焊条操作及说明

焊条操作及说明

焊条电弧焊

焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电弧焊时，在焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温使焊条药皮与焊芯及工件熔化，深化的焊芯端部迅速地形成细小的金属熔滴，通过弧柱过渡到局部熔化的工件表面，融合一起形成熔池。药皮熔化过程中产生的气体和熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列治金反应，保证所形成焊缝的性能。随着电弧以适当的弧长和速度在工作上不断地前移，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝。焊条电弧焊的过程如图1所示。

图1 焊条电弧焊的过程

1-药皮 2-焊芯 3-保护气 4-电弧 5-熔池

6-母材 7-焊缝 8-渣壳 9-熔液 10-熔滴

焊条电弧焊具有以下优点：

1）使用的设备比较简单，价格相对便宜并且轻便。焊条电弧焊使用的交流和直流焊机都比较简单，焊接操作时不需要复杂的辅助设备，只需配备简单的辅助工具。因此，购置设备的投资少，而且维护方便，这是它广泛应用的原因之一。

2）不需要辅助气体防护。焊条不但能提供填充金属，而且在焊接过程中能够产生保护熔池和焊接外避免氧化的保护气体，并且具有较强的抗风能力。

3）操作灵活，适应性强。焊条电弧焊适用于焊接单件或小批量的产品，短的和不规则的、空间任意位置的以及其他不易实现机械化焊接的焊缝。凡焊条能够达到的地方都能进行焊接。

4）应用范围广，适用于大多数工业用的金属和合金的焊接。焊条电弧焊选用合适的焊条不仅可以焊接碳素钢、低合金钢，而且还可以焊接高合金钢及有色金属，不仅可以焊接同种金属，而且可以焊接异种金属，还可以进行铸铁焊补和各种金属材料的堆焊等。

但是，焊条电弧焊有以下的缺点：

1）对焊工操作技术要求高，焊工培训费用大。焊条电弧焊的焊接质量，除靠近用合适的焊条、焊接工艺参数和焊接设备外，主要靠焊工的操作技术和经验保证，即焊条电弧焊的焊接质量在一定程度上决定于焊工操作技术。因此必须经常进行焊工培训，所需要的培训费用很大。

2）劳动条件差。焊条电弧焊主要靠焊工的手工操作和眼睛观察完成全过程，焊工的劳动强度大，并且始终处于高温烘烤和有毒的烟尘环境中，劳动条件比较差，因此要加强劳动保护。

3）生产效率低。焊条电弧焊主要靠手工操作，并且焊接工艺参数选择范围较小，另外，焊接时要经常更换焊条，并要经常进行焊道熔渣的清理，与自动焊相比，焊接生产率低。

4）不适于特殊金属以及薄板的焊接。对于活泼金属（如Ti、Nb、Zr等）和难熔金属（如Ta、Mo等），由于这些金属对氧的污染非常敏感，焊条的保护作用不足以防止这些金属氧化，保护效果不够好，焊接质量达不到要求，所以不能采用焊条电弧焊；对于低熔点金属如Pb、Sn、Zn及其合金等，由于电弧的温度对其来讲太高，所以也不能采用焊条电弧焊焊接。另外，焊条电弧焊的焊接工件厚度一般在1.5mm以上，1mm以下的薄板不适于焊条电弧焊。

由于焊条电弧焊具有设备简单、操作方便、适应性强，能在空间任意位置焊接的特点，所以被广泛应用于各个工业领域，是应用得最广泛的焊接方法之一。

一、焊条电弧焊电弧的静特性

由于焊条电弧焊使用的焊接电流较小，特别是电流密度较小，所以焊条电弧焊电弧的静特性处于水平段，如图2所示。在焊条电弧焊电弧水平段区间，弧长基本保持不变时，若在一定范围内改变电流值，电弧电压几乎不发生变化，因而焊接电流在一定范围内变化时，电弧均稳定燃烧。

图2 焊条电弧焊电弧的静特性

二、电弧的温度分布

焊条电弧焊电弧在焊条末端和工件间燃烧，焊条和工件都是电极，电弧阴、阳两极的最高温度接近于材料的沸点，焊接钢材时，阴极约2400℃，阳极约2600℃，电弧的温度为6000～7000℃。随着焊接电流的增大，弧柱的温度也增高。由于交流电弧两个电极的极性在不断地变化，故两个电极的平均温度是相等的，而直流电弧正极的温度比负极高200℃左右。

三、电弧偏吹

焊接过程中，因气流干扰，磁场作用或焊条偏心等影响，使电弧中心偏离电极轴线的现象，称为电弧偏吹。

1、产生电弧偏吹的原因

（1）焊条偏心产生的偏吹 焊条的偏心度过大，造成焊条药皮厚薄不均匀，药皮较厚的一边比药皮较薄的一边熔化时吸收的热量多，药皮较薄的一边很快熔化而使电弧外露，迫使电弧偏吹见图3所示。

图3 焊条药皮偏心引起的偏吹

（2）电弧周围气流产生的偏吹 电弧周围气体流动过强也会产生偏吹。造成电弧周围气体流动过强的因素很多，主要是大气中的气流和热对流作用。如在露天大风中焊接操作时，电弧偏吹就很严重；在管线焊接时，由于空气在管子中的流速较大，形成“穿堂风”，使电弧偏吹；如果对接接着的间隙较大，在热对流的影响下也会产生偏吹。

（3）焊接电弧的磁偏吹 直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹，称为焊接电弧的磁偏吹。产生磁偏吹的原因有：

1）接地线位置不适当引起磁偏吹，如图4所示。通过焊件的电流在空间产生磁场，当焊条与焊件垂直时，电弧左侧的磁力线密度较大，而电弧右侧的磁力线稀疏，磁力线的不均匀分布致使密度大的一侧对电弧产生推力，使电弧偏离轴线。

图4 接地线位置不适当引起的磁偏吹

2）不对称铁磁物质引起磁偏吹，如图5所示。焊接时，在电弧一侧放置一块钢板（导磁体）时，由于铁磁物质的导磁能力远远大于空气，铁磁物质侧的磁力线大部分都通过铁磁物质形成封闭曲线，致使电弧同铁磁物质之间的磁力线密度降低，所以在电磁力作用下电弧向铁磁物质一侧偏吹。

图5 不对称铁磁物质引起的磁偏吹

3）电弧运动至钢板的端部时引起磁偏吹，如图6所示。这是因为电弧到达钢板端头时导磁面积发生变化，引起空间磁力线在靠近焊件边缘的地方密度增加，所以在电磁力作用下，产生了指向焊件内侧的磁偏吹。

图6 在焊件一端焊接时引起的磁偏吹

2、防止电弧偏吹的措施

1）焊接过程中遇到的焊条偏心引起的偏吹，应立即停弧。如果偏心度较小，可转动焊条将偏心位置移到焊接前进方向，调整焊条角度后再施焊；如果偏心度较大，就必须更换新的焊条。

2）焊接过程中若遇到气流引起的偏吹，要停止焊接，查明原因，采用遮挡等方法来解决。

3）当发生磁偏吹时，可以将焊条向磁偏吹相反的方向倾斜，以改变电弧左右空间的大小，使磁力线密度趋于均匀，减小偏吹程度；改变接地线位置或在焊件两侧加接地线，可减少因导线接地位置引起的磁偏吹。因交流的电流和磁场的方向都是不断变化的，所以采用交流弧焊电源可防止磁偏吹，另外采用短弧焊，也可减小磁偏吹。

熔滴和熔池的作用力

焊接电弧不但是一个热源，而且也是一个力源，熔滴过渡过程中，熔滴和熔池会受到各种外力的作用。采用一定的工艺措施，可以改变熔滴和熔池上的作用力，保证焊接过程的稳定性，控制焊缝成形，减少焊接飞溅，从而获得良好的焊接接头。

1）重力 重力使物体始终具有下重的倾向。平焊时，熔滴的重力会促进熔滴过渡，而熔池在重力的作用下，如果温度过高，熔池过大，则会产生焊瘤和烧穿现象。立焊工仰焊时，重力阻碍熔滴向熔池过渡，采用短弧焊可以克服重力的影响。

2）表面张力 平焊时，液态熔滴表面张力会阻碍熔滴过渡，而仰焊时，熔滴表面张力可使其不易滴落，有利于向熔池过渡。熔池液态金属表面张力使熔池力求趋于保持平面，可在一定程度上阻止重力所引起的表面凹陷。同时，在熔滴与熔池短路接触时，熔池表面张力可将熔滴拉入熔池，加速熔滴的短路过渡。

3）电弧气体吹力 焊条电弧焊时，焊条药皮的熔化速度比焊芯的熔化速度稍慢一些，在焊条熔化端头形成一个套管，药皮成分中的造气剂熔化后产生大量的气体从套管中喷出，并在高温状态下体积急剧膨胀，沿焊条的轴线方向形成粗蔽榷ǖ钠流，把熔滴吹入熔池中去。在任何焊接位置，电弧气体吹力都有助于熔滴过渡。

4）电磁压缩力 焊条电弧焊是将焊条及焊条末端的熔滴作为导体，当有焊接电流通过后就会在它们周围产生磁场，并产生从四周向中心的电磁压缩力。焊条末端熔滴的缩颈部分电流密度较大，产生的电磁压缩力也较高，可促使熔滴很快地脱离焊条端部向熔池过渡。

5）极点压力 在焊接电弧中，极点压力是阻碍熔滴过渡的力。当采用直流正接时，阳离子的压力阻碍熔滴过渡；当采用直流反接时，电子的压力阻碍熔滴过渡。由于阳离子质量大，阳离子流比电子流的压力也大，所以直流反接时，容易产生细颗粒过渡，而正接时则不容易。