手工电弧焊实训教材（校本教材）基本理论部分一、 什么时手工电弧焊？用手工操纵焊接器具和焊条进行焊接的电弧焊方法，称为手工电弧焊。手工电弧焊是利用电弧的热能作热源，在电弧的热作用下，焊条与母材金属局部熔化，使被焊处达到原子结合的目的。 手工电弧焊有以下特点：（1）操作方便，使用灵活，适应性强。适用于各种钢种、各种厚度、各种位置和各种结构的焊接。特别是对不规则的焊缝、短焊缝、仰焊缝、高空和位置狭窄的焊缝，均能灵活运用，操作自如。（2）焊接质量好。因电弧温度高，焊接速度较快，热影响区小，焊接接头的机械性能较为理想。另外，由于焊条和电焊机的不断改进，在常用的低碳钢和低合金钢的焊接结构中，焊缝的机械性能能够有效地控制，达到与母材等强的要求。对于焊缝缺陷，在一定范围内可以通过提高焊工水平、改进工艺措施得到克服。（3）手工电弧焊易于分散应力和控制变形。所有焊接结构中，因受热应力的作用，都存在着焊接残余应力和变形，外形复杂的焊缝、长焊缝和大工件上的焊缝，共残余应力和变形问题更为突出。采用手工电弧焊，可以通过工艺调整，如跳焊、逆向分段焊、对称焊等方法，来减少变形和改善应力分布。（4）设备简单，使用维护方便。无论交流电焊机还是直流电焊机，焊工都容易掌握，使用可靠，维护方便。不象埋弧焊、电渣焊设备那样复杂。（5）由于手工操作，生产效率低，焊工的劳动强度也比较大。（6）焊接质量不稳定。手工电弧焊的焊接质量，与焊工的技能有关，培训焊工技能的难度较大，也由于手工操作的随意性比较大，使焊接质量不稳定，这是手工电弧焊的最大缺点。二、焊接材料1、焊条，焊条的基本组成焊条由焊芯及药皮两部分构成。焊条是在金属焊芯外将涂料(药皮)均匀、向心地压涂在焊芯上。焊条种类不同，焊芯也不同。焊芯即焊条的金属芯，为了保证焊缝的质量与性能，对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定，特别是对有害杂质（如硫、磷等)的含量，应有严格的限制，优于母材。焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分和性能，所以焊芯中的有害元素要尽量少含C量应低于010。例如H08A，含S小于等于O03、P小于等于003、C小于等于01。焊接碳钢及低合金钢的焊芯，一般都选用低碳钢作为焊芯，并填加锰、硅、铬、镍等成分(详见焊丝国家标准GB1300一77)。采用低碳的原因一方面是含碳量低时钢丝塑性好，焊丝拉拔比较容易，另一方面可降低还原性气体CO含量，减少飞溅或气孔，并可增高焊缝金属凝固时的温度，对仰焊有利。加入其他合金元素主要为保证焊缝的综合机械性能，同时对焊接工艺性能及去除杂质，也有一定作用。高合金钢以及铝、铜、铸铁等其他金属材料，其焊芯成分除要求与被焊金属相近外，同样也要控制杂质的含量，并按工艺要求常加入某些特定的合金元素。焊条就是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极，它是由药皮和焊芯两部分组成的。在焊条前端药皮有45。左右的倒角，这是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长1/16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条的直径仲实际上是指焊芯直径）通常为2、2.5、3.2或3、4、5或6mm等几种规格，常用的是小3.2、小4、小5三种，其长度“L”一般在250-450mm之间。1）.焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊接时，焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能，二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。焊条焊接时，焊芯金属占整个焊缝金属的一部分。所以焊芯的化学成分，直接影响焊缝的质量。因此，作为焊条芯用的钢丝都单势独规定了它的牌号与成分。如果用于埋弧自动焊、电渣焊、气体保护焊、气焊等熔焊方法作填充金属时，则称为焊丝。(1）焊芯中各合金元素对焊接的影响1)碳(C)碳是钢中的主要合金元素，当含碳量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳起到一定的脱氧作用，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响，低碳钢焊芯的含碳量一般簇0.1。2)锰(Mn)锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0.300.55，焊接某些特殊用途的钢丝，其含锰量高达170一2.10。3)硅(Si)硅也是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。4)铬(Cr）铬能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬(Cr203)，从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流动性降低。5)镍(NO镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当掺入一些镍。6)硫（S）硫是一种有害杂质，随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0.04。在焊接重要结构时，硫含量不得大于0.03。7)磷(2)焊芯的分类焊芯是根据国家标准“焊接用钢丝”（GB1300-77)的规定分类的，用于焊接的专用钢丝可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。（2）.药皮压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。焊条的药皮在焊接过程中起着极为重要的作用。若采用无药皮的光焊条焊接，则在焊接过程中，空气中的氧和氮会大量侵入熔化金属，将金属铁和有益元素碳、硅、锰等氧化和氮化形成各种氧化物和氮化物，并残留在焊缝中，造成焊缝夹渣或裂纹。而熔入熔池中的气体可能使焊缝产生大量气孔，这些因素都能使焊缝的机械性能（强度、冲击值等）大大降低，同时使焊缝变脆。此外采用光焊条焊接，电弧很不稳定，飞溅严重，焊缝成形很差。人们在实践过程中发现如果在光焊条外面涂一层由各种矿物等组成的药皮，能使电弧燃烧稳定，焊缝质量得到提高，这种焊条叫药皮焊条。随着工业技术的不断发展，人们创制出了现在广泛应用的优质厚药皮焊条。 3、焊条的型号及分类；焊条的牌号 以结构钢为例：牌号,编制法。结XXX,结为结构钢焊条,第3个数字,代表药皮类型,焊接电流要求,第1、2数:代表焊缝金属抗拉强度 。 （1）、焊条的型号 焊条的型号是按国家有关标准与国际标准确定的。EXXX,以结构钢为例，型号编制法为字母“E”表示焊条，第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。（2）、焊条的分类 根据不同情况，电焊条有三种分类方法：按焊条用途分类、按药皮的主要化学成分分类、按药皮熔化后熔渣的特性分类。 按照焊条的用途，有两种表达形式，一为原机械工业部编制的的，可以将电焊条分为：结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍和镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条以及特殊用途焊条。二为国家标准规定，为碳钢焊条，低合金焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条。二者没有原则区别，前者用商业牌号表示，后者用型号表示。 如果按照焊条药皮的主要化学成分来分类，可以将电焊条分为：氧化钛型焊条、氧化钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条、低氢型焊条、石墨型焊条及盐基型焊条。 如果按照焊条药皮熔化后，熔渣的特性来分类，可将电焊条分为酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条药皮的主要成分为酸性氧化物，如二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁等。碱性焊条药皮的主要成分为碱性氧化物，如大理石、萤石等 焊条的选用、使用、保管、知识：（3）焊条的选用焊条选用基本原则焊条的种类繁多，每种焊条都有一定的特性和用途。为了保证产品质量、提高生产效率和降低生产成本，必须正确选用焊条。在实际选择焊条时，除了要考虑经济性、施工条件、焊接效率和劳动条件之外，还应考虑以下原则：a等强度原则对于承受静载荷或一般载荷的工件或结构，通常按焊缝与母材等强的原则选用焊条，即要求焊缝与母材抗拉强度相等或相近。b等条件原则根据工件或焊接结构的工作条件和特点来选用焊条。如在焊接承受动载荷或冲击载荷的工件时，应选用熔敷金属冲击韧性较高的碱性焊条；而在焊接一般结构时，则可选用酸性焊条。c等同性原则在特殊环境下工作的焊接结构，如耐腐蚀、高温或低温等，为了保证使用性能，应根据熔敷金属与母材性能相同或相近原则选用焊条。碳钢焊条的选用根据我国碳钢焊条标准，目前主要使用的碳钢焊条主是有E43系列及E50系列两种型号。低碳钢焊接时，一般结构可选用酸性焊条，承受动载荷或复杂的厚壁结构及低温使用时选用碱性焊条，如表2-2所示；中碳钢焊接时，由于含碳量较高，易发生焊接裂纹，因而应选用碱性焊条或使焊缝金属具有良好塑性及韧性的焊条，并应进行预热和缓冷处理，如表2-3所示；高碳钢焊接时，焊材的选用应视产品的设计要求而定，当强度要求高时，可用J707（E7015-G）或J607（E6015-G）焊条，而强度要求不高时，可选用J506（E5016）或J507（E5015）焊条。（4）、焊条的保管：原则 ： 焊条的保管，要特别注意环境湿度。空气中相对湿度和温度越高，水蒸汽分压也就越高，则药皮越容易吸湿。当空气中水蒸汽分压5Hg时，药皮吸湿量很小，但一般建议空气中的相对湿度低于60%，并离开地面和墙壁一定的距离（约30厘米）。 分清焊条型号、规格、不能混错。 运输焊条，堆放过程应注意不要损伤药皮，对药皮强度较差的焊条；如高强钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条等等，更要当心。焊条堆放不能太高。焊条受潮的影响 焊条受潮，药皮的颜色就发黑，焊条相碰没有清脆的金属声，另外，焊条表面长期受潮将会出现“白花”，有些焊条表面看上去虽然没有特殊的变化，但焊接时电弧强，飞溅增多。 受潮焊条对工艺性能的影响： 电弧强烈，燃烧不稳定。 飞溅多，颗粒大。 熔深大，容易产生咬边。 熔渣的复盖不均匀，焊波形状粗糙，造成压坑。 溶渣清除困难，低氢型的熔渣表面气孔多。受潮焊条对可焊性的影响： 焊条受潮吸收的水份，在焊接电弧热的作用下，变成气体，分解出氢，致使形成焊接裂纹和气孔。 焊条的吸湿与焊条的放置状态有关，如焊条敞口存放与捆在一起存放，或放在焊条筒中，吸湿量都不一样，为了限制焊条的吸湿量，一般焊条都在成品包装时用聚乙烯塑料袋封口，据资料介绍，即使这样，也不能长期的彻底防潮，因此，规定了焊条的极限吸湿量： 药皮类型 需要重新烘干的含水量% 钛 型 3%以上 钛 钙 型 2%以上 纤维素型 6%以上 低 氢 型 0.5%以上 低氢型焊条的含水量与焊缝的扩散氢含量成线性关系，根据资料介绍，药皮含0.2%水时，用水银法测得扩散氢为5ml/100g(E7018)，因此，可以根据焊缝扩散氢含量来确定必须的烘培温度。焊条的重新烘干 焊条从制造到使用因放置相当长的时间而吸潮，如果焊芯不生锈和药皮不变质，焊条重新烘干后，可确保