焊条电弧焊方法与设备使用讲解

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1、焊接方法与设备使用 焊接教研室 王立跃 2009.2 国家重点培育院校 焊接技术及自动化专业 精品课程 任务2 焊条电弧焊方法与设备使用 焊条电弧焊 SMAW（Shileded Metal Arc Welding） 焊条电弧焊是药皮焊条手工电弧焊的简称。是用手上 操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。 GB/T3375-94把原来的“手工电弧焊”改称为焊条电弧焊 。 焊条电弧焊，设备简单，操作灵活，应用很广，但劳动 强度大，生产率低，但仍是最基本的焊接方法。 第一节 焊条电弧焊的原理及特点 利用焊条与工件间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部 ，在焊条端部迅速熔化的金属以细小熔滴经弧柱过渡到工件已经

2、局部熔化的金属中，并与之融合一起形成熔池，随着电弧向前移 动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。当焊接过程稳定 以后，一个形状和体积均不变化的熔池随焊接电弧向前移动，形 成一条连续的焊缝。 一、基本原理 焊接过程中，焊芯既是导电的一极，又作填充金属；药皮经 高温分解和熔化生成熔渣和气体，对熔滴和熔池起保护作用和 冶金反应作用；某些药皮加入金属粉末为焊缝提供附加的填充 金属。 电弧中心的温度在5000以上，电弧电压在1640 V 范围，焊接电流在20一500A之间。上图是电弧区的详图。 1、设备简单、操作灵活、适应性强、应用广泛，可达性好，不 受场地和焊接位置的限制，在焊条能达到的地方一般都

3、能施 焊； 2、对接头的装配要求较低，手工操作控制弧长、焊条角度及 焊接速度，但对焊工操作技术要求高，焊接质量一定程度上取 决于焊工的操作水平； 3、可焊材料广，除难熔或极易氧化的金属外，大部分工业用 的金属均能焊接； 4、生产率低、劳动强度大，熔敷速度慢，焊条尺寸一般已固 定，其直径在1.6-8mm范围，长度在200-600mm之间，焊 接电流一般在500A以下。每焊完一根焊条，必须更换焊条， 并残留下一截焊条头，而末被充分利用，焊后还须清渣。 二、特点 三、适用范围与局限性 1、可焊工件厚度范围 1mm以下薄板不宜用；多层焊的厚度虽不限制，但效率 低，填充量大，经济性下降，一般多用在3-4

4、0mm之间。 2、可焊金属范围 能焊金属：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及 其合金；能焊但可能需预热、后热或两者兼用的：铸铁、高强 度钢、淬火钢等；不能焊的：低熔点金属如锌、铅、锡及其合 金；难熔金属如钨、钼、钽等，活性金属如钛、铌、锆等。 3、最合适的产品结构和生产性质 结构复杂的产品，结构上具有很多短或不规则、具有各种 空间位置及其它不易实现机械化或自动化焊接的焊缝；单件或 小批量的焊接产品多采用；在安装或修理部门因焊接位置不定 ，焊接工作量相对较小，亦宜采用。 弧焊电源是电焊机的核心部分，是对焊接电弧提供电能的 一种专业设备。对其要求：从经济角度出发，要求结构简单轻 巧，制造容易

5、，消耗材料少，节省电能，成本低；从使用角度 出发，要求方便、可靠、安性能良好和容易维修。 焊接电源的电气特性和结构方面，还具有不同于一般电力 电源的特点。主要原因是弧焊电源的负载是电弧，电源的电气 性能要求适应电弧负载的特性。 弧焊工艺对焊接电源有如下的要求： 保证引弧容易 保证电弧稳定 保证焊接规范稳定 具有足够宽的焊接规范调节范围 一、对焊条电弧焊设备的要求： 第二节 焊条电弧焊设备及工具 因而焊接电源的电气特性应考虑如下3各方面：电源外特性 、电源调节性、电源动特性，此外，对于特殊环境（高原、水下 和野外）的适应性。 1、电源外特性形状的要求 电源：对负载提供电能的装置； 弧焊电源：对焊

6、接电弧提供电能的装置； 电源外特性：电源内部参数一定的情况下，改变负载时，电 源输出的电压的稳定值Uy与输出的电流的稳定值Iy之间的关 系曲线Uy=f(Iy)称为电源的外特性； 直流时，Uy和Iy为平均值，交流电源则为有效值。 焊条电弧焊电极尺寸较大，电流密度低。在电弧稳定燃 烧的情况下，负载静特性处于水平段。故也要求电源外特性 曲线与电弧静特性曲线相交，即要求焊条电弧焊电源具有下 降的外特性。 从电弧稳定性方面考虑，要求电源外特性为陡降好一些。 主要从弧长变化引起电流变化的角度考虑，变化越小，电弧越 稳定。 陡降特性稳定，但短路电流小，不 利于引弧，提出外拖特性焊接电源 。 2、电源空载电压

7、的要求 （1）保证引弧容易：引弧时，需要焊条或焊丝与工件接 触，因两者之间往往存在锈污等杂质，需要高的空载电压 击穿接触面，实现导通；电离在初始阶段需要高的电场。 （2）保证电弧稳定燃烧：U0(1.82.25)Uf （3）经济性：材料多、质量大、效率低 （4）保证人身安全。 原则：保证引弧容易和电弧稳定，采用尽可能低的空载电 压。 交流弧焊电源：U0=5570V 直流弧焊电源：U0=4585V 一般规定空载电压不得超过100V，特殊情况要超过，必须 具有自动防触电装置。 上述空载电压的范围是针对下降特性的电弧电源而言的 。 某些电源采用平特性进行焊接，如熔化极自动焊、半自动焊 ，具有更低的空载

8、电压； 带有引弧、稳弧装置的电源可以有更低的空载电压； 特殊场合，锅炉、小容器，电压低（42V），主要为了 安全，需要引弧装置； 3、对电源调节特性的要求 被焊金属的材料、坡口及厚度不同，要求有不同的焊接 工艺参数。 手工电弧焊时，由于电流的调节范围不大，所以，即使 焊接电压不变，也能保证良好的焊缝成形，所以，焊条电弧 焊电源的调节主要指的是调节焊接电流。 电流比较小，空载电压比较低，调节不理想，主要是小电流 时，空载电压低，不易引弧和保证电弧稳定燃烧； 空载电压不变，依靠调节陡降程度来调节电流，效果比较好 。 空载电压随着电流的增大而减小。 a不佳b较好c理想 4、对焊接电源动特性的要求 动

9、特性：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，它表明焊接电源 对负载的瞬态改变的适应能力。 引弧过程：空载短路负载 熔滴过渡：负载短路负载 焊接过程从一个稳态过渡到另外一个稳态，这就是动 特性的实质。 动特性好：引弧、重新引燃电弧容易、稳定、飞溅少 。 二、常用电焊机简介 国产焊机大致分3类：弧焊变压器、直流弧焊发电机和弧焊整流器 。 1、弧焊变压器 与普通的电力变压器相比，区别：为保证电弧引燃并能稳定燃 烧和得到陡降的外特性，必须具有较大的漏感，而普通变压器 则很小；具有较高的空载电压和较大的电感；外特性可调。 BX6交流弧焊机 弧焊变压器分类

10、： 串联电抗器式 分体式 同体式 增强漏磁式 动铁心 动绕组 抽头式 2、直流弧焊发电机（AX系列） （已淘汰） 由一台电动机和一台弧焊发电机组成的机组。 特点：耗电量大，用材料多，噪音。国家规定停止生产该 类焊机。 基本原理：依靠电枢上的导体切割磁极和电枢间隙空间的 磁力线而产生电流。 一般的发电机电枢的电阻比较小，发电机一般是平的外特 性。焊接需要下降的外特性！ 3、弧焊整流器 （1）硅弧焊整流器（ZXG系列） （2）晶闸管式焊整流器（ZX5系列） 4、弧焊逆变器（ZX7系列） 特点： 省料、质量轻、体积小：传统弧焊电源用工频传送电能， 而逆变电机使用几千到几万Hz的频率传送电能。制作变压

11、 器的用料与频率成反比，因而逆变电机的重量为普通电机 的1/5到1/10，体积为原来的1/3左右。 高效节能：变压器处于开关状态，变压器采用铁损小的材 料。从而效率高，可达80-90%；主电路有电容，从而功率 因数高。 北京“时代”ZX7逆变电弧焊机 四者的性能特点比较 弧焊变压器：结构简单、使用可靠、易维修、成本低、效率高 ；电弧稳定性差，功率因数低； 直流弧焊发电机（与弧焊变压器比）：引弧易、电弧稳、过载 能力强；效率低、空耗大、噪音大、造价高、难维修，与可持 化发展战略违背； 弧焊整流器（与直流弧焊发电机比）：制造方便、价格低、空 耗小、噪音小 、可远距离调节； 弧焊逆变器：高效节能、体

12、积小、功率因数高、焊接性能好， 最有发展前景。 三、焊条电弧焊所用工具 1、电焊钳（300A 500A） 用以夹持焊条进行焊接的工具，俗称电焊把。除起夹持焊 条作用外，还起传导焊接电流的作用。对其要求：导电性能好 、外壳应绝缘、重量轻、装换焊条方便、夹持牢固和安全耐用 等。焊钳有各种规格，以适应各种标准焊条直径。每种规格的 焊钳是以所要夹持的最大直径焊条需用的电流设计的。采用不 致过热的最小规格的焊钳，对于焊接作业最为合适。这是最轻 的，并保证操作最方便。 电接触不良和超负荷使用是焊钳发热的原因，绝对不许用 浸水方法去冷却焊钳。 2、面罩与护目镜 面罩-防止焊接飞溅、弧光及其它辐射对焊工面部及

13、 颈部损伤的一种遮蔽工具。有手持式和头盔式两种，要求： 质轻、坚韧、绝缘性和耐热性好。 面罩正面安装有护目滤光片，即护目镜，起减弱弧光 强度，过滤红外线和紫外线以保护焊工眼睛的作用。有各种 颜色，从人眼对颜色的适应性，以墨绿、蓝绿和黄褐色为好 。颜色有深浅之分，应根据焊接电流大小和焊接方法以及焊 工的年龄与视力情况选用，改正不论电流大小均使用一块滤 光片的陋。在护目滤光片外侧，应加一块尺寸相同的一般 玻璃，防止被金属飞溅污染。 现已发展一种光电式镜片，利用光电转换原理制成的新 型护目滤光片。起弧前是透明的，起弧后迅速变黑，起滤光 作用。这样可以观察焊接操作全过程，杜绝电弧“打眼”和消 除因盲目

14、引弧而产生的焊接缺陷。 3、接地夹钳 是将焊接导线或接地电缆接到工件上的一种器具。接 地夹钳必须能形成牢固的连接，又能快速且容易地夹到工 件上。对于低负载持续率来说，弹簧夹钳可能是合适的。 但在使用大电流时，可能需要螺丝夹钳，以使夹钳不过热 并形成良好的连接。 地线夹 4、焊接电缆 将焊钳和接地夹钳接到电源上，是焊接回路的一部 分。应具有最大的挠度，以便能够容易操作，特别是焊 钳的操纵。也必须耐磨和耐擦伤。 由许多股绞合在一起的细铜丝或铝丝组成，并且包 在软的绝缘皮内。绝缘皮是用合成橡胶或采用韧性好、 电阻高和耐热性好的塑料制成。在绞合导线和绝缘皮之 间缠绕有保护层，以使导线和绝缘皮之间有一些

15、活动余 地而获得最大的柔软性。 焊接电缆可制成各种规格。每一特定用途所要求的电 缆规格取决于焊接所用的最大电流、焊接电路长度（焊 接电缆和接地电缆的总和）以及焊机的负载持续率。电 缆直径随着焊接电流增加而增大，以使电缆中的电压降 和附带的电能损耗保持在允许的水平上。 如果需要长电缆，可用相配的电缆接头将短电缆连接起来 。接头必须保证低电阻的良好接触，其绝缘必须相当于电缆的 绝缘。利用每根电缆端头的接线片将电缆接到电源上。电缆和 接头或接线片之间的连接必须牢固，而且电阻要小。可采用钎 焊接头和机械接头。铝电缆要求良好的机械接头，以避免过热 。铝的氧化显著地提高了接头的电阻。当然，这可导致过热、

16、过大的电能损耗乃至烧坏电缆。 必须注意防止损坏电缆的绝缘皮，特别是接焊条的电缆。 与热金属和尖锐边缘接触可能会烧坏和割破绝缘皮和接地电缆 。 5、防护服 在焊接过程中，电弧中会飞出火花或熔滴，特别是在非 平焊位置或采用非常大的焊接电流焊接时，这个问题更为突 出。为保证在这些条件下防止烧伤，焊工应戴防护手套、穿 防护裙和工作服。也要求防护焊工的踝关节和脚不受熔渣和 飞溅物的烧伤。建议穿平脚裤或带护脚套。 6、 焊条保温筒 焊条保温筒是装载己烘干的焊条 ，是能保持一定温度以防止焊条受潮 的一种盒形容器。有立式和卧式两种 ，内装焊条2.5-5kg，焊工可随身携带 到现场，随用随取。通常是利用弧焊 电源二次电压对简内加热，温度一般 在100-450之间，能维持焊条药 皮含水率不大于0.4。 用碱性低氢型焊条焊接重要结构 ，如压力容器等产品，焊工每人应配 备一个。 国产TRB一5(立式)和TRB一5W( 卧式)焊条保温筒可装焊条5kg，使用 电压为25-80V，加热功率100W，恒 温温度(13535)。