第一节 焊条电弧焊概述

一、焊条电弧焊

（一）基本概念

焊条电弧焊是指用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。它是各种电弧焊方法中发展最早，目前仍然应用最广，也是最基础的一种焊接方法。

焊接回路组成如图2-1所示。

（二）焊条电弧焊的优点

（1）设备简单、维护方便。焊条电弧焊可用交流电焊机或直流电焊机进行焊接，装卸设备都比较简单，投资少，而且维护方便。

（2）操作灵活。在空间任意位置的焊缝，只要焊条能够达到，就能进行焊接。

（3）应用范围广。选用合适的焊条不仅可以焊接低碳钢、低合金钢、高合金钢、有色（非铁）金属等同种金属，而且还可以焊接异种金属；同时还可以在普通碳素钢上堆焊具有耐磨、耐腐蚀等特殊性能的材料，在造船、锅炉及压力容器、机械制造、矿山机械、化工设备等方面得以广泛应用。

（4）工艺使用性强。对不同种类的焊条及不同厚度的焊件，可以选择不同的焊接参数进行焊接。

（三）焊条电弧焊的缺点

（1）对焊工要求高。焊条电弧焊的焊接质量除了选择合适的焊条、焊接参数及焊接设备外，主要靠焊工的操作技术和经验来保证。在相同的工艺条件下，一名操作技术水平高、经验丰富的焊工能焊出外形美观、质量优良的焊缝；而一名操作技术水平低、没有经验的焊工焊出的焊缝可能就不合格。

（2）劳动条件差。焊条电弧焊主要依靠焊工的手工操作控制焊接的全过程，所以在整个焊接过程中，焊工处在手脑并用、精力高度集中的状态，而且受到高温烘烤，在有害的烟尘环境中工作。过多吸入焊接过程中的烟尘对焊工的健康不利，因此必须加强劳动保护。

（3）生产效率低。焊条电弧焊是手工劳动，辅助时间较多，如更换焊条、清理焊渣、打磨焊缝等，焊材利用率不高，熔敷率较低，难以实现机械化和自动化，所以生产效率较低。

二、焊条电弧焊的操作程序

焊条电弧焊的操作程序如图2-2所示。

在焊接技能实训中，应认真按照操作程序进行，养成良好的职业习惯，培养严格的工艺纪律。

三、焊条

涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极叫作焊条。

（一）焊条的作用和组成

焊条电弧焊时，焊条既作为电极传导电流而产生电弧，为焊接提供所需热量；又在熔化后作为填充金属过渡到熔池，与熔化的母材金属熔合，凝固后形成焊缝。

焊条的优劣是决定焊条电弧焊焊缝质量的主要因素之一。焊条不仅影响电弧的稳定性，而且直接影响焊缝的化学成分和力学性能。因此，焊条必须具备以下特点：引弧容易，稳弧性好，对熔化金属有良好的保护作用，便于形成满足要求的焊缝。

焊条由焊芯和药皮组成。焊条的构造如图2-3所示。焊条前端药皮有45°左右的倒角，以便于引弧；尾部有15～25mm长的裸焊芯，叫作夹持端，用于焊钳夹持并利于导电。焊条直径指焊芯直径，是焊条的重要尺寸，一般有φ1.6mm、φ2.0mm、φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm、φ5.0mm、φ6.0mm、φ8.0mm八种规格。焊条的长度由焊条直径而定，为200～650mm。生产中应用最多的是φ3.2mm、φ4.0mm、φ5mm三种，长度分别为350mm、400mm和450mm。

1．焊芯

焊芯的作用：一是传导电流，维持电弧；二是熔化后作为填充金属进入焊缝。

焊条电弧焊时，焊芯在焊缝金属中约占50%～70%，焊芯的成分直接决定了焊缝的成分与性能。

2．药皮

药皮是指压涂在焊芯表面上的涂料层。药皮在焊接过程中起到如下作用：

（1）帮助电弧引燃，促进电弧稳定燃烧。

（2）通过产生的气体和熔渣，保护焊缝金属不被氧化和不受空气的影响。

①气体保护。药皮中的有机物及碳酸盐在电弧高温下产生中性或还原性气体并笼罩着电弧和熔池区，避免其与空气接触。

②熔渣保护。在电弧的高温下，药皮中的某些物质熔化，形成一层熔点低、黏度适中、密度小的熔渣覆盖在焊缝表面，避免其与空气接触，防止其氧化，并能使焊缝缓慢冷却，有利于焊缝中的气体逸出，减小气孔产生的可能性。

（3）冶金反应。熔化焊接的过程就是一个小冶炼的过程。焊条电弧焊时，药皮中的合金元素在熔池中能起到脱氧、脱硫、脱磷、脱氮等精炼作用，从而改善焊缝金属的性能；同时，药皮中添加的合金元素能补充一部分被烧损的合金元素；利用药皮中的合金元素过渡到焊缝中，可改善焊缝成分，提高焊缝性能。

（二）焊条的分类及型号

1．焊条的分类

（1）按焊条的用途分类。根据国家标准，焊条可分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、镍及镍合金焊条等，如表2-1所示。

（2）根据药皮熔化后的熔渣特性，可将焊条分成酸性焊条和碱性焊条两类。这两类焊条的工艺性能、操作注意事项和焊缝质量有较大的差异，因此必须熟悉它们的特点。

①酸性焊条。焊接时形成熔渣的主要成分是酸性氧化物。酸性焊条突出的优点是价格较低、焊接工艺性好、容易引弧、电弧稳定、飞溅少、对弧长不敏感、对油锈不敏感、焊前准备要求低、焊缝成形好等。但这类焊条形成熔渣的氧化性比较强，容易使合金元素氧化；不能有效地清除熔池中的硫、磷等杂质；焊缝金属产生偏析的可能性较大；出现热裂纹的倾向较高；焊缝金属的冲击韧度较低。因此，此类焊条广泛用于一般的焊接结构。此类焊条的典型型号有E4303、E5003。它可用于交、直流焊接电源。

②碱性焊条。碱性焊条形成的熔渣的主要成分是碱性氧化物。焊缝金属中合金元素较多，硫、磷等杂质较少，因此，焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较好，故这类焊条主要用于焊接重要的焊接结构。碱性焊条突出的缺点是价格稍贵、焊接工艺性较差、引弧困难、电弧稳定性差、飞溅多、必须采用短弧焊、焊缝外形稍差、鱼鳞纹较粗等。另外，此类焊条对油、水、铁锈等很敏感。如果焊前焊接区没有清理干净，或焊条未完全烘干，在焊接时就会产生气孔。此类焊条的典型型号有E4315、E5015。碱性焊条不加稳弧剂时只能采用直流电源焊接。

（3）根据药皮的主要化学成分，可将焊条分为钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条、低氢型焊条、石墨型焊条、盐基型焊条等。

2．碳钢焊条型号的表示方法

碳钢焊条的型号以国家标准GB/T5117—1995《碳钢焊条》为依据，根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类来划分。具体表示方法如下：

（1）用字母“E”表示焊条。

（2）用前两位数字表示熔敷金属抗拉强度最小值的1/10，单位为MPa。

（3）第三位数字表示焊条的焊接位置。“0”及“1”表示焊条使用于全位置焊接（平、立、横、仰）, “2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊。

（4）第三位和第四位数字组合时，表示药皮类型和焊接电流种类。

（5）第四位数字后面附加“R”表示耐吸潮焊条，附加“M”表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条，附加“-1”表示冲击性能有特殊规定的焊条。

例如：E4315

其中：E——表示焊条；

43——表示熔敷金属抗拉强度的最小值为430MPa；

1——表示焊条适用于全位置焊接；

15——表示焊条涂层为低氢钠型，采用直流反接焊接。

（三）碳钢焊条的选择和使用

1．碳钢焊条的选用原则

（1）等强度原则。碳钢焊条一般按焊缝与母材等强度的原则选用，但是要注意以下问题：

①应按照母材的抗拉强度等级来选择抗拉强度等级相同的焊条。

②对于焊接结构刚性大、受力情况复杂的工件，选用焊条时，应考虑焊缝的塑性，可选用比母材低一级抗拉强度的焊条。

（2）焊条药皮性质的确定（药皮的酸、碱性）。在焊条的抗拉强度等级确定后，再决定选用酸性焊条或碱性焊条，一般要考虑以下几方面的因素：

①当接头坡口表面难以清理干净时，应采用氧化性强、对铁锈和油污等不敏感的酸性焊条。

②在容器内部或通风条件较差的条件下，应选用焊接时析出有害气体少的酸性焊条。

③当母材中的碳、硫、磷等元素含量较高，而焊件形状复杂、结构刚性大且厚度大时，应选用抗裂性好的碱性低氢型焊条。

④当焊件承受震动、冲击载荷时，除保证抗拉强度外，应选用塑性和韧性较好的碱性焊条。

⑤在酸性焊条和碱性焊条均能满足性能要求的前提下，应尽量选用工艺性能较好的酸性焊条。

（3）焊条的焊接位置。焊接部位为空间任意位置时，必须使用能进行全位置焊接的焊条；焊接部位始终是向下立焊时，可以选用专门向下立焊的焊条或其他专门焊条。

（4）经济性和效率。在满足焊接工艺要求的前提下，尽可能选择价廉物美和能提高效率的焊条。

2．碳钢焊条的使用

为了保证焊缝的质量，在使用碳钢焊条前须对其烘干处理并进行外观检查。

（1）焊条的外观检查。对焊条进行外观检查是为了避免由于使用不合格的焊条而造成焊缝质量不合格。外观检查包括是否偏心、焊芯是否存在锈蚀、药皮是否有裂纹和脱落，若出现上述情况，则该焊条不宜或不能使用。

（2）焊条的烘干。

①烘干的目的。受潮的焊条在使用中是很不利的，不仅会使焊接工艺性能变差，而且也影响焊接质量，容易产生氢致裂纹、气孔等缺陷，造成电弧不稳定、飞溅增多、烟尘增大等现象。因此，焊条在使用前必须烘干，特别是碱性焊条。

②烘干温度。不同品种的焊条要求不同的烘干温度和保温时间。碳钢焊条的烘干温度和时间如表2-2所示。

③烘干方法及要求。焊条应放在正规的远红外烘干箱内进行烘干，而不能在炉子上烘烤，也不能用气焊、火焰直接烧烤。烘干焊条时，禁止将焊条直接放入高温炉内或从高温炉中突然取出冷却，以防止焊条因骤冷骤热而产生药皮开裂、脱落，应缓慢加热、保温、缓慢冷却。经烘干的碱性焊条最好放入另一个温度控制在80～100℃的低温烘箱内存放，随取随用。烘干焊条时，焊条不应成垛或成捆堆放，应铺成层状，φ4.0mm焊条不超过3层，φ3.2mm焊条不超过5层，否则，焊条叠起太厚将造成温度不均匀或局部过热而使药皮脱落，而且也不利于排除潮气。焊接重要产品时，每个焊工应配备一个焊条保温筒，施焊时，将烘干的焊条放入保温筒内；筒内温度保持在50～60℃，还可放入一些硅胶，以免焊条再次受潮。焊条烘干一般可重复2～3次。

3．碳钢焊条的保管

焊条管理的好坏对于焊接质量有直接的影响。因此，焊条的储存、保管也很重要。

（1）各类焊条必须分类、分型号、分批号存放，避免混淆。

（2）焊条必须存放在通风良好、干燥的库房内。重要焊接工程使用的焊条，特别是低氢型焊条，最好储存在专用库房内。库房要保持一定的湿度和温度，建议温度为10～25℃，相对湿度为60%以下。

（3）储存焊条时必须垫高，与地面和墙壁的距离均要大于0.3m，使上下左右空气流通，以防受潮变质。

（4）为防止破坏包装及药皮脱落，搬运和堆放时不得乱摔、乱砸，应小心轻放。

（5）为防止焊条受潮，尽量做到现用现拆包装，并且做到先入库的焊条先使用，以免存放时间过长而受潮变质。

四、焊接参数

焊条电弧焊的焊接参数包括：焊条的种类、牌号和直径，焊接电流的种类、极性和大小，电弧电压，焊道层次等。选择合适的焊接参数，对提高焊接质量和生产效率十分重要。

（一）焊条种类和牌号的选择

主要根据母材的性能、接头的刚性和工作条件来选择焊条。焊接一般的碳钢和低合金钢结构时，主要按等强度原则选择焊条的强度级别，一般可选用酸性焊条，重要结构选用碱性焊条。

（二）焊接电源种类和极性的选择

通常根据焊条的类型选择焊接电源的种类，除低氢型焊条必须采用直流反接外，通常所有酸性焊条采用交流或直流电源均可以进行焊接。当选用直流电源时，焊厚板宜采用直流正接（即工件接正极），焊薄板时宜采用直流反接（即工件接负极），如图2-4所示。

（三）焊条直径的选择

为了提高生产效率，尽可能地选用直径较大的焊条；但用直径过大的焊条焊接时，容易造成未焊透或焊缝成形不良等缺陷。选用焊条直径时应考虑焊件的位置及厚度，平焊位置或厚度较大的焊件应选用直径较大的焊条，较薄焊件应选用直径较小的焊条。另外，焊接同样厚度的T形接头时，选用的焊条直径应比焊对接接头选用的焊条直径大。

（四）焊接电流的选择

焊接电流是焊条电弧焊最重要的焊接参数。焊接电流越大，熔深越大（焊缝宽度和余高变化均不大），焊条熔化快，焊接效率高。但焊接电流太大时，飞溅和烟尘多，药皮易发红和脱落，而且容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷；若焊接电流太小，则引弧困难，焊条容易粘连在焊件上，电弧不稳，熔池温度低，焊缝窄而高，熔合不好，且易产生气孔、夹渣、未焊透等缺陷。

选择焊接电流时，主要考虑的因素有以下几方面：

（1）焊条直径。焊条直径越大，焊接电流越大。每种直径的焊条都有一个最合适的电流范围，可以根据选定的焊条直径用下面的经验公式计算焊接电流，即

I=（35～55）d

式中：I为焊接电流（A）; d为焊条直径（mm）。

（2）焊接位置。在平焊位置焊接时，可选择偏大些的焊接电流；在横、立、仰焊位置焊接时，焊接电流应比平焊位置时的小10%～20%。

（3）焊道层次。通常焊接打底焊道时，特别是焊接单面焊双面成形的焊道时，使用较小的焊接电流才便于操作并保证背面焊道的质量；焊接填充焊道时，为提高效率，保证熔合好，通常都使用较大的焊接电流；而焊接盖面焊道时，为防止咬边和获得较美观的焊道，使用的电流应稍小些。

（五）电弧电压

电弧电压主要影响焊缝的宽窄，电弧电压越高，焊缝越宽。但是在采用焊条电弧焊时，焊缝的宽度主要靠焊条的横向摆动幅度来控制，因此电弧电压的影响不明显。

当焊接电流调好后，电焊机的外特性曲线就确定了。实际上，电弧电压由弧长来决定。

电弧越长，电弧电压越高；电弧越短，电弧电压越低。但电弧太长时，电弧燃烧不稳，飞溅多，容易产生咬边、气孔等缺陷；若电弧太短，容易黏焊条。通常，电弧长度等于焊条直径的0.5～1倍，相应的电弧电压为20～26V。碱性焊条的电弧长度应为焊条直径的一半；酸性焊条的电弧长度应等于焊条直径。

（六）焊接速度

焊接速度就是单位时间内完成的焊缝长度。焊条电弧焊在保证焊缝具有所要求的尺寸和外形且熔合良好的原则下，焊接速度由焊工根据具体情况灵活掌握。重要结构的焊接常常要规定每根焊条的最小焊接长度。

（七）焊接层数的选择

在厚板焊接时，必须采用多层焊或多道焊。多层焊的前一条焊道对后一条焊道起预热作用，而后一条焊道对前一条焊道起热处理作用（退火和正火），有利于提高焊缝金属的塑性和韧性。每层焊道的厚度不能大于一个焊条直径加2mm。

五、焊接电弧的引燃

（一）引燃电弧的条件

引燃电弧的条件是：存在两个电极，且两个电极之间存在一定的电流和电压。

（二）引弧操作分析

引弧操作时，姿势很重要，需找准引弧位置，身心放松，精力集中；操作时的动作主要是手腕运动，动作幅度不能过大（影响引弧位置的准确性）。

（三）引弧的操作技术

焊条电弧焊常用的引弧方法为接触引弧，即先使电极与焊件短路，再迅速拉开电极引燃电弧。根据操作手法不同，又可分为：

（1）直击法。使焊条与焊件表面垂直接触，当焊条的末端与焊件表面轻轻一碰，便迅速提起焊条，并保持一定距离（3～4mm），即可引燃电弧，如图2-5所示。操作时，必须掌握好手腕上、下动作的时间和距离。

（2）划擦法。先将焊条末端对准焊件，然后将焊条在焊件表面划擦一下，当电弧引燃后趁金属还没有开始大量熔化的一瞬间，立即使焊条末端与被焊表面的距离维持在3～4mm的距离，电弧就能稳定地燃烧，如图2-6所示。操作时，手腕顺时针方向旋转，使焊条端头与焊件接触后再离开。

引弧时，如果发生焊条和焊件黏在一起的情况，只要将焊条左右摇动几下，就可使焊条脱离焊件；如果这时还不能脱离焊件，就应立即放松焊钳，使焊接回路断开，而不能立即用手去拔下焊条，待焊条稍冷后再拆下。如果焊条粘住焊件的时间过长，则会因过大的短路电流而使电焊机烧坏。引弧时，手腕动作必须灵活准确。引弧要求准确率和成功率，所以练习时最好设定引弧的位置，而不能随意在钢板上乱划。

六、运条

在焊接过程中，焊条相对焊缝所做的各种动作总称为运条。常用的运条方法如表2-3所示。

七、焊缝的连接

焊条电弧焊时，对于一条较长的焊缝，一般都需要多根焊条才能焊完；每根焊条焊完后更换焊条时，焊缝就有一个衔接点。在焊缝连接处如果操作不当，极易造成气孔、夹渣以及外形不良等缺陷。后焊焊缝与先焊焊缝的连接处称为焊缝的接头，接头处的焊缝应当力求均匀，防止产生过高、脱节、宽窄不一致等缺陷。焊缝的连接有四种形式，如图2-7所示。

（一）中间接头（头、尾连接）

中间接头是指后焊焊缝从先焊焊缝收尾处开始焊接。这种接头最好焊，操作适当时几乎看不出接头。一般在前段焊缝弧坑前10mm附近引燃电弧，把弧坑里的熔渣向后赶并略微拉长电弧，预热连接处，然后回移至弧坑处，压低电弧，等填满弧坑后再转入正常焊接并向前移动。换焊条的动作要快，不要使弧坑过分冷却，因为在热态衔接可以使衔接处的外形美观。

（二）相背接头（头、头连接）

相背接头是指两段焊缝在起焊处接在一起。要求先焊焊缝起焊处稍低，后焊焊缝在先焊焊缝起焊处前10mm左右引弧，然后稍拉长电弧，并将电弧移至衔接处，覆盖住先焊焊缝的端部，待熔合好后再向焊接方向移动。焊前段焊缝时，在起焊处焊条要移动快些，使焊缝在起焊处略低一些。为使衔接处平整，可将先焊焊缝的起焊处用角向磨光机磨成斜面后再进行焊接。

（三）相向接头（尾、尾连接）

相向接头是指两段焊缝在收尾处接在一起。当后焊焊缝焊到先焊焊缝的收尾处时，应降低焊接速度，将先焊焊缝的弧坑填满后，以较快的速度向前焊一段，然后熄弧。这种衔接同样要求前段焊缝收尾处略低些，使衔接处焊缝的高低、宽窄均匀。若先焊焊缝在收尾处太高，为了保证衔接处平整，可预先将收尾处的焊缝打磨成斜面。

（四）分段退焊接头（尾、头连接）

分段退焊接头是指后焊焊缝的收尾与先焊焊缝的起焊处接在一起。要求先焊焊缝起焊处较低，最好呈斜面；后焊焊缝至先焊焊缝始端时，改变焊条角度，将前倾改为后倾，使焊条指向先焊焊缝的始端；然后拉长电弧，待形成熔池后，再压低电弧并往返移动；最后返回至原来的熔池收弧处。

八、焊缝的收尾

焊缝的收尾不仅是为了熄灭电弧，而且要将电弧坑填满。收尾一般有以下三种方法。

（一）划圈收尾法

在焊接厚板时，当焊条焊至焊缝终点，应使焊条末端做圆圈运动，直到熔滴填满弧坑再拉断电弧，如图2-8所示。

（二）反复断弧收尾法

在大电流焊接和薄板焊接时，当焊条焊至焊缝终点，应在弧坑上做数次反复熄弧、引弧，直到填满弧坑为止，如图2-9所示。此法不适用于碱性焊条。

（三）回焊收尾法

在使用碱性焊条焊接时，焊条焊至焊缝终点即停止运条，但不熄弧，此时适当改变焊条角度，如图2-10所示，焊条由位置1转到位置2，待填满弧坑后再转到位置3，然后慢慢地拉断电弧。

在熟练掌握引弧、运条、焊缝连接以及收尾等基本技能的前提下，再实施后面的各训练项目。