劳动出版社《钳工与焊工实训（第二版）》-B24-2209课题十四 焊条电弧焊

了解焊条电弧焊的原理及常用设备。 熟悉焊条电弧焊的工艺参数内容及其对焊接过程的影响,并能合理选取。 了解焊件坡口类型及平角焊的特点。 能根据加工要求选择工艺参数,并能进行焊接加工。,在汽车钣金件的更换和修理过程中,常采用铆接的方法将两个钣金件连接在一起,也常用焊条电弧焊的方法来实现钣金件的连接。 焊接就是通过加热或加压,或两者并用,用(或不用)填充材料,使焊件达到原子结合的一种加工方法。按照焊接过程中金属所处的状态不同,焊接方法可分为熔焊、 压焊和钎焊三类。本课题仅介绍熔焊中最常用的焊条电弧焊的基本操作方法。,一、焊条电弧焊的原理 焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法,它是利用焊条和焊件之间产生的焊接电弧来加热并熔化焊条与局部焊件以形成焊缝的,是熔焊中最基本的一种焊接方法,也是目前焊接生产中使用最广泛的焊接方法。 焊条电弧焊的原理如图141所示。,图141 焊条电弧焊的原理,二、焊条电弧焊常用设备及工具 1.焊条 焊条电弧焊所用的焊接材料主要是焊条。焊条电弧焊时,焊条既作电极,又作填充金属,熔化后与母材熔合形成焊缝。因此,焊条的性能将直接影响电弧的稳定性、焊缝金属的化学成分、力学性能和焊接生产率等。 (1)焊条的组成 焊条由焊芯和药皮组成,其结构如图142所示。,(2)焊条的种类 1)按焊条用途分为10类:结构钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。 2)按焊条药皮熔化后的熔渣特性分类,可分为酸性焊条和碱性焊条。 酸性焊条。熔渣以酸性氧化物为主的焊条称为酸性焊条。 碱性焊条。熔渣以碱性氧化物和氟化钙为主的焊条称为碱性焊条。,(3)焊条的型号及其含义 碳钢焊型号是根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类来划分的。具体方法如下: 1)字母“E”表示焊条。 2)前两位数字表示熔敷金属最低抗拉强度,单位为MPa。 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(平、立、仰、横),“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和药皮类型。 例如: E4303,表示熔敷金属最低抗拉强度为430MPa,可全位置焊接,焊条药皮为钛钙型,采用交流或直流弧焊电源的酸性焊条。 E5015,表示熔敷金属最低抗拉强度为500MPa,可全位置焊接,焊条药皮为低氢钠型,采用直流反接电源的碱性焊条。,2.焊接电源 焊条电弧焊常采用的电源有交流弧焊机和直流弧焊机两大类。 (1)交流弧焊机 交流弧焊机是一种将电网的交流电变成适宜焊条电弧焊用的交流电的特殊变压器。该焊机具有结构简单、易制造维修、成本低、磁偏吹小、噪声小、效率高等优点,但电弧稳定性较差,功率因数较低。常用设备有动铁芯式弧焊变压器,目前国产产品有BX1系列,常用的有BX1-300型、BX1-400型等,BX1-500型如图143a所示。 还有动圈式弧焊变压器,国产产品有BX3系列,例如BX3-300型、BX3-500型等,BX3-630型如图143b所示。,(2)直流弧焊机 直流弧焊机又称弧焊整流器,是把交流电经降压整流后获得直流电的电气设备。 该设备制造方便,价格较低,空载损耗小,噪声小。常用设备有弧焊逆变器ZX7系列,如ZX7-400型,如图143c所示。 (3)焊接电源的选用 当采用交流电源焊接时,其极性是交变的;而对直流电源而言,则存在极性问题。所谓极性,就是电源两极的焊接电缆接到直流电源输出的正、负极接线柱上的接线方法。极性有正极性和反极性两种,正极性是指焊件接电源正极,焊条接电源负极的接线法,也称为正接;反极性也称为反接,与正极性接法相反,如图144所示。,图144 用直流电源焊接时极性的不同接法 a)直流正接 b)直流反接,3.常用附件 (1)电焊钳 电焊钳用以夹紧焊条和传导电流,如图145所示。对焊钳的要求是夹持焊条应该方便,焊条角度的调节要方便,夹持处导电要好,手柄要有良好的绝缘与隔热的作用,并且要轻巧,易于操作。常用规格有300A 和500A 两种。 (2)焊接电缆 焊接电缆用以传导焊接电流,要注意保护,免受损伤。,图145 电焊钳,(3)面罩及护目玻璃 面罩用来保护焊工头部及颈部免受强烈弧光及金属飞溅的灼伤,如图146所示。护目玻璃用来减弱弧光强度,吸收大部分红外线与紫外线,以保护焊工眼睛免遭弧光伤害。,图146 焊工面罩 a)手持式 b)头盔式 c)光控面罩,(4)焊工劳保用品 焊工劳保用品包括焊工工作服、焊工手套和绝缘胶鞋等,是防止弧光、火花灼伤和防止触电所必须穿戴的劳动保护用品,如图147所示。,图147 焊工劳保用品 a)焊工工作服 b)焊工手套 c)绝缘胶鞋,三、焊接工艺参数 1.焊条的选择 (1)焊条牌号的选择 通常根据所焊钢材的化学成分、力学性能、工作环境等方面的要求,以及焊接结构承载的情况和弧焊设备的综合条件,选择合适的焊条牌号,从而保证焊缝金属的性能要求。 (2)焊条直径的选择 焊条直径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,薄焊件应选用小直径焊条。焊条直径与焊件厚度之间的关系见表141。,2)焊接位置。焊接空间位置可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种,如图148所示。,图148 焊接位置 a)平焊 b)立焊 c)横焊 d)仰焊,3)焊接层数。进行多层焊时,为保证第一层焊道根部焊透,打底焊应选用直径较小的焊条进行焊接,以后各层可选用较大直径的焊条。,4)接头形式。焊接接头形式常用的有对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头四种,如图149所示。,图149 接头形式 a)对接接头 b)T形接头 c)角接接头 d)搭接接头,2.焊接电流的选择 选择焊接电流时,主要是依据焊条直径、焊缝位置、焊条类型和焊接经验来调节合适的焊接电流。 (1)根据焊条直径来选择 一般可以根据下面的经验公式来确定焊接电流范围,再通过试焊,逐步得到合适的焊接电流。,(2)根据焊缝位置选择 在相同焊条直径条件下,平焊时,熔池中的熔化金属容易控制,可以适当选择较大的焊接电流;立焊和横焊时,焊接电流比平焊时应减小10%15%;仰焊时要比平焊时小10%20%。 (3)根据焊条类型选择 在焊条直径相同时,不锈钢焊条使用的焊接电流要比碳钢焊条小些,否则会因其焊芯电阻热过大导致焊条药皮过热而脱落。碱性焊条要比酸性焊条使用的焊接电流小些,否则,焊缝中易形成气孔。,3.电弧电压的选择 焊条电弧焊时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,电弧过长,将使电弧燃烧不稳定,飞溅增多,焊缝成形不易控制,尤其对熔化金属的保护不利。由于有害气体的侵入,直接影响焊缝金属的力学性能,故焊接时应该使用短弧焊接。一般认为弧长是焊条直径的0.51.0倍时为短弧。 4.焊接速度的选择 单位时间内完成的焊缝长度称焊接速度。对于焊条电弧焊来说,焊接速度是由焊工操作决定的,它直接影响焊缝成形的优劣和焊接生产率。焊接速度和电弧电压应在焊接过程中根据焊件的要求,凭焊工的焊接经验来灵活掌握。,5.焊接层数的选择 当焊件较厚时,往往采用多层焊。多层焊时,后层焊道对前一层焊道重新加热和部分熔合,可以消除前者存在的偏析、夹渣及一些气孔,同时后层焊道对前层焊道有热处理作用,能改善焊缝的金属组织,提高焊缝的力学性能。因此,对一些重要的结构,焊接层数多些为好,每层厚度最好不大于4mm。,四、焊件坡口类型 为了保证接头根部焊透,以便于清除熔渣、获得优质的焊接接头,可在焊件被焊处开坡口。常用的坡口形式有I形坡口、V 形坡口、X 形坡口和U 形坡口,如图1410所示。,图1410 坡口类型 a)I形坡口 b)V形坡口 c)X形坡口 d)U 形坡口,焊条电弧焊基本操作 1.工作任务 如图1411所示,利用焊条电弧焊在水平放置的工件上堆敷焊道。 2.任务分析 如图1411所示,需在工件上进行平敷焊,要求焊缝宽度c=810mm,焊缝余高h=34mm,焊缝基本平直。,3.实施步骤 (1)焊前准备 1)焊机。选用交流弧焊机,型号为BX1-300或BX3-300。 2)焊条。选用E4303,规格为3.24.0mm;焊条烘干温度为5150,然后保温12h。 3)焊件。焊件材料规格见表142。 4)焊接辅助工具。敲渣锤、锉刀、钢丝刷、烘干箱、焊接工作台等。,(2)操作步骤 1)连接焊接回路(见图1412)。,1电源 2开关 3熔断器 4电源电缆线 5焊机细调电流摇把 6地线接头 7电焊钳 8焊条 9焊件 10焊接电缆线 11粗调电流面板 12电流表,2)用钢丝刷及砂纸打磨工件的表面,直至露出金属光泽。在焊件上,以20mm 间距用划针画出焊缝位置线。 3)启动焊机,使用直径3.2mm 或4mm 的焊条,在100200A 范围内调节合适的焊接电流。 4)引弧并起头 引弧。焊条电弧焊时引燃焊接电弧的过程称为引弧。常用的引弧方式有划擦引弧法和直击引弧法两种,如图1413所示。,图1413 引弧方法 a)划擦引弧法 b)直击引弧法,焊缝的起头。从距始焊点10mm 左右处引弧,稍拉长电弧对工件预热,然后压低电弧,正常焊接,如图1414所示。 5)运条。焊接过程中,焊条相对焊缝要做各种运动,如图1415所示。,沿焊条中心线向熔池送给。焊条下送速度应与焊条的熔化速度相同。否则,会发生断弧或焊条与焊件黏结现象。 焊条沿焊接方向均匀移动。 垂直于焊接方向做锯齿状摆动。,6)焊缝的连接。一条完整的焊缝是由若干根焊条焊接而成的,每根焊条焊接的焊道应有完好的连接。连接方式一般有四种,分别如图1416a、b、c、d所示(图中1为先焊的焊道,2为后焊的焊道)。,图1416 焊道的连接方式 a)中间接头 b)相向接头 c)相背接头 d)分段退焊接头,图1417 所示为从先焊焊道末尾处接头的方法。如果电弧后移太多,则可能造成接头过高;后移太少,将造成接头脱节,弧坑填不满。,7)收尾。收尾是指焊接一条焊道结束时的熄弧操作。如果收尾不当会出现过深的弧坑,使焊道收尾处强度减弱,甚至产生弧坑裂纹。所以收尾动作不仅是熄弧,还应填满弧坑。常用的收尾方法有三种: 划圈收尾法。当焊至终点时,焊条做划圈运动,直到填满弧坑再熄弧,此法适于厚板焊接,用于薄板则有烧穿焊件的危险,如图1418a所示。 反复断弧收尾法。焊至终点,焊条在弧坑处做数次熄弧引弧的反复动作,直到填满弧坑为止。此法适用于薄板焊接,如图1418b所示。,回焊收尾法。当焊至结尾处,不马上熄弧,而是按照原来前进的方向,向回焊一小段(约5mm)的距离,待填满弧坑后,慢慢拉断电弧。碱性焊条常用此法,如图1418c所示。,8)一条焊缝焊完后,清理熔渣, 分析焊接中的问题, 再进行另外一条焊缝的焊接。,4.质量检查 (1)焊缝尺寸要求见表143。 (2)要求焊缝基本平直。 (3)焊缝表面不得有气孔、咬边、裂纹等缺陷。,5.评分标准,低碳钢板平角焊 1.工作任务 在汽车车身大梁、一些附属设施的修理或制造中,经常运用到平位角接接头的焊接。本任务是将两块8mm厚的低碳钢板进行平角焊连接,达到如图1419所示的技术要求。 2.任务分析 T形接头是用焊条电弧焊的操作方法,使一焊件端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头。分析图1419可知,本任务是利用焊条电弧焊将两块板组成90°连接,在角接部位施焊,形成焊脚高度为68mm 的焊道。,3.实施步骤 (1)识读平角焊示意图 了解图样中的焊接尺寸要求,确定焊接方法。 1)接头形式。焊接结构中,广泛采用的T形接头、搭接接头和角接接头等接头形式,如图1420所示。,图1420 平角焊的接头形式 a)T形接头 b)搭接接头 c)角接接头,这些接头形成的焊缝叫角焊缝。角焊缝各部位的名