焊接方法与设备使用.ppt

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1、2023/9/18,1,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,5,2.1 焊条电弧焊概述,焊条电弧焊通常用英文简称SMAW（Shielded

2、Metal Arc Welding）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,6,2.1 焊条电弧焊概述,2.1.1 焊条电弧焊原理,7,2.1.2 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,8,2.1 焊条电弧焊概述

3、,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。,9,2.2.1 对焊条电弧焊设备的要求,2.2 焊条电弧焊设备及工具,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

4、,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=5570V，直流弧焊电源：U0=4585V。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

5、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.

6、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

7、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

8、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2-2 ZX5晶闸管弧焊整流器常见故

9、障产生原因及处理方法和表2-3 ZX7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

10、.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

11、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

12、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70150，最高不超过250，时间11.5h；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300400，保温12h。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

13、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1520。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

14、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

15、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。,2.3 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,

16、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

17、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

18、由于过热而发生变化。总的原则是保证焊接质量的前提下，尽量用较大的焊接电流以提高生产率。确定焊条电弧焊的焊接电流的大小要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置、母材性质和施焊环境等因素综合考虑。其中最主要的是焊条直径和焊接位置。,2.3.3 焊接工艺参数选择（3）焊接电流的选择,2.3 焊条电弧焊工艺,对于一定直径的碳钢酸性焊条焊接电流大小与焊条直径的关系，一般可根据经验公式来选择：I=(3555)d 焊条直径相同，平焊时，运条和控制熔池液态金属都较容易，可选择较大的电流。但其他位置，为了避免熔化金属从熔池中流出，要使熔池尽可能小些，通常立焊、横焊的电流比平焊时小10%15%，仰焊

19、时的焊接电流比平焊时小15%20%。其他条件相同，碱性焊条电流应比酸性的小1015%，否则焊缝易形成气孔；不锈钢电阻大，药皮易发红，电流应比碳钢的小15%20%。,2.3.3 焊接工艺参数选择（3）焊接电流的选择,2.3 焊条电弧焊工艺,焊接打底层时，特别是单面焊双面成形时，为保证背面焊接质量，通常选用较小的焊接电流；焊接填充层时为提高效劳，保证熔合良好，常选用较大的焊接电流；焊接盖面层，为了防止咬边和保证焊缝成形，使用的焊接电流应比填充层稍微小些。,2.3.3 焊接工艺参数选择（3）焊接电流的选择,2.3 焊条电弧焊工艺,中厚板的焊接通常要开坡口并采用多层焊或多层多道焊。层数增多对提高焊缝缝

20、的塑韧性有利，因为后焊道对前焊道有回火作用，使热影响区显微组织变细，尤其对易淬火钢效果明显。但层数增多，生产效率下降，往往变形也增加。层数过少，每层焊缝厚度过大，接头易过热引起晶粒粗化，反而不利。对质量要求较高的焊缝，一般每层厚度以不大于45mm为宜。,2.3.3 焊接工艺参数选择（4）焊缝层数的选择,2.3 焊条电弧焊工艺,焊接层数主要根据钢板厚度、焊条直径、坡口型式和装配间隙等来确定，可作如下近似估算：n=/d,2.3.3 焊接工艺参数选择（4）焊缝层数的选择,2.3 焊条电弧焊工艺,电压主要由电弧长度来决定。电弧长，电弧电压高；反之就低。焊接时电弧电压由焊工根据具体情况灵活掌握。因此，焊

21、接时力求使用短弧焊接，弧长一般为焊条直径的0.51.0倍，相应的电压为1625V。在立焊、仰焊时弧长应比平焊更短，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下淌。碱性焊条焊接时弧长应比酸性的短，以利于电弧的稳定和防止气孔。,2.3.3 焊接工艺参数选择（5）电弧电压的选择,2.3 焊条电弧焊工艺,焊接速度是单位时间内完成的焊缝长度。直接决定生产率。应均匀，既要保证焊透又不能烧穿，同时还要保证焊缝宽度和高度符合图样设计要求。过快，熔化能量不够，易造成未熔合、焊缝成形不良等缺陷；过慢，使高温停留时间增长，焊接接头的晶粒变粗，力学性降低，同时使工件变形量增大。当焊接较薄工件时，易形成烧穿。所以，在保证不焊穿和成形

22、良好的条件下，应尽量采用较大的焊条直径、焊接电流和低的电弧电压，并根据实际情况适当提高焊接速度，以提高焊接生产率。,2.3.3 焊接工艺参数选择（6）焊接速度的选择,2.3 焊条电弧焊工艺,（1）引弧 上述两种引弧方法应根据具体情况灵活应用。,2.3.3 焊接工艺参数选择 2.焊基本操作要领,2.3 焊条电弧焊工艺,（2）运条：一般要同时完成三个基本动作，即沿焊条中心线向熔池送进，沿焊接方向均匀移动和横向摆动。,2.3.3 焊接工艺参数选择 2.焊基本操作要领,运条的方法有很多种，有直线形运条法、直线往复形运条法、锯齿形运条法、月牙形运条法等，具体选用时，应根据接头形式、装配间隙、焊缝的空间位

23、置、焊条直径与性能、焊接电流及焊工技术水平等来确定。,2.3 焊条电弧焊工艺,（3）确定焊条角度 以最常用的平焊为例，焊接操作时，以焊缝位置线作为运条的轨迹，焊条与焊件两侧保持垂直，与前进方向的夹角为7080，如图所示。平敷焊过程中，可采用直线运条法，以适当的焊接速度，均匀地向前移动焊条。,2.3.3 焊接工艺参数选择 2.焊基本操作要领,2.3 焊条电弧焊工艺,（4）焊缝的接头,（a）中间接头（b）相背接头,（c）相向接头（d）分段退焊接头,2.3.3 焊接工艺参数选择 2.焊基本操作要领,2.3 焊条电弧焊工艺,（5）收弧,（a）划圈收弧法,（b）反复收弧法,（c）回焊收弧法,（d）采用熄

24、弧板,2.3.3 焊接工艺参数选择 2.焊基本操作要领,46,1.技能训练项目(a)-不开坡口的平对接焊条电弧焊,【综合训练】,（1）操作准备 1）焊机:交流或直流焊机。2）实习焊件:Q235钢板，每组2块，每块长300mm，宽 100mm，板厚46mm。3）焊接材料:E4303焊条（结422），直径3.2或4.0mm。,47,1.技能训练项目(a)-不开坡口的平对接焊条电弧焊,【综合训练】,（2）操作要领 1）用砂纸或手砂轮磨光待焊处，直至露出金属光泽。2）装配及定位焊，见图2-36，校正焊件。3）施焊，引弧运条收弧。4）正面焊完之后，反面焊接焊前，应先清根，然后用直 径3.2mm焊条焊接根

25、部。5）使用直流焊机，要消除磁偏吹对焊接质量的影响。6）焊后外观检验。（3）注意事项。,48,1.技能训练项目(b)-立角焊条电弧焊焊,【综合训练】,（1）操作准备 1）焊机：交流或直流焊机。2）实习焊件：Q235钢板，每块长300mm，宽100mm，板厚 68mm，每组2块。,3）焊接材料：E4303焊条（结422）或E5015焊条（结 507），直径3.2 mm。,49,【综合训练】,（2）操作要领 1）装配及定位焊。2）立角焊需用小直径焊条和短弧焊接。3）为了使两焊件能够均匀受热，保证熔深和提高效率，应注意焊条位置和倾斜度。4）控制熔池金属，焊条要按熔池金属的冷却情况有节奏 地上下摆动。5）根据不同板厚和焊脚尺寸的要求，选择适当的运条方 法。6）当间隙超过焊条直径时，先把过大的间隙填满后，再 进行正常焊接。（3）注意事项。,1.技能训练项目(b)-立角焊条电弧焊焊,50,2思考与练习（1）填空题（2）简答题,【综合训练】,