第六章焊接

第六章焊接

把金属零件或材料在加热或加压下，利用原子间的结合与扩散作用，连接成为一个整体的过程称为焊接。它是工业生产和工程建设中应用广泛的一种金属连接方法。焊接方法的种类很多，按焊接工艺特征可以分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。生产上常用的焊接方法有手工电弧焊、气焊和电阻焊等。

6.1 手工电弧焊

6.1.1 手工电弧焊的焊接过程

(a) 焊接连线(b) 焊接过程

图 6.1 焊条电弧焊过程

1—零件2—焊缝3—焊条4—焊钳1'—熔渣2'—焊缝3'—保护气体4'—药皮5—焊接电源6—电缆7—地线夹头5'—焊芯6'—熔滴7'—电弧8'—母材9'—熔池手工电弧焊通常又称为焊条电弧焊，属于熔化焊焊接方法之一，它是利用电弧产生的高温、高热量进行焊接的。

如图6.1所示，焊接时电源的一极接工件，另一极与焊条相接。工件和焊条之间的空间在外电场的作用下，产生电弧。该电弧的弧柱温度可高达6000°K（阴极温度达2400°K，阳极温度达2600°K）。它一方面使工件接头处局部熔化，同时也使焊条端部不断熔化而滴入焊件接头空隙中，形成金属熔池。当焊条移开后，熔池金属很快冷却、凝固形成焊缝，使工件的两部分牢固的连接在一起。手工电弧焊的适用范围很广，是焊接生产中普遍采用的焊接方法。

6.1.2 手工电弧焊的设备与工具

1．交流弧焊机

交流弧焊机是一种特殊的降压变压器，它具有结构简单、噪音小、价格便宜、使用可靠、维护方便等优点，但电弧稳定性较差。BX1-330型弧焊机是目前用得较广的一种交流弧焊机，其外形如图6.2a所示。型号中“B”表示弧焊变压器，“X”表示下降外特征（电源输出端电压与输出端电流的关系称为电源的外特征），“1”为系列品种序号，“330”表示弧焊机的额定焊接电流为330A。

交流弧焊机可将工业用的电压（220V或380V）降低至空载时的60~70V、电弧燃烧时的20~35V，电流调节范围为50~450A，其工作原理如图6.2b所示。它的电流调节要经过粗调和细调两个步骤。

粗调是改变焊机一次接线板上的活动接线片，以改变二次线圈匝数来实现。具体操作方法是改变线圈抽头的接法选定电流范围。细调是通过改变活动铁心的位置来进行。具体操作方法是借转动调节手柄，并根据电流指示盘将电流调节到所需值。

（a）交流弧焊机外形图（b）交流弧焊机工作原理图

图 6.2 BX1-330交流弧焊机

1-电流指示盘2-调节手柄（细调电流）3-接地螺钉

4-焊接电源两极（接工件和焊条）5-线圈抽头（粗调电流）

2．直流弧焊机

直流弧焊机输出端有正、负极之分，焊接时电弧两端极性不变。弧焊机正、负两极与焊条、焊件有两种不同的接线法：将焊件接到弧焊机正极，焊条接至负极，这种接法称正接，又称正极性；反之，将焊件接到负极，焊条接至正极，称为反接，又称反极性。焊接厚板时，一般采用直流正接，这是因为电弧正极的温度和热量比负极高，采用正接能获得较大的熔深。焊接薄板时，为了防止烧穿，常采用反接。但在使用碱性焊条，均采用直流反接。

直流弧焊机有旋转式直流弧焊机和整体式直流弧焊机。旋转式直流弧焊机结构复杂，价格比交流弧焊机贵得多，维修较困难，使用时噪音大，目前这种弧焊机已经被淘汰。整流式直流弧焊机的结构相当于在交流弧焊机上加上整流器，从而把交流电变成直流电。它既弥补了交流弧焊机电弧稳定性不好的缺点，又比旋转式直流弧焊机结构简单，消除了噪音。

3．工具

进行手工电弧焊时，常用的工具有焊钳、面罩、钢丝刷和尖头锤。焊钳是用来夹持焊条进行焊接的工具。面罩是用来保护眼睛和脸部，免受弧光伤害的。钢丝刷和尖头锤则用于清理和除渣。6.1.3 电焊条的结构与分类

1．电焊条的结构

电焊条（简称焊条）是涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极，是手工电弧焊时的焊接材料，它由焊芯和药皮两部分组成，如图6.3所示。焊芯在焊接过程中既可以作为产生电弧的电极，又可以在熔化后作为填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝。

药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层，它由矿石粉、铁合金粉和粘结剂等原料按一定比例配置而成。在焊接过程中，药皮主要起机械保护作用，防止空气进入焊缝（渣保护和气体保护）。它还具有冶金作用，如脱氧、脱磷、脱硫和渗合金元素等。药皮还能使焊条有良好的工艺性能，如稳弧、脱渣、成型美观等。

图6.3焊条结构

1—药皮2—焊芯3—焊条夹持部分

2．电焊条的种类、型号和牌号

（1）手工电弧焊所用焊条的种类很多，按我国统一的焊条牌号，共分为十大类：如结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条等，其中应用最广的是结构钢焊条。

（2）按焊条药皮熔化后的熔渣化学性质不同，焊条可分为酸性焊条和碱性碱性两大类。药皮中含酸性氧化物较多的焊条，熔渣呈酸性，称为酸性焊条，可用于交、直流电源焊接一般的焊接结构；药皮中含碱性氧化物较多的焊条，称为碱性焊条，一般宜用直流反接，常用于重要结构的焊接。

（3）焊条型号是国家标准中的焊条代号，如标准规定碳钢焊条型号是以字母“E”加四位数字组成，例如E4315。其中字母“E”表示焊条；前两位数字表述熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊接位置（“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接，即平焊、立焊、横焊、仰焊，“2”为平焊及平角焊等）；第三、四位数字组合时表示焊条的药皮类型及适用的电源种类。

（4）焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号，常用的酸性焊条牌号有J422、J502等，碱性焊条牌号有J427、J506等。牌号中的“J”表示结构钢焊条，牌号中三位数字的前两位“42”或“50”表示焊缝金属的抗拉强度等级，分别为420MPa或500MPa；最后一位数表示药皮类型和焊接电源种类，1~5为酸性焊条，使用交流或直流电源均可，6~7为碱性焊条，只能用直流电源。

6.1.4 焊接接头、坡口与位置

1) 焊接接头形式和焊接坡口形式

焊接接头是指用焊接的方法连接的接头，它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成。根据接头的构造形式不同，可分为对接接头、T 形接头、搭接接头、角接接头、卷边接头等5 种类型。前4 类如图6.4 所示，卷边接头用于薄板焊接。

熔焊接头焊前加工坡口，其目的在于使焊接容易进行，电弧能沿板厚熔敷一定的深度，保证接头根部焊透，并获得良好的焊缝成形。焊接坡口形式有I 形坡口、V 形坡口、U 形坡口、双V 形坡口、J 形坡口等多种。常见焊条电弧焊接头的坡口形状和尺寸如图6.4所示。对焊件厚度小于6 mm 的焊缝，可以不开坡口或开I 形坡口；中厚度和大厚度板对接焊，为保证熔透，必须开坡口。V 形坡口便于加工，但零件焊后易发生变形；X 形坡口可以避免V 形坡口的一些缺点，同时可减少填充材料；U 形及双U 形坡口，其焊缝填充金属量更小，焊后变形也小，但坡口加工困难，一般用于重要焊接结构。

2) 焊接位置

在实际生产中，由于焊接结构和零件移动的限制，焊缝在空间的位置除平焊外，还有立焊、横焊、仰焊，如图6.5所示。平焊操作方便，焊缝成形条件好，容易获得优质焊缝并具有高的生产率，是最合适的位置；其他三种又称空间位置焊，焊工操作较平焊困难，受熔池液态金属重力的影响，需要对焊接规范控制并采取一定的操作方法才能保证焊缝成形，其中焊接条件仰焊位置最差，立焊、横焊次之。