手工电弧焊SMAW介绍及优缺点

手工电弧焊SMAW介绍及优缺点
这里首先要讨论的是手工电弧焊，也就是我们通常所说的“手把焊”，它是通过带药皮的焊条和被焊金属间的电弧将被焊金属加热，从而达到焊接的目的。

图3.2给出了手工电弧焊的各种影响因素及成型的情况。

从图中可以看出，焊条和工件的电弧是由电流引起的，它提供热能并将母材、填充金属以及药皮融化，随着电弧向右移动，焊接金属得以凝固并在表面形成一层焊渣，焊渣是在金属的凝固过程中浮上来的，因此，焊接缺陷夹渣，即使很少，也有可能出现。

图 3.2也说明了焊接保护气体是由焊条药皮在加热后分解形成的，这些气体帮助焊剂为电弧周围的熔融金属提供保护。

手工电弧焊中最主要的要素是焊条本身，它是由金属芯外覆一层粒状焊剂和某种粘接剂制作而成的。

所有的碳钢和低合金钢焊条基本上都用低碳钢丝做芯，而合金元素则来自于药皮，这也是较为经济的一种合金化方法。

焊条药皮的不同导致了不同焊条种类，焊条药皮有以下五种作用：
（1）保护——药皮分解后产生的气体为熔融金属提供保护。

（2）脱氧——药皮为焊剂去除氧气和其他气体。

（3）合金化——药皮为焊缝提供合金化元素。

（4）电离——药皮改善电特性以增强电弧稳定性。

（5）保温——凝固的焊渣在焊缝金属上的覆盖降低了焊缝金属的冷却速度（次要影响）。

由于焊条在手工电弧焊中的影
响很大，就有必要了解其分类和品
种。

美国焊接学会给出了手工电弧
焊焊条的标识方法，见图3.3。

美国焊接学会技术条件A5.1和A5.5分别介绍了对碳钢和低合金钢焊条的有关要求，并描述了它们的分类和特性。

焊条标识中用字母E和另外四到五个数字组成，字母E代表焊条。

前二个数字代表熔敷金属的最小抗拉强度，单位为千磅每平方英寸，“70”就表示熔覆金属的最小抗拉强度为70，000磅每平方英寸（PSI）。

接下来的数字代表焊条的可焊位置。

数字“1”表示焊条可用于任何焊接位置，数字“2”表示熔融金属流动性非常好，只能用于平焊或角焊缝的横焊，数字“4”表示焊条可用于立向下焊，数字“3”不再使用。

最后一个数字表示焊条药皮的组成和性能，药皮决定了可焊性和推荐的电流类别，AC（交流），DCEP（直流反接）或DCEN（直流正接）。

图3.4列出了手工电弧焊的焊条标识方法。

F-No分
类
电流电弧熔深药皮与焊渣铁粉
F-3
EXX10
直流反接深深纤维素钠0-10%
F-3 EXXX1 交流与直流反
接
深深纤维素钾0%
F-2 EXXX2 交流与直流正
接
中等中钛钠型0-10%
F-2
EXXX3
交流与直流轻轻钛钾型0-10%
F-2
EXXX4
交流与直流轻轻钛型铁粉24-40%
F-4
EXXX5
直流反接中中低氢钠0%
F-4 EXXX6 交流或直流反
接
中中低氢钾0%
F-4 EXXX8 交流或直流反
接
中中低氢铁粉25-45%
F-1
EXX20
交流或直流中中氧化铁钠0%
F-1
EXX24
交流或直流 轻 轻 钛型铁粉 50% F-1
EXX27
交流或直流 中 中 氧化铁铁粉 50% F-1
EXX28 交流或直流反接 中 中 低氢铁粉 50%
图3.4 – 手工电弧焊焊条后缀数字的含义
必须强调的是，焊条最后一个数字为“5”、“6”和“8”的，表示其为“低氢焊条”。

为了保持其低氢含量以免受潮，这些焊条必须按
原包装密封保存，或贮存在
适宜的烘箱内，这些烘箱应
采用电加热并将温度控制在
150︒F 至350︒F 的范围内，烘箱必须保持低的潮湿度（小于0.2%），因此需要有合适的通风能力。

任何低氢焊条如果不用或刚拆封应立即
放入烘箱，大多数规范均要求低氢焊条在拆封后放入温度不低于250︒F（120︒C）的烘箱中。

但是，这里也必须指明的是，除以上说明外，其它焊条放入烘箱可能是有害的。

有些焊条是要有一定的潮湿度的，如果潮湿度下降，焊条的可焊性将急剧下降。

低合金钢焊接的焊条，是在标准的焊条标识后，再加上用字母和数字组成的后缀，图3.5给出了一些重要的组合。

手工电弧焊的设备相对简单，见图3.6。

可以看出，一条导线连接待焊工件，另一条导线连接至焊工夹持焊条的焊把，焊条和母材通过焊条和工件靠近后产生的电弧加热后而熔化。

手工电弧焊的电源就是通常所说的恒流电源，它具有“下降”的特性，这个术语可通过观察电源的电压——电流曲线图来加以理解。

当焊工增加弧长时，将会增加焊接回路的电阻，从而导致电流的轻微下降（10%），见图3.7（A），电流的下降促使电压急剧地上升（32%），电压的上升又反过来限制了电流的进一步下降。

由于热量是电压、电流以及时间的函数，可以看出长的电弧
((32Vx135Ax60)/10IPM=25,920J/in.)将比短的电弧((22Vx150Ax60)/IPM=19,800J/in.)产生更多的热量。

从工艺控制的角度看，这点很重要，因为焊工可通过改变电弧长
度来增减焊缝熔池的流动性。

但是，太大的电弧长度将使电弧的集中度降低，从而导致熔池热量的损失，使电弧稳定性降低，也会损失熔池的保护气体。

如果电源装备有特性控制，通过调整焊接电源，焊工就可通过轻微改变电弧长度从而达到控制焊接熔池流动性的目的。

图 3.7(B)给出了两个不同下降特性的设定，有经验的焊工将选择缓降特性设定以便更好的控制，而没有经验的焊工会选择陡降特性设定以减少由于电弧长度不稳造成的焊接熔池的变化。

除特殊合金材料外，手工电弧焊在大多数工业中大量使用。

但它也是一种相对陈旧的焊接方法，有些新的焊接工艺在某些方面的应用上已经取代了它，即便这样，手工电弧焊仍然在焊接工业中广泛应用。

有以下几个原因说明了它应用的广泛性。

第一，设备简单而便宜，这就使得手工电弧焊很轻便。

事实上，有很多种由汽油或柴油驱动的电焊机，用来完成在没有电的边远地区的焊接任务。

还有，有些新的固态电源小而且轻巧，焊工很容易携带它们去工作。

另外，由于各种各样的焊条易于获取，这种焊接工艺被认为是万能的。

最后，随着设备和焊条的不断改进，这种焊接方法始终能保持很高的焊接质量。

手工电弧焊的其中一个局限性是焊接速度，它受到焊工周期性停止焊接，来更换长度为9到18英寸焊条的限制。

手工电弧焊在许多应用场合已被其它半自动、机械化和自动化的焊接工艺所取代，原因就是这些工艺与手工电弧焊相比，有着更高的生产效率。

手工电弧焊的另一个缺点也是影响生产率的，即焊后焊渣的清理。

而且，当使用低氢焊条时，还需要有适当的贮存设施如烘箱以保持其较低的潮湿度。

有关手工电弧焊的基本原理先介绍到此，接下来讨论手工电弧焊可能产生的缺陷，这些缺陷不仅是我们可预料的，也可能来自于工艺使用不当。

一种缺陷是焊缝中的气孔，是由于焊缝周围的潮湿和污染引起的，它可能来自于焊条药皮、材料表面或周围的大气，气孔也可能是由于焊工使用过长的电弧引起的，这点对低氢焊条尤其突出，因此，短弧将有助于减少气孔的出现。

气孔也可能是由所说的“电弧偏吹”现象造成的，它存在于所有的电弧焊当中，这是一种常见问题且常常使手工焊焊工很苦恼。

（1）要理解电弧偏吹,首先
要知道当电流通过导
体时，周围将产生磁
场，磁场方向垂直于电
流方向，可以看作是围
绕着导体周围的一组
同心圆组成的，（2）减小焊接电流
（3）向电弧偏吹的相反方向倾斜焊条
（4）在接头两端用大的定位焊，在接头内用断续的定位焊
（5）向着大的定位焊或完工焊缝的方向焊接
（6）用分段退焊法
（7）远离接地以减小电弧后吹，朝向接地以减小电弧前吹
（8）将电缆连接至焊缝两端
（9）将电缆缠绕在工件周围，其电流方向应能产生抵销电弧偏吹的磁场
（10）在接头末端加熄弧板
除会产生气孔外，电弧偏吹还会导致飞溅、咬边、成型不好并降低焊接熔深。

只要是通
过焊剂提供
保护，就有
可能产生夹
渣，手工电弧焊也不例外。

焊工可通过运用使焊渣充分浮到熔池表面的工法以降低产生夹渣的可能性，另外，在多道焊中，在下一层施焊之前，把焊道上的焊渣完全清理干净就能减少夹渣的发生。

由于手工电弧焊是通过手工操作来完成的，如果运用不当，就有可能出现各种缺陷，如未熔合、未焊透、裂纹、咬边、焊瘤、焊缝尺寸不对和不当的焊缝断面。