电弧焊的设备和材料：焊条、焊接电缆和电焊机

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：设备和材料1)电焊机焊条电弧焊中较常用的电焊机有弧焊变压器和弧焊整流器两大类。焊接一般工件,使用稳弧性好的酸性焊条,可选用弧焊变压器;如果焊接重要工件,须使用碱性焊条,但因其稳弧性较差,故应选用弧焊整流器,最好是选用逆变式弧焊整流器。2)焊接电缆电焊机和电焊钳及焊条之间传输焊接电流的导线,称为焊接电缆。

焊条电弧焊即手工电弧焊,是最常用的一种焊接方法。焊条电弧焊可用于平焊、立焊、仰焊及横焊等多种位置的焊接,适用于各种金属不同厚度、不同结构(形状)的焊接。

(1)原理

如图6.7所示,焊条电弧焊是用手动的方式操作焊条,利用焊条与工件间产生的电弧热将金属熔化的焊接方法。焊接电弧释放出强烈的光和大量的热,局部熔化母材和填充金属,待冷却、凝固后形成固态金属,从而得到优质的焊缝。

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图6.7　焊条电弧焊工作原理图

1—固态熔渣;2—液态熔渣;3—焊条;4—生成的保护气体;5—焊接电弧;6—液态焊缝金属;7—固态焊缝金属

(2)特点

焊条电弧焊具有工艺灵活、适应性强、焊接质量好、易于调整及简单方便等优点,适用于碳钢、低合金钢、耐热钢及不锈钢等各种材料的焊接。但焊条电弧焊是一种手工操作方法,存在劳动条件差、生产效率低、对焊工技术要求较高等缺点。

焊条电弧焊在造船、铁路、锅炉、压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备及航空航天等制造或维修业中应用较广泛。

(3)设备和材料

1)电焊机

焊条电弧焊中较常用的电焊机有弧焊变压器(交流电焊机)和弧焊整流器(直流电焊机)两大类。其中,弧焊变压器具有结构简单、造价低、容易维护、使用可靠及效率高等优点,但其稳定性差;弧焊整流器的电弧稳定性好,但造价高。

焊接一般工件,使用稳弧性好的酸性焊条,可选用弧焊变压器;如果焊接重要工件,须使用碱性焊条,但因其稳弧性较差,故应选用弧焊整流器,最好是选用逆变式弧焊整流器。

2)焊接电缆

电焊机和电焊钳及焊条之间传输焊接电流的导线,称为焊接电缆。焊接电缆要有良好的导电性和绝缘性能,耐磨损;同时,电缆应轻便柔软,能任意弯曲或扭转,便于操作;焊接电缆与电焊钳、电缆接头等连接必须紧密可靠;连接焊机与焊钳必须使用软电缆线,长度一般不超过30m。

焊接电缆使用时,要防止烫坏绝缘层,并且不可将电缆绕成圈状使用,以防产生感抗而影响焊接电流;停止焊接时,应将电缆收放妥当。

3)电焊钳

电焊钳是夹持焊条并把焊接电流传输至焊条进行电弧焊的工具。其规格按照电源的额定焊接电流大小选定。在使用中,电焊钳与电缆连接必须紧密牢固,保证导电良好,操作方便;同时,要防止电焊钳与焊件或焊接工作台之间短路。焊接工作中,要注意焊条尾端剩余长度不宜过短,防止电弧烧坏电焊钳;禁止将过热的电焊钳浸在水中冷却后立即使用。

(4)工艺参数

1)电源种类与极性

酸性焊条可采用交流和直流两种电源。一般优先选用交流电源。碱性焊条因电弧稳定性差,故须使用直流电源。若焊条药皮中含有较多稳弧剂的碱性焊条(如低氢钾型),也可使用交流电源。

采用直流电源时,焊件接电源正极,焊条接电源负极,这种接法称正接,也称正极性;焊件接负极,焊条接正极,称反接,也称反极性。酸性焊条使用直流电源时,通常采用正接,碱性焊条常采用反接。焊接厚钢板时,可采用正接;焊接薄板、铸铁或有色金属时,一般采用反接。

2)焊条直径

焊条直径的大小取决于被焊材料的厚度、焊接位置以及待焊接头的形式和焊道层次等因素。

被焊材料厚度越大,焊条直径越大。厚板对接接头的打底焊宜选用较细的焊条,焊条直径不宜超过3.2mm;T形接头应比对接接头使用的焊条略粗;立焊最大直径不超过5mm;横焊、仰焊直径不超过4mm。

3)焊接电流

焊接电流是焊工在操作过程中唯一需要调节的参数。焊条直径越粗,焊接电流越大。平焊时,可选偏大的焊接电流;横焊、仰焊时,焊接电流应比平焊小5%～10%;立焊时,焊接电流应比平焊小10%～15%。碱性焊条使用的焊接电流比酸性焊条小10%左右;不锈钢焊条比碳钢焊条的焊接电流小20%左右。

焊接打底焊道时,尤其是单面焊双面成形时,通常使用略小的焊接电流,便于操作且易于保证背面焊道的质量;焊填充焊道时,为提高效率,通常使用较大的焊接电流;焊盖面焊道时,为防止咬边及保证美观的焊缝,应使用略小的焊接电流。

在实际操作中,可凭经验从以下两个方面来判断焊接电流大小是否合适:

①若电流过大,电弧吹力大,有较大颗粒的铁水(熔化的液态金属)向熔池外飞溅;焊接时易产生较大的爆裂声;焊缝熔敷金属低,熔深大,易产生咬边;焊条连续熔掉大半根之后,常出现剩余部分产生发红现象。

②若电流过小,焊缝熔敷金属窄而高,且两侧与母材结合不良;焊条熔化慢;电弧吹力小,熔渣与铁水不易分离;电弧燃烧不稳定,焊条易粘在焊件上。

4)焊接层次

焊接中、厚钢板时,须采用多层焊或多层多道焊,每层焊道厚度不大于5mm。

5)电弧电压

焊条电弧焊时,电弧电压与弧长成正比。在保证焊缝尺寸、外形且焊透的情况下,尽可能用短弧焊接(弧长为焊条直径的0.5～1倍)。

6)焊接速度

焊接速度是指焊条沿焊接方向移动的速度。焊接速度过慢,热影响区加宽,晶粒粗大,焊缝变形也较大,易形成宽而局部过高的焊缝;焊接速度过快,易形成断续、细长的焊缝,造成未焊透、未熔合、焊缝成形不良等缺陷,如图6.8所示。

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图6.8　焊接速度对焊缝成形的影响

(5)基本操作技术

焊条电弧焊最基本的操作包括引弧、运条和收弧。

1)引弧

在焊条和工件之间产生电弧。如图6.9所示,引弧有两种方法:碰击法和擦划法。

①碰击法。是将焊条在离工件一定距离处垂直落下碰击工件,发生短路,再迅速将焊条提起,从而产生电弧的方法。此种方法适用于各种位置的焊接。碰击法引弧较难掌握,焊条提起过快或过高,电弧易熄灭;动作太慢,焊条可能粘在工件上;焊条一旦粘在工件上,应迅速将焊条左右摆动,使之与工件分离;若仍不能分离时,应立即松开焊钳,切断电源,以免短路时间过长而损坏焊接电源。

②擦划法。是将焊条在坡口上划过,当端部接触时,发生短路,在尚未熔化前,将焊条提起,从而产生电弧的方法。此种方法虽然易于掌握,但若使用不当,易粘污坡口、擦伤焊接表面,影响焊接质量。为尽量减小焊件表面损伤,应在焊接坡口处擦划,擦划长度以20～25mm为宜;在狭窄的地方焊接或焊接表面不允许有划伤时,应采用碰击法引弧。

2)运条

电弧引燃后,焊接过程中焊条沿焊接方向的运动,称为运条。

运条决定了焊缝质量的优劣、焊缝成形的好坏。运条由焊条的送进运动、横向摆动及沿焊缝移动3个基本运动合成,如图6.10所示。

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图6.9　引弧方法

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图6.10　焊条的基本运动方向

1—送进;2—横向摆动;3—沿焊缝移动

为保证一定的电弧长度,焊条的送进速度应与焊条的熔化速度相等,否则会引起电弧长度的变化,影响焊缝的熔宽和熔深。焊条的摆动及沿焊缝的移动这两个运动是紧密相关的,决定了焊缝的宽度、高度和熔深。

焊接操作中,常采用如图6.11所示的8种运条方法。

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图6.11　运条方法

①直线运条法。适用于板厚3～5mm不开坡口的对接平焊、多层焊的第一层焊道和多层多道焊。

②直线往返运条法。主要适用于薄板焊接和接头间隙较大的焊缝。

③锯齿形运条法。操作容易、应用较广,多用于较厚钢板的焊接,适用于平焊、立焊、仰焊的对接接头及立焊的角接接头。

④月牙形运条法。适用于仰焊、立焊、平焊位置及要求焊缝较饱满的地方。

⑤三角形运条法。又分为正三角形运条法和斜三角形运条法两种。适用于焊接T形接头的仰焊缝和有坡口的横焊缝。

⑥圆圈形运条法。又分为正圆圈运条法和斜圆圈运条法两种。正圆圈运条法只适用于焊接较厚工件的平焊缝,其优点是能使熔化金属有足够高的温度,有利于气体从熔池中逸出,可防止焊缝中产生气孔;斜圆圈运条法适用于T形接头的横焊和仰焊及对接接头的横焊缝,其优点是可控制熔化金属不受重力影响,能防止液态金属下淌,有助于焊缝成形。

3)收弧

电弧中断或焊接结束时,需要进行收弧。

焊缝完成时的收弧动作不仅是熄灭电弧,更重要的是填满弧坑。收弧动作常采用如图6.12所示的3种收弧方法。

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图6.12　收弧方法

①划圈收弧法

焊条移至焊缝终点时,作圆圈运动,直至填满弧坑再拉断电弧。此种收弧法主要适用于厚钢板焊接的收弧。

②反复断弧收弧法

焊条在弧坑处反复熄弧、引弧数次,直至填满弧坑为止。此种收弧法主要适用于薄板和大电流焊接,但碱性焊条因其容易产生气孔不宜采用此法收弧。

③回焊收弧法

焊条至焊缝收弧处立即停止运动,并改变焊条角度回焊一小段。此种收弧法主要适用于碱性焊条。

(6)工件组对及定位焊

①工件组对

在正式施焊前,将焊件按照图纸中的形状、尺寸装配在一起。

在工件组对前,应按要求对坡口及其两侧一定范围内进行清理;组对时,应尽量减少错边,保证装配间隙符合工艺要求,必要时可采用适当的焊接夹具。

②定位焊

正式焊接前为了装配和固定焊接接头的位置而进行的焊接,称为定位焊。

定位焊时,容易产生未焊透的缺陷,故焊接电流应比正式焊接时高10%～15%。当发现定位焊缝有缺陷时,应将其除去并重新焊接;如果焊件需预热,应加热到规定预热温度后再进行定位焊;不能在焊缝交叉处或方向急剧变化处进行定位焊,应在离上述位置50mm左右处进行定位焊;为防止开裂,应尽量避免强行组装后进行定位焊,必要时采用碱性低氢型焊条。

板材的定位焊焊缝位置应在工件坡口内两端处,始焊端可适量少焊,终焊端应适量多焊,防止在焊接过程中由于收缩造成终焊端间隙变窄而影响焊接;小径管道可定位焊一处或两处,定位焊缝一般位于平焊或立焊部位或两个上爬坡处;大径管道基本相同,只是对称多焊几处;当焊接淬硬性大的低合金钢和铬钼钢且直径大于166mm的管道时,可用与工件材质相同的定位块在坡口外进行定位焊,其中定位块应均匀分布于工件外壁,焊后拆除定位块以后,应将定位焊处磨平,并用着色探伤检查表面有无裂纹。

电弧焊的设备和材料：焊条、焊接电缆和电焊机

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