第一篇：焊接工艺2(焊工工艺学电子教案)

第三章：焊接电弧

电弧具有两个特性，即它能放出强烈的光和大量的热。电弧发出的光和热被广泛地应用于工业上，如电弧是所有电弧焊接方法的能源。到目前为止，电弧焊在焊接方法中其所以仍占据着主要地位，一个重要的原因就是因为电弧能有效而简便地把电能转换成熔化焊接过程所需要的热能和机械能。

为了认识和掌握电弧焊方法，首先必须弄清电弧的实质，掌握电弧的基础知识。本章就是从理论上对电弧的性质及作用进行分析，通过学习，使我们能把焊接电弧的知识应用到电弧焊焊接工作中去，从而达到提高焊接质量的目的。

第一节： 焊接电弧的引燃过程

一、焊接电弧的概念

焊接时，将焊条与焊件接触后很快拉开，在焊条端部和焊件之间立即会产生明亮的电弧,电弧是一种气体放电现象。

我们在日常生活中经常可以看到气体放电现象，例如，每当我们切断电源的时候，在闸刀刚刚离开接触处的瞬间，往往会产生明亮的火花，这就是气体放电的现象。但它与焊接电弧相比较，焊接电弧不但能量大，而且连续持久。因此我们可以说：“由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。

一般情况下，由于气体的分子和原子都是呈中性的，气体中几乎没有带电质点，因此气体不能导电，电流也通不过，电弧就不能自发地产生。要使气体呈现导电性必须使气体电离，气体电离后，原来气体中的一些中性分子或原子转变为电子、正离子等带电质点，这样电流才能通过气体间隙而形成电弧。

１．气体电离

气体和自然界的一切物质一样，电子是按一定的轨道环绕原子核运动，在常态下原子是呈中性的。但在一定的条件下，气体原子中的电子从外面获得足够的能量，就能脱离原子核的引力而成为自由电子，同时原子由于失去电子而成为正离子。这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离。

使气体电离所需要的能量称为电离电位（或电离功）。不同的气体或元素，由于原子构造不同，其电离电位也不同。

在焊接时，使气体介质电离的种类主要有热电离、电场作用下的电离、光电离。

（１）热电离：气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。温度越高，热电离作用越大。

（２）电场作用下的电离：带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，当不断与中性粒子相碰撞时，则不断地产生电离。如两电极间的电压越高，电场作用越大，则电离作用越强烈。

（３）光电离 中性粒子在光辐射的作用下产生的电离，称为光电离。

２．阴极电子发射

阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。

焊接时，气体的电离是产生电弧的重要条件，但是，如果只有气体电离而阴极不能发射电子，没有电流通过，那么电弧还是不能形成。因此阴极电子发射也和气体电离一样，两者都是电弧产生和维持的必要条件。

一般情况下，电子是不能自由离开金属表面向外发射的，要使电子逸出电极金属表面而产生电子发射，就必须加给电子一定的能量，使它克服电极金属内部正也荷对它的静电引力。所加的能量越大，促使阴极产生电子发射作用就越强烈。电子从阴极金属表面逸出所需要的能量称为逸出功，电子逸出功的大小与阴极的成分有关。

焊接时，根据阴极所吸收的能量的不同，所产生的电子发射有以下几类：热发射、电场发射、撞击发射等。阴极发射电子后，又从焊接电源获得新的电子。

1）热发射 焊接时，阴极表面温度很高，阴极中的电子运动速度很快，当电子的动能大于阴极内部正电荷的吸引力时，电子即冲出阴极表面产生热发射。温度越高，则热发射作用越强烈。（２）电场发射 在强电场的作用下，由于电场对阴极表面电子的吸引力，电子可以获得足 够的动能，从阴极表面发射出来。当两电极的电压越高，金属的逸出功小，则电场发射作用越大。

（３）撞击发射 当运动速度较高，能量较大的正离子撞击阴极表面时，将能量传递给阴极而产生电子发射现象，叫做撞击发射。如果电场强度越大，在电场的作用下正离子的运动速度也越快则产生的撞击发射作用也越强烈。

实际上在焊接时，以上几种电子发射作用常常是同时存在，相互促进的，但在不同条件下，它们所起的作用可能稍有差异。例如，在引弧过程中，热发射和电场发射起着主要作用；电弧正常燃烧时，如采用熔点较高的材料（钨或碳等）作阴极，则热发射作用较显著；若用铜或铝等作阴极时，撞击发射和电场发射就起主要影响；而钢作阴极时，则和热发射、撞击发射、电场发射 都有关系。

二、焊接电弧的引燃过程

上面所讨论的气体电离及阴极电子发射，是电弧燃烧的必要条件，我们把开始造成两电极间气体发生电离及阴极电子发射而引起电弧燃烧的过程叫电弧引燃。

电弧的引燃是先将通上焊接电源的焊条末端与焊件表面相接触，然后很快地将焊条拉开至与焊件表面距离 ３～４ ｍｍ的间隙，则电弧就在焊条与焊件的间隙中燃烧了。焊接时，为什么首先要将焊条与焊件相接触，然后很快拉开至 ３～４ ｍｍ电弧才能引燃呢？它的理论依据是什么呢？下面我们针对这个问题来进行分析。

当焊条末端与焊件表面相接触时，焊接回路就发生了短路，这时可使回路电流增大到最大值。另外，由于电极表面的不平整，因而在接触部分通过的电流密度非常大，根据焦耳·楞次定律2（Q=0.24ＩＲｔ）可以知道，由于电流的热作用，使接触部分的签属温度剧烈地升高而熔化，甚至部分发生蒸发而变成金属蒸气。当很快地提起焊条时，在焊条离开焊件的瞬间，强大的电流只能从熔化金属的细颈通过，由大电流密度而产生的热作用突然增大，使细颈部分液体金属的温度猛烈升高，甚至像“保险丝”气化爆裂那样，使两极液体金属迅速分开。由于短路时强大电流的热作用及金属蒸气的存在，促使焊条与焊件的间隙中气体温度增高，在热与电场的作用下，这些高温气体就会发生电离，这样，在焊条与焊件的气体间隙中就充满了带电粒子、电子及正离子，因此就具备了电弧在这里燃烧的条件。同时当焊条与焊件接触而发生短路时，数值很大的短路电流使电源电压急剧的降低，几乎达到零值。但是当焊条提起离开焊件的瞬间，焊接回路中的电流就急剧的减小。焊条与焊件之间的电股叵快的增高到能满足电弧燃烧所需要的电压值（一般为 １８～２４ Ｖ）。而且在电压恢复的瞬间，由于两极间电场强度很大，于是电场发射作用立即产牛，而热发射、撞击发射也随之产生。这样，在阴极不断发射电子和两极间气体微粒连续地发生电离和中和的过程，并在电场作用下，带电粒子各自作定向高速运动，电弧便引燃起来了。

在焊接过程中，电源电压由短路时的零值增到电弧复燃的电压值所需要的体可，称为电压恢复时间。电压恢复时间对于焊接电弧的复燃及焊接过程中电弧的稳定性具有重大的实际意义。这个时间长或短，是由弧焊机的特性来决定的。在电弧焊接时，对电压恢复时间要来越短越好，一般不超过 0.05s、如果电庄恢复时间太长，则电弧就不容易引燃并造成焊接过程不稳定。

焊接电弧引燃的顺利与否，还与如下几个因素有关：焊接电流强度、电弧中的电离物质。电源的空载电压及其特性等。如果焊接电流大，电弧中又存在容易电离的元素，电源的空载电压高时，则电弧的引燃就容易。

第二节：焊接电弧的构造及静特性

一、焊接电弧的构造及温度

焊接电弧的构造可划分三个区域；阴极区、阳极区、弧柱。电弧焊是利用电弧的热能来达到连接金属的目的。电弧的热能是由上述各个区域的电过程作用下产生的，由于各区域的电过程特点不同，因此各区域所放出的能量及温度的分布也是不相同的。

１、阴极区

-5-6电弧紧靠负电极的区域称为阴极区，阴极区很窄，约为１０～10ｃｍ。在阴极区的阴极表面有一个明显的光亮斑点，它是电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的微小区域。称为阴极辉点。

阴极区的温度一般达2130～3230℃，放出的热量占36％左右。阴极温度的高低主要取决于阴极的电极材料，而且阴极而温度一般都低于阴极金属材料的沸点，此外，如果增加电极中的电流密度，那么阴极区的温度也可以相应提高。

２、阳极区

-3-4电弧紧靠正电极的区域称为阳极区，阳极区较阻极区宽，约为10—10ｃｍ。在阳极区的阳极表面也有光亮的斑点，它是电弧放电时，正电极表面上集中接收电子的微小区域．称为阳极辉点。

阳极不发射电子，消耗能量少，因此在和阴极材料相同时，阳极区的温度略高于阴极，阳极区的温度一般达2330—3930℃，放出热量占43％左右。一般手工电弧焊时，阳极的温度比阴极的温度高些。

３、弧柱

电弧阴极区和阳极区之间的部分称为弧柱。由于阴极区和阳极区都很窄，因此弧柱的长度基本上等于电弧长度。弧柱中所进行的电过程较复杂，而且它的温度不受材料沸点的限制，因此弧柱的中心温度可达5730～7730℃。放出的热量占21％左右（手工电弧焊）。弧柱的温度与弧柱中气体介质和焊接电流大小等因素有关；焊接电流越大，弧柱中电离程度也越大，弧柱温度也越高。

以上是直流电弧的热量和温度分市情况·而交流电弧由于电源的极性是周期性地改变的（５０ ＨＺ），所以两个电极区的温度趋于一致（近似于它们的平均值）

４、电弧电压

电弧两端（两电极）之间的电压降称为电弧电压。当弧长一定时，电弧电压的分布如P41页图３—５所示。

电弧电压用下式表示：－。

Ｕ弧=Ｕ阴+Ｕ阳+Ｕ柱=Ｕ阴+Ｕ阳十bl弧 式中：Ｕ弧——电弧电压（Ｖ）；

Ｕ阴——阴极压降（Ｖ）。

Ｕ阳——阳极压降（Ｖ）；

Ｕ柱——弧柱压降（Ｖ）；

ｂ——单位长度的弧柱压降，一般为 ２０～４０ Ｖ／ｃｍ；

l弧——电弧长度（ｃｍ）。；

二、电孤的静特性

在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，一般也称伏—安特性。表示它们关系的曲线叫做电弧的静特性曲线。

１．电弧静特性曲线

电弧静特性曲线呈Ｕ形，它有三个不同的区域，当电流较小时．电弧静特性是属下降特性区，即随着电流增加电压减小；当电流稍大时，电弧静特性属平特性区，即电流大小变化，而电压几乎不变；当电流较大时，电弧静特性属上升特性区，电压随电流的增加而升高.２．焊接方法不同时的电弧静特性曲线

不同的电弧焊方法，在一定的条件下，其静特性只是曲线的某上区域。

（1）、手工电弧焊 手弧焊时，由于使用电流受到限制（手弧焊设备的额定电流值不大于500Ａ），故其静特性曲线无上升特性区。

（2）、埋弧自动焊 在正常电流密度下焊接时，其静特性为平特性区，采用大电流密度焊接时，其静特性为上升特性区。

（3）、钨极氩弧焊 一般在小电流区间焊接时，其静特性为下降特性区；在大电流区间焊接时，静特性为平特性区。

（４）、细丝熔化极气体保护焊 由于电流密度较大，所以其静特性曲线为上升特性区。在一般情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比地变化，当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随之上升。

第三节： 焊接电源的极性、应用及电弧的稳定性

一、焊接电源的极性

在焊接过程中，直流弧焊发电机的两个极（正极和负极）分别接到焊件和焊钳上。从前一节电弧的构造及温度可知，当焊件或焊钳所接的正、负极不同测温度也相应不同。因此，在使用直流弧焊发电机时，应考虑选择电源的极性问题，以保证电弧稳定燃烧和焊接质量。

所谓电源极性就是在直流电弧焊或电弧切割时，焊件与电源输出端正、负极的接法，有正接和反接两种。所谓正接就是焊件接电源正极，电极接电源负极的接线法，正接也称正极性。反接就是焊件接电源负极，电极接电源正极的接线法，反接也称反极性，对于交流电焊机来说，由于电源的极性是交变的，所以不存在正接和反接。

二、焊接电没标性的应用

在选用焊接电源的极性时，主要应根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。在电弧构造这一节中，我们已知手弧焊时，当阳极和阴极的材料相同时，则阳极区的温度大于阴极区的温度。因此我们在使用酸性焊条（如Ｅ４３０３等）时，利用电源的不同极性接线法，来焊接不同要求的焊件。如焊接厚钢板采用酸性焊条时，可采用直流正接性，以获得较大的熔深；而在焊接薄钢板时，则采用直插足接性；可防止烧穿。若酸性焊条采用交流电焊机时，其熔深则介于直流正极性和反极性之间。

如果在焊接重要结构使用碱性低氢钠型焊条时，无论焊接厚板或薄板，均应采用直流反极性，因为这样可以减少飞溅现象和减少气孔倾向，并能使电弧稳定燃烧。

三、电弧燃烧的税定性

焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和磁偏吹等）的程度，电弧的稳定燃烧是保证焊接质量的一个重要因素，因此维持电弧稳定性是非常重要的。电弧不稳定的原因除焊工操作技术不熟练外，还与下列因素有关：

１、焊接电源的影响

（１）焊接电源的特性 焊接电源的特性是焊接电源以那种形式向电弧供电，如焊接电源的特性符合电弧燃烧的要求则电弧燃烧稳定。反之，则电弧燃烧不稳定。

（２）焊接电流的种类 采用直流电源焊接时，电弧燃烧比交流电源稳定。这是因为采用交流电源焊接时，电弧的极性是周期性变化的（50ＨＺ），就是每秒钟电弧的燃烧和熄灭要重复１００次，因此交流电源焊接时电弧没有直流电源时稳定。

（３）焊接电源的空载电压 具有较高空载电压的焊接电源不仅引弧容易，而且电弧燃烧也稳定。这是因为焊接电源的空载电压较高，电场作用强，电场作用下的电离及电场发射就强烈，所以电弧燃烧稳定。

２．焊接电流的影响

焊接电流大，电弧的温度就增高，则电弧气氛中的电离程度和热发射作用就增强，电弧燃烧也就越稳定。通过实验测定电弧稳定性的结果表明：随着焊接电流的增大，电弧的引燃电压就降低；随着焊接电流的增大，自然断弧的最大弧长也往大大。所以焊接电流越大。电弧燃烧越稳定。

３．焊条药皮的影响’

焊条药皮或焊剂中加入电离电位比较低的物质（如Ｋ、Ｎａ、Ｃａ的氧化物），能增加电弧气氛中的带电粒子，这样就可以提高气体的导电性，从而提高电弧燃烧的稳定性。

如果焊条药皮或焊剂中含有电离电位比较高的氟化物（ＣａＦ2）及氯化物（ＫＣl、ＮaCl）时，由于它们较难电离，因而降低了电弧气氛的电离程度，使电弧燃烧不稳定。

４、电弧长度的影响

电弧长度对电弧的稳定性也有较大的影响，如果电弧太长，电弧就会发生剧烈摇动，从而破坏了焊接电弧的稳定性，而且飞溅也增大。

５．其它影响因素

焊接处如有油漆、油脂、水分和锈层等存在时。也会影响电弧燃烧的稳定性，因此焊前做好焊件表面的清理工作十分重要。

焊条受潮或焊条药皮脱落，也会造成电弧燃烧不稳定。此外风大、气流、电弧们吹等均会造成电弧燃烧不稳定。

第四节 焊接电弧的偏吹

一、焊接电弧们吹的原因

在正常情况下焊接时，电弧的中心轴线总是保持着沿焊条电极的轴线的方向。随着焊条变换倾斜角度，电弧也跟着电极轴线的方向而改变。因此，我们利用电弧这一特性来控制焊缝成形。但有时在焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，使电弧中心偏离电极轴线的现象，这种现象称为电弧偏吹。

在焊接过程中，有时电弧偏吹的现象会引起电弧强烈的摆动甚至发生熄弧，不仅使焊接过程发生困难，而且影响了焊缝成形和焊接质量，因此焊接时应尽量减少或防止电弧偏吹现象。引起电弧偏吹的原因很多，一般归纳为以下几方面：

１、焊条偏心度过大

所谓焊条的偏心度是指焊条药皮沿焊芯直径方向偏心的程度，焊条偏心度过大了主要是焊条的质量问题。由于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需吸收更多的热，因此药皮较薄的一边很快熔化而使电弧外露，迫使电弧往外偏吹（见图３—９）。在焊接时遇到这种情况，通常采用调整焊条倾斜角度（使偏吹方向转向熔池）的方法来解决，但如果焊条的偏心度过大时，仅依靠调整焊条倾斜角度是不能确保焊接质量的。因此，为了保证焊接质量，在焊条生产中对焊条的偏心度有一定的限制。

２．电弧周围气流的干扰

电弧周围气体的流动也会把电弧吹向一侧而造成偏吹。造成电弧周围气体剧烈流动的原

因是多方面的，有时是大气中的气流影响，有时是由于热对流的影响。例如：在露天大风中操作 或在狭窄焊缝处焊接时，电弧偏吹情况很严重，甚至使焊接过程发生困难；在管子焊接时，由于 空气在管子中流动速度较大，形成所谓“穿堂风”使电弧发生偏吹；在开坡口的对接接头第一层 焊缝的焊接时，如果接头间隙较大，往往由于热对流的影响也会使电弧发生偏吹现象。一般由 于气流干扰产生的偏吹，只要根据具体情况查明气流来源、方向，进行遮挡即可解决。

３．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磁偏吹。它 是由于直流电所产生的磁场在电弧周围分布不均匀而引起的电弧偏吹。

造成电弧产生磁偏吹的因素主要有下列几种：

（１）接地线位置不正确引起的电弧偏吹 焊接时，由于接地线的位置不正确，使电弧周围 的磁场分布不均匀，从而造成电弧的偏吹（见图３—１０）。在图３—１０中，当焊接电流从接点 “十”流经焊件，通过电弧到焊条再进入接点“一”时，沿途产生的磁力线分布在电流通路的四 周，但电流流经焊件拐弯到电弧时，在电弧两侧的磁力线分布就极不均匀，电弧左侧（在接点方 向的一边）的磁力线较右侧的磁力线更密集，结果造成了电弧左侧的磁场大于右侧的磁场，使 电弧向磁场较小的右侧偏吹，从而产生磁偏吹现象。

（２）铁磁物质引起的电弧偏吹 由于铁磁物质（钢板、铁块等）的导磁能力远远大于空气，因此，当焊接电弧周围有铁磁物质存在时，在靠近铁磁体一侧的磁力线大部分都通过铁磁体形 成封闭曲线，使电弧同铁磁体之间的磁力线变得稀疏，而电弧另一侧磁力线就显得密集。

（３）焊条与焊件的相对位置不对称引起的电Ｎ价政 当在靠近焊件边缘处开始进行焊接时。经常会发生电弧偏吹，而当逐渐靠近焊作的中心时，则电弧的偏吹现象就逐渐减小或没有。这是由于在焊接焊缝起头时，焊条与焊件所处的位置不对称，造成电弧周围的磁场分布不平衡，再加上热对流的作用低产生电弧偏吹。

焊接电弧的磁偏吹与焊接电流有关，焊接电流越大，磁偏吹现象越严重，尤其是当采用300——400Ａ的直流电源焊接时，电弧偏吹的现象更为严重。

总之，产生电弧磁偏吹现象，只有在使用直流电源焊接时才会发生，而对交流电源来说一般不会产生明显的磁偏吹现象。

二、减少成防止焊接电弧们吹的方法：

焊接电弧偏吹会给焊接工作造成不少困难．还会使焊缝产生气孔、未焊透和焊偏等缺陷。因此必须根据电弧偏吹的规律，采取相应的措施加以克服或减少电弧偏吹的现象。下面介绍焊接工作中常用的几种克服电弧偏吹的措施：

1、焊接时，在条件许可的情况下尽量使用交流电源焊接。

2、在露天操作时，如果有大风则必须用挡板遮挡，对电弧进行保护。在管子焊接时，必须将管口堵住，以防止气流对电弧的影响。

3、在焊接间隙较大的对接焊缝时，可在接缝下面加垫板，以防止热对流引起的电弧偏吹。

４．在焊缝两端各加一小块附加钢板（引弧板及引出板），使电弧两侧的磁力线分布均匀并 减少热对流的影响，以克服电弧编吹。

５．采用短弧焊接，因为短弧时受气流的影响较小，而且在产生磁偏吹时．如果采用短弧焊接也能减小磁偏吹程度，因此采用短弧焊接是减少电弧偏吹的较好方法。

６．在操作时适当调整焊条角度，使焊条偏吹的方向转向熔池，这种方法在实际工作中应用得较为广泛。

７·适当地改变焊件上的接地线部位，尽可能使电弧周围的磁力线分布均匀，也能克服磁偏吹的接线方法。

此外。采用小电流焊接对克服磁偏吹也能起一定的作用。

以上这些方法，有的受到具体工作条件的限制，不便采用，有些只能减轻电弧的偏吹，所以在实际使用中应灵活运用一种或几种方法，以求得到更好的效果。

第五节： 焊条（或焊丝）的熔化及熔滴过渡

一、焊条（或焊丝）金属的熔化

１。焊条（或焊丝）金属的加热

熔化极电弧焊时，焊条（或焊丝）具有两个作用：它们既作为电极，熔化后又作为填充金属直接过渡到熔池。焊接时，加热并熔化焊条或焊丝的热量有：电阻热、电弧热。化学热。在一般情况下化学热仅占１％～３％，因此可忽略不计。

（１）电阻加热 当电流通过焊条或焊丝时，将产生电阻热。电阻热的大小决定于焊条（或焊丝）的伸出长度、电流密度和焊条（或焊丝）金属的电阻率。

从导电的接触点到焊条（或焊丝）末端的长度称为伸出长度，即通电部分的长度。伸出长度越大则通电的时间增加，电阻热加大。当电流密度增加，电阻热也加大。焊条（或焊丝）的电阻还决定于焊条（或焊丝金属本身的电阻率和直径。如不锈钢焊条的电阻率比低碳钢焊条大，因此在同样电流密度的条件下所产生的电阻热也大。同种材料的焊条（或焊丝）其直径越大，则电阻越小，相对产生的电阻热也就减小，过高的电阻热将给焊接过程带来不利的影响，如手弧焊时过高的电阻热将使焊条药皮在进入熔化前就发红变质，失去保护和冶金作用；自动焊时，过高的电阻热将使焊丝发生崩断而影响焊接。为了减少过高的电阻热所带来的不利影响，在焊接过程中采取的措施是：

１）限制焊条（或焊丝）的伸出长度一手弧焊时焊条不能过长，特别是在采用细直径焊条时，更要限制其长度。例如，直径5ｍｍ的焊条；其最大长度为 450ｍｍ由；而直径为 2.5ｍｍ的焊条，其最大长度为 300ｍｍ。但同样直径的不锈钢焊条，其长度还要短一些，如直径5ｍｍ的不锈钢焊条，长度为400 ｍｍ。埋弧自动焊及气体保护焊时，在焊接工艺参数的选择中对焊丝伸出长度都有一定的限制。

２）限制焊接电流密度值 对于一定直径的焊条（或焊丝），在生产中应根据工艺的要求选用合适的电流值，决不能单纯为了提高效率而选用过高的电流值。埋弧自动焊及CO2气体保护焊时，由于焊丝伸出长度比焊条长度短得多，所以同样直径的焊丝可以选用比手弧焊大得多的电流值，这样就大大地提高了生产率。不锈钢焊条由于本身材料的电阻率大，所以选用电流应比同样直径的碳钢焊条小一些。

（２）电弧加热 电弧产生的热量仅有一部分用来熔化焊条人或焊丝），大部分热量是用来熔化母材、药皮或焊剂，还有相当一部分热量消耗在辐射＞飞溅和母村传热上。

２．焊条（或焊丝）金属的熔化

焊条（或焊丝）金属受到电阻热和电弧热加热以后开始熔化。

二、熔滴过渡的作用力

熔滴是电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴。熔滴通过电弧 空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。熔滴过渡对焊接过程的稳定性、焊缝成形、飞溅及焊接接头的质量有很大的影响，因此了解这个问题对于掌握熔化极焊接工艺是很重要的。

金属熔滴向熔池过渡的形式，大致可分为三种，即粗滴过渡、短路过渡、喷射过渡。

为什么熔滴过渡会有上述这些不同的形式呢？这是由于作用于液体金属熔滴上的外力不同的缘故。在焊接时，采取一定的工艺措施，就可以改变熔滴上的作用力，也就使熔滴按人们所需要的过渡形式自焊条向熔池过渡。

１．熔滴的重力

任何物体都会因为本身的重力而具有下垂的倾向。平焊时，金属熔滴的重力起促进熔滴过渡的作用。但是在立焊或仰焊时，熔滴的重力阻碍了熔滴向熔池过渡，成为阻碍力。

２．表面张力

液体金属像其它液体一样具有表面张力卿液体在没有外力作用时，其表面积会尽量减小，缩成圆形。对液体金属来说，表面张力使熔化金属成为球形。

焊条金属熔化后，其液体金属并不会马上掉下来，而是在表面张力的作用下形成球滴状悬挂在焊条末端。随着焊条不断熔化，熔滴体积不断增大，直到作用在熔滴上的作用力超过熔滴与焊芯界面间的张力时，熔滴才脱离焊芯过渡到熔池中去。因此表面张力对平焊时的熔滴过渡并不利。

但表面张力在仰焊等其它位置的焊接时，却有利于熔滴过渡、其一是熔池金属在表面张力作用下，倒悬在焊缝上而不易滴落；其二，当焊条末端熔滴与熔池金属接触时，会由于熔池表面张力的作用，而将熔滴拉入熔池。表面张力越大焊芯末端的熔滴越大，表面张力的大小与多种因素有关，如焊条直径越大焊条末端熔滴的表面张力也越大，液体金属温度越高，其表面张力越小，在保护气体中加入氧化性气体（Ａｒ—Ｏ。、Ａｒ—ＣＯ。），可以显著降低液体金属的表面张力，有利 于形成细颗粒熔滴向熔池过渡。

３．电磁力

从电工学里我们知道，两根平行的载流导体若它们通过的电流方向相同，则这两根导体彼此相吸。使这两根导体相吸的力叫做电磁力，方向是从外向内。电磁力的大小与两根导体上的电流的乘积成正比，即通过导体的电流越大，电磁力越大。

在进行焊接时，我们可以把带电的焊丝及焊丝末端的液体熔滴看做是由许多载流导体组成的，这样，根据上述的电磁效应原理，不难理解，焊丝及熔滴上同样受有四周向中心的径向收缩力，因此称之为电磁压缩力。电磁压缩力使焊条的横截面具有缩小的倾向，电磁压缩力作用在焊条的固态部分是不起作用的，但是对焊条端部的液体金属来说却具有很大的影响，促使熔滴很快形成。在球形的金属熔滴上，电磁力垂直地作用其表面上，电流密度最大的地方将在熔滴的细颈部分，这部分也将是电磁压缩力作用最大的地方。因此随着颈部逐渐变细，电流密度增大，电磁压缩力也随之增 强，则促使熔滴很快地脱离焊条端部向熔池过渡，这样就保证了熔滴在任何空间位置都能顺利过渡到熔池。

在焊接电流较小或焊接电流较大的两种情况下，电磁压缩力对熔滴过渡的影响是不同的。焊接电流较小时，电磁力很小，这时，焊丝末端的液体金属主要受到两个力的影响，一个是表面张力，另一个是重力。因此，随着焊丝不断熔化，悬挂在焊丝末端的液体溶滴的体积不断增大，当体积增大到一定程度，其重力足以克服表面张力的时候，熔滴便脱离焊丝，在重力作用下落向熔池。这种情况下熔滴的尺寸往往是较大的，这种大熔滴通过电弧间隙时，常使电弧短路，产生较大的飞溅，电弧燃烧非常不稳。焊接电流较大时，电磁压缩力就比较大，相比之下，重力所起的作用就很小，液体熔滴主要是在电磁压缩力的作用下，以较小的熔滴向熔地过渡，而且方向性较强，不论是平焊位置或仰焊位置，熔滴金属在电磁压缩力作用下，总是沿着电弧轴线自焊丝向熔池过渡。

焊接时，一般焊条（或焊丝）上的电流密度都比较大，因此电磁力是焊接过程中促使熔滴过渡的一个主要作用力。在气体保护焊时，通过调节焊接电流的密度来控制熔滴尺寸，是工艺上的一个主要手段。

焊接时电弧周围的电磁力，除了上述的作用以外，还能产生另外一种作用力，这就是由于磁场强度分布不均匀而产生的力。因为焊条金属的电流密度大于焊件的电流密度，因此在焊条上所产生的磁场强度要大于焊件上所产生的磁场强度，因此产生了一个沿焊条纵向的电场力。它的作用方向是由磁场强度大的地方（焊条）指向磁场强度小的地方（焊件），所以无论焊缝的空间位置如何，始终是有利于熔滴向熔池过渡的。

４．极点压力

在焊接电弧中的带电微粒主要是电子和正离子，由于电场的作用，电子向阳极运动，正离子向阴极运动，这些带电粒子撞击在两极的辉点上，便产生了机械压力，这个力称为极点压力。它是阻碍熔滴过渡的力，在直流正接时，阻碍熔滴过渡的是正离子的压力。反接时，阻碍熔滴过渡的是电子的压力。由于正离子比电子的质量大，所以正离子流的压力要比电子流的压力大。因此，反接时容易产生细颗粒过渡，而正按时则不容易，这就是极点压力不同的缘故。

５．气体的吹力

在手工电弧焊时，焊条药皮的熔化稍增落后于焊芯的熔化，在药皮的末端形成一小段尚未熔化的“喇叭”形套管，套管内有大量的药皮造气剂分解产生的气体及焊芯中碳元素氧化生成的ｃｏ气体，这些气体因加热到高温，体积急剧膨胀，并顺着未熔化套管的方向，以挺直（直线的）而稳定的气流冲击，把熔滴吹到熔池中去。不论焊缝的空间位置怎样，这种气流都将有利于熔滴金属的过渡。

三、熔滴的过渡形式

金属熔滴向熔池过渡根据其形式不同，大致可分为三种，即粗滴过渡、短路过渡、喷射过 渡。

１．粗滴过渡

当电弧长度超过一定值时，熔滴依靠表面张力的作用可以保持在焊条（或焊丝）端部自由长大，当促使熔滴下落的力（如重力、电磁力等）大于表面张力时，熔滴就离开焊条（或焊丝）自由过渡到熔池，而不发生短路。

粗滴过渡就是熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形式，由于粗滴过渡飞溅大，电弧不稳定，不是焊接工作所希望的。在焊接过程中熔滴尺寸的大小与焊接电流、焊丝成分、药皮成分有关。

２．短路过渡

焊条（或焊丝）端部的熔滴与熔池短路接触，由于强烈过热和磁收缩的作用使其爆断，直接向熔池过渡的形式称为短路过渡。

短路过渡能在小功率电弧下（小电流，低电弧电压），实现稳定的金属熔滴过渡和稳定的焊接过程，适合于薄板或需低热输入的情况下的焊接。

３．喷射过渡

熔滴呈细小颗粒并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式，称为喷射过渡，熔滴的尺寸随着焊接电流的增大而减小，在弧长一定时，当焊接电流增大到一定数值后，即出现喷射过渡状态。这里需要强调指出的是产生喷射过渡除了要有一定的电流密度外，还必须要有一定的电弧长度（电弧电压）。如果电弧电压太低（弧长太短），不论电流数值有多大，也不可能产生喷射过渡。

喷射过渡的特点是熔滴细，过渡频率高，熔滴沿焊丝的轴向以高速向熔池运动，并具有电弧稳定、飞溅小、熔深大、焊缝成形美观、生产效率高等优点。

第四章 手工电弧焊工艺

手工电弧焊是熔化焊中最基本的一种焊接方法，手工电弧焊接电极材料的不同可分为熔化极手工电弧焊和非熔化极手工电弧焊（如手工钨极气体保护焊）两种。熔化极手工电弧焊（简称手工电弧焊）使用的设备简单、操作方便、灵活，适应各种条件下的焊接，因此是各生产部门应用最广的一种焊接方法。虽然各种自动化的焊接方法在生产中不断推广使用，但对一些结构形状复杂、零件小、焊缝短或弯曲的焊件，如果采用自动化焊接就较困难，而必须采用手工电弧焊来完成。因此无论在国内外，手工电弧焊目前仍然是焊接工作中的主要方法之一。

第一节 焊接接头型式和焊缝形式

一、焊接接头型式

用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称接头），焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。在手工电弧焊中，由于焊件的厚度、结构的形状及使用条件不同，其接头型式及坡口形式也不相同。根据国家标准ＧＢ９８５—８０规定，焊接接头的基本型式可分为：对接接头、T型接头、角接接头、搭接接头四种。有时焊接结构中还有一些其它类型的接头型式，如十字接头、端接接头、卷边接头、套管接头、斜对接接头、锁底对接接头等。

１．对接接头

两焊件端面相对平行的接头称为对接接头，对接接头在焊接结构中是采用最多的一种接头型式。

根据焊件的厚度、焊接方法和坡口准备的不同，对接接头可分为：

1）I形坡口 当钢板厚度在６ｍｍ以下，一般不开坡口，只留ｌ～２ｍｍ的根部间隙，但这也不是绝对的，在有些重要的结构中，当钢板厚度大于３ｍｍ时要求开坡口。所谓坡口就是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工出一定几何形状的沟槽。

２）开坡口的对接接头 开坡口就是用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程。将接头开成一定角度叫坡口角度，其目的是为了保证电弧能深入接头根部，使接头根部焊透，以便于清除熔渣获得较好的焊缝成形，而且坡口能起到调节焊缝金属中母材和填充金属比例的作用。钝边（焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分）是为了防止烧穿，但钝边的尺寸要保证第一层焊缝能焊透。根部间隙（焊前，在接头根部之间预留的空隙）也是为了保证接头根部能焊透。板厚大于６ｍｍ的钢板，为了保证焊透，焊前必须开坡口。坡口形式分为：

１）V形坡口 钢板厚度为７～４０ｍｍ时，采用Ｖ形坡口。Ｖ形坡口有Ｎ形坡口、钝边Ｖ形坡口、单边Ｖ形坡口、带钝边单边Ｖ形坡口四种，V形坡口的特点是加工容易，但焊后焊件易产生角变形。

２）双Ｖ形坡口 钢板厚度为 １２～６０ ｍｍ时可采用双Ｙ形或双Ｖ形坡口，也称 Ｘ形坡口，Ｘ形坡口与Ｖ形坡口相比较，具有在相同厚度下，能减少焊着金属量约二分之一，焊件焊后变形和产生的内应力也小些。所以它主要用于大厚度及要求变形较小的结构中。

３）U形坡口 Ｕ形坡口有带钝边Ｕ形坡口、双Ｕ形坡口带钝边、带钝边Ｊ形坡口，当钢板厚度为 ２０～６０ ｍｍ时，采用带钝边Ｕ形坡口，当厚度为４０～６０mm时采用双Ｕ形坡口带钝边。

Ｕ形坡口的特点是焊着金属量最少，焊件产生的变形也小，焊缝金属中母材金属占的比例也小。但这种坡口加工较困难，一般应用于较重要的焊接结构。

２．Ｔ形接头

一焊件之端面与另一焊件表面构成直角不同广度钢板对接的厚度近似直角的接头，称为Ｔ形接头。Ｔ形接头在焊接结构中被广泛地采用，特别是造船厂的船体结构中，约７０％的焊缝是这种接头形式。按照焊件厚度和坡口准备的不同,T形接头可分为不开坡口、单边Ｖ形Ｋ形及带钝边双Ｊ形四种形式。

Ｔ形接头作为一般联系焊缝，钢板厚度在２～３０ｍｍ时，可采用不开坡口，它不需要较精确的坡口准备。若Ｔ形接头的焊缝要求承受载荷坝ｕ应按照钢板厚度和对结构强度的要求，可分别选用单边Ｖ形、带钝边双单边Ｖ形或带钝边双Ｊ形等坡口形式，使接头能焊透，保证接头强度。

３．角接接头

00两焊件端面问构成大于３０，并小于１３５夹角的接头，称为角接接头。

角接接头一般用于不重要的焊接结构中。根据焊件厚度和坡口准备的不同，角接接头可分为I形坡口、单边ｖ形坡口、带钝边ｖ形坡口及带钝边双单边ｖ形坡口四种形式，但开坡口的角接接头在一般结构中较少采用。

４．搭接接头

两焊件部分重叠构成的接头称为搭接接头。搭接接头根据其结构形式和对强度的要求不同，可分为不开坡口、塞焊缝或槽焊缝，不开坡口的搭接接头，一般用于１２ｍｍ以下钢板，其重选部分为３～５倍板厚，并采用双面焊接。这种接头的装配要求不高，也易于装配，但这种接头承载能力低，所以只用在不重要的结构中。

当遇到重叠钢板的面积较大时，为了保证结构强度，可根据需要分别选用圆孔塞焊缝和长孔槽焊缝的接头型式。这种型式特别适合于被焊结构狭小处及密闭的焊接结构，塞焊缝和糟焊缝的大小和数量要根据板厚和对结构的强度要求而定。

５．坡口的选择原则

上述各种接头形式在选择坡口型式时，应尽量减少焊缝金属的填充量，便于装配和保证焊接接头的质量，因此应考虑下列几条原则：

（１）是否能保证焊件焊透；

（２）坡口的形状是否容易加工；

（３）应尽可能地提高生产率、节省填充金属；（４）焊件焊后变形应尽可能小。

二、焊经形式

焊缝是焊件经焊接后所形成的结合部分，焊缝按不同分类的方法可分为下列几种形式：

１．按焊缝在空间位置的不同可分为平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。

２．按焊缝结合形式不同可分为对接焊缝、角焊缝及塞焊缝三种形式。

３．按焊缝断续情况可分为：

（１）定位焊缝 焊前为装配和固定焊件接头的位置而焊接的短焊缝，称为定位焊缝。

（２）连续焊缝 沿接头全长连续焊接的焊缝。

（３）断续焊缝 沿接头全长焊接具有一定间隔的焊缝，称为断续焊缝。它又可分为并列断续焊缝和交错断续焊缝。断续焊缝只适用于对强度要求不高，以及不需要密闭的焊接结构。

第二节：焊缝符号表示法

在图样上标注焊接方法、焊缝型式和焊缝尺寸的符号称为焊缝符号（焊缝代号）。焊缝符号表示法国家标准为ＧＲ３２４－８８。标准等效采用国际标准ＩＳＯ２５５３－８４（焊缝在图样上的符号表示法》。

焊缝符号一般由基本符号与指引线组成。必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。

一、符号 １．基本符号

基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，见表４—２。

２．辅助符号

辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，见表４—３。表４—３ 辅 助 符 号

３．补充符号

补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表４—５。补充符号的应用示例见表４—６。

二、符号在目样上的位置１．基本要求

完整的焊缝表示方法除了上述基本符号、辅助符号、补充符号以外，还包括指引线、一些尺寸符号及数据。

指引线一般由带有箭头的指引线

ｒ（简称箭头线）和两条基准线（一条为实线，另一条为虚线）两部分组成，如图

４一９所示。

２·箭头线和接头的关系

箭头线和接头的关系是，当焊缝在箭头线所指的一侧（箭头侧）为接头的箭头侧（见图４一１０ａ）；当焊缝在箭头线所指的一侧的背面（非箭头侧）为接头的非箭头侧（见图４—１０ｂ）。

第二篇：焊接工艺3(焊工工艺学电子教案)

３、箭头线的位置

箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，但是在标注 Ｖ、Ｙ、J形焊缝时，箭头线应指向带有坡口一侧的工件。必要时，允许箭头线弯折一次。４、基准线的位置

基准线的虚线可以画在基准线的实线下侧或上侧。基准线一般应与图样的底边相平行，但在特殊条件下亦可与底边相垂直。５、基本符号相对基准线的位置

为了能在图样上确切地表示焊缝的位置，特将基本符号相对基准线的位置作如下规定：

（1）如果焊缝在接头的箭头侧，则将基本符号标在基准线的实线侧。（2）如果焊缝在接头的非箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线侧。（3）标对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线。

三、焊缝尺寸符号及其标注位置

１、一般要求

（１）基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据，这些尺寸符号见表４—７。

（２）焊缝尺寸符号及数据的标注原则。

１）焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号的左侧；

２）焊缝长度方向尺寸，标在基本符号的右侧；

３）坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸，标在基本符号的上侧或下侧；

４）相同焊缝数量符号，标在尾部（国际标准ＩＳＯ２５５３对相同焊缝数量及焊缝段数未作明确区分，均用ｎ表示）；

５）当需要标注的尺寸数据较多又不易分辨时，可在数据前面增加相应的尺寸符号。

当箭头线方向变化时，上述原则不变。

第三节：焊接工艺参数

焊接工艺参数（焊接规范），是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量（例如，焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称。

手工电弧焊的焊接工艺参数通常包括。焊条选择、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数等。焊接工艺参数选择得正确与否，直接影响焊缝的形状、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上不可忽视的一个重要问题。

一、焊条的违择 １、焊条牌号的选择

焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定。在焊缝金属中填充金属约占50％～７０％。因此，焊接时应选择合适的焊条牌号，才能保证焊缝金属具备所要求的性能。否则，将影响焊缝金属的化学成分、力学性能和使用性能。

2、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，但是用直径过大的焊条焊接，会造成未焊透或焊缝成形不良。因此必须正确选择焊条的直径，焊条直径大小的选择与下列因素有关：

（１）焊件的厚度‘厚度较大的焊件应选用直径较大的焊条；反之，薄焊件的焊接；则应选用小直径的焊条。

（２）焊缝位置 在板厚相同的条件下焊接平焊缝用的焊条直径应比其它位置大一些，立焊最大不超过 ５ ｍｍ，而仰焊、横焊最大直径不超过４ ｍｍ，这样可造成较小的熔池，减少熔化金属的下淌。

（３）焊接层数 在进行多层焊时，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不能焊透，因此为了防止根部焊不透，所以对多层焊的第一层焊道，应采用直径较小的焊条进行焊接，以后各层可以根据焊件厚度，选用较大直径的焊条。

（４）接头形式 搭接接头人形接头因不存在全焊透问题，所以应选用较大的焊条直径以提高生产率。

二、焊拨电流的选择

焊接时，流经焊接回路的电流称为焊接电流。焊接电流的大小是影响焊接生产率和焊接质量的重要因素之一。

增大焊接电流能提高生产率，但电流过大易造成焊缝咬边、烧穿等缺陷，同时增加了金属飞溅，也会使接头的组织产生过热而发生变化；而电流过小也易造成夹渣、未焊透等缺陷，降低焊接接头的力学性能，所以应适当地选择电流。焊接时决定电流强度的因素很多，如焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊缝位置和层数等。但是主要的是焊条直径、焊缝位置和焊条类型。１、根据焊条直径选择

焊条直径的选择是取决于焊件的厚度和焊缝的位置，当焊件厚度较小时，焊条直径要选小些，焊接电流也应小些，反之则应选择较大直径的焊条。焊条直径越大，熔化焊条所需要的电弧热量也越大，电流强度也相应要大。

焊接电流只是一个大概数值，在实际生产中，焊工一般都凭自己的经验来选择适当的焊接电流。先根据焊条直径算出一个大概的焊接电流，然后在钢板上进行试焊。在试焊过程中，可根据下述几点来判断选择的电流是否合适：

（１）看飞溅 电流过大时，电弧吹力大，可看到较大颗粒的铁水向熔池外飞溅，焊接时爆裂声大；电流过小时，电弧吹力小，熔渣和铁水不易分清。

（２）看焊缝成形 电流过大时，熔深大、焊缝余高低、两侧易产生咬边；电流过小时，焊缝窄而高、熔深浅、且两侧与母材金属熔合不好；电流适中时，焊缝两侧与母材金属熔合得很好，呈圆滑过渡。

（３）看焊条熔化状况 电流过大时，当焊条熔化了大半根时，其余部分均已发红；电流过小时，电弧燃烧不稳定，焊条容易粘在焊件上。

２．根据焊缝位置选择

相同焊条直径的条件下，在焊接平焊缝时，由于运条和控制熔池中的熔化金属都比较容易，因此可以选择较大的电流进行焊接。但在其它位置焊接时，为了避免熔化金属从熔池中流出，要使熔池尽可能小些，所以电流相应要比平焊小一些。

３．根据焊条类型选择

当其它条件相同时，碱性焊条使用的焊接电流应比酸性焊条小些，否则焊缝中易形成气孔。

三、电弧电压的选择

手工电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定。电弧长，电弧电压高；电弧短，电弧电压低。

在焊接过程中，电弧不宜过长，电弧过长会出现下列几种不良现象：

１．电弧燃烧不稳定，易摆动，电弧热能分散，飞溅增多，造成金属和电能的浪费。

２．焊缝有效厚度小，容易产生咬边、未焊透、焊缝表面高低不平整、焊波不均匀等缺陷。

３．对熔化金属的保护差，空气中氧、氮等有害气体容易侵入，使焊缝产生气孔的可能性增加，使焊缝金属的力学性能降低。

因此在焊接时应力求使用短弧焊接，在立、仰焊时弧长应比平焊时更短一些，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下淌。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些，以利于电弧的稳定和防止气孔。所谓短弧一般认为应是焊条直径的０．５～１．０倍。

四、焊接速度

单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。焊接过程中，焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不烧穿，同时还要使焊缝宽度和高度符合图样设计要求。

如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，力学性能降低，同时使变形量增大。当焊接较薄焊件时，则易烧穿。如果焊接速度过快，熔地温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。

焊接速度直接影响焊接生产率，所以应该在保证焊缝质量的基础上，采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以保证在获得焊缝的高低和宽窄一致的条件下，提高焊接生产率。

五、焊接层数

在焊件厚度较大时，往往需要多层焊。对于低碳钢和强度等级低的普低钢的多层焊时，每层焊缝厚度过大时，对焊缝金属的塑性（主要表现在冷弯角上）稍有不利的影响。因此对质量要求较高的焊缝，每层厚度最好不大于 ４～５ ｍｍ。

根据实际经验：每层厚度约等于焊条直径的０．８～１．２倍时，生产率较高，并且比较容易操作

手工电弧焊时的焊接工艺参数可参阅P72页表４—１１。表中的数据仅供参考，焊接时应根据具体工作条件和焊工技术熟练程度合理选用。

上述各项焊接工艺参数，在选择时，不能单以一个参数的大小来衡量对焊接接人的影响，因为单以一个参数分析是不全面的。例如，焊接电流增大，虽然热量增大，但不能说加到焊接接头的热量也大，因为还要看焊接速度的变化情况。当焊接电流增大时，如果焊接速度也相应增快，则焊接接头所得到的热量就不一定大，故对焊接接头的影响就不大。因此焊接工艺参数的大小应综合考虑，即用线能量来表示。

所谓线能量，是指熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。电弧焊时，焊接能源是电弧。根据焊接电弧可知，焊接时是通过电弧将电能转换为热能，利用这种热能来加热和熔化焊条和焊件的。如果将电弧看作是把全部电能转为热能时，则电弧功率可由下式表示： ｑ。＝ＩhUh 大中ｑ；；——电弧功率，即电弧在单位时间内所释放出的能量（Ｊ／s）；

Ｉh——焊接电流（Ａ）；

Uh—一电弧电压（Ｖ）。

实际上电弧所产生的热量不可能全部都用于加热熔化金属，而总有一些损耗，例如飞溅带走的热量，辐射、对流到周围空间的热量，熔渣加热和蒸发所消耗的热量等。所以电弧功率中一部分能量是损失的，只有一部分能量利用在加热焊件上。

各种电弧焊方法的有效功率系数，在其它条件不变的情况下，均随电弧电压的升高而降低，因为电弧电压升高即电弧长度增加，热量辐射损失增多，因此有效功率系数，值降低。

当焊接电流大，电弧电压高时，电弧的有效功率就大。但是这并不等于单位长度的焊缝上所得到的能量一定多，因为焊件受热程度还受焊接速度的影响。例如用较小电流，小焊速时，焊件受热也可能比大电流配合大焊速时还要严重。显然，在焊接电流、电压不变的条件下，加大焊速，焊件受热减轻。

焊接工艺参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的工艺参数，如降低焊接电流，增大焊接速度等，都可以减少热影响区尺寸。不仅如此，从防止过热组织和晶粒粗化角度看，也是采用小参数比较好。

当焊接电流增大或焊接速度减慢使焊接线能量增大时，过热区的晶粒尺寸粗大，韧性降低严重；当焊接电流减少或焊接速度增大，在硬度强度提高的同时，韧性也要变差。因此，对于具体钢种和具体焊接方法存在一个最佳的焊接工艺参数。例如图中２０Ｍｎ钢（板厚１６ ｍｍ、堆焊），在线能量ｑ／ｖ—３００００ Ｊ／cｍ左右，可以保证焊接接头具有最好的韧性，线能量大于或小于这个理想的数值范围，都引起塑性和韧性的下降。

以上是线能量对热影响区性能的影响。对于焊缝金属的性能，线能量也有类似的影响。对于不同的钢材，线能量最佳范围也不一样，需要通过一系列试验来确定恰当的线能量和焊接工艺参数。此外还应指出，仅仅线能量数据符合要求还不够，因为即使线能量相同，其中的Ｉh、Ｕh、v的数值可能有很大的差别，当这些参数之间配合不合理时，还是不能得到良好的焊缝性能。例如在电流很大，电弧电压很低的情况下得到窄而深的焊缝；而适当地减小电流，提高电弧电压则能得到较好的焊缝成形，这两者所得到焊缝性能就不同。因此应在参数合理的原则下选择合适的线能量。

第四节： 预热、后热、焊后热处理及提高手弧焊生产率的途径

一、预热

1、预热的作用

预热能降低焊后冷却速度。对于给定成分的钢种，焊缝及热影响区的组织和性能取决于冷却速度的大小。对于易淬火钢，通过预热可以减小淬硬程度，防止产生焊接裂纹。另外，预热可以减小热影响区的温度差别，在较宽范围内得到比较均匀的温度分布，有助于减小因温度差别而造成的焊接应力。

由于预热有以上良好作用，在焊接有淬硬倾向的钢材时，经常采用预热措施。但是，对于铬镍奥氏体钢，预热使热影响区在危险温度区的停留时间增加，从而增大腐蚀倾向。因此，在焊接铬镍奥氏体不锈钢时，不可进行预热。

２．预热温度的选择

焊件焊接时是否需要预热，预热温度的选择，应根据钢材的成分、厚度、结构刚性、接头型式、焊接材料、焊接方法及环境因素等综合考虑，并通过可焊性试验来确定。

３．预热方法

预热时的加热范围，对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的５倍，一般在坡口两侧各７５～１００ｍｍ范围内应保持一个均热区域，测温点应取在均热区域的边缘。如果采用火焰加热，测温最好在加热面的反面进行。除火焰加热外，还可用工频感应加热、红外线加热等方法加热。在刚度很大的结构上进行局部预热时，应注意加热部位，避免造成很大的热应力。

二、后热

１．后热的作用

焊后将焊件保温缓冷，可以减缓焊缝和热影响区的冷却速度，起到与预热相似的作用。对于冷裂纹倾向性大的低合金高强度钢等材料，还有一种专门的后热处理，也称为消氢处理；即在焊后立即将焊件加热到２５０～３５０Ｃ温度范围，保温２～６ｈ后空冷。消氢处理的目的，主要是使焊缝金属中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和热影响区中的氢含量，防止产生冷裂纹。消氢处理的加热温度较低，不能起到松弛焊接应力的作用。对于焊后要求进行热处理的焊件，因为在热处理过程中可以达到除氢目的，不需要另作消氢处理。但是，焊后若不能立即热处理而焊件又必须及时除氢时测需及时作消氢处理，否则焊件有可能在热处理前的放置期间内产生裂纹。例如，有一台大型高压容器，焊后探伤检查合格，但因焊后未及时热处理，又未进行消氢处理，结果在放置期间内产生了延迟裂纹。当容器热处理后进行水压试验时，试验压力未达到设计工作压力，容器就发生了严重的脆断事故，使整台容器报废。

２．后热的方法

后热的加热方法、加热区宽度、测温部位等要求与预热相同。

三、焊后热处理

１．焊后热处理的目的和种类

焊后热处理是将焊件整体或局部加热保温，然后炉冷或空冷的一种处理方法，可以降低焊接残余应力，软化淬硬部位，改善焊缝和热影响区的组织和性能，提高接头的塑性和韧性，稳定结构的尺寸。最常用的焊后热处理是在６００～６５０℃范围内的消除应力退火，并低于人；点温度的高温回火。另外还有为改善铬镍奥氏体不锈钢抗腐蚀性能的稳定化处理等。消除应力退火的加热温度一般为６００～６５０Ｃ，对于含钒低合金钢，在６００～６２０Ｃ左右加热时，塑性和韧性下降，应在５５０～５９０℃下进行消除应力退火。消除应力退火的保温时间一般根据板厚确定，每毫米厚度 1~2ｍｉｎ，最短不少于 ３０ ｍｉｎ，最多不超过 ３ ｈ。

铬钥耐热钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等材料，焊后在６５０～７６０Ｃ不同温度范围内回火处理，主要起改善组织和性能及降低焊接残余应力的作用。

２、焊后热处理的方法

1）整体加热处理 将焊件置于加热炉中整体加热处理，可以得到满意的处理效果。焊件进炉和出炉时的温度应在３００Ｃ以下，在３００Ｃ以上的加热和冷却速度与板厚有关。对于厚壁容器，加热和冷却速度为５０～１５０Ｃ巾，整体处理时炉内最大温差不得超过50℃。如果焊件太长分成二次处理时，重叠加热部分应在1.5m以上。

２）局部热处理 对于尺寸较长不便整体处理，但形状比较规则的简单筒形容器、管件等，可以进行局部热处理。局部热处理时，应保证焊缝两侧有足够的加热宽度。

局部热处理常用火焰加热、红外线加热、工颇感应加热等加热方法。

一般在下列情况要考虑焊后热处理：

１）母村金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向较大的普遍低合金钢。

２）处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，特别在脆性转变温度以下使用的压力容器。

３）承受交变载荷工作，要求疲劳强度的构件。

４）大型受压容器。

５）有应力腐蚀和焊后要求几何尺寸较稳定的焊接结构。

四、提高手弧焊生产率的途径

提高焊接生产率从二方面着手，一方面应积极研究与推广优质高效的焊接方法；另一方面，就是设法提高手弧焊接生产率。

目前提高手弧焊生产率的途径主要是：研制高效率焊条和专用焊条；采用特殊工艺措施或使手弧焊半机械化及减少辅助时间等。

１．采用高效率焊条和专用焊条

1）高效率铁粉焊条“高效率铁粉焊条在国外已普遍使用，我国目前生产的这类焊条牌号有Ｔ4323（结422铁）、Ｔ5018（结506铁）等。它们分别是在钛钙型和低氢型焊条药皮的基础上加入25％～40％的铁粉。因药皮中含有较多的铁粉，焊接时铁粉向焊缝过渡，使焊条的熔敷速度（熔焊过程中，单位时间内熔敷在焊件上的金属量）和熔敷效率（溶敷金属量与熔化的填充金属量的百分比）都大大提高。同时铁粉的加入，使焊条具有较好的导电、导热性能，故可采用较大的焊接电流。“铁粉焊条的熔敷效率可达一般焊热敷效率的１３０％～２５０％，我国Ｔ4323的熔敷效率是Ｔ4303的 135％。用这种焊条焊角焊缝时，其焊脚比同直径的一般焊条大，直径为5—8ｍｍ的铁粉焊条，单道焊缝焊脚可达７～10ｍｍ，这样可以减少焊接层次，大大提高了生产率。此外，这种焊条脱渣性好、飞溅小、焊缝成形好，可全位置焊接。

（２）立向下焊专用焊条 生产中立焊焊缝大都是自下而上进行焊接，为了防止熔化金属下淌，熔池尺寸必须加以限制，因此电流只能用得很小，生产率极低。六十年代末发展了一种立向下焊专用焊条。我国生产的Ｅ5018就