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手工电弧焊接工艺

一.焊接位置
熔焊时,焊件接缝所处的空间位置叫焊接位置,可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。
焊缝轴线与水平面之间的夹角,叫焊缝倾角,见图1。
通过焊缝轴线的垂直面与坡口的二等分平面之间的夹角,叫焊缝转角,见图2。
 
   根据焊缝倾角和焊缝转角的大小不同,可将焊接位置分为平焊、立焊、横焊和仰焊等四种。如果一条焊缝同时包括这四种位置,则叫全位置焊缝。例如:水平固定的管子对接缝。
1.     平焊位置:
焊缝倾角0~5º,焊缝转角0~10º的焊接位置叫平焊位置,如图a 
   在平焊位置进行的焊接叫平焊。平焊是一种最自然的焊接形式,熔滴依靠自重垂直下落至熔池,熔池液态金属不会向四周散失,因此焊缝成形良好,焊接操作技术要求较低,所以在可能条件下应该将其它位置的焊接借助于变位机等装备,如反转架等,将其转变为平焊位置。
 
2. 横焊位置:
焊缝倾角0~5º,焊缝转角70~90º(对接焊缝);焊缝倾角0~5º,焊缝转角30~55º(角焊缝位置)的焊接位置叫横焊位置,如图b、c 。
在横焊位置进行的焊接叫横焊。
3.立焊位置:
焊缝倾角80~90 º,焊缝转角0~180 º的焊接位置,叫立焊位置如图d。
在立焊位置进行的焊接叫立焊。
 
4. 仰焊位置:
焊缝倾角0~15 º,焊缝转角165~180 º(对接焊缝)焊缝倾角0~15 º,焊缝转角115~180 º(角焊缝)的焊接位置叫仰焊位置。图e、f
在仰焊位置进行的焊接叫仰焊。
 
 
5.船形焊:
  T形、十字形和角接接头处于平焊的位置进行的焊接,叫船形焊,见图3
  这种焊接相当与在90°角V形坡口内的水平对接缝,一次成形的焊接高度范围较宽。调节α角即可调节底板和腹板内熔合面积的分配比例,当δ1=δ2时,取α=β1=β2=45°;当δ1<<δ2时,取α<45°,使熔合区偏于厚板一侧。
图3    船形焊
二.焊接工艺参数
手工电弧焊时的焊接参数是指:电源种类和极性、焊条直径、焊接电流和焊接层数。
1.电源种类和极性  手工电弧焊时采用的电源有交流和直流两大类,根据焊条的性质进行选择。通常, 酸性焊条可同时采用交、直流两种电源,由于交流弧焊机构造简单、造价低、使用及维护较直流弧焊机方便,所以应优先采用交流弧焊机。碱性焊条由于电弧稳定性差,所以必须使用直流弧焊机,药皮中含有较多稳弧剂的焊条,亦可使用交流弧焊机,但此时电源的空载电压应较高些。
  采用直流电源时,焊件与电源输出端正、负极的接法,叫极性。极性有正接和反接两种。
  正接——焊件接电源正极,焊条接电源负极的接线法,见图4 a。
  反接——焊件接电源负极,焊条接电源正极的接线法,见图4 b。
 
 
 
               图4 采用直流电源时的正接和反接
                  a)正接         b)反接
极性的选用原则:
(1)碱性焊条采用反接,因为碱性焊条采用正接时,电弧燃烧不稳定,飞溅很大,电弧声音很暴躁。使用反接时,电弧燃烧稳定,飞溅很小,而且电弧声音较平静均匀。酸性焊条如用直流电源时通常采用正接。
(2)因为阳极部分的温度高于阴极部分,所以采用正接可以得到较大的熔深,因此焊接厚钢板时可采用正接,而焊接薄板、铸铁、有色金属时应采用反接。
交流电焊接时,由于极性时交替变化的,所以不存在正接和反接的接线法
2.焊条直径
  可根据焊件厚度进行选择。厚度越大所选用的焊条直径应越粗。但厚板对接接头坡口内,第一层焊接时要用较细的焊条,另外,焊接接头形式不同,焊缝空间位置不同,焊条直径也有所不同,同样厚度的T形接头应比对接接头所选用焊条粗些;对横焊、立焊等空间位置的比平焊时所选用的应细一点。
  对根部不要求完全均匀焊透的不开坡口的角接、T形接、搭接焊缝和背部铲根封底焊的对接焊缝,焊条直径的选择可见表1-1
                   1-1焊条直径的选择
焊件厚度(mm)
≤4
4~12
>12
焊条直径(mm)
不超过焊件厚度
3.2~4.0
≥4.0
  对根部要求完全均匀焊透的不开坡口的角接、T形接焊缝以及背部不铲根封底焊的对接焊缝,在第一层焊接时应采用小直径焊条,不论其板厚多大,最好采用直径不超过3.2mm的焊条焊接,不然将得不到良好的熔透及良好的背部成形。
3.焊接电流
  手弧焊时,焊接电流将直接影响到焊接过程的稳定性和焊缝的外表成形。
(1)飞溅   电流过大时,电弧吹力大,大颗粒的铁水向熔池外飞溅,焊接过程中爆裂声大,焊接表面不干净;电流太小时,焊条熔化慢,飞溅小,电弧吹力小,熔渣与铁水很难分离,容易形成夹渣。
(2)焊缝成形   电流过大时,焊缝低、熔深大、两侧易产生咬边;电流过小时,焊缝窄而高,且两侧与母材结合不好;电流适中时,则焊缝高度适中,焊缝两侧与母材的结合良好,焊缝表面成形美观。见图5。
                    图5   不同电流时之焊缝成形
(3)焊条熔化情况  焊接电流过大时,大半根焊条熔化后剩余的焊条头会发红,使药皮因升温过高某些成分提前发生变化而失去保护作用;焊接电流过小时,电弧燃烧不稳定,焊条易粘在焊件上。
因此,正确地选择焊接对于保证焊缝质量,提高焊接生产率具有重要意义。
 4.焊接层数  中厚钢板焊接时,必须开坡口然后进行多层焊。多层焊时,后一道焊缝对前一道焊缝有热处理作用,能够提高焊缝金属的塑性,即能提高弯曲角的合格率。但每层厚度超过4~5mm时,这种热处理作用就不明显。所以焊接时可适当增加焊接层数,减少每一层的厚度,对提高塑性有一定的好处。
. 焊接接头型式和操作工艺
1.焊接接头的型式
焊接接头是指用焊接方法连接的接头。常用焊接接头的型式有:对接接头、搭接接头、角接头和T型接头等,如图6 所示。接头型式由焊接结构件使用性能来决定。

 
图6  常用焊接接头型式
 
2.坡口形状
坡口是指根据设计或工艺需要,在焊件的待焊部位加工成一定形状的沟槽。对接接头是各种焊接结构中采用最多的一种接头型式。当被焊工件较薄时,在工件接头处只要留一定的间隙,就能保证焊透;而工件较厚时,则需要开坡口,对接接头常见的形状如图7所示。

加工坡口时,通常在焊件厚度方向留有直边(钝边),其作用是为了防止烧穿。接头组装时往往留有间隙,这是为了保证焊透。
 
a)Ⅰ型坡口   b)V型坡口   c)X型坡口   d)U型坡口
                图7   对接接头坡口形状  
施焊时,对Ⅰ型、V型和U型坡口,均可根据实际情况采用单面焊或双面焊,但对X型坡口则必须采用双面焊(如图8所示)。焊接较厚的焊件时,为了焊满坡口,应采用多层焊或多层多道焊,如图9所示。
3.焊接位置
熔焊时,焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置。它们有平焊、立焊、横焊和仰焊位置等。对接接头的各种焊接位置如图10所示。平焊操作生产率高、劳动条件好以及焊接质量容易保证,因此,焊接时应尽量采用平焊位置。
 
 

                                
                                 图8  单面焊和双面焊
 
a) Ⅰ型坡口单面焊  b)Ⅰ型坡口双面焊  c)V型坡口单面焊  d)V型坡口双面焊    e)X型坡口双面焊

 
图9  对接平焊的多层焊    a)多层焊  b)多层多道焊
 
 
图10 焊接位置     a)平焊   b)立焊   c)横焊   d)仰焊
4.手弧焊的基本操作技术
1)清理工件表面
用钢丝刷将待焊件坡口表面、坡口两侧20~30mm范围内的油污、铁锈和水分请理干净。
2)装配、点固
将钢板水平放置,对齐并留有一定的间隙(间隙大小由板厚而定)。注意防止产生错边。错边的允许值应小于板厚的10%。
用焊条将钢板沿长度方向两端点固,固定两工件的相对位置,点固后除渣。如工件较长,可每隔300mm左右点固一次。
3)焊条直径与焊接电流的选择
   1).焊条直径的选择  焊条直径是根据焊件厚度、焊接位置、接头形式、焊接层数等进行选择的。首先,根据焊件的厚度选取焊条的直径,厚度越大,所选焊条直径越粗。见表1-2。
焊接位置不同时,选取焊条直径也不同。立焊、仰焊、横焊时所选焊条直径应比平焊时小一些。
表1-2 焊条直径的选择与焊件厚度的关系
焊件的厚度/mm
焊条直径/mm
焊件的厚度/mm
焊条直径/mm
≤1.5
2
3
1.5
1.5~2.0
2.0~3.2
4~6
8~12
≥13
3.2~4.0
3.2~4.0
4.0~5.0
(2).焊接电流的选择  一般是根据焊条直径选择焊接电流,见表1-3。
 
表1-3 各种直径焊条使用的焊接电流
焊条直径/mm
1.6
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
6.0
焊接电流/A
25~40
40~65
50~80
80~130
140~200
200~270
260~300
焊接电流的大小还可以用下式的经验公式来计算:
I = 10 d2
式中 I ― 焊接电流,A;
d ― 焊条直径,mm。
根据上式所求的焊接电流,还需根据实际情况进行修正。
4) 引弧
引弧就是引燃焊接电弧的过程。引弧时,首先将焊条末端与工件表面接触形成短路,然后迅速将焊条向上提起2~4mm,电弧引燃。引弧方法有两种,即敲击法和划擦法,如图1-11所示。电弧引燃后, 为了维持电弧的稳定燃烧,应不断向下送进焊条。送进速度应和焊条熔化速度相同,以保持电弧长度基本不变。
 
 
 
 
图1-11  引弧方法a)敲击法  b)划擦法
5) 焊接
平焊是手弧焊最基本的操作,初学者进行操作练习时,在选择合适的焊接电流后,应着重注意掌握好焊条的角度、控制电弧长度、焊接速度、运条、收弧等基本操作要领。
(1)焊条角度  平焊的焊条角度如图1-12所示。
(2)电弧长度  沿焊条中心线均匀地向下送进焊条,保持电弧长度约等于焊条直径。
(3)焊接速度  均匀地沿焊接方向向前移焊条,使焊接过程中熔池宽度保持基本不变(与所要求的焊缝熔宽相一致),如图1-13所示。
图1-12  平焊的焊条角度       图1-13  手弧焊的基本动作
 
(4)运条  常用的运条方法如下:
①.直线形运条法  焊接时,焊条不作横向摆动,沿焊接方向作直线移动。
②.直线往复运条法  焊接时,焊条末端沿焊缝的纵向作来回直线形运动,如图1-14a。
③.锯齿形运条法  焊接时,焊条末端作锯齿形摆动及向前移动,并在两边稍作停留片刻,如图1-14b。摆动的目的是为了控制熔化金属的流动和得到必要的焊缝宽度,已获得较好的焊缝成形。
④.月牙形运条法  焊接时,焊条末端沿焊接方向作月牙形的左右摆动,如图1-14c。
⑤.三角形运条法  焊接时,焊条末端作连续的三角形运动,并不断向前移动。按摆动方式的不同,这种运条方法有可分为斜三角形和正三角形两种,如图1-14d和图1-14e。
⑥  
.圆圈形运条法  焊接时,焊条末端作圆圈形运动并不断前移,如图1-14f。
图1-14 运条方法
a) 直线往复运条法  b) 锯齿形运条法  c) 月牙形运条法d) 斜三角形运条法  e) 正三角形运条法  f) 圆圈形运条法
 
(5)收弧 
收弧时不仅是熄灭电弧,还要将弧坑填满。收弧一般有三种方法:
①.划圈收弧法  焊条至焊缝终点时,作圆圈运动,直到填满弧坑再拉断电弧,如图1-15a所示。此法适用于厚板收弧,用于薄板则有烧穿的危险。
②.反复断弧收弧法  焊条至焊缝终点时,在弧坑上做数次反复熄弧引弧,直到填满弧坑为止,如图1-15b所示。此法是用于薄板和大电流焊接,碱性焊条不宜使用此法,否则易产生气孔。
③    
回焊收弧法  焊条移至焊道收弧处即停止,但不熄弧,此时适当改变焊条角度,如图-15c所示。焊条由位置1转到位置2,待填满弧坑后再转到位置3,
然后慢慢拉断电弧。此法适用于碱性焊条。
 
图1-15 收弧法 a) 划圈收弧法  b) 反复断弧收弧法  c) 回焊收弧法
 
(6)焊后清理及外观检查
用尖锤、钢丝刷等工具把焊件表面的渣壳和飞溅物等清理干净;进行焊缝外观检查,对外观缺陷作出判断,并对严重缺陷提出返修的措施。
四.手弧焊的安全规则
1.保证设备安全
1)线路各连接点必须接触良好,防止因松动接触不良而发热。
2)任何时候焊钳都不得放在工作台上,以免长时间短路烧坏焊机。
3)发现焊机出现异常时,应立即停止工作,切断电源。
2.防止触电
1)焊前检查焊机外壳接地是否良好。
2)焊钳和焊接电缆的绝缘必须良好。
3)焊接操作前应穿好绝缘鞋和戴绝缘手套。
4)人体不要同时触及焊机输出两端。
5)发生触电时,应先立即切断电源。
3.防止弧光伤害
1)穿好工作服,戴好电焊面罩,以免弧光伤害皮肤。
2)施焊时必须使用面罩(焊帽),以保护眼睛和脸部。
3)挂好挡光帘或放置屏风,以免弧光伤害他人。
4.防止烫伤
1)清渣时要注意渣的飞出方向,防止渣烫伤眼睛和脸部。
2)焊接后应该用铁钳夹持焊接件,不准直接用手拿。
5.防止烟尘中毒
手弧焊的工作场所应采取良好的通风除尘措施。
6.防火、防爆
手弧焊工作场地周围不得放有易燃易爆物品。工作完毕应检查周围有无火种。
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