1、第十章 焊条电弧焊与电弧切割第一节 焊条电弧焊和碳弧气刨的工作原理 焊条电弧焊的基本原理 利用电弧放电所产生的热量将焊条和工件熔化，焊条与工件互相熔合、二次冶金后冷凝形成焊缝，从而获得焊接接头。 焊条电弧焊焊接低碳钢或低合金钢时，电弧中心部分的温度可达60001300，两电极的温度可达到2400 2600 焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法。1焊条芯；2焊药；3液态熔渣4凝固的熔渣；5保护气体；6熔滴；7熔池；8焊缝；9工件10电弧；11焊钳图102 电弧示意图图101 焊条电弧焊示意图 碳弧气刨的基本原理 利用碳极电弧的高温，把金属的局部加热到熔化状态，同时用压缩空气的气流把熔化金属
2、吹掉，从而达到对金属进行切割的一种加工方法。第二 焊条电弧焊和碳弧气刨的适用范围及安全特点 焊条电弧焊的适用范围 （1）可进行各种位置焊接 （2）可在任何有电源的地方进行焊接 （3）可进行各种金属、各种厚度、各种结构形状的焊接 碳弧气刨的使用范围 （1）可制作U型坡口 （2）可对焊缝进行清根，也可清除焊缝中的缺陷 （3）可清理铸件的毛边、飞边浇铸冒口及铸件中的缺陷 （4）可加工多种不能用气割加工的金属 焊条电弧焊的安全特点 （1）防触电 操作者在操作时应戴绝缘手套，穿绝缘鞋。 （2）防有害因素 焊接场所应通风良好。 （3）防护光辐射 操作者在操作时应戴防护面具，穿工作服。 （4）防火防爆 焊接
3、时清理作业现场的可燃易爆物品；焊补燃料容器管道时，严格遵守焊补安全措施。 碳弧气刨的安全特点 （1）加强防火 （2）加强抽风及排烟尘措施 （3）防止焊机过载 （4）使用带铜皮的专用碳棒 为克服电弧切割的粉尘大、有气味的缺点，可采用水碳弧气刨。图104 水碳弧气刨1工件；2碳棒；3枪体4防护罩；5水管接头6风电合一碳弧气刨软管第三节 焊条和焊接工艺参数的选择方法焊条的选择方法 1 焊条的组成 （1）焊芯：药皮包裹的金属芯，具有一定长度及直径的钢丝。 （2）药皮：压涂在焊芯表面的涂层。图105 焊条组成示意图1焊芯；2药皮；3夹持端；4引弧端 2 焊条的分类 （1）按焊条的用途分 结构钢焊条 耐热
4、钢焊条 不锈钢焊条 堆焊焊条 低温钢焊条 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 （2）按焊条药皮熔化后的熔渣特性分 酸性焊条：用于焊接低碳钢和不太重要的钢结构。 碱性焊条：用于合金钢和重要谈钢结构的焊接。 3 焊条的选用 （1）考虑焊件的机械性能和化学成。 （2）考虑焊件的工作条件及使用性能。 （3）考虑简化工艺、提高生产率和降低成本。 4 焊条直径的选择 主要根据焊件的厚度、接头的型式、焊缝的位置、焊接层次等因素。焊件厚度/mm 2 34 512 12焊条直径/mm 2 3.2 45 5表101焊条直径与厚度的关系焊接电流的选择 主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头
5、型式、焊缝空间位置、焊接层次等因素。最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。 使用一般结构钢焊条时，焊接电流大小与焊条直径的关系可用经验公式： I=kd I焊接电流（A） d 焊条直径（mm） k 与焊条直径有关的系数 d/mm 1.6 22.5 3.2 46 k 1525 2030 3040 4050表102不同焊条直径时的k值 电弧电压的选择 由电弧长度来决定。 L弧=（0.51）d L弧电弧长度（mm） d焊条直径(mm)焊接层数的选择 n= n焊接层数 母材厚度(mm) m经验系数 m=0.81.2md电源种类的选择 直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大
6、刚度结构的焊接上。其他情况下，应首先考虑用交流电源。极性的选择 根据焊条的性质、焊接特点不同来选择。 第四节 焊条电弧焊与碳弧气刨设备的基本结构和工作原理(一) 焊机的分类图106 焊机分类（1）交流焊机 焊接电流调节分为粗调、细调两档。细调靠移动铁芯改变变压器的漏磁来实现。向外移动铁芯，磁阻增大，漏磁减小，则电流增大，反之，则电流减小。 该焊机应在海拔不超过1000m，周围空气温度不超过40，空气相对湿度不超过85%的条件下使用，不应在有有害工业气体、水蒸气、易燃物和多灰尘的场合下工作。图107 BX1330（动铁式）交流弧焊机1初级绕组；2，3次级绕组；4动铁芯5静铁芯； 6接线板 图10
7、8 BX2500型（同体式）焊机1固定铁芯；2初级绕组；3次级绕组4电抗线圈；5活动铁芯图109 BX3300动圈式焊机1初级线圈；2次级线圈3铁芯 （2） 直流焊机 弧焊整流器 焊接整流器是直流弧焊电源。 典型的型号是:ZX5500型。逆变弧焊电源 逆变弧焊电源是新型弧焊电源，它的主要特点是高效节能，重量轻、体积小。 典型的型号是:ZX7350型。 (二)焊条电弧焊辅助设备和工具 （1） 电焊钳：夹持焊条并传导焊接电流。 对电焊钳的要求： 任何斜度都能夹紧焊条。 可靠的绝缘和良好的隔热。 屏护、轻便、易操作。规格/A 额定值适用焊条直径/mm耐电压性能/（V/min）能连接的最大电缆截面/m
8、m敷在持续率/%工作电压/V工作电流/A 500 60 40 500 48 1000 95 300 60 32 300 2.55.9 1000 50 100 60 26 160 24 1000 35 表103 电焊钳的规格和主要技术数据 （2） 焊接电缆 ：传导电流 选用焊接电缆主要根据焊接电流的大小。与横截面大小成正比，同时还要考虑柔软性、绝缘性。 （3） 面罩及其他防护用具 电焊面罩的作用： 保护电焊工面部和眼睛免受弧光伤害和防止飞溅、烟尘和有害气体对电焊工的损伤。 护目玻璃的作用： 减弱电弧光的强度，过滤红外线、紫外线和可见光，保护焊工眼睛免受弧光灼伤。 最大焊接电流/A 200 300
9、 450 600焊接电缆截面积/ mm 25 50 70 95表表 （4）电弧焊的辅助工具： 常用的有焊条筒、尖头鎯头、钢丝刷及凿子等。 电弧焊的劳保用品： 白色帆布工作服、皮手套、工作帽、脚盖、绝缘鞋、平光眼镜、口罩等。（三）交流焊机的优缺点 （1）优点：成本低、制造维护简单、噪声小。 （2）缺点：不适应碱性焊条、电流电压容易受 到电网的干扰。直流焊机的优缺点 （1）优点：电弧稳定，焊条适应性强。 （2）缺点：成本高，制造维修复杂，质量较重。 1、电焊机 1)电焊机工作环境应与说明书上的规定相符。特殊环境条件下，如在气温过低或过高、湿度过大、气压过低以及在腐蚀性或爆炸性等特殊环境中作业，应使
10、用适合特殊环境条件性能的电焊机，或采取必要的防护措施。 2)防止电焊机受到碰撞或剧烈振动。室外使用的电焊机必须有防雨雪的防护设施。 3)电焊机必须装有独立的专用电源开关，其容量应符合要求。当焊机超负荷时，应能自动切断电源。禁止多台焊机共用一个电源开关。 电源控制装置应装在电焊机附近人手便于操作的地方，周围留有安全通道。 采用启动器的焊机，必须先合上电源开关，再启动焊机。 焊机的一次电源线，长度一般不宜超过23m，当有临时任务需要较长的电源线时，应沿墙或立柱用瓷瓶隔离布设，其高度必须距地面2.5m以上，不允许将电源线拖在地面上。（四）（四） 焊条电弧焊的安全要求焊条电弧焊的安全要求 5)电焊机外
11、露的带电部分应设有完好的防护(隔离)装置，电焊机裸露接线柱必须设有防护罩。 6)使用插头插座连接的焊机，插销孔的接线端应用绝缘板隔离，并装在绝缘板平面内。 7)禁止用连接建筑物金属构架和设备等作为焊接电源回路。 8)电弧焊机的安全使用和维护。 接入电源网路的电焊机不允许超负荷使用。焊机运行时的温升，不应超过标准规定的温升限值。 必须将电焊机平稳地安放在通风良好、干燥的地方，不准靠近高热及易燃易爆危险的环境。 要特别注意对整流式弧焊机硅整流器的保护和冷却。 禁止在焊机上放置任何物件和工具，启动电焊机前。焊钳与焊件不能短路。 采用连接片改变焊接电流的焊机，调节焊接电流前应先切断电源。 电焊机必须经
12、常保持清洁。清扫尘埃时必须断电进行。焊接现场有腐蚀性、导电性气体或粉尘时，必须对电焊机进行隔离防护。 电焊机受潮，应当用人工方法进行干燥。受潮严重的，必须进行检修。 每半年应进行一次电焊机维修保养。当发生故障时，应立即切断焊机电源，及时进行检修。 经常检查和保持焊机电缆与电焊机的接线柱接触良好，保持螺帽紧固。 工作完毕或临时离开工作场地，必须及时切断焊机电源。 9)电焊机的接地 各种电焊机(交流、直流)、电阻焊机等设备或外壳、电气控制箱、焊机组等，都应按电力设备接地设计技术规程的要求接地，防止触电事故。 焊机的接地装置必须经常保持连接良好，定期检测接地系统的电气性能。 禁用氧气管道和乙炔管道等
13、易燃易爆气体管道作为接地装置的自然接地极，防止由于产生电阻热或引弧时冲击电流的作用，产生火花而引爆。 电焊机组或集装箱式电焊设备都应安装接地装置。 专用的焊接工作台架应与接地装置联接。 10) 应装设熔断器、断路器(又称过载保护开关)、触电保安器(也叫漏电开关)。当电焊机的空载电压较高，而又在有触电危险的场所作业时，则对焊机必须采用空载自动断电装置。当焊接引弧时电源开关自动闭合，停止焊接、更换焊条时，电源开关自动断开。 11)不倚靠带电焊件。身体出汗而衣服潮湿时，不得靠在带电的焊件上施焊。 (2)焊接电缆 1)焊机用的软电缆线应采用多股细铜线电缆，其截面要求应根据焊接需要载流量和长度，按焊机配
14、用电缆标准的规定选用。电缆应轻便柔软，能任意弯曲或扭转，便于操作。 2)电缆外皮必须完整、绝缘良好、柔软，绝缘电阻不得小于1M，电缆外皮破损时应及时修补完好。 3)连接焊机与焊钳必须使用软电缆线，长度一般不宜超过2030m。截面积应根据焊接电流的大小来选取，以保证电缆不致过热而损伤绝缘层。 4)焊机的电缆线应使用整根导线，中间不应有连接接头。当工作需要接长导线时，应使用接头连接器牢固连接，连接处应保持绝缘良好，而且接头不要超过两个。 5)焊接电缆线要横过马路或通道时，必须采取保护套等保护措施，严禁搭在气瓶、乙炔发生器或其它易燃物品的容器的材料上。 6)禁止利用厂房的金属结构、轨道、管道、暖气设
15、施或其它金属物体搭接起来作电焊导线电缆。 7)禁止焊接电缆与油脂等易燃物料接触。 (3)电焊钳 1)电焊钳必须有良好的绝缘性与隔热能力，手柄要有良好的绝缘层。 2)焊钳的导电部分应采用紫铜材料制成。焊钳与电焊电缆的连接应简便牢靠，接触良好。 3)焊条在位于水平45、90等方向时焊钳应都能夹紧焊条，并保证更换焊条安全方便。 4)电焊钳应保证操作灵便、焊钳重量不得超过600g。 5)禁止将过热的焊钳浸在水中冷却后立即继续使用。 (4)焊接场所应有通风除尘设施，防止焊接烟尘和有害气体对焊工造成危害。 (5)焊接作业人员应按LDT751995劳动防护用品分类与代码选用个人防护用品和合乎作业条件的遮光镜
16、片和面罩。 (6)焊接作业时，应满足防火要求，可燃、易燃物料与焊接作业点火源距离不应小于10m第五节 焊条电弧焊与碳弧气刨的操作规范焊条电弧焊的操作规范 （一）最基本操作 引弧 运条 收尾 （1）引弧：碰击法 划擦法 碰击法 将焊条与工件保持一定距离，然后垂直落下，使之轻轻敲击工件，发生短路，再迅速将焊条提起，产生电弧的方法。（图1010a所示） 划擦法 件焊条末端对准焊件，然后像划火柴似的使焊条在焊件表面划擦一下，提起23mm的高度引燃电弧。（图1010b所示）图1010 引弧方法 （2）运条 焊条的送进动作 焊条的横向摆动动作 焊条沿焊缝移动的动作 （3）收尾 划圆圈收尾法 反复收尾法 回
17、焊一段收尾法图1011 焊条移动的三个动作图1012 速度对焊缝成形的影响碳弧气刨的操作和安全要求 (1)准备工作。开始切割前，要检查电缆及气管是否完好，电源极性是否正确(一般采用直流反接，即碳棒接正极)，并根据碳棒直径选择并调节好电流，调节碳棒伸出长度为70100mm。调节好出风口，使出风口对准刨槽。 (2)起弧。起弧之前必须打开气阀，先送压缩空气，随后引燃电弧，以免产生夹碳缺陷。在垂直位置切割时，应由上向下切削。 (3)切割。切割时碳棒与刨槽夹角一般为45左右，夹角大，刨槽深，夹角小，刨槽浅。起弧后应将气刨枪手柄慢慢按下，等切削到一定深度时，再平稳前进 。 (4)排渣方向的掌握。通常的方法
18、是使压缩空气稍微吹偏一点，把一部分渣翻到槽的外侧，但不能吹向操作位置的一侧，不然，吹起来的铁水会落到身上，严重时还会引起烧伤。 图1013 碳棒的位置图1014渣翻到槽外侧1渣2切槽3操作位置 (5)切削尺寸的掌握。要获得所需切槽尺寸，除了选择好合理的切削工艺参数外，还必须靠操作去控制。例如，对1220mm厚的低碳钢板，用直径8mm碳棒，最深可切到7.5mm，最宽可切到13mm。（如图1015） (6)收弧。收弧时，不允许熔化的铁水留在切槽里。因为在熔化的铁水中，碳和氧都比较多，而且碳弧气割的熄弧处往往也是后来焊接的收弧坑。而在收弧坑处一般比较容易出现裂缝和气孔，如果让铁水留下来，就会导致焊接时在收弧坑出现缺陷。因此在气割完毕后应先断弧，待碳棒冷却后再关闭压缩空气。（如图1016）图1015 切槽尺寸的控制图1016 过渡式收弧（7）电弧切割的安全要求）电弧切割的安全要求 除遵守焊条电弧焊的有关规定外，还应注意以下几点： (1)电弧切割时电流较大，要防止焊机过载发热。 (2)电弧切割时烟尘大，操作者应佩戴送风式面罩。作业场地必须采取排烟除尘措施，加强通风。为了控制烟尘的污染，可采用水弧气刨。 (3)电弧切割时大量高温液态金属及氧化物从电弧下被吹出，应防止烫伤和火灾。 (4)电弧切割时噪声较大，操作者应戴耳塞。
