焊接方法与设备使用

2019/10/31书名：焊接方法与设备使用ISBN：978-7-111-42121-4作者：曹朝霞齐勇田出版社：机械工业出版社本书配有电子课件第2章焊条电弧焊(SMAW)第2章焊条电弧焊3第2章焊条电弧焊学习目标掌握焊条电弧焊的原理、特点及应用。掌握常用焊条电弧焊设备的结构组成、性能特点及技术参数。合理选择和使用焊条电弧焊设备及工具。能够制定焊条电弧焊工艺，实施焊条电弧焊操作。4第二章焊条电弧焊主要内容※2.1焊条电弧焊概述※2.2焊条电弧焊设备及工具※2.3焊条电弧焊工艺52.1焊条电弧焊概述焊条电弧焊通常用英文简称SMAW（ShieldedMetalArcWelding）表示，是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。2.1.1焊条电弧焊原理热源：电弧（建立在焊焊条与熔池间）焊缝：熔化焊丝+母材金属保护：气-渣联合保护62.1焊条电弧焊概述2.1.1焊条电弧焊原理72.1.2焊条电弧焊特点及应用范围1.特点与其它电弧焊方法相比，优点如下：（1）设备简单、维护方便；（2）操作灵活、适应性强；（3）对接头装配要求比较低；（4）应用范围广；但是，也存在不足：（1）焊接质量对焊工的操作技术、心理素质等要求比较高；（2）生产效率低；（3）劳动强度大、劳动条件差；2.1焊条电弧焊概述82.1焊条电弧焊概述2.1.2焊条电弧焊特点及其应用2.应用范围（1）可焊工件厚度范围（2）可焊金属种类范围能焊的金属有：非合金钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铝铜及其合金；（3）最合适的产品结构和生产性质结构复杂，短或不规则的、具有各种空间位置及不易实现机械化或自动化焊接的焊缝，单件或小批量；在安装或修理部门，亦宜采用焊条电弧焊。由于它具有以上特点及应用范围，所以仍然是目前焊接生产中使用最广泛的焊接方法。92.2.1对焊条电弧焊设备的要求2.2焊条电弧焊设备及工具1.对弧焊电源外特性形状的要求焊条电弧焊最理想的外特性电源外特性为陡降好一些外拖特性焊接电源2.2焊条电弧焊设备及工具2.对弧焊电源空载电压的要求保证引弧容易和电弧稳定，尽可能低。一般交流弧焊电源：U0=55～70V，直流弧焊电源：U0=45～85V。一般不得超过100V，特殊情况下，必须具有自动防触电装置。3.对弧焊电源稳态短路电流的要求一般限制短路稳态电流不大于焊接电流的50%。2.2.1对焊条电弧焊设备的要求2.2焊条电弧焊设备及工具4.对弧焊电源调节特性的要求弧焊电源能在一定范围内，对焊接电流作均匀、灵活的调节，以保证焊接接头的质量。5.对弧焊电源动特性的要求动特性是指，电弧负载发生变化时，焊接电源输出电压和电流的响应过程。可以用弧焊电源与时间的关系表征，他表明焊接电源对负载的瞬态改变的反应能力。动态性好，引弧容易、电弧稳定、、飞溅少、焊缝成形好，是衡量弧焊电源质量的一个重要指标。2.2焊条电弧焊设备及工具2.2.2焊条电弧焊设备的选用设备主要是指焊接电源，常称电焊机。焊接电源可以是交流也可以是直流。根据结构原理，焊条电弧焊的弧焊电源常有弧焊变压器、弧焊整流器和弧焊逆变器。1.弧焊变压器也称交流弧焊电源，是最简单和常用的弧焊电源。它是把网路电压的交流电变成适宜于电弧焊的低压交流电。结构简单、易造易修、成本低、效率高、磁偏吹小、噪音小等优点，但电弧稳定性差、功率因数较低。常用的有动圈式的如BX3-300和动铁式的BX1-315。2.2焊条电弧焊设备及工具2.弧焊整流器弧焊整流器是把交流电经降压整理后获得直流电的电器设备。具有制造方便、价格低、空耗小、噪音小、可远距离调节、磁偏吹较大的特点。常用的硅弧焊整流器（ZXG系列）、晶闸管式焊整流器（ZX5系列）。另外要说的直流弧焊发电机，虽然坚固耐用，电弧燃烧稳定能用于没有电源的野外施工，但损耗大、效率低、噪音大、成本高、重量大、难维修，属于国家规定的淘汰产品。2.2焊条电弧焊设备及工具3.弧焊逆变器是把三相或单相交流经整流后，由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交流电，降压后输出交流或直流。整个过程是：工频交流---直流---逆变为中、高频交流---降压---交流---再次变直流。与传统的弧焊电源比，具有：引弧成功率高；电源电压适用范围宽；电弧稳定，熔池易于控制；飞溅小、不粘焊条；可调节推力电流，保证最佳引弧性能；可调节引弧电流，保证最佳引弧性能；特别是体积小、重量轻、高效低耗，符合国家可持续化发展战略。所以是最有发展前景的焊接电源。当然也有设备复杂、维修成本高等缺点。2.2焊条电弧焊设备及工具根据采用大功率开关电子元件的不同，可分为晶闸管式、晶体管式、场效应晶体管式和绝缘栅极双极晶体管式等种类。根据输出电流的不同，又分为交流式弧焊逆变器、直流式弧焊逆变器式脉冲式逆变器。常用的国产型号有ZX7-250、ZX7-400等。使用中，可以根据产品的技术要求、经济效益、工作条件及生产的实际需要来选择焊接电源种类。一般应尽量选用弧焊变压器，必须选直流电源时（如碱性焊条），最好选用弧焊逆变器，其次是弧焊整流器，尽量不要选弧焊发电机。另外具体的弧焊电源型号，可参考GB10249-2010《电焊机型号编制方法》。2.2焊条电弧焊设备及工具2.2.3焊条电弧焊设备常见故障判断与排除弧焊电源是电弧的供电设备，使用过程中要注意对焊工的安全，避免发生人身触电事故。同时，要保证焊机的正常运行，防止焊机损坏。为了正确使用，当发生故障时，能及时处理才能保证完好和生产的正常运行。要懂得一些常见故障的分析与处理方法。具体的请参考表2-1弧焊变压器常见故障产生原因及处理方法、表2-2ZX5晶闸管弧焊整流器常见故障产生原因及处理方法和表2-3ZX7弧焊逆变器常见故障产生原因及处理方法。2.2焊条电弧焊设备及工具2.2.4焊条电弧焊所用工具1.焊钳和焊接电缆2.面罩和护目镜2.2焊条电弧焊设备及工具3.焊条保温筒和焊缝检验尺（a）测错边量（b）测焊缝宽度（c）测角焊缝有效厚度2.2焊条电弧焊设备及工具（d）测X形坡口角度（e）测焊缝余高（f）测焊脚高度（g）测坡口间隙（h）测坡口角度（板）（i）测坡口角度（管）2.2焊条电弧焊设备及工具4.常用清渣打磨工具和劳动保护用品2.3焊条电弧焊工艺2.3.1焊接接头形式及焊缝符号1.焊接接头形式常见的四种接头形式2.3焊条电弧焊工艺2.焊接坡口形式坡口是指根据设计或工艺需要，在焊件待焊部位加工成一定几何形状经装配后构成的沟槽,俗称开坡口，使焊接电弧深入坡口底层，保证焊透，便于清渣，获得较好成形，还能调节母材和填充金属的比例。2.3.1焊接接头形式及焊缝符号2.3焊条电弧焊工艺3.焊缝符号(1)基本符号基本符号表示焊缝横截面的基本形式或特征，采用近似于焊缝横断面形状的符号表示。(2)补充符号补充符号用来补充说明有关焊缝或接头的某些特征（诸如表面形状、衬垫、焊缝分布、施焊地点等）。(3)尺寸符号尺寸符号是表示坡口和焊缝尺寸的符号，必要时，可以在焊缝符号中标注尺寸。2.3.1焊接接头形式及焊缝符号2.3焊条电弧焊工艺2.3.2焊前准备1.坡口的选择与加工以常见的碳钢、低合金高强钢为例来说明。坡口形式取决于焊接接头形式，工件厚度以及对接头质量的要求。根据板厚不同，焊条电弧焊接头常用的坡口类型有I形、V形、Y形、X形、U形等。坡口制备的方法很多，应根据工件的尺寸、形状与加工条件综合考虑进行选择。目前工厂中常用剪切、气割、刨边、车削、碳弧气刨等方法制备坡口。2.3焊条电弧焊工艺2.3.2焊前准备2.焊接区域的清理焊前对接头坡口及其附近（约20mm内）的表面油、锈、漆和水等的清理。碱性焊条焊接时，清理要求严格和彻底，否则极易产生气孔和延迟裂纹。酸性焊条对锈不很敏感，若锈蚀较轻焊缝质量要求不高时，可以不清理。清理时可根据被清物的种类及具体条件，分别选用钢丝刷刷、砂轮磨或喷丸处理等手工或机械方法，也可用除油剂（汽油、丙酮）清洗的化学方法，必要时，还可用氧—乙炔焰烘烤清理的部位，以去除工件表面油污和氧化膜。2.3焊条电弧焊工艺2.3.2焊前准备3.焊条烘干一般酸性焊条的烘干温度为70～150℃，最高不超过250℃，时间1～1.5h；碱性焊条极易吸潮且药皮中没用有机物，因此烘干温度高些，一般为300～400℃，保温1～2h。4.工件的装配定位目的是使工件对正，以及达到预定的坡口形状和尺寸。装配间隙大小和在接头长度方向上的均匀性对焊接质量、生存率以及制造成本都有很大影响，因此要引起足够重视。2.3焊条电弧焊工艺2.3.2焊前准备确定后，可用夹具或定位焊缝把它们固定起来，然后进行正式焊接。定位焊的焊道短，冷却快，比较容易产生焊接缺陷，若缺陷被正式焊缝所覆盖而未被发现、将造成隐患。所以一般定位焊应比正常焊接的电流大15～20％。5.焊前预热预热的主要作用是降低焊后冷却速度，减少淬硬程度、改善组织，防止产生焊接裂纹，减少焊接应力与变形。加热范围，对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的5倍工件整体预热一般在炉内，一般在坡口两侧各75-100mm内应保持一个均热区域。整体预热一般炉内进行；局部预热可用火焰加热、工频感应加热或红外线加热。2.3焊条电弧焊工艺2.3.3焊接工艺参数选择焊接工艺参数，是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度等）的总称，过去又称焊接规范。焊条电弧焊的焊接工艺参数通常包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝形状、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中一个十分重要的问题。2.3焊条电弧焊工艺2.3.3焊接工艺参数选择（1）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，但是直径过大会造成未焊透或焊缝成形不良，因此必须正确选择。一般根据工件厚度选择，同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要结构还要考虑焊接热输入的要求。厚度较大的焊件选择直径较大的焊条；相反，薄焊件应选用小直径的焊条。焊件厚度≤1.5234～56～12≥12焊条直径1.623.23.2～44～54～62.3焊条电弧焊工艺板厚相同，焊接平焊缝的焊条应比其他位置大一些，立焊最大不超过5mm，而仰焊和横焊最大不超过4mm，这样可形成较小的熔池，减少熔化金属的下淌。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焊不透，因此为了防止根部焊不透，第一层焊条直径应选用较小的，以后各层可根据焊件厚度，选用较大直径的焊条。搭接接头、T形接头因不存在全焊透问题，所以应选用较大的焊条直径来提供生产率。2.3.3焊接工艺参数选择1.焊接参数（1）焊条直径的选择2.3焊条电弧焊工艺交流电源焊接，电弧稳定性差。直流电源焊接，电弧稳定，飞溅小，但磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧形差，必须采用直流电源。小电流焊接薄板时，也常用直流电源，因为引弧容易、电弧稳定。直流电弧焊时，焊件的极性有正极性和反极性。所谓的正极性是指焊件接电源正极、电极接电源负极的接线法，也称正接；反之称为反极性或反接。对于交流电源来说，极性是交变的，所以不存在。2.3.3焊接工艺参数选择（2）焊接电源的种类与极性选择2.3焊条电弧焊工艺极性的选择，主要根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。当阳极和阴极的材料相同时，由于阳极区温度高于阴极区，因此使用酸性焊条（如E4303）焊接厚板时，可采用直流正接，以获得较大的熔深；而在焊接薄板时，则采用直流反接，可以防止烧穿。2.3.3焊接工艺参数选择（2）焊接电源的种类与极性选择2.3焊条电弧焊工艺重要结构焊接，一般使用碱性低氢钠型焊条（如E5015）,无论焊接薄板或厚板，均采用直流反接，这样可以减少飞溅和气孔，并使电弧稳定燃烧。2.3.3焊接工艺参数选择（2）焊接电源的种类与极性选择2.3焊条电弧焊工艺焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，直接影响焊接质量和生产率。焊接电流过小会使电弧不稳，造成未焊透、夹渣以及焊缝成形不良等缺陷；焊接电流过大易产生咬边、焊穿、增加工件变形和金属飞溅量，也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化。总的原则是保