为细丝CO2气体保护焊（焊丝直径为0.5～1.2ｍｍ）及粗丝CO2气体保护焊（焊丝直径为1.6～5ｍｍ）。按操作方式又可分为CO2半自动焊和CO2自动焊。主要区别在于：CO2半自动焊用手工操作焊枪完成电弧热源移动，而送丝、送气等同CO2自动焊一样，由相应的机械装臵来完成。CO2半自动焊的机动性较大，适用不规则或较短的焊缝；CO2自动焊主要用于较长的直线焊缝和环缝等焊缝的焊接。

２．CO2气体保护焊的特点

（1）焊接成本低

CO2气体来源广、价格低，而且消耗的焊接电能少，因而CO2焊的成本低。

（２）生产率高

因CO2焊的焊接电流密度大，使焊缝有效厚度增大；焊丝的熔化率提高．熔敷速度加快；另外，焊后没有焊渣，特别是多层焊接时，节省了清渣时间。所以生产率比手弧焊高1～4倍。

（３）抗锈能力强

CO2焊对铁锈的敏感性不大，因此焊缝中不易产生气孔，而且焊缝含氢量低，抗裂性能好。

（４）焊接变形小 由于电弧热量集中，焊件加热面积小，同时CO2气流具有较强的冷却作用，因此，焊接热影区和焊件变形小，特别宜于薄板焊接。

（５）操作性能好 因是明弧焊，可以看清电弧和熔池情况，便于掌握与调整，也有利于实现焊接过程的机械化和自动化。

（６）适用范围广CO2焊可进行各种位臵的焊接，不仅适用焊接薄板，还常用于中、厚板的焊接，而且也用于磨损零件的修补堆焊。

但是CO2焊也存在一些缺点，如使用大电流焊接时，焊缝表面成形较差，飞溅较多；不能焊接容易氧化的有色金属材料；很难用交流电源焊接及在有风的地方施焊。

由于CO2焊的优点显著，而其不足之处，随着对CO2焊的设备、材料和工艺的不断改进，将逐步得到完善与克服。因此，CO2焊是一种值得推广应用的高效焊接方法。所以目前CO2焊技术已在焊接生产中广泛的应用，有取代手弧焊的发展趋势。

二、CO2气体保护焊的冶金特点

在常温下，CO2气体的化学性能呈中性，在电弧高温下，CO2气体被分解而呈很强的氧化性，能使合金元素氧化烧损，降低焊缝金属的力学性能，还可成为产生气孔和飞溅的根源。为此CO2焊的焊接冶金具有特殊性。

1、合金元素的氧化及脱氧措施

CO2在电弧高温下作用，分解为一氧化碳与氧。而且，CO2的分解程度与温度有关，温度越高，分解程度越大，反应进行得越激烈，致使电弧气氛具有很强的氧化性。

CO2＝CＯ＋Ｏ

其中CO在焊接条件下不溶于金属，也不与金属发生反应。而原子状态的氧使铁及合金元素迅速氧化，其化学反应式如下：

Ｆe＋Ｏ ＝ＦeＯ Ｓｉ＋Ｏ＝ＳiＯ2 Ｍｎ＋Ｏ＝ＭｎＯ C十O ＝CO 以上氧化反应既发生于熔滴过渡过程中，也发生在熔池内，其反应的结果，使铁氧化生成ＦｅＯ，能大量溶于熔池内，将导致焊缝产生气孔。同时，锰、硅氧化生成ＭｎＯ和ＳiＯ2成为熔渣浮出，使合金元素大量氧化烧损，焊缝金后力学性能降低。此外，溶入金属的ＦｅＯ与Ｃ元素作用产生的CO气体，能使熔滴和熔池金属发生爆破，从而产生大量的飞溅。这些问题都与电弧气氛的氧化性有关，因此，必须采取有效的脱氧措施。

在CO2悍的冶金过程中，通常的脱氧方法是增加焊丝中脱氧元素含量。常用的脱氧元素是锰、硅、铝、钛等，这些元素与氧的结合能力比铁强，可降低液态金属内ＦｅＯ的浓度，抑制碳及合金元素的氧化，从焊接冶金方面解决合金元素的严重烧损、气孔和飞溅问题。

一般对于低碳钢及低合金钢的焊接，主要采用锰、硅联合脱氧的方法，也就是说，必须采用含有足够脱氧元素的锰、硅焊丝，才能满足焊接质量要求。当锰和硅脱氧后生成ＭｎＯ和ＳiＯ2，它们复合成熔渣，易浮出熔池，形成一层微薄的渣壳覆盖在焊缝表面。

２．气孔的产生与防止途径

CO2焊时，如果焊丝中的脱氧元素不足，CO2气体纯度不符合要求，焊接工艺参数选用不当，则焊缝中就可产生气孔。

同时，选择合适的焊接电流和电弧电压，也是维持短路过渡过程稳定的重要条件。CO2焊的短路过渡形式由于短路频率很高，所以电弧非常稳定，飞溅小，焊缝成形良好。细丝CO2焊多采用短路过渡形式，适宜于薄板焊接及全位臵的焊接。

２．颗粒状过渡

（１）颗粒状过渡过程 当采用的焊接电流和电弧电压高于短路过渡条件时，会出现颗粒状过渡形式。

由于电弧长度增大，焊丝熔化加快，使熔滴的颗粒增大，形成颗粒状的熔滴过渡。CO2焊颗粒状过渡的特点是：电弧比较集中，而且电弧总是在熔滴的下方产生，熔滴较大且不规则，过渡频率较低，并易形成偏离焊丝轴线方向的过渡。CO2颗粒状过渡形式，其过渡过程的稳定性较差，以致焊缝成形较粗糙，飞溅较大。粗丝CO2焊时，常发生颗粒状过渡形式，多用于中、厚板的焊接。

（２）颗粒状过渡的稳定性 通常用熔滴体积和每秒过渡的滴数，来衡量颗粒状过渡过程的稳定性，其主要影响因素是焊接电流和电弧电压。

焊接电流对颗粒状过渡过程的稳定性有显著的影响。当焊接电流增大（电弧电压也相应增大）时，会使颗粒状过渡的熔滴体积减小，颗粒细化，且熔滴过渡频率增加，可见，随着焊接电流的增大，熔滴呈现小颗粒的过渡形式，焊接过程的稳定性得到改善。同时，非轴线方向的熔滴过渡大为减少，也使飞溅减少。因此，采用颗粒状过渡形式时，应尽量选用较大的焊接电流。但是，焊接电流的提高会曾到许多条件的限制。

四、CO2气体保护焊的飞回问题

CO2气体保护焊时容易产生飞溅，这是由CO2气体的性质所决定的，问题在于应把CO2焊的飞溅减少到最低的程度。通常颗粒状过渡过程的飞溅程度，要比短路过渡过程时严重得多。当使用颗粒状过渡形式焊接，飞溅损失应控制在焊丝熔化量的１０％以下，短路过渡形式的飞溅量则在２～４％范围内。

CO2焊时的大量飞溅，不仅增加了焊丝的损耗，并使焊件表面被金属熔滴溅污，影响外观及增加辅助工作量。更主要的是容易造成喷嘴堵塞，使气体保护效果变差，导致焊缝容易形成气孔。如果金属熔滴沾在导电嘴上，还会破坏焊丝的正常给送，引起焊接过程不稳定，使焊缝成形变差或产生焊接缺陷。为此，CO2焊必须重视飞溅问题，应尽量降低飞溅的不利影响，才能确保CO2焊的生产率和焊缝质量。

CO2焊产生飞溅的原因及减少飞溅的措施主要有以下几方面：

１．由冶金反应引起的飞溅

这种飞溅主要由CO气体造成。CO在电弧高温作用下，体积急速膨胀，压力迅速增大，使熔滴和熔池金属产生爆破，从而产生大量飞溅。应采用含有锰硅脱氧元素的焊丝，并降低焊丝中的含碳量，这种飞溅可大为减少。

２．由极点压力产生的飞溅

这种飞溅主要取决于电弧的极性。当使用正极性焊接时（焊件接正极、焊丝接负极），正离子飞向焊丝端部的熔滴，机械冲击力大，形成大颗粒飞溅。而反极性焊接时，飞向焊丝端部的电子撞击力小，致使极点压力大为减小，因而飞溅较少。所以CO2焊应选用直流反接。

３．熔滴短路时引起的飞溅

这种飞溅发生在短路过渡过程中，当焊接电源的动特性不好时，则更显得严重。短路电流增长速度过快，或者短路最大电流值过大时，当熔滴刚与熔池接触，由于短路电流强烈加热及电磁收缩力的作用，结果使缩颈处的液态金属发生爆破，产生较多的细颗粒飞溅。如果短路电流增长速度过慢侧短路电流不能及时增大到要求的电流值，此时，缩颈处就不能迅速断裂，使伸出导电嘴的焊丝在电阻热的长时间加热下，成段软化和断落，并伴随着较多的大颗粒飞溅。减少这种飞溅的方法，主要是调节焊接回路中的电感值，若串入焊接回路的电感值合适，则爆声较小，过渡过程比较稳定。

４．非轴向颗粒状过渡造成的飞溅

这种飞溅发生在颗粒状过渡过程时，由于电弧的斥力作用而产生的。当熔滴在极点压力和弧柱中气流的压力共同作用下，熔滴被推到焊丝端部的一边，并抛到熔池外面去，产生大颗粒飞溅。

５．焊接工艺参数选择不当引起的飞溅

这种飞溅是因焊接电流、电弧电压和回路电感等焊接工艺参数选择不当而引起的。只有正确地选择CO2焊的焊接工艺参数才会减少产生这种飞溅的可能性。

五、CO2气体保护焊的焊接材料

CO2气体保护焊所用的焊接材料有：CO2气体和焊丝。１．CO2气体

焊接用的CO2一般是将其压缩成液体贮存于钢瓶内，以供使用。CO2气瓶的涂色标记为铝白色，并标有“液化二氧化碳”的字样。

容量为４０Ｌ的气瓶，可装２５kｇ的液态CO2，满瓶压力约为５～７ＭＰa。气瓶内的压力与外界温度有关，其压力随着外界温度的升高而增大，因此，CO2气瓶不准靠近热源或臵于烈日下爆晒，以防发生意外事故。

液态CO2在大气压力下的沸点为一７８℃，所以在常温下容易汽化，Ｉｋｇ液态CO2可汽化成５０9Ｌ气态的CO2。液态CO2在温度高于一１１℃时比水轻，可溶解占重量约0.0５％的水。溶于液态CO2中的水分，蒸发成水汽混入CO2气体中，影响CO2气体的纯度。

气瓶内汽化的CO2气体中的含水量，与瓶内的压力有关，随着使用时间的增长，瓶内压力降低，水汽增多。当压力降低到０．９８ＭＰａ时，CO2气体中含水量大为增加，便不能继续使用。

焊接用CO2气体的纯度应大于99.5％，含水量、含氮量均不应超过0.1％，否则会降低焊缝的力学性能，焊缝也易产生气孔。如果CO2气体的纯度达不到标准，可进行提纯处理。

２．焊丝

为了保证焊缝金属具有足够的力学性能，并防止焊缝产生气孔，CO2焊所用的焊丝必须比母材含有更多的Mn和Si等脱氧元素。此外，为了减少飞溅，焊丝含C量必须限制在0.10％以下。

Ｈ08Ｍｎ2Ｓi是用得最普遍的一种焊丝，它具有较好的工艺性能和较高的力学性能，适用于焊接重要的低碳钢和普通低合金钢（如１６锰钢）结构，能获得满意的焊缝质量。CO2焊所用的焊丝直径在0.5～5ｍｍ范围内，CO2半自动焊常用的焊丝有φ0.８、1.0、1.2、1.6ｍｍ等几种，CO2自动焊大多采用φ2.0、2.5、3.0、4.0、5.0ｍｍ的焊丝。焊丝表面有镀铜和不镀铜两种，镀铜可防止生锈，有利于保存，并可改善焊丝的导电性及送丝的稳定性。焊丝在使用前应适当清除表面的油污和铁锈。

六、CO2气体保护焊设备

CO2气体保护焊设备有半自动焊设备和自动焊设备。常用的CO2半自动焊设备，主要由焊接电源、焊枪及送丝机构、CO2供气装臵、控制系统等部分组成。

１．焊接电源

由于CO2焊的电流密度大，而且CO2气体对电弧有较强的冷却作用，所以电弧静特性曲线是上升的，焊丝直径越小，电流密度越大，静特性曲线上升的斜率越大。

CO2焊在等速送丝的条件下，必须依靠电弧自身调节作用，以达到恢复稳定状态的目的。CO2焊在不同的电源外特性时，各自的电弧自身调节性能。当电弧长度变化相同时，平硬特性曲线所引起的焊接电流变化值，要比缓降或陡降特性曲线的焊接电流变化值大些，因而，平硬特性电源的电弧自身调节作用最好。

由于CO2焊用交流电源焊接的电弧不稳定，所以，必须使用直流电源，通常选用弧焊整流器，并要求焊接电源具有平硬的外特性，这是由CO2电弧静特性和电弧自身调节作用所决定的。

２．焊枪及送丝机构

CO2半自动的焊丝送给为等速送丝，其送丝方式有拉丝式、推丝式和推拉式三种。

在拉丝式中，焊丝盘、送丝机构与焊枪连在一起，故不必采用软管，送丝较稳定，但焊枪结构复杂，重量增加。拉丝式只适用细焊丝（直径为0.5～0.8ｍｍ），操作的活动范围较大。

在推丝式中，焊丝盘、送丝机构与焊枪分离，因而焊枪结构简单，重量减轻，但焊丝通过软管时会受到阻力作用，故软管不能过长或扭曲，否则焊丝不能顺利送出，影响送丝的稳定。推丝式所用的焊丝直径宜在０.8ｍｍ以上，其焊枪的操作范围在２～４ｍ以内。目前CO2半自动焊多采用推丝式焊枪。

推拉式送丝，具有前两种送丝方式的优点，焊丝送给时以推丝为主，而焊枪内的送丝机构，起着将焊丝拉直的作用，可使软管中的进丝阻力减小，因此增加送丝距离和操作的灵活性，但焊枪及送丝机构较为复杂。

３、CO2供气装臵

CO2的供气装臵由气瓶、干燥器、预热器、减压器和流量计等组成。

因为瓶装的液态CO2汽化时要吸热，其中所含水分可能结冰，所以需经预热器加热。并在输送到焊枪之前，应经过干燥器圾收CO2气体中的水分，使保护气体符合焊接要求。减压器是将CO2气体调节至0.1～0.2MPａ的工作压力，流量计是控制和测量CO2气体的流量，以形成良好的保护气流。

４、控制系统

CO2焊控制系统的作用是对供气、送丝和供电等部分实现控制。

目前，定型生产的ＮＢＣ系列CO2半自动焊机有：ＮＢＣ－200型、ＮＢＣＩ－300型、ＮＢＣＩ－500型等。

七、CO2气体保护焊的焊接工艺参数

合理地选择焊接工艺参数是获得优良焊接质量和提高焊接生产率的重要条件。CO2气体保护焊的主要焊接工艺参数是：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性和回路电感等。

１．焊丝直径 焊丝直径应根据焊件厚度、焊接位臵及生产率的要求来选择。当焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时，多采用直径1.6ｍｍ以下的焊丝；在平焊位臵焊接中厚板时，可以采用直径1.2ｍｍ以上的焊丝。

２．焊接电流

焊接电流是CO2焊的重要焊接工艺参数，它的大小应根据焊件厚度、焊丝直径、焊接位臵及熔滴过渡形式来决定。用直径0.8～1.6ｍｍ的焊丝，当短路过渡时，焊接电流在50～230Ａ内选择；颗粒状过渡时，焊接电流可在250～500Ａ内选择。

３．电弧电压

电弧电压必须与焊接电流配合恰当，它的大小会影响到焊缝成形、焊缝有效厚度、飞溅、气孔及焊接过程的稳定性。短路过渡焊接时，电弧电压与焊接电流的关系：通常电弧电压在16～24Ｖ范围内。颗粒状过渡焊接时，电弧电压随着焊接电流增大而相应增高，对于直径为1.2～3.0ｍｍ的焊丝，电弧电压可在２５～３６Ｖ范围内选择。

４．焊接速度

在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下，焊速增加，焊缝宽度与焊缝有效厚度减小。焊速过快，容易产生咬边及未熔合等缺陷，且气体保护效果变差，可能出现气孔；但焊速过慢，则焊接生产率降低，焊接变形增大，一般CO2半自动焊时的焊接速度在15～30ｍ／ｈ。

５．焊丝伸出长度

焊丝伸出长度取决于焊丝直径，一般约等于焊丝直径的１０倍，且不遇过１５ｍｍ。

６．CO2气体流量

CO2气体流量应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择，过大或过小的气体流量都会影响气体保护效果。通常在细丝CO2焊时，CO2气体流量约为 8～15Ｌ/min；粗丝CO2焊时，CO2气体流量约在15～25L/min。７．电源极性

为了减少飞溅，保证焊接电弧的稳定性，CO2焊应选用直流反接。８．回路电感

焊接回路的电感值应根据焊丝直径和电弧电压来选择，不同直径焊丝的合适电感值。电感值通常随焊丝直径增大而增加，并可通过试焊的方法来确定，若焊接过程稳定，飞溅很少，则此电感值是合适的。

CO2焊的焊接工艺参数应按细丝焊与粗丝焊，及半自动焊与自动焊的不同形式而确定，同时，要根据焊件厚度、接头型式和焊缝空间位臵等因素，来正确选择适用的焊接工艺参数。

第三节：氩 弧 焊

一、氩弧焊概述

氩弧焊是以氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法。

二．氩弧焊的过程

氩弧焊的焊接过程。从焊枪喷嘴中喷出的氩气流，在电弧区形成严密的保护气层，将电极和金属熔池与空气隔绝；同时，利用电极（钨极或焊丝）与焊件之间产生的电弧热量，来熔化附加的填充焊丝或自动给送的焊丝及基本金属，待液态熔池金属凝固后即形成焊缝。

由于氩气是一种惰性气体，它不与金属起化学反应，被焊金属中的合金元素不会氧化烧损，而且在高温时不溶解于液态金属，使焊缝金属不易产生气孔，同时，氩气对电弧和熔池金属的保护是有效和可靠的，可以得到较高的焊接质量。

２．氩弧焊的特点

氩弧焊与其它电弧焊方法比较特点是：

（１）焊缝性能优良 由于氦气保护性能优良，不必配制相应的焊剂或熔剂，基本是金属熔化和结晶的简单过程，因此，能获得较为纯净及高质量的焊缝。

（２）焊接变形与应力小 因为电弧受氦气流的冷却和压缩作用，电弧的热量集中，且氩弧的温度又很高，故热影响区很窄。焊接变形与应力小，特别适宜于焊接很薄的材料。

（３）可焊的材料范围很广 几乎所有的金属材料都可进行氩弧焊，特别适宜焊接化学性质活泼的金属和合金。通常，多用于焊接铝、镁、钛、铜及其合金和低合金钢、不锈钢及耐热钢等。

由于氩弧焊具有这些显著的特点，随着有色金属、高合金钢及稀有金属的产品结构日益增多，而用一般的气焊、电弧焊方法已不易达到所要求的焊接质量，所以，氩弧焊的焊接技术得到越来越广泛的应用。

（４）易于实现机械化 因是明弧焊，便于观察与操作，尤其适用全位臵焊接，并容易实现焊接的机械化和自动化。

３．氩气

氩气是无色、无味的气体。氩在空气中的含量按体积计为0.935％，故是一种稀有气体。氩气是制氧过程中得到的副产品。

氩弧焊对氩气的纯度要求很高如果氩气中含有一些氧、氮和少量其它气体，将会降低氩气保护性能，对焊接质量造成不良影响。目前生产的工业纯氩，其纯度高达99.99％，可完全满足氩弧焊的需要。由于氩气比空气重２５％，因而气流不易漂浮散失。有利于对焊接区的保护作用。

焊接用工业纯氩以瓶装供应，在温度20℃时满瓶压力为14.7ＭＰａ，容积一般为40Ｌ。氩气钢瓶外表应涂灰色，并标有“氩气”的字样。

４．氩弧的特性

在氩气保护下的电弧具有两方面的特性：

（１）引燃电弧较困难 气体电离是引燃电弧的必要条件之一，为使气体分子或原子电离所需的能量即为电离势。

由于氩的电离势较高，因此，氩气电离所需要的能量较高，引燃电弧较困难。

（２）电弧燃烧稳定 氩气是单原子气体，电离不经过分子分解成原子的过程，所以能量损耗少。同时，氩气的热容量和导热率都较小，故只要较小的热量就可把电弧空间加热到高温，且电弧热量不易散失，有利于气体的热电离。所以在氩气中，电弧一旦引燃，燃烧就很稳定，在常用的保护气体中，氩弧的稳定性最好。

５．氩弧焊的分类 氩弧焊根据所用的电极材料，可分为钨极（不熔化极）氩弧焊和熔化极氩弧焊。按其操作方式又有手工、半自动和自动氩弧焊。

二、钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是用高熔点钨棒作为电极材料，在氩气流的保护下，钨极与焊件之间引燃电弧，利用电弧热量熔化加入的填充焊丝和基本金属，冷却凝固之后形成焊缝。钨极在电弧中只起发射电子作用，而不熔化，故也称不熔化极氩弧焊。

按其操作方式的不同，分为手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊两种，焊接时均需另外加入填充焊丝，有时也可不加填充焊丝，仅将焊件接缝处的金属熔化形成焊缝。

钨极氩弧焊时，为了防止钨极的熔化与烧损，所用的焊接电流受到限制，因此电弧功率较小，焊缝有效厚度也受到影响，主要适用于薄板焊接。

１．电极材料

钨极氩弧焊对电极材料的要求是：电流容量大、损耗小、引弧和稳弧性能好，这主要取决于电极发射电子的能力。常用的不熔化电极材料有钨极、铁钨极和体钨极。

纯钨的熔点高达3400℃，沸点约为5900℃，在电弧热作用下不易熔化与蒸发，可以作为不熔化电极材料，基本上能满足焊接过程的要求。

为了增强钨极电子发射能力。在纯钨中加入 １～2%氧化钍（ThO2），即为钍钨极，由于钍是一种电子发射能力很强的稀土元素，因而电极电子发射能力显著提高。钍钨极与纯钨极比较，具有容易引弧，所需引弧电压小；许用电流增大；不易烧损，使用寿命长；电弧稳定性好等优点，但钍有放射性，虽然含量很低，必须加强劳动防护措施。

近年来研制的铈钨极，是在纯钨中加入２％的氧化铈（ＣｅＯ）。由于铈钨极没有放射性危害，而且更优于钍钨极，进一步提高了电子发射能力和工艺性能，降低了电极的损耗率，所以铈钨极是目前最为理想的电极材料。

电极端部形状对电弧稳定性有一定的影响，如果端面凹凸不平，则产生的电弧既不集中又不稳定，为此电极端都必须磨光。当交流钨极氩弧焊时，一般将电极端部磨成圆珠形，否则因极性的变化，使电极损耗增大。在直流钨极氩弧焊时，多用直流正接，为使电弧集中，燃烧稳定，通常把电极端部磨成平底锥形。用小电流施焊时，电极可以磨成尖锥形。

２．电流种类和极性

钨极氩弧焊可以使用直流电，也可以使用交流电。电流种类和极性的选择，与被焊材料有关，下面分别加以讨论。

（１）直流钨极氩弧焊 直流电设有极性变化，电弧燃烧很稳定，钨极氩弧焊采用直流正接时，电弧燃烧稳定性更好。

１）直流反接 钨极氩弧焊采用直流反接时（即钨极为正极、焊件为负极），由于电弧阳极温度高于阴极温度，使接正极的钨棒容易过热而烧损，为不使钨极熔化，需限制钨极的许用电流，同时焊件上产生的热量不多，因而焊缝有效厚度浅而宽，焊接生产率低。所以直流反接的热作用对焊接过程不利，钨极氩弧焊时，除了焊接铝、镁及其合金薄板外，很少采用直流反接。

然而，直流反接有一种去除氧化膜的作用，一般称为“阴极破碎”作用。这种作用在交流电反极性半周波中也同样存在，它是焊接铝、镁及其合金的有利因素。在焊接铝、镁及其合金时，由于金属的化学性质活泼，极易氧化，形成熔点很高的氧化膜（如以Al2O3，熔点为2050℃，而铝的熔点为 657℃），焊接时氧化膜覆盖在熔池表面，阻碍基本金属和填充金属的良好熔合，无法使焊缝很好成形。因此，必须把被焊金属表面的氧化膜去除才能进行焊接。

当用直流反接焊接时，电弧空间的氩气电离后形成大量的正离子，由钨极的阳极区飞向焊件的阴极区，撞击金属熔池表面，可将这层致密难熔的氧化膜击碎，以去除铝、镁等金属表面的氧化膜，使焊接过程顺利进行，并得到表面光亮、成形良好的高质量焊缝，这就是在反接极性时电弧所产生的“阴极破碎”作用。而在直流正接焊接时，因为焊件的阳极区只受到能量很小的电子撞击，没有去除氧化膜的条件，所以不可能有“阴极破碎”作用。

直流反接时虽能将被焊金属表面的氧化膜去除，但钨极的许用电流小，同时焊件本身散热很快，温度难以升高，影响电子发射的能力，使电弧燃烧不稳定。因此，铝、镁及其合金应尽可能使用交流电来焊接。

２）直流正接 钨极氩弧焊采用直流正接时（即钨极为负极、焊件为正极），由于电弧在焊件阳极区产生的热量大于钨极阴极区，致使焊件的熔深增加，焊接生产率高。而且钨极不易过热与烧损。所以对于同一焊接电流可以采用直径较小的钨棒，使钨极的许用电流增大。同时电流密度也大，使电子发射能力增强，电弧燃烧稳定性要比直流反接时好。因此，除了铝、镁及其合金外，其它金属的焊接都采用直流正接。

（２）交流钨极氩弧焊 焊接铝、镁及其合金时一般多使用交流电，将产生最佳的焊接效果。

由于交流电极性是不断变化的，这样在交流正极性的半周波中（钨极为阴极），钨极可以得到冷却，以减小烧损。而在交流负极性的半周波中（焊件为阴极）有“阴极破碎”作用，可以清除熔池表面的氧化膜。使两者都能兼顾，焊接过程可顺利进行。实践证明，用交流焊接铝、镁等金属是完全可行的。但是，采用交流焊接电源时，需要采取引弧、稳弧的措施和消除所产生的直流分量。

电弧电压波形与电源空载电压波形相差很大，虽对电弧供电的空载电压是正弦波，但电弧电压波形不是正弦波，而随着电弧空间和电极表面温度发生变化。

由于交流电的焊接电流每秒有５０次正负极性变换，即电流每秒有１００次通过零点。在每次经过零点时，电弧将瞬时熄灭，然后再重新引燃，电弧再引燃要求有一定的引燃电压，一般都比正常的电弧电压要高。所以当极性换向时，电源空载电压必须超过一定的引燃电压，电弧才能重新复燃。

用交流电进行焊接时，焊件利钨极的极性不断变换。当正半波时，钨极为负极，由于钨极的烙点高，导热系数低。且断面尺寸小。可使电极端都加热到很高的温度，同时热量损失少，这样钨极容易维持高温，电子发射能力强。因此，电弧电流较大，电弧电压较低，对引燃电压的要求不高。

而在交流的负半波时，焊件为负极，由于焊件的熔点低，导热性能好，断面尺寸又大，以致金属熔池表面不能加热到很高的温度，电弧在焊件上产生的热量较少，使电子发射能力减弱。所以电弧电流较小，电弧电压及再引燃电压都较高。也就是说负半波时，电弧的重新引燃困难，电弧稳定性很差．

两个半波的电弧电流不对称。因为交流电弧里两个电极的电子发射能力有板大的差别，正负半波时的电弧导电情况大不相同，当钨极为负时正半波电流大，而焊件为负时负半波电流小。所以电弧的整流作用引起回路中产生直流分量。所形成的直流对焊接工艺及交流电源均不利：其一是削弱了“阴极破碎”作用；其二使焊接变压器的工作条件恶化，易损坏设备。为此，交流钨极氩弧焊时必须采取稳弧措施及消除直流分量。

3、引弧和稳弧措施及消除直流分量的方法

氩气的电离势较高，引燃电弧困难，要求焊接电源具有较高的空载电压，但提高空载电压的方法不安全，通常采用的是使用高频振荡器协助引燃电弧。对于交流钨极氩弧焊，还需使用脉冲脉冲稳弧器。以保证重复引燃电弧，并且。常用在焊接回路中串联电容的方法，来消除交流回路中产生的直流分量。

（1）、高渡振荡器 这是钨极氩弧焊设备的专门引弧装臵，主要用于开始焊接时的第一次引弧，并能达到与焊件非接触而点燃电弧的目的。高频振荡器是一个高频高压发生器，可在焊接回路中加入约3000V的高频电压，致使电弧空间产生很强的电场，加强了阴极电子自发射作用，克服氩弧不易引燃的困难，这时焊接电源的空载电压只要6５Ｖ左右即可，并且，当钨极与焊件距离几毫米时，可引起电弧放电而点燃电弧；不必接触引弧。高频振荡器一般仅供焊接时初次引弧，不用于稳弧，同时要求点燃电弧后马上切断。

（２）脉冲稳弧器 用脉冲稳弧器稳弧效果良好，这是交流钨极氢弧焊广为使用的方法。交流负半波时电弧引燃电压较高，使电流通过零点以后电弧再引燃很难，以致电弧不稳定。如果在正半波向负半波转变瞬间，施加一个高压脉冲而迅速地向电弧放电，则电弧就能保持连续燃烧，从而起到稳定电弧的作用。

脉冲稳弧器常用的脉冲电压为200～250Ｖ，脉冲电流为2Ａ左右。它可与高须振荡器联合使用，当高频振荡器保证第一次引弧后，然后用高压脉冲放电保证电弧重复引燃，这样解决了交流焊接的引弧和稳弧问题。

（３）串联电容消除直流分量 在焊接回路中串联电容，是交流钨极氩弧焊时消除直流分量的常用方法。

由于电容对交流电的阻抗很小，可允许交流电通过，而使直流电通不过，因此隔绝了直流电。这种方法消除直流分量的效果很好，使用维护简单，但所需的电容量大，成本高。通常采用电解电容器，其电容量根据最大焊接电流来计算，一般按每安全流需要30μＦ左右。经过消除直流分量的交流电，可获得良好的焊缝有效厚度，焊波均匀的焊接结果。

４．钨极氩弧焊设备

手工钨极氛弧焊设备包括主电路系统。焊枪、供气系统、冷却系统和控制系统等部分，自动钨极氛弧焊设备，除上述几部分外，还有等速送丝装臵及焊接小车行走机构。（1）主电路系统 这部分主要是焊接电源、高频振荡器、脉冲稳弧器和消除直流分量装臵，交流与直流的主电路系统部分不相同。

交流钨极氩弧焊的主电路系统，由焊接变压器、高频振荡器、脉冲稳弧器和电解电容器等部分组成。而直流钨极氖弧焊的主电路系统较为简单，直流焊接电源附加高频振荡器即可使用。

钨极拉弧焊的电弧静特性曲线是水平的，与焊接电源的外特性曲线的关系是：当电弧长度受到干扰变化时，陡降外特性曲线的焊接电流变化值为小，则对焊接过程电弧稳定的影响也小。所以适宜选用具有陡降外特性的焊接电源，一般手工电弧焊焊接电源，可供钨极氩弧焊使用。

（２）焊枪 钨极氩弧焊弧焊焊枪的作用是夹持电极、导电和输送氩气流。手工焊焊枪手把上装有启动和停止按钮。焊枪一般分为大、中、小型三林小型的最大焊接电流为100Ａ，大型的可达400～600Ａ，采用水冷却。焊枪本体用尼龙压制，具有重量轻、体积小，绝缘和耐热性能好等特点。

焊枪的喷嘴是决定氩气保护性能的重要部件。圆柱带锥形或球形的喷嘴，其保护效果最佳，氩气流速度均匀，容易保持层流。圆锥形的喷出，因氩气流速度变快，故保护效果较差，但这种喷嘴操作方便，熔池可见度好，焊接时也经常使用。

（３）供气系统 钨极氩弧焊的供气系统由氩气瓶、减压器、流量计和电磁气阀等组成。减压器用以减压和调压。流量计是标定通过氢气流量的大小，有的气体流量计将减压器与流量计制成一体。电磁气阀是控制气体通断装臵。

（４）冷却系统 一般选用的最大焊接电流在200Ａ以上时，必须通水来冷却焊枪、电极和焊接电缆。

冷却水接通并有一定压力后，才能起动焊接设备，通常在钨极氩弧焊设备中设有保护装臵—水压开关。（５）控制系统 钨极氩弧焊的控制系统是通过控制线路，对供电、供气、引弧与稳弧等各个阶段的动作程序实现控制。手工钨极氩弧焊的控制程序方框图。

定型生产的ＮＳＡ系列手工钨极氦弧焊机的应用较为普遍，直流的有ＮＳＡＩ－300型，交流的有ＮＳＡ－300型、ＮＳＡ４－300型ＮＳＡ－500型，交直流两用的有ＮＳＡＺ－300型等。

５．钨极氩弧焊工艺

（1）焊前清理 钨极氩弧焊时，必须对被焊材料的接缝附近及焊丝进行焊前清理，除掉金属表面的氧化膜和油污等杂质，以确保焊缝的质量。焊前清理的方法有：机械清理、化学清理和化学—机械清理等方法。

１）机械清理法 这种方法比较简便，而且效果较好，适用于大尺寸、焊接周期长的焊作。通常使用直径细小不锈钢丝刷等工具进行打磨，也可用刮刀铲去表面氧化膜，使焊接部位露出金属光泽．轮后再用消除油污的有机溶剂，对焊件接缝附近进行清洁处理。

２）化学清理法 对于填充焊丝及小尺寸焊件，多采用化学清理法。这种方法与机械清理法相比，具有清理效率高、质量稳定均匀、保持时间长等特点。化学清理法所用的化学溶液和工序过程，应按被焊材料和焊接要求而定。

３）化学—机械清理法 清理时先用化学清理法，焊前再对焊接部位进行机械清理。这种联合清理的方法，适用于质量要求更高的焊件。

（２）气体保护效果 氩气是很理想的保护气体，但氩气保护效果在焊接过程中，会受到多种工艺因素的影响。因而，钨极氩弧焊时必须重视氩气的有效保护，防止氩气保护效果遭到干扰和破坏，否则难以获得满意的焊接质量。

影响气体保护效果的焊接工艺因素有；气体流量、喷嘴形状与直径、喷嘴至焊件的距离、焊接速度、焊接接头型式等，应全面考虑和正确地选择。

气体保护效果的好坏，常采用焊点试验法，通过测定氩气有效保护区大小的方法来评定。

例如用交流手工钨极氩弧焊在铝板上进行点焊，试验过程中焊接工艺条件保持不变，这样，电弧引燃后焊枪固定不动，待燃烧 ５～１０s后断开电源，铝板上将会留下一个熔化焊点。在焊点周围因受到“阴极破碎”作用，使铝板表面的一层氧化膜被消除了，出现有金属光泽的灰白色区域。这个去除氧化膜的部分即是氢气有效保护区。有效保护区的直径越大，说明气体保护效果越好。

此外，评定气体保护效果是否良好，还可用直接观察焊缝表面的色泽来评定。如不锈钢材料焊接，若焊缝金属表面呈现银白、金黄色时，则气体保护效果良好，而看到焊缝金属表面显出灰、黑色时，说明气体保护效果不好。

（３）焊接工艺参数 钨极氩弧焊的气体保护效果、焊接过程稳定性和焊缝质量，均直 接与焊接工艺参数有关。为此，合理地选择焊接工艺参数是获得优质焊接接头的重要保证。

钨极氛弧焊的焊接工艺参数是：电源种类和极性、钨极直径、焊接电流、氩气流量、焊接速度和工艺因素等。

ｌ）电源种类和极性 钨极氩弧焊的电源种类和极性，应根据被焊材料及操作方式而选择。

２）钨极直径 主要按焊件厚度来选取钨极直径。另外，在被焊材料厚度相等时，因使 用的电源种类和极性不同，钨极的许用电流不一样，所以采用钨极直径也不相同。如果钨极直径选择不当，将造成电弧不稳、严重烧损和焊缝夹钨。

３）焊接电流 当钨极直径选定后，再选择适当的焊接电流。过大或过小的焊接电流都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。４）氩气流量 主要根据钨极直径及喷嘴直径来选择氩气流量。对于一定孔径的喷嘴，选用的氩气流量要适当，如果流量过大风气体流速增大，难以保持稳定的层流，对焊接区的保护作用不利，同时带走电弧区的热量多，影响电弧稳定燃烧。而流量过小也不好，容易受外界气流的干扰，以致降低气体保护效果。通常氩气流量在３～２０Ｌ／min范围内。

５）焊接速度 在一定的钨极直也焊接电流和氩气流量条件下，焊速过快，会使保护气流偏离钨极与熔池，从而影响气体保护效果，并且，焊速显著影响焊缝形状。因此，应选择合适的焊接速度。“

６）工艺因素 主要指喷嘴形状与直径、喷嘴至焊件的距离、钨极伸出长度、填充焊丝直径等。这些工艺因素虽然变化不大，却对焊接过程及气体保护效果，有不同程度的影响。所以应按具体的焊接要求给予选定。

一般喷嘴直径在５～２０ｍｍ内选用；喷嘴至焊件的距离不超过１５ｍｍ为宜；钨极伸出喷嘴的长度为 ３～４ｍｍ；填充焊丝直径应根据焊件厚度而选择。

三、熔化极氩弧焊

熔化极氩弧焊是在氩气保护下以焊丝为电极，电弧在焊丝与焊件之间燃烧，焊丝连续送给并不断熔化，而熔化的熔滴也不断向熔池过渡，与液态的焊件金属馄合，经冷却凝固后形成焊缝。按其操作方式有；熔化极半自动氩弧焊和熔化极自动氩弧焊两种。

１、熔化极氩弧焊的特点。

钨极氩弧焊虽然能获得优良的焊接质量，但因受到钨极许用电流的限制，所以焊接电流不能太大，熔深也受到影响。当焊件厚度在６mｍ左右时需开坡口，进行多层焊及大厚度焊件需预热与保温。因此，中等厚度以上的焊件，钨极氩弧焊方法很难适应焊接的需求，其生产率低、焊接变形大、劳动条件差，不能满足中、厚板的焊接要求。

熔化极氩弧焊用焊丝作为电极，因而可使用大电流焊接，焊缝的有效厚度也大，所以一次焊接的焊缝有效厚度显著增为加，例如铝及铝合金，当焊接电流为４５０～４７０Ａ时，焊缝的有效厚度可达１５～２０ｍｍ。这样在焊接时不必采取开放口，预热与保温等措施，具有很高的焊接生产率，并改善了劳动条件。因此熔化极氖弧焊特别适用于中等和大厚度的焊件。

熔化极氩弧焊的熔滴过渡特点决定了熔滴过渡形式。当采用短路过渡或颗粒状过渡焊接时，由于飞溅严重，电弧复燃困难，焊件金属熔化不良及容易产生焊缝缺陷，所以熔化极氩弧焊一般不采用短路过渡或颗粒状过渡形式。

在采用射流过渡的焊接过程中，焊丝的熔滴以很小微粒流形式高速射入熔池，使过渡过程稳定，飞溅减小，焊缝有效厚度增大，电弧的功率也较大。而且在氩气保护下的熔滴过渡转变为射流过渡形式时，所需的临界电流值不高，即容易形成射流过渡，这是一个很有利的因素，所以熔化极氩弧焊熔滴过渡多采用射流过渡的形式

２．熔化极氩弧焊设备

熔化极冠弧焊设备主要是由焊接电源、供气系统、送丝机构、控制系统、半自动焊枪或自动焊小车等部分组成。

熔化极氛弧焊机自动调节工作原理与埋弧焊基本相同。选用细焊丝时，采用等速送丝系统，配用缓降特性的焊接电源；选用粗焊丝时，采用变速送丝系统，配用陡降特性的焊接电源，以保证自动调节作用及焊接过程稳定性。另外，半自动红弧焊用细焊丝，而自动氩弧焊大都用粗焊丝。

熔化极氩弧焊的供气系统与钨极氩弧焊相同。半自动氩弧焊的焊枪送丝方式和ＣＯ２半自动焊枪一样。

定型生产的熔化极半自动氩弧焊机有ＮＢＡ－１８０型、ＮＢＡＩ－５００经ＮＢＡ２－２００型、ＮＢＡ５－５００型；熔化极自动红弧焊机有ＮＺＡ－１０００型、ＮＺＡ１９－５００型、ＮＺＡ２０—２００型等。

３．熔化极氩弧焊的焊接工艺参数

熔化极氩弧焊的主要焊接工艺参数是：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、喷嘴直径、氩气流量等。

焊接电流和电弧电压是获得射流过渡形式的关键，一般焊接电流应大于临界电流值，电弧电压选择得低一些，可使熔滴呈现稳定的射流办形式。

由于熔化极氩弧焊对熔池和电弧区的保护要求较高，而且电弧功率及熔池体积一般较钨极显弧焊时大，所以氩气流量和喷嘴孔径要相应增大。通常喷嘴孔径为２０mｍ左右，氩气流量约在３０～６０Ｌ／Ｉｎｎ范围内。电源种类和极性，则采用直流反接，有利于电弧稳定，并充分发挥“阴极破碎”作用。

第二篇：埋弧焊工考试卷

天顺（苏州）金属制品有限公司

焊工理论试题。(B卷)

姓名得分

一、是非题（12.5分）

1．碳素钢中，含过量的硫，会导致产生冷裂纹，而含过量的磷会导致热裂纹。（X）

2．手工电弧焊时接头型式如果采用X型坡口要比V型坡口的变形小（/）

3．手工电弧焊时随着焊机负载持续率的提高，允许使用的焊接电流也可增大。（X）

4．当有人触电时，为抢救他的生命，应赶快将触电者拉开。（X）

5．20g锅炉用钢，其平均含碳量为2.0%。（X）

二、选择题（12.5分）

1．手工电弧焊应选用（C）特性的焊接电源。

A 上升特性B平特性C 下降特性

2．焊接坡口中的钝边是为了防止（C）

A 磁偏吹B 未焊透C烧穿D产生气孔

3．控制碳中氢的含量其目的是（C）

A 防止热裂纹B 防止再热裂纹C 防止冷裂纹

4．根据线能量与电流、电压和焊接速度的关系可知，当（F）、（A）和（C）时，线能量增大。

A 电流增大B 电流减小C 电压增大D 电压减小E 焊接速度增大 F 焊接速度减小

5．低碳钢的焊缝金相组织是（B）

A 奥氏体B 铁素体+珠光体C 奥氏体+铁素体D 渗碳体+珠光体

三、填空题（45分）

1．锅炉及压力容器用钢其含碳量一般都控制在≤0.25%以下

2．写出下列个元素符号的中文名称： Cr Ti

3，烘干时间为并在，烘干时间为1小时。

4．采用碱性焊条焊接时，要求电源。焊条接 极，工件接负极，这种接法叫直流反接法

5．通常碳素钢按 强度 选用焊条，低合金高强度钢按 强度 选用焊条，而耐热钢和不锈刚按 成分选用焊条。Q235-B钢一般选用J422焊条。16MnR一般选用 焊条

6．受压元件的焊接必须由 工必须在指定部位打上代号。

7．手工电弧焊的运条方法是由 三个基本动作组成的。

8．焊条牌号是结427，说明牌号中汉字和数字的含义：

结：结构钢焊条

42：熔敷金属抗拉强度最小值为420MPa

7：

9．常见的焊接残余变形有，弯曲变形，波浪变形，横向纵向变形

10．焊接安全技术应注意：（12（3）防止有害气体和烟尘中毒（4）防止弧光辐射

四、问答题（30分）

1．锅炉及压力容器焊缝外观检验应符合哪些要求？

焊缝外形尺寸应符合工艺要求，焊缝与母材应圆滑过渡，焊缝表面没有裂纹、气孔、弧坑和肉眼能见的夹渣，咬边深度不大于0.5mm

2．氩弧焊的优缺点有哪些？

优点：保护效果最好；电弧热源集中，温度高 ；焊接变形小；无熔渣，焊缝成型美观，质量好；明弧操作，便于观察和操作；适合各种位置焊接，容易实现机械化

缺点：成本高；引弧困难；辐射性强

3．控制焊接变形的措施有哪些？

设计措施：选用合理的焊接尺寸；尽可能减少焊缝的数量；合理安排焊接位置。工艺措施：预留收缩量；选择合理的装配焊接顺序；反变形法；刚

性固定法；散热法；锤击法；采用高能量的焊接方法

第三篇：自动埋弧焊质量缺陷原因分析报告

自动埋弧焊质量缺陷原因分析报告

致宁波监理咨询有限公司：

由我公司制作加工的宁波商务楼工程连廊钢结构构件（H型钢梁）经检查发现，角焊缝部位产生气孔及焊缝表面不平整等质量缺陷现象。

经我公司技术部门现场监测，相关责任人员发表意见，综合分析后认为，自动埋弧焊角焊缝产生上述质量缺陷的根本性原因为：

1、焊剂烘干温度不符合要求。根据相关焊接规范要求，自动埋弧焊焊剂烘干温度应达到200℃～250℃，烘干时间为1h～2h。我公司在加工制作该批次钢构件时，未对前批次钢构件用焊剂进行调换，导致该批次钢梁在自动埋弧焊时采用了上批次可能返潮的焊剂（由于近期为梅雨季节，雨水较多，气候潮湿，致使焊剂返潮），焊剂黏结使埋弧未均匀形成，直接导致了气孔的产生。

2、由于时下天气炎热，工人在操作过程中采用大功率电风扇进行降温，电风扇产生的气流吹散部分焊剂，导致自动埋弧焊埋弧深度不一，直接后果为焊缝表面不平整的发生。

3、为了保证连廊钢构件的按时完成，我公司实行24小时工作制。夜班工人在操作过程中为加快进度，根据焊接情况自行调节焊接走丝速度，也是产生焊缝表面不平整的原因之一。

针对本次自动埋弧焊焊缝质量缺陷，我公司领导非常重视，责成相关责任人员到岗到位，决心从源头上消除一切有损质量的客观及主观因素。在此次质量事故发生后，我公司及时分析、及时整改。在采取相关措施后，对同一批次其他钢构件进行检查，发现效果明显，自动埋弧焊角焊缝表面平整、焊缝高度饱满且无气孔。因此，我公司认为上述原因为此次质量事故的主要原因。

本着认真负责的态度，我公司对该批钢构件进行检查返修处理，并进行必须质量的检测，以保证产品质量合格。

对建设单位、监理单位提出的批评及指出的不足，我公司诚恳接受并表示衷心感谢。在以后的钢构件加工生产过程中，举一反三，坚决加强质量管理、人员管理、操作培训等工作，消除一切质量隐患，生产出质量合格的产品，确保宁波商务楼钢结构工程的施工质量。

第四篇：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）。

第五篇：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：“～

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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

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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。