焊条电弧焊工艺参数.docx

01
焊接坡口的选择
- 坡口的制定是根据设计或工艺的需要，开坡口主要是为了获得所要求的熔透深度和焊缝形状。根据工艺的特点，焊条电弧焊通常推荐厚度为大于4mm的非合金钢和细晶粒结构钢材料需要开坡口。
- 下表是依据ISO 9692 - 1:2013标准推荐并结合实际焊接生产列出的焊条电弧焊对接全熔透焊缝用的坡口形式、坡口角度、间隙和钝边高度等举例。
02
焊前清理
- 焊前清理是焊接前非常重要的一个环节，要求接头坡口及其附近（15~20mm）的表面被油、漆和水等污染的清除，清除的方法包括机械修磨和化学清理等，以避免焊接过程中产生焊接缺陷，如气孔等。
- 碱性焊条焊接时，清理要求更加严格和彻底，否则极易产生氢气孔和氢致延迟裂纹。酸性焊条对锈不是很敏感，若锈得较轻，而且对焊缝质量要求不高时，可以不清除。
03
焊条的选用原则
焊条选用需要考虑以下原则：
(1)根据母材的力学性能选用
等强匹配原则
- 对于一般结构，当母材的强度级别较低时，可选用与母材强度级别相同或稍高的焊条。例如，焊接低碳钢（Q235）时，可选用E43系列焊条，因为E43系列焊条的抗拉强度与Q235钢相近。
- 当母材强度级别较高时，如高强钢，为防止焊缝金属强度过高而导致焊接裂纹等缺陷，应选用强度级别稍低的焊条，并通过合适的焊接工艺来保证焊缝的强度和韧性。
考虑韧性匹配
- 对于承受动载荷或在低温下工作的结构，除了考虑强度匹配外，还要保证焊缝金属具有足够的韧性。例如，在低温环境下工作的钢结构，应选用低温韧性好的焊条。
(2)、根据母材的化学成分选用
相同或相近原则
- 当母材为碳钢或低合金钢时，一般选用结构钢焊条。如果母材含有某些特殊元素，如不锈钢中的铬、镍等，应选用相应的不锈钢焊条，以保证焊缝金属与母材具有相近的化学成分，从而保证焊接接头的耐腐蚀性、耐热性等性能。
- 对于耐热钢的焊接，焊条的化学成分应与母材相匹配，以保证焊接接头在高温下具有良好的抗氧化性和热强性。
(3)根据焊件的工作环境选用
腐蚀环境
- 在腐蚀环境下工作的焊件，如化工设备、海洋工程结构等，应选用具有相应耐腐蚀性的焊条。例如，在海洋环境下工作的焊件，可能需要选用耐海水腐蚀的焊条，如含钼的不锈钢焊条。
高温环境
- 在高温环境下工作的焊件，如锅炉、汽轮机等，要选用能保证高温性能（如高温强度、抗氧化性等）的焊条。例如，对于工作温度在500 - 600℃的高温部件，应选用耐热钢焊条。
(4)根据焊件的结构特点选用
形状复杂和刚度大的结构
- 对于形状复杂、刚度大的结构，如厚板结构、大型铸件等，为了防止焊接裂纹，应选用抗裂性能好的焊条。例如，厚板焊接时，由于焊接应力大，可能需要选用低氢型焊条，以减少氢致裂纹的产生。
承受动载荷的结构
- 对于承受动载荷的结构，如桥梁、起重机等，应选用韧性好的焊条，以保证在反复加载的情况下焊缝不会过早失效。
(5)考虑焊接工艺性
操作性
- 焊条的操作性包括电弧稳定性、飞溅大小、脱渣性等。例如，对于立焊、仰焊等位置的焊接，应选用电弧稳定性好、熔渣粘度适中、脱渣性好的焊条，以便于操作。
焊接位置
- 不同的焊条适用于不同的焊接位置。例如，E4303焊条适用于全位置焊接，而有些焊条可能只适用于平焊位置。
焊条的选用是一个综合考虑多方面因素的过程，只有合理选用焊条，才能保证合理焊接效果。
04
焊条直径的选择
- 焊条直径的选择取决于焊件的厚度、焊接位置、接头形式和焊接层数等因素。
焊条直径的选择需要考虑以下几个因素：
(1)焊件厚度
薄板焊接
- 当焊件厚度较薄（通常小于4mm）时，应选择小直径焊条，如直径2.5mm或3.2mm的焊条。这是因为小直径焊条可以产生较小的熔池，避免烧穿薄板，同时能够更好地控制焊接变形。
- 例如，在焊接厚度为3mm的低碳钢板时，选用直径2.5mm的焊条较为合适。
中厚板及厚板焊接
- 对于中厚板（4 - 12mm）和厚板（大于12mm），可以选择较大直径的焊条。一般来说，随着焊件厚度的增加，焊条直径也相应增大。
- 例如，在焊接10mm厚的钢板时，可选用直径4.0mm的焊条；当焊接20mm厚的钢板时，直径5.0mm或更大直径的焊条可能更合适。
(2)焊接位置
平焊位置
- 在平焊位置，由于焊接操作相对容易，熔池容易保持，可以选择较大直径的焊条来提高焊接效率。
- 例如，平焊10mm厚的钢板时，若在平焊位置，可以选用直径4.0mm - 5.0mm的焊条。
立焊、横焊和仰焊位置
- 在立焊、横焊和仰焊位置，由于熔池容易下淌，操作难度较大，应选择较小直径的焊条，以减小熔池尺寸，便于控制熔池和焊缝成形。
- 例如，在立焊位置焊接8mm厚的钢板时，选用直径3.2mm的焊条较为合适。
(3)接头形式
对接接头
- 对接接头时，焊条直径的选择主要依据焊件厚度。较厚的焊件选择较大直径焊条，较薄的焊件选择较小直径焊条。
- 例如，对接焊接12mm厚的钢板时，可选用直径4.0mm的焊条。
角接接头和T形接头
- 在角接接头和T形接头中，除了考虑焊件厚度外，还要考虑焊脚尺寸。较大的焊脚尺寸可以选择较大直径的焊条，较小的焊脚尺寸选择较小直径的焊条。
- 例如，焊脚尺寸为8mm的角焊缝，可选用直径4.0mm的焊条。
(4)焊接层数
多层多道焊
- 在多层多道焊中，第一层打底焊时，通常选用较小直径的焊条，以便更好地控制根部熔透和焊缝成形。后续填充层和盖面层可以根据焊件厚度和焊接位置等因素选择合适直径的焊条。
- 例如，在多层多道焊焊接20mm厚的钢板时，第一层打底焊可选用直径3.2mm的焊条，后续填充层可选用直径4.0mm - 5.0mm的焊条。焊条直径的选择是一个综合考虑焊件厚度、焊接位置、接头形式和焊接层数等多方面因素的过程，合理选择焊条直径有助于保证焊接质量和提高焊接效率。
05
焊接电流的选择
- 焊接电流是焊条电弧焊的主要参数，电流过大，会导致焊缝余高和熔深增大，可能会由于焊接电流增加导致焊缝的热输入增加，产生夹渣和未熔合等缺陷，塑性、韧性发生变化而影响母材的力学性能；电流过小，熔深越小，容易产生未焊透和未熔合。
- 一般碳钢结构是根据焊条直径来确定焊接电流的，焊条直径与焊接电流成正比。2.0和2.5直径焊条对应电流20d-40d,3.2和4.0和5.0直径焊条对应电流30d-50d,6.0直径焊条对应电流35d-60d.
06
电弧电压的选择
(1)电弧电压与弧长的关系
- 电弧电压是由电弧长度（弧长）决定的。一般来说，电弧电压和弧长成正比关系，弧长越长，电弧电压越高；弧长越短，电弧电压越低。
- 例如，当弧长增加时，电弧在空间中拉得更长，电弧电压就会相应升高。
(2)对焊接质量的影响
- 长弧（高电弧电压）的影响
- 当弧长过长（电弧电压过高）时，电弧热量会分散，熔深减小，且容易引起咬边、未熔合等缺陷。
- 在碱性焊条焊接时，长弧会导致保护效果变差，因为碱性焊条药皮中的稳弧剂较少，长弧容易使空气侵入熔池，增加焊缝中的含氧量，进而影响焊缝质量。
- 短弧（低电弧电压）的影响
- 短弧（电弧电压较低）时，热量集中，熔深较大，有利于保证焊缝的熔透性。通常碱性焊条采用短弧，酸性焊条的弧长一般等于焊条直径。
- 但是，如果弧长过短，焊条容易与焊件粘连，操作不便，同时可能导致熔滴过渡不顺畅，形成夹渣等缺陷。
(3)选择原则
- 在实际操作中，对于一般的低碳钢焊接，当使用酸性焊条时，弧长可控制在焊条直径左右。例如，使用直径4mm的酸性焊条，弧长可保持在4mm左右。
- 当使用碱性焊条时，应采用短弧操作，弧长通常控制在2 - 3mm以内，以保证焊接质量，避免产生气孔、夹渣等缺陷。
- 在焊接过程中，焊工需要根据焊件的厚度、接头形式、焊接位置等因素灵活调整弧长。例如，在立焊和仰焊时，由于熔池容易下淌，更要注意采用短弧操作来控制熔池形状和大小。
07
焊接速度的选择
- 焊接速度是指焊接过程中焊条沿焊接方向移动的速度，即单位时间内完成的焊缝长度。焊接速度过快会导致焊缝过窄、凹不平，容易产生咬边和焊缝波形变尖；焊接速度过慢会使焊缝变宽，余高增加，同时还影响着热输入的大小。焊条电弧焊时，在保证焊缝所要求的尺寸和良好的熔合条件下，焊接速度由焊工根据具体情况灵活掌握。
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焊条倾角
- 焊条倾角直接影响焊接电弧的指向，从而影响焊接焊缝的成形和质量。对接时，焊条与焊件两侧的夹角一般为90°，但偏离90°易造成单侧咬边和单侧未熔合。焊条与焊件的夹角小于90°时，焊缝会产生余高过高、熔深浅等缺陷，夹角过大时会造成焊接熔池后移，有可能出现夹渣现象，故应选择合适的焊条倾角。
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焊道厚度及层数
- 在中厚板焊接时，通常采用多层多道焊。对于低碳钢焊接时，每道焊缝的厚度不宜过大，否则焊缝韧性将受影响（输入热量过大），对力学性能要求的焊缝，每道焊缝厚度最好不大于4mm。
- 多层焊接时，前一道焊缝对后一道焊缝进行预热，后一道焊缝对前一道焊缝进行热处理，改善接头的组织和性能。
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焊接基本操作
-焊条电弧焊基本操作主要包括引弧、运条、收弧和接头四个步骤。
(1)引弧
引弧方法
- 接触引弧：这是最常用的方法。将焊条端部在靠近开始焊接的部位与焊件表面接触，然后迅速拉开一定距离，引燃电弧。在接触瞬间，由于短路产生的大电流使焊条端部和焊件表面的接触部分迅速加热，当拉开距离后，在高温和电场的作用下，焊条端部的药皮分解产生保护气体，同时焊条端部的金属熔化形成熔滴过渡到焊件上，电弧就此引燃。
- 划擦引弧：类似于划火柴的动作。将焊条在焊件表面划擦，当焊条端部与焊件接触并产生火花后，迅速提起焊条一定距离，使电弧引燃。不过这种方法容易损伤焊件表面，在一些对焊件表面质量要求较高的情况下使用受限。
 注意事项
- 引弧位置应在焊缝起点之前一定距离（一般10 - 15mm），以保证焊缝起点处的质量。这是因为刚开始引弧时，电弧不稳定，焊缝质量可能不佳，在起点前引弧可以利用后续的焊接过程来弥补起始部分的不足。
- 引弧时，焊条与焊件之间的角度要合适，一般焊条与焊件平面的夹角在70°- 80°左右，这样有利于电弧的稳定和熔滴的过渡。
(2)运条
运条的基本动作
- 前进动作：焊条沿着焊接方向匀速移动，这决定了焊缝的长度。移动速度要根据焊件的厚度、焊接电流等因素来确定。例如，焊接较厚的焊件时，为了保证足够的熔深，前进速度可以适当减慢；而焊接薄板时，前进速度要快一些，防止烧穿。
- 横向摆动动作：焊条在垂直于焊接方向做左右摆动。摆动的方式有多种，如锯齿形、月牙形、三角形等。通过横向摆动可以控制焊缝的宽度，使焊缝两侧与母材充分熔合。例如，在焊接厚板的填充层时，采用锯齿形摆动可以使焊缝填充更加均匀。
- 送进动作：焊条在焊接过程中要不断向熔池送进，以补充熔化的焊条金属，保持弧长不变。送进速度要与焊条的熔化速度相匹配，如果送进速度过快，弧长会缩短，可能导致焊条与焊件粘连；如果送进速度过慢，弧长会变长，容易出现焊接缺陷。
运条方式及适用场景
- 直线运条法：焊条只做前进动作，不做横向摆动。适用于薄板焊接、多层焊的第一层打底焊（对熔宽要求不高时）和间隙较小的对接焊缝。
- 锯齿形运条法：焊条在向前移动的同时做锯齿形摆动。这种方法适用于较厚焊件的焊接，可以得到较宽的焊缝，并且能够使焊缝两侧熔合良好。在焊接平焊位置的厚板填充层和盖面层时经常使用。
- 月牙形运条法：焊条做月牙形摆动向前移动。它能使焊缝熔池形状呈月牙形，比锯齿形运条法得到的焊缝更饱满。常用于焊接角焊缝、平焊位置的厚板焊缝等。
(3)收弧

收弧的目的
- 如果立即断弧，焊缝终端会形成弧坑，使该部位焊缝截面积减小，从而降低接头强度，产生应力集中，导致产生弧坑裂纹。因此，收弧的主要目的是填满弧坑，保证焊缝终端的质量。
收弧方法
- 划圈收弧法：在焊缝终端，焊条做圆周运动，逐渐缩小运动半径，将弧坑填满后再断弧。这种方法适用于厚板焊接和填充量较大的焊缝。
- 回焊收弧法：在焊缝终端，焊条向反方向焊接一小段距离（一般5 - 10mm），将弧坑填满后再断弧。此方法操作简单，适用于各种位置的焊接。
- 反复熄弧 - 再引弧法：在焊缝终端，反复熄弧和再引弧，每次引弧后将熔滴填充到弧坑中，直至弧坑填满后再最后断弧。这种方法适用于薄板焊接和对弧坑要求严格的焊接。
(4)接头
接头的重要性
- 因为每根焊条的长度有限而焊缝尺寸通常都大于每根焊条的熔敷长度，所以在一个焊条电弧焊的焊缝里通常都有多个接头。接头的质量直接影响焊缝的整体质量，处理不好会导致接头处强度降低、产生裂纹等缺陷。
接头方法
- 热接法：在焊条即将燃尽时，迅速更换新焊条，并在原熔池还处于红热状态时立即引弧进行焊接。这种方法的优点是接头处熔合良好，焊缝外观连续，适用于对焊缝质量要求较高的场合。
- 冷接法：当熔池已经冷却后再进行接头焊接。在接头处，需要将接头处的焊缝表面清理干净，然后在距离接头一定距离（一般10 - 15mm）处引弧，将电弧移至接头处，稍作停留，使接头处熔化后再进行正常焊接。这种方法操作相对简单，但对焊工的操作技巧要求较高，以保证接头处的熔合质量。 引弧是将焊条端部在靠近开始焊接的部位采用接触式引弧方法引燃。焊接时，通过正确的运条可以控制焊接熔池的形状和尺寸，从而获得良好的熔合和焊缝成形。运条过程有3个基本动作，即前进动作、横向摆动动作和送进动作。
- 每根焊条的长度有限而焊缝尺寸通常都大于每根焊条的熔敷长度，所以在一个焊条电弧焊的焊缝里通常都有多个接头，焊条电弧焊的接头方法分为热接法和冷接法。
- 焊接结束时，若立即断弧则在焊缝终端形成弧坑，使该部位焊缝截面积减小，从而降低接头强度，产生应力集中，导致产生弧坑裂纹。因此，必须是填满弧坑后收弧。常用的收弧方法有3种，分别为划圈收弧法、回焊收弧法、反复熄弧再引弧法。