第二章__手工電弧焊工藝

1、第二章第二章 手工電弧焊工藝手工電弧焊工藝 n一一 學習目標學習目標 n 熟練掌握本章的基本概念，了解焊條電弧焊的焊接過程 及特點。理解并掌握焊接接頭形式和焊縫形式；了解焊縫 符號的表示；掌握焊條電弧焊工藝的特點及工藝參數的選 擇，能夠正確分析手工電弧焊焊接缺陷并能選擇相應的減 小或防止措施。 n二二 重點重點 n1）焊接接頭形式和焊縫形式。 n2）手工電弧焊焊接工藝參數的選擇 n3）手工電弧焊焊接缺陷及相應的減小或防止措施。 n三三 難點難點 n 手工電弧焊焊接工藝參數的選擇 焊條電弧焊的原理及特點焊條電弧焊的原理及特點 一、焊條電弧焊的焊接過程一、焊條電弧焊的焊接過程 焊條電弧焊通常用英文

2、簡稱SMAW（Shielded Metal Arc Welding）表示。 焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。 焊條電弧焊的過程如圖所示： 焊縫質量有很多因素決定，如母材 金屬和焊條質量、焊前的清理程度、 焊時電弧的穩(wěn)定情況、焊接參數、 焊接操作技術、焊后冷卻速度、以及 焊后熱處理等。 二、焊條電弧焊的特點二、焊條電弧焊的特點 1 1焊條電弧焊具有以下優(yōu)點：焊條電弧焊具有以下優(yōu)點： （1）操作靈活，適應性強。 設備簡單，不受焊縫空間位置、接頭形式及操作場合的限制。 （2）對焊接接頭的裝配要求低。 （3）可焊材料廣，常用于低碳鋼、低合金結構鋼的焊接。 2 2焊條電弧焊具有以下缺點：

3、焊條電弧焊具有以下缺點： （1）生產率低，勞動強度大。 （2）焊縫質量依賴性強 一、焊接接頭形式、坡口和焊縫一、焊接接頭形式、坡口和焊縫 1 1、接頭形式、接頭形式 焊接接頭：在焊件需連接部位，用焊接方法制造而成的接頭稱為焊接接頭，一般 簡稱接頭。 組成：以熔化焊為例，焊接接頭由焊縫金屬、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成， 熔化焊焊接接頭的組成，如圖所示。 a）對接接頭斷面圖 b）搭接接頭斷面圖 1-焊縫金屬 2-熔合區(qū) 3-熱影響區(qū) 4-母材 2.1 焊接接頭形式和焊縫形式焊接接頭形式和焊縫形式 對接接頭：兩焊件端面相對平行 的接頭。 T型接頭：一焊件表面與另一焊件 面構成直角或近似直角的接頭。 角接接

4、頭：兩鋼板端面構成大于 30度小于135度夾角的接頭。 搭接接頭：兩鋼板部分重疊構成 的接頭。 （1）對接接頭）對接接頭 對接接頭是各種接頭中受力最好、最省材料的接頭形式， 常用的對接接頭形式如圖所示。 a）不開坡口 b）開坡口 c）削薄 d）帶墊板 （2）T形（十字）接頭形（十字）接頭 n將一個焊件的端面與另一焊件的表面構成直角或近似直角， 用角焊縫連接起來的接頭，稱為T形（十字）接頭。 n這類接頭能承受各種方向的外力和力矩的作用。 n常見的T形接頭的形式如圖所示。 a）單面不開坡口 b）開K形坡口 c）開單邊V形坡口 d）雙面不開坡口 （3）角接接頭）角接接頭 角接接頭多用于箱形構件， n

5、常見的角接接頭的形式如圖所示。 na）簡單角接接頭 b）雙面角接接頭 c）開V形坡口 nd）開K形坡口 e）、f）易裝配角接接頭 ng）保證準確直角的角接接頭 h）不合理的角接接頭 （4）搭接接頭）搭接接頭 n兩板件部分重疊起來進行焊接所形成的接頭稱為搭接接頭。 n搭接接頭的應力分布極不均勻，疲勞強度較低，不是理想 的接頭形式。 n但是，搭接接頭的焊前準備和裝配工作比較簡單， n所以在受力較小的焊接結構中仍能得到廣泛的應用。 n常見的搭接接頭的形式如圖所示。 n a）不開坡口 b）圓孔內塞焊 c）長孔內塞焊 2、焊縫形式、焊縫形式 焊縫是焊件經焊接后所形成的結合部位。焊縫是焊件經焊接后所形成的

6、結合部位。 焊縫形式的空間位置 焊縫位 置應便于焊 接操作 不不 合合 理理 合合 理理 2.2 焊縫的符號焊縫的符號 n焊縫符號是把在圖樣上用技術制圖的方法表示的焊縫基本 形式和尺寸采用一些符號來表示的方法。 n焊縫符號可以表示出： n（1）所焊焊縫的位置； n（2）焊縫橫截面形狀及坡口尺寸； n（3）焊縫表面形狀特征； n（4）焊縫某些特征及其他的要求等。 1、焊縫符號的組成、焊縫符號的組成 n焊縫符號一般由基本符號和指引線組成，必要時 可以加上輔助符號、補充符號和焊縫尺寸及數據。 n（1）基本符號 表示焊縫端面（坡口）形狀的符 號，見表。 下表是焊縫的基本符號 焊縫名稱焊縫橫截面 形狀

7、符號 I形焊縫 焊縫名稱焊縫橫截面形狀 符號 V形焊縫 帶鈍邊的V形焊 縫 單邊V形焊縫 焊縫名稱焊縫橫截面形狀 符號 帶鈍邊的單邊V 形焊縫 帶鈍邊的U形焊 縫 封底焊縫 焊縫名稱焊縫橫截面形狀 符號 角焊縫 塞焊縫或槽焊縫 焊縫 喇叭形焊縫 焊縫名稱焊縫橫截面形狀 符號 點焊縫 縫焊縫 2、輔助符號、輔助符號 n 表示焊縫表面形狀特征的符號，如書上表2-3所 示。當不需要確切說明焊縫的表面形狀時，可以 不用輔助符號。 3、符號在圖樣上的位置、符號在圖樣上的位置 焊接符號必須通過指引線及有關規(guī)定才能準確無誤地表示焊 縫。 （1）指引線由帶箭頭的箭頭線和兩條基準線兩部分組成。 （2）符號及數據

8、的標準位置）符號及數據的標準位置 n如下圖所示為焊縫尺寸符號及數據的標準位置。 標注原則如下：標注原則如下： na 焊縫橫截面上的尺寸標注在基本符號的左側； nb焊縫長度方向的尺寸標注在基本符號的右側； nc坡口角度、坡口面角度、根部間隙等尺寸標注在基本符 號的上側和下側； nd相同焊縫數量符號標注在尾部； nf當需要標注的尺寸數據較多又不易分辨時，可在數據前 面增加相應的尺寸符號。 4、焊縫尺寸符號、焊縫尺寸符號 n用來代表焊縫的尺寸要求，如下表所示為常用焊縫尺寸符號。 當需要注明尺寸要求時才標注。 名稱符號示意圖標注示例 工件厚度 坡口角度 坡口深度 根部間隙 鈍邊高度 H B p 名稱符

9、號示意圖標注示例 焊縫段數 焊縫長度 焊縫間距 焊腳尺寸 n l e K 熔核直徑d 相同焊縫符號 數量 N 5、識別焊縫代號的基本方法、識別焊縫代號的基本方法 n1）根據箭頭的指引方向了解焊縫在焊件上的位置。 n2）看圖樣上焊件的結構形式（即組焊焊件的相對 位置）識別出接頭形式。 n3）通過基本符號可以識別焊縫形式（即坡口形 式）， n基本符號上下標有坡口角度及對裝間隙 n4）通過基準線的尾部標注可以了解： n采用的焊接方法、對焊接的質量要求、以及無損 檢驗要求。 實例實例 n焊縫代號應用實例如圖 a所示為T形接頭的焊縫 形式，b所示為焊縫代號標注。焊縫代號表達的 含義是：采用等雙面角焊縫，

10、且焊腳尺寸 K=5mm，在工地上用焊條電弧焊施焊。 a） b） 焊縫形式及代號標注 2.3 焊接工藝參數及選擇（重點、難點）焊接工藝參數及選擇（重點、難點） 焊接工藝參數的內容；、U、V 1、焊條直徑：2.0、3.2、4.0mm 選擇依據：板厚、位置、層數、接頭形式 （原則：能大則大效率高） 三、焊條電弧焊的基本操作技術三、焊條電弧焊的基本操作技術 引弧引弧 (1)劃擦法-先將焊條對準焊件，再將焊條像劃火柴似的在焊件表面輕輕劃擦，引 燃電弧，然后迅速將焊條提起2-4mm，并使之穩(wěn)定燃燒， (2) 直擊法-將焊條末端對準焊件，然后手腕下彎，使焊條輕微碰一下焊件，再迅 速將焊條提起24mm，引燃電

11、弧后手腕放平，使電弧保持穩(wěn)定燃燒。這種引弧方 法不會使焊件表面劃傷，又不受焊件表面大小、形狀的限制, 所以是在生產中 主要采用的引弧方法。但操作不易掌握，需提高熟練程度。 2 2運條運條 運條是焊接過程中最重要的環(huán)節(jié)，它直接影響焊縫的外表成形和 內在質量。電弧引燃后，一般情況下焊條有三個基本運動： 朝熔池方向逐漸送進 沿焊接方向逐漸移動 橫向擺動 常用的運條方法 ： (1) 直線形運條法 (2) 直線往復運條法 (3) 鋸齒形運條法 (4) 月牙形運條法 (5) 三角形運條法 (6) 圓圈形運條法 3 3焊縫收尾焊縫收尾 焊縫收尾時，為了不出現尾坑，焊條應停止向前移動，而采用劃圈收尾法 或反復

12、斷弧法等自下而上地慢慢拉斷電弧，以保證焊縫尾部成形良好。 (1) 劃圈收尾法-焊條移至焊道的終點時，利用手腕的動作做圓圈運動，直到填 滿弧坑再拉斷電弧。該方法適用于厚板焊接，用于薄板焊接會有燒穿危險。 (2) 反復斷弧法-焊條移至焊道終點時，在弧坑處反復熄弧、引弧數次，直到填 滿弧坑為止。該方法適用于薄板及大電流焊接，但不適用于堿性焊條，否則會產 生氣孔。 (3)轉移收尾法-焊條移到焊縫終點時，在弧坑處稍作停留，將電弧慢慢拉長， 引到焊縫邊緣的母材坡口內。適用于堿性焊條，在焊條的更換，臨時?；r常用。 實例1 n16Mn鋼是我國應用最廣的熱軋鋼，主要用于制造鍋爐、 高壓容器、橋梁、船舶、車輛、

13、輸油輸氣管道、大型鋼結 構等設備?，F以兩焊件厚度為8mm的16Mn鋼的手工電弧 焊對接焊接工藝為例，說明手工電弧焊焊接工藝。 n一、焊前準備 n1.根據16Mn鋼強度等級，焊接材料選用與母材相等強度等級的牌 號為J507的焊條。焊條直徑要根據焊件的厚度和坡口形式選擇， 如果工件厚度大于6 mm對接焊時，為確保焊透強度，在板材的 對接邊沿開切V形或X形坡口，坡口角度為60，鈍邊p=01 mm ,裝配間隙b01 mm，如圖2-14a和b所示。當板厚差4 mm時，應對較厚板材的對接邊緣進行削斜處理，如圖2-14c。本 例中采用圖2-14a中的坡口形式。所以焊條直徑選為3.2mm或 4mm。 n a）

14、 b） c） 圖2-14 焊接坡口形式 n4.焊條烘焙：酸性藥皮類型焊條焊前烘焙1502保溫2 小時；堿性藥皮類焊條焊前必須進行3003502烘焙， 并保溫2小時才能使用。 n5.焊前接頭清潔要求，在坡口或焊接處兩側30 mm范圍內 影響焊縫質量的毛刺、油污、水、鐵銹等臟物及氧化皮， 必須清除干凈。 n三、焊接 n1、焊接時，本例若是平焊位置焊接焊接參數如表所示，當立、橫、 仰焊時焊接電流應降低1015；大于16 mm板厚焊接底層選 3.2mm焊條，角焊焊接電流應比對接焊焊接電流稍大。 n2.為使對接焊縫焊透，其底層焊接應選用比其他層焊接的焊條直徑較 小。 n3.厚件焊接，應嚴格控制層間溫度，

15、各層焊縫不宜過寬，應考慮多道 多層焊接。多層焊接時，下一層焊開始前應將上層焊縫的藥皮、飛濺 等清除干凈，多層焊每層焊縫厚度不超過34mm。 n4.對接焊縫正面焊接后，反面使用碳弧氣刨，并進行封底焊接。 n表2-8 手工電弧焊焊接工藝參數 焊接方 法 焊條牌 號 直徑 （mm） 電流極 性 電流/ （A） 電壓/ （V） 焊接層 數 手工電 弧焊 J507 3.2 直流反 接 80-10023-241 4105-11025-272 4110-15026-383 n四、焊縫質量要求 n1、重要結構對接焊縫按各項設計技術要求進行一定數 量的X光或超聲波焊縫內部檢查，并按設計規(guī)定級別評 定。 n2、外

16、表焊縫檢查：所有結構焊縫全部進行檢查，其焊 縫外表質量要求： n（1）焊縫直線度：任何部位在100mm內直線度應 2mm。 n（2）焊縫咬邊：當板厚6mm，d0.3mm，局部 d0.5mm； n當板厚6mm，d0.3mm，局部d0.5mm(d為咬邊深 度) n（3）焊縫不允許低于工件表面及裂縫，未熔合等缺陷 存在。 n（4）全部焊接缺陷允許進行修補，修補后應打磨光順。 實例2 16Mn手工電弧焊焊接工藝 n一、焊接材料的選擇 n選用16Mn鋼作為母材，坡口形式與裝配要求如圖2-15 所示。 圖2-15 坡口形式及裝配要求 n1、所選材料（焊縫、焊條等）的質量必須符合國家標準。并具有相 應的合格

17、證。 n2、焊條的選擇按焊條成分盡量接近母材成分的原則選擇焊條材 料，根據16Mn鋼材料的成分，我們選擇了型號為E5016焊條。 n二、焊接準備 n1、接頭形式為角接頭，考慮焊接方便，填充金屬量少，便于操 作，采用打底焊單面焊雙面成形工藝，坡口用刨邊機進行機加工。 n2、焊條烘干為了排除藥皮中的水分，防止焊縫中產生氣孔，保 證焊縫質量，一般采用先低溫40，保溫3個小時烘干，再高溫烘焙， 由于焊條選用E5016，則選擇烘焙溫度為250，時間1小時，焊條烘 干后應放在100-150的保溫桶內，隨用隨取，焊條取出后在常溫下 超過4小時應重新烘干。 n3、焊接環(huán)境當施焊環(huán)境出現下列一種情況時，應采取有

18、 效防護措施，否則不能焊接： n（1）手工焊時風速大于10m/s（風速過大易引起熔 滴飛濺，熔滴過渡受到影響），應采取防風措施； n（2）相對濕度大于90%（濕度大，H20的含量過高， 在焊接的高溫情況下會發(fā)生H20=2H+O反應，產生H2氣 孔和CO氣孔）； n（3）選擇焊接方法和焊接設備要根據焊件的情況， 母材為厚度為8mm的16Mn鋼，所以為了保證焊透，需要 采用熱量較為集中的方法焊接。采用手工電弧焊進行焊接， 應先打底焊，再蓋面焊。手弧焊設備選用WS7-400手工焊 焊機，采用直流反接。 n三、焊接操作 n1、焊接前，應將坡口及內壁兩側各30mm以內的油 漆、鐵銹等雜物清除干凈。由于焊

19、接表面上的氧化皮和鐵 銹對金屬有氧化作用使焊縫中增氧，導致CO氣孔的產生， 并且降低焊縫的力學性能。 n2、采用手工電弧焊先打底焊，使用雙面成形技術進行焊 接，然后再進行過渡層的焊接，由于焊縫表面處坡口夾角 較小，為了便于清根和運條操作，過渡層焊接采用手工電 弧焊，焊條選用3.2，焊接層數為1層，同時采用小直徑 焊條小電流焊對焊縫組織結構形式有所改善。最后進行蓋 面焊接，采用直徑4.0mm的焊條進行焊接。 焊接方 法 焊條牌 號 直徑 （mm） 電流極 性 電流/ （A） 電壓/ （V） 焊接層 數 手工電 弧焊 E5016 3.2 直流反 接 85-10023-241 4105-11524-

20、252 4120-16025-273 表2-9手工電弧焊焊接參數 四、焊接檢驗 焊接完成后，按照產品的要求進行超聲波探傷， 外觀質量檢查等檢驗。 2.5 電弧焊焊接缺陷分析電弧焊焊接缺陷分析 n2.5.1焊接缺陷的危害 n 焊接過程中在焊接接頭中產生的不符合設計或工藝文 件要求的缺陷，叫焊接缺陷。 n 焊接結構的失效，破壞以至于發(fā)生事故，絕大部分并 不是由于結構強度不足，而是在焊接接頭中產生的各種缺 陷所致，這些缺陷中尤以焊接裂紋的危害性最大。由于電 弧焊接工藝的特點，要在焊接接頭中消除一切缺陷，是不 可能的。但盡可能將缺陷控制在允許的范圍內，則是焊接 工藝能夠達到的目標。 n焊接缺陷又分為外

21、部缺陷和內部缺陷。 2.5.2外部缺陷外部缺陷 n 外部缺陷是指那些位于焊縫表面，用肉眼或 低倍放大鏡就能看到的缺陷，如焊縫尺寸不符合 要求、咬邊、焊瘤，弧坑、表面氣孔、表面裂紋 等。 n1焊縫尺寸及形狀不符合要求，主要表現為焊縫表面形 狀高低不平，寬窄不一的現象。 n 焊縫外觀尺寸不符合要求，不僅造成焊縫成形不美觀， 而且降低了焊縫與基本金屬的結合強度，易造成應力集中， 不利于焊件結構的安全使用。 n 產生這種缺陷的原因主要有：由于操作方法不當引起， 焊接電流過大或過小，焊件裝配間隙不均勻，或坡口角度 不當，焊條質量差或焊接過程中電弧產生偏吹。 n防止產生這種缺陷的措施是：要熟練地掌握電弧長

22、度，保 證電弧穩(wěn)定，防止偏吹，正確選擇坡口角度和裝配間隙。 n2咬邊 n 由于焊接參數選擇不當，或操作工藝不正確，沿焊趾的 焊件母材部位產生的溝槽或凹陷稱咬邊。 n 產生原因：焊接工藝參數選擇不當焊接電流太大，電弧過 長，運條速度和焊條角度不適合等。 主要措施：正確選擇焊接工藝參數，使電流適宜或略小， 適當掌握電弧長度，正確應用運條方法和控制焊接速度， 焊條角度要正確，在平焊、立焊、仰焊位置焊接時，焊條 沿焊縫中心線保持均勻對稱的擺動，橫焊時，焊條角度應 保持熔滴平穩(wěn)地向熔池過渡而無下淌現象。 n3焊瘤 n在焊接過程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上 所形成的金屬瘤，稱為焊瘤。 n焊瘤產

23、生的主要原因是；由于接縫間隙太大，操作不當， 運條方法不正確。有時焊接電流太大，電弧過長，焊條熔 化太快，焊速太慢等也會造成焊瘤。 n防止產生焊瘤的措施是：提高操作的技術水平，正確選擇 焊接工藝參數，靈活調整焊條角度，裝配間隙不宜過大。 立焊，仰焊時應嚴格控制熔池溫度，不使其過高。運條速 度要均勻，并需選用正確的焊接電流。 n4凹坑 n焊后在焊縫表面或焊縫背面形成的低于母材表面的局部低 洼部分稱為凹坑，在焊縫收弧處產生的凹陷現象，也是凹 坑的一種，稱為弧坑。 n產生凹坑的主要原因是：操作技能不熟練，不善于控制熔 池形狀，焊接電流過大，焊條又未適當擺動，或者過早進 行表面焊縫的焊接，熄弧時突然停

24、止，未填滿弧坑。 n 防止凹坑產生的措施是：熟練掌握操作技能，并注意在 收弧處作短時間的停留或作劃圈形收弧。重要的焊件要設 置引弧板和引出板，在構件上不允許留有凹坑。 n5燒穿 n焊接過程中，熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷 稱為燒穿。 n產生燒穿的主要原因是：焊接電流過大，焊接速度過慢以 及電弧在焊縫某處停留時間過長等引起焊件受熱過甚，焊 件間隙太大也容易產生燒穿。 n 防止燒穿的措施是：正確選擇焊接電流和焊接速度，減 少熔池在每一部位的停留時間，嚴格控制焊件的裝配間隙， 并保持均勻一致。 2.5.3內部缺陷內部缺陷 n內部缺陷位于焊縫的內部，如未熔合，未焊透、內部氣孔，裂紋及夾 渣等

25、。 n1、未熔合 n未熔合主要指焊道與母材之間或焊道與焊道之間來完全熔化結合的現 象。 n未熔合直接降低了焊接接頭的機械性能，嚴重的未熔合會使焊接結構 根本無法承載。 n 產生未熔合的主要原因是；焊接電流太小，焊條偏心或運條方法不 當，焊速太快，熱量不夠及焊件表面或前一道表面有氧化皮或熔渣存 在也會造成未熔合。 n 防止產生未熔合的措施是：加強坡口清理和層間清理、正確選擇焊 接電流、焊接速度，注意運條角度和焊條擺動速度，焊接操作時應注 意分清熔渣和鐵水。焊條偏心應調整角度使電弧處于正確方向。 n2未焊透 焊接時接頭根部未完全熔透的現象叫未焊透。 n未焊透不僅降低接頭的機械性能，并且造成應力集中

26、，承 載后往往會引起裂紋。在對接焊縫中，是不允許未焊透缺 陷存在的。 n產生未焊透的主要原因是：焊接坡口鈍邊過大，坡口角度 太小，封底間隙太小，操作時，無法將焊條伸入根部。運 條角度不正確，熔池偏于一側，焊接電流過小，速度過快。 弧長太長，焊接時有偏吹現象等。 n防止產生來焊透的措施是：正確選擇坡口形式及裝配間隙， 熟練掌握操作技能，焊接時要防止電弧偏吹。 n3夾渣 n焊后殘留在焊縫中的熔渣稱為夾渣。夾渣會降低焊縫的力 學性能。因夾渣多數是不規(guī)則的多邊形，其尖角會引起很 大的應力集中，容易使焊接結構在承載時遭受破壞。 n 產生夾渣的主要原因是：焊接電流太小，焊接速度太快， 使熔渣來不及浮出，焊

27、接坡口邊緣或焊層之間的熔渣未清 理干凈，運條不當，熔渣與鐵水分離不清，阻礙熔渣上浮。 n防止產生夾渣的措施：正確選擇焊接工藝參數，做好焊前 及焊層間的清理工作，熟練掌握操作技能，盡量采用具有 良好工藝性能的焊條。在焊縫的內部缺陷中，除了上述這 些缺陷外，焊接接頭還可能出現氣孔和裂紋。 n4氣孔 n 焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能超出而殘存下來 所形成的空穴，叫氣孔。氣孔可分為密集氣孔、條蟲狀氣 孔和針狀氣孔等。 n氣孔是焊接生產中常見的一種缺陷，它不僅削弱了焊縫的 有效工作截面，同時也會帶來應力集中，降低焊縫金屬的 強度和塑性。對于受動載荷的焊件，氣孔還會顯著地降低 焊縫的疲勞強度。 n在正常操作情況下，形成氣孔的氣體是氫和一氧化碳，氬 弧焊時，由于氣體保護不嚴，空氣中的氮進入熔池，也會 形成氣孔。 影響因素影響因素: n1）鐵銹和水分 n 2）焊接方法 n3）焊條種類 n4）電流種類和極性 n5）焊接工藝參數 （2）防止措施）防止措施 n1）仔細清除焊件表面上的鐵銹等污物，清除范圍手弧焊 為焊縫兩側各10mm，埋弧自動焊為20mm。 n 2）焊條、焊劑在焊前應按規(guī)定嚴格烘干，焊條應存放于 保溫桶中，做到隨用隨取。 n 3）采用合適的焊接工藝參數，使用堿性焊條時，一定 要用短弧焊。 n5熱裂紋 n焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近高溫 區(qū)產生的裂紋稱為熱裂紋。