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電弧焊是熔化焊中最基本的焊接方法，它也是在各種焊接方法中應用最普遍的焊接方法，其中最簡單最常見的是用手工操作電焊條進行焊接的電弧焊，稱為手工電弧焊，簡稱手弧焊。手弧焊的設備簡單，操作方便靈活，適應性強。它適用于厚度2mm以上的各種金屬材料和各種形狀結構的焊接，尤其適于結構形狀復雜、焊縫短或彎曲的焊件和各種不同空間位置的焊縫焊接。手弧焊的主要缺點是焊接質量不夠穩定，生產效率較低，對操作者的技術水平要求較高。 首先將電焊機的輸出端兩極分別與焊件和焊鉗連接，如圖5-4所示。再用焊鉗夾持電焊條。焊接時在焊條與焊件之間引出電弧，高溫電弧將焊條端頭與焊件局部熔化而形成熔池。然后，熔池迅速冷卻、凝固形成焊縫，使分離的兩塊焊件牢固地連接成一整體。焊條的藥皮熔化后形成熔渣覆蓋在熔池上，熔渣冷卻后形成渣殼對焊縫起保護作用上。最后將渣殼清除掉，接頭的焊接工作就此完成。
圖5-4 手工電弧焊示意圖
手弧焊的主要設備是弧焊機，俗稱為電焊機或焊機。電焊機是焊接電弧的電源。
1、BX3—300型交流弧焊機 直流弧焊機供給焊接用直流電的電源設備，如圖5-6所示。其輸出端有固定的正負之分。由于電流方向不隨時間的變化而變化，因此電弧燃燒穩定，運行使用可靠，有利于掌握和提高焊接質量。
1)正接法 焊件接直流弧焊機的正極，電焊條接負極； 2)反接法 焊件接直流弧焊機的負極，電焊條接正極。 導線的連接方式不同，其焊接的效果會有差別，在生產中可根據焊條的性質或焊件所需熱量情況來選用不同的接法。在使用酸性焊條時：焊接較厚的鋼板采用正接法，因局部加熱熔化所需的熱量比較多，而電弧陽極區的溫度高于陰極區的溫度，可加快母材的熔化，以增加熔深，保證焊縫根部熔透；焊接較薄的鋼板或對鑄鐵、高碳鋼及有色合金等材料的焊接，則采用反接法，因不需要強烈的加熱，以防燒穿薄鋼板。當使用堿性焊條時，按規定均應采用直流反接法，以保證電弧燃燒穩定。 圖5-7 直流電弧焊的正接與反接 常用的手弧焊工具有焊鉗、面罩、清渣錘、鋼絲刷等，如圖5-8所示，以及焊接電纜和勞動保護用品。 圖5-8 手弧焊工具 1)焊鉗 是用來夾持焊條和傳導電流的工具。常用的有300A和500A兩種。 2)面罩 是用來保護眼睛和面部，免受弧光傷害及金屬飛濺的一種遮蔽工具。有手持式和頭盔式兩種。面罩觀察窗上裝有有色化學玻璃，可過濾紫外線和紅外線，在電弧燃燒時能通過觀察窗觀察電弧燃燒情況和熔池情況，以便于操作。 3)清渣錘(尖頭錘) 用來清除焊縫表面的渣殼。 4)鋼絲刷 在焊接之前，用來清除焊件接頭處的污垢和銹跡；焊后清刷焊縫表面及飛濺物。 5)焊接電纜 常采用多股細銅線電纜，一般可選用YHH型電焊橡皮套電纜或THHR型電焊橡皮套特軟電纜。在焊鉗與焊機之間用一根電纜連接，稱此電纜為把線(火線)。在焊機與工件之間用另一根電纜(地線)連接。焊鉗外部用絕緣材料制成，具有絕緣和絕熱的作用。 電焊條（簡稱焊條）是涂有藥皮的供手弧焊用的熔化電極。 1.焊條的組成及作用 焊條是由焊芯和藥皮兩部分組成，如圖5-9所示。 1)焊芯：焊芯是焊條內被藥皮包覆的金屬絲。它的作用是： ⑴起到電極的作用。即傳導電流，產生電弧。 ⑵形成焊縫金屬。焊芯熔化后，其液滴過渡到熔池中作為填充金屬，并與熔化的母材熔合后，經冷凝成為焊縫金屬。 圖5-9 電焊條結構圖 為了保證焊縫金屬具有良好的塑性、韌度和減少產生裂紋的傾向，焊芯是經特殊冶煉的焊條鋼拉拔制成，它與普通鋼材的主要區別在于具有低碳、低硫和低磷。 焊芯牌號的標法與普通鋼材的標法基本相同，如常用的焊芯牌號有H08、H08A、 H08SiMn等。在這些牌號中的含意是：“H”是“焊”字漢語拼音首字母，讀音為“焊”，表示焊接用實芯焊絲；其后的數字表示含碳量，如“08”表示含碳量為0.08 % 左右；再其后則表示質量和所含化學元素，如“A”（讀音為高），則表示含硫、磷較低的高級優質鋼，又如“SiMn”則表示含硅與錳的元素均小于1%（若大于1% 的元素則標出數字）。 焊條的直徑是焊條規格的主要參數，它是由焊芯的直徑來表示的。常用的焊條直徑有2～6 mm，長度為250～450 mm。一般細直徑的焊條較短，粗焊條則較長。表5-2是其部分規格。 表5-2 焊條直徑和長度規格（單位：mm） 焊條直徑 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 5.8 焊條長度 250 250 350 350 400 400 400 300 300 400 450 450 450 2)藥皮：藥皮是壓涂在焊芯上的涂料層。它是由多種礦石粉、有機物粉、鐵合金粉和粘結劑等原料按一定比例配制而成。由于藥皮內有穩弧劑、造氣劑和造渣劑等的存在見表5-3，所以藥皮的主要作用有： ⑴穩定電弧 藥皮中某些成分可促使氣體粒子電離，從而使電弧容易引燃，并穩定燃燒和減少熔滴飛濺等。 ⑵保護熔池 在高溫電弧的作用下，藥皮分解產生大量的氣體和熔渣，防止熔滴和熔池金屬與空氣接觸。熔渣凝固后形成渣殼覆蓋在焊縫表面上，防止了高溫焊縫金屬被氧化，同時可減緩焊縫金屬的冷卻速度。
表5-3 焊條藥皮原料及作用
電焊條要妥善保管，應保存在干燥的地方，避免受潮。特別是堿性焊條，每次使用前都要經烘干處理后才能使用。 2.焊條的分類、型號及牌號 1)焊條的分類 焊條的品種繁多，有如下分類方法： ⑴按用途分類：按國家標準可分為七大類：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條和鋁及鋁合金焊條。其中碳鋼焊條使用最為廣泛。 ⑵按藥皮熔化成的熔渣化學性質分類：焊條分為酸性焊條和堿性焊條兩大類。藥皮熔渣中以酸性氧化物(如SiO2，TiO2，Fe2O3)為主的焊條稱為酸性焊條。藥皮熔渣中以堿性氧化物(如CaO，FeO，MnO，MgO，Ma2O)為主的焊條稱為堿性焊條。在碳鋼焊條和低合金鋼焊條中，低氫型焊條(包括低氫鈉型、低氫鉀型和鐵粉低氫型)是堿性焊條，其他涂料的焊條均屬酸性焊條。 酸性焊條具有良好的焊接工藝性，電弧穩定，對鐵銹、油脂和水分等不易產生氣孔，脫渣容易，焊縫美觀，可使用交流或直流電源，應用較為廣泛。但酸性焊條氧化性強，合金元素易燒損，脫硫、磷能力也差，因此焊接金屬的塑性、韌性和抗裂性能不高，適用于一般低碳鋼和相應強度的結構鋼的焊接。 堿性焊條氧化性弱、脫硫、磷能力強，所以焊縫塑性、韌性高，擴散氫含量低、抗裂性能強。因此，焊縫接頭的力學性能較使用酸性焊條的焊縫要好，但堿性焊條的焊接工藝性較差，僅適于直流弧焊機，對銹、水、油污的敏感性大，焊件易產生氣孔，焊接時產生有毒氣體和煙塵多，應注意通風。 ⑶按焊接工藝及冶金性能要求、焊條的藥皮類型來分類：將焊條分為十大類，如氧化鈦型、鈦鈣型、低氫鉀型、低氫鈉型等。 2)焊條的型號 焊條型號是由國家標準局及國際標準組織(ISO)制定，反映焊條主要特性的一種表示方法。現以“GB/T5117-1995國標碳鋼焊條”等規定，其型號編制方法為：字母“E”(英文字母)表示焊條；E后的前兩位數字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為Mpa；第三位數字表示焊條的焊接位置，若為“0”及“1”則表示焊條適用于全位置焊接（即可進行平、立、仰、橫焊），“2”表示焊條適用于平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊；第三位和第四位數字組合時表示藥皮類型及焊接電流種類，如為“03”表示鈦鈣型藥皮、交直流正反接，又如“15”表示低氫鈉型、直流反接。 焊條牌號是 焊條的牌號 兩種常用碳鋼焊條型號和其相應的原牌號如表5-4所示。 表5-4 兩種常用碳鋼焊條 型號 原牌號 藥皮類型 焊接位置 電流種類 E4303 結422 鈦鈣型 全位置 交流、直流 E5015 結507 低氫鈉型 全位置 直流反接 “焊條牌號”應盡快過渡到國家標準的“焊條型號”。若生產廠仍以“焊條牌號”標注，則必須在牌號的邊上表明所屬的“焊條型號”，如：焊條牌號J442(符合GB/T5117-1995 E4303型)。焊條型號與焊條牌號的關系如表5-5所示。 表5-5 國家標準焊條的分類 3.焊條的選用 焊條的種類與牌號很多，選用的是否恰當將直接影響焊接質量、生產率和產品成本。選用時應考慮下列原則： (1)根據焊件的金屬材料種類選用相應的焊條種類。例如，焊接碳鋼或普通低合金鋼，應選用結構鋼焊條；焊接不銹鋼或耐熱鋼等有特殊性能要求的鋼材，應選用相應的專用焊條，以保證焊縫金屬的主要化學成分和性能與母材相同。 (2)焊縫金屬要與母材等強度，可根據鋼材強度等級來選用相應強度等級的焊條。對異種鋼焊接，應選用與強度等級低的鋼材相適應的焊條。 (3)同一強度等級的酸性焊條或堿性焊條的選用，主要考慮焊件的結構形狀、鋼材厚度、載荷性能、鋼材抗裂性等因素。例如，對于結構形狀復雜、厚度大的焊件，因其剛性大，焊接過程中有較大的內應力，容易產生裂紋，應選用抗裂性好的低氫型焊條；在母材中碳、硫、磷等元素含量較高時，也應選用低氫型焊條；承受動載荷或沖擊載荷的焊件應選擇強度足夠、塑性和韌性較高的低氫焊條。如焊件受力不復雜，母材質量較好、含碳量低，應盡量選用較經濟的酸性焊條。 (4)焊條工藝性能要滿足施焊操作需要，如在非水平位置焊接時，應選用適合于各種位置焊接的焊條。 結構鋼焊條的選用方法如表5-6所示；常見碳鋼焊條的應用見表5-7。 表5-7 常見碳鋼焊條的應用 1.焊接接頭型式與焊縫坡口型式 1)焊接接頭型式 焊縫的形式是由焊接接頭的型式來決定的。根據焊件厚度、結構形狀和使用條件的不同，最基本的焊接接頭型式有對接接頭、搭接接頭、角接接頭、T形接頭，如圖5-10所示。 對接接頭受力比較均勻，使用最多，重要的受力焊縫應盡量選用。 圖5-10 焊接接頭型式 2)焊縫坡口型式 焊接前把兩焊件間的待焊處加工成所需的幾何形狀的溝槽稱為坡口。坡口的作用是為了保證電弧能深入焊縫根部，使根部能焊透，便于清除熔渣，以獲得較好的焊縫成形和保證焊縫質量。坡口加工稱為開坡口，常用的坡口加工方法有刨削、車削和乙炔火焰切割等。 坡口型式應根據被焊件的結構、厚度、焊接方法、焊接位置和焊接工藝等進行選擇；同時還應考慮能否保證焊縫焊透、是否容易加工、節省焊條、焊后減少變形以及提高勞動生產率等問題。 坡口包括斜邊和鈍邊，為了便于施焊和防止焊穿，坡口的下部都要留有2mm的直邊，稱為鈍邊。 對接接頭的坡口型式有：I型、Y型、雙Y型(X型)、U型和雙U型，如圖3-21所示。 焊件厚度小于6mm時，采用I型，如圖3-11a所示，不需開坡口，在接縫處留出0～2mm的間隙即可。焊件厚度大于6mm時，則應開坡口，其型式如圖-11b～e所示，其中：Y型加工方便；雙Y型，由于焊縫對稱，焊接應力與變形??；U型容易焊透，焊件變形小，用于焊接鍋爐、高壓容器等重要厚壁件；在板厚相同的情況下，雙Y型和U型的加工比較費工。 對I型、Y型、U型坡口，采取單面焊或雙面焊均可焊透，如圖5-12所示。當焊件一定要焊透時，在條件允許下，應盡量采用雙面焊，因它能保證焊透。 工件較厚時，要采用多層焊才能焊滿坡口，如圖5-13所示。如果坡口較寬，同一層中還可采用多道焊，如圖5-13b所示。多層焊時，要保證焊縫根部焊透。第一層焊道應采用直徑為3～4mm的焊條，以后各層可根據焊件厚度，選用較大直徑的焊條。每焊完一道后，必須仔細檢查、清理，才能施焊下一道，以防止產生夾渣、未焊透等缺陷。焊接層數應以每層厚度小于4～5mm的原則確定。當每層厚度為焊條直徑的0.8～1.2倍時，生產率較高。 圖5-11 焊縫的坡口型式 圖5-12 單面焊和雙面焊 2.焊接位置 熔化焊時，焊件接縫所處的空間位置，稱為焊接位置，有平焊、立焊、橫焊和仰焊位置，如圖5-14所示。 圖5-14 焊接位置 a)對接 b)角接 3.焊接工藝參數 焊接工藝參數是為獲得質量優良焊接接頭 圖5-15 工字梁的接頭型式和焊接位置 而選定的物理量的總稱。工藝參數有：焊接電流、焊條直徑、焊接速度、焊弧長度和焊接層數等。工藝參數選擇是否合理，對焊接質量和生產率都有很大影響，其中焊接電流的選擇最重要。 1)焊條直徑與焊接電流的選擇 手弧焊工藝參數的選擇一般是先根據工件厚度選擇焊條直徑，然后根據焊條直徑選擇焊接電流。 焊條直徑應根據鋼板厚度、接頭型式、焊接位置等來加以選擇。在立焊、橫焊和仰焊時，焊條直徑不得超過4mm，以免熔池過大，使熔化金屬和熔渣下流。平板對接時焊條直徑的選擇可參考表5-8。 表5-8 焊條直徑的選擇 鋼板厚度/mm ≤1.5 2.0 3 4～7 8～12 ≥13 焊條直徑/mm 1.6 1.6～2.0 2.5～3.2 3.2～4.0 4.0～4.5 4.0～5.8 各種焊條直徑常用的焊接電流范圍可參考表5-9。 表5-9 焊接電流的選擇 焊條直徑/mm 1.6 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 5.8 焊接電流/A 25～40 40～70 70～90 100～130 160～200 200～270 260～300 2)焊接速度的選擇 焊接速度是指單位時間所完成的焊縫長度。它對焊縫質量影響也很大。焊接速度由焊工憑經驗掌握，在保證焊透和焊縫質量前提下，應盡量快速施焊。工件越薄，焊速應越高。圖5-16表示焊接電流和焊接速度對焊縫形狀的影響。其中(a)所示焊縫形狀規則，焊波均勻并呈橢圓形，焊縫各部分尺寸符合要求，說明焊接電流和焊接速度選擇合適。 (c)所示焊接電流太大，焊接時弧聲強，飛濺增多，焊條往往變得紅熱，焊波變尖，熔寬和熔深都增加。焊薄板時易燒穿。
(e)所示焊縫形狀不規則且堆高，焊波變尖，熔寬和熔深都小，說明焊接速度過快。 3)焊弧長度的選擇 電弧過長，燃燒不穩定，熔深減小，空氣易侵入熔池產生缺陷。電弧長度超過焊條直徑者為長弧，反之為短弧。因此，操作時盡量采用短弧才能保證焊接質量，即弧長L = 0.5～1d（mm）。一般多為2～4mm。 1.焊接接頭處的清理 焊接前接頭處應除盡鐵銹、油污，以便于引弧、穩弧和保證焊縫質量。除銹要求不高時，可用鋼絲刷；要求高時，應采用砂輪打磨。 2.操作姿勢 以對接和丁字形接頭的平焊從左向右進行操作為例，圖5-17所示。 操作者應位于焊縫前進方向的右側；左手持面罩，右手握焊鉗；左肘放在左膝上，以控制身體上部不作向下跟進動作；大臂必須離開肋部，不要有依托，應伸展自由。 圖5-17 焊接時的操作姿勢 a)平焊 b)立焊 圖5-18 引弧方法 a) 敲擊法 b)劃擦法 3.引弧 引弧就是使焊條與焊件之間產生穩定的電弧，以加熱焊條和焊件進行焊接的過程。常用的引弧方法有劃擦法和敲擊法兩種，如圖5-18所示。 焊接時將焊條端部與焊件表面通過劃擦或輕敲接觸，形成短路，然后迅速將焊條提起2～4mm距離，電弧即被引燃。若焊條提起距離太高，則電弧立即熄滅；若焊條與焊件接觸時間太長，就會粘條，產生短路，這時可左右擺動拉開焊條重新引弧或松開焊鉗，切斷電源，待焊條冷卻后再作處理；若焊條與焊件經接觸而未起弧，往往是焊條端部有藥皮等妨礙了導電，這時可重擊幾下，將這些絕緣物清除，直到露出焊芯金屬表面。 焊接時，一般選擇焊縫前端10～20mm處作為引弧的起點。對焊接表面要求很平整的焊件，可以另外引用引弧板引弧。如果焊件厚薄不一致、高低不平、間隙不相等，則應在薄件上引弧向厚件施焊，從大間隙處引弧向小間隙處施焊，由低的焊件引弧向高的焊件處施焊。 4.焊接的點固 為了固定兩焊件的相對位置，以便施焊，在焊接裝配時，每隔一定距離焊上30～40mm的短焊縫，使焊件相互位置固定，稱為點固，或稱定位焊，如圖5-19所示。 圖5-19 焊接的點固 5.運條 焊條的操作運動簡稱為運條。焊條的操作運動實際上是一種合成運動，即焊條同時完成三個基本方向的運動：焊條沿焊接方向逐漸移動；焊條向熔池方向作逐漸送進運動；焊條的橫向擺動，如圖5-20所示。 圖5-20 焊條的三個基本運動方向 圖5-21 平焊的焊條角度 1-向下送進 2-沿焊接方向移動 3-橫向擺動 1)焊條沿焊接方向的前移運動 其移動的速度稱為焊接速度。握持焊條前移時，首先應掌握好焊條與焊件之間的角度。各種焊接接頭在空間的位置不同，其角度有所不同。平焊時，焊條應向前傾斜70～80°，如圖5-21所示，即焊條在縱向平面內，與正在進行焊接的一點上垂直于焊縫軸線的垂線，向前所成的夾角。此夾角影響填充金屬的熔敷狀態、熔化的均勻性及焊縫外形、能避免咬邊與夾渣、有利于氣流把熔渣吹后覆蓋焊縫表面以及對焊件有預熱和提高焊接速度等作用。 2)焊條的送進運動送進運動是沿焊條的軸線向焊件方向的下移運動。維持電弧是靠焊條均勻的送進，以逐漸補償焊條端部的熔化過渡到熔池內。進給運動應使電弧保持適當長度，以便穩定燃燒。 3)焊條的擺動是指焊條在焊縫寬度方向上的橫向運動，其目的是為了加寬焊縫，并使接頭達到足夠的熔深，同時可延緩熔池金屬的冷卻結晶時間，有利于熔渣和氣體浮出。焊縫的寬度和深度之比稱為“寬深比”，窄而深的焊縫易出現夾渣和氣孔。手弧焊的“寬深比”為2～3。焊條擺動幅度越大，焊縫就越寬。焊接薄板時，不必過大擺動甚至直線運動即可，這時的焊縫寬度為焊條直徑的0.8～1.5倍；焊接較厚的焊件，需擺動運條，焊縫寬度可達直徑的3～5倍。根據焊縫在空間的位置不同，幾種簡單的橫向擺動方式和常用的焊接走勢如圖5-22所示。 圖5-22 常用的運條方法 綜上所述，當引弧后應按三個運動方向正確運條，并對應用最多的對接平焊提出其操作要領，主要要掌握好“三度”：焊條角度、電弧長度和焊接速度。 ⑴焊接角度 如圖5-21所示，焊條應向前傾斜70～80o。 ⑵電弧長度 一般合理的電弧長度約等于焊條直徑。 ⑶焊接速度 合適的焊接速度應使所得焊道的熔寬約等于焊條直徑的兩倍，其表面平整，波紋細密。焊速太高時焊道窄而高，波紋粗糙，熔合不良。焊速太低時，熔寬過大，焊件容易被燒穿。 同時要注意：電流要合適、焊條要對正、電弧要低、焊速不要快、力求均勻。 6.滅?。ㄏɑ。?u1:p> 在焊接過程中，電弧的熄滅是不可避免的。滅弧不好，會形成很淺的熔池，焊縫金屬的密度和強度差，因此最易形成裂紋、氣孔和夾渣等缺陷。滅弧時將焊條端部
a)在焊道外側滅弧 b)在焊道上滅弧 逐漸往坡口斜角方向拉，同時逐漸抬高電弧，以縮小熔池，減小金屬量及熱量，使滅弧處不致產生裂紋、氣孔等缺陷。滅弧時堆高弧坑的焊縫金屬，使熔池飽滿地過渡，焊好后，銼去或鏟去多余部分。滅弧操作方法有多種。如圖5-23所示，(a)是將焊條運條至接頭的尾部，焊成稍薄的熔敷金屬，將焊條運條方向反過來，然后將焊條拉起來滅??；(b)是將焊條握住不動一定時間，填好弧坑然后拉起來滅弧。
7.焊縫的起頭、連接和收尾 1)焊縫的起頭焊縫的起頭是指剛開始焊接的部分。如圖5-24所示。在一般情況下，因為焊件在未焊時溫度低，引弧后常不能迅速使溫度升高，所以這部分熔深較淺，使焊縫強度減弱。為此，應在起弧后先將電弧稍拉長，以利于對端頭進行必要的預熱，然后適當縮短弧長進行正常焊接。
圖5-24 焊縫的起頭 2)焊縫的連接 手弧焊時，由于受焊條長度的限制，不可能一根焊條完成一條焊縫，因而出現了兩段焊縫前后之間連接的問題。應使后焊的焊縫和先焊的焊縫均勻連接，避免產生連接處過高、脫節和寬窄不一的缺陷。 3)焊縫的收尾 是指一條焊縫焊完后，應把收尾處的弧坑填滿。當一條焊縫結尾時，如果熄弧動作不當，則會形成比母材低的弧坑，從而使焊縫強度降低，并形成裂紋。堿性焊條因熄弧不當而引起的弧坑中常伴有氣孔出現，所以不允許有弧坑出現。因此，必須正確掌握焊段的收尾工作，一般收尾動作有如下幾種。 ⑴劃圈收尾法 如圖5-26a所示，電弧在焊段收尾處作圓圈運動，直到弧坑填滿后再慢慢提起焊條熄弧。此方法最宜用于厚板焊接中。若用于薄板，則易燒穿。 ⑵反復斷弧收尾法 在焊段收尾處，在較短時間內，電弧反復熄弧和引弧數次，直到弧坑填滿。如圖5-26b所示，此方法多用于薄板和多層焊的底層焊中。 ⑶回焊收尾法 電弧在焊段收尾處停住，同時改變焊條的方向，如圖5-26c所示，由位置1移至位置2，待弧坑填滿后，再稍稍后移至位置3 ，然后慢慢拉斷電弧。此方法對堿性焊條較為適宜。
圖5-26 焊段收尾法 8.焊件清理 焊后用鋼絲刷等工具將焊渣和飛濺物清理干凈。 |
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