手工电弧焊的工艺特点及参数选择

一、手工电弧焊的工艺特点

手工电弧焊是最常用的工艺，其优、缺点如下。

1.优点

1）工艺灵活、适应性强：适用于碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等各种材料的平、立、横、仰各种位置以及不同厚度、结构形状的焊接。

2）质量好：与气焊及埋弧焊相比，金相组织细，热影响区小，接头性能好。

3）易于通过工艺调整（如对称焊等）来控制变形和改善应力。

4）设备简单、操作方便。

2.缺点

1）对焊工要求高：焊工的操作技术和经验直接影响产品质量的好坏。

2）劳动条件差：焊工在工作时必须手脑并用，精神高度集中，而且还要受到高温烘烤、有毒烟尘和金属蒸汽的危害。

3）生产率低：受焊工体质的影响，焊接工艺参数选择较小，故生产效率低。

由于手工电弧焊有以上特点，因而广泛应用于造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑结构以及化工设备等制造维修行业中。

二、焊条种类和焊条直径的选择

针对不同焊件，选择合适的焊接工艺参数，对提高焊接质量和生产效率十分重要。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多物理量。手工电弧焊的工艺参数主要包括以下两个方面。

1.焊条种类的选择

根据母材的性能、接头的刚性和工作条件选择焊条，焊接一般碳钢和低碳钢主要是按等强度原则选择焊条的强度级别，对一般结构选用酸性焊条，重要结构选用碱性焊条。

2.焊条直径的选择

可根据焊件厚度进行选择。焊件厚度越大，选用的焊条直径就应越大，但厚板对接接头坡口打底焊时要选用较细焊条。除此之外，因接头形式不同、焊缝空间位置不同，焊条直径也有所不同，如T形接头应比对接接头使用的焊条粗些，立焊、横焊等空间位置比平焊时所选用的应细一些。而立焊最大直径不超过5mm，横焊、仰焊不超过4mm。

三、焊接电源的种类和极性的选择

操作手工电弧焊时采用的电源有交流和直流两大类，根据焊条的性质进行选择。通常，酸性焊条可采用交、直流两种电源，一般优先选用交流弧焊电源。碱性焊条由于电弧稳定性差，所以必须使用直流弧焊电源。对药皮中含有较多稳弧剂的焊条，也可使用交流弧焊电源，但此时电源的空载电压应较高些。采用直流电源时，焊件与电源输出端正、负极的接法，叫极性。焊件接电源正极，焊条接电源负极的接法叫正接，也称正极性。焊件接电源负极，焊条接电源正极的接线法叫反接，也称反极性。

极性的选择原则如下。

1）碱性焊条常采用反接，因为碱性焊条采用正接时，电弧燃烧不稳定，飞溅严重，噪声大。使用反接时，电弧燃烧稳定，飞溅很小，而且声音较平静均匀。酸性焊条如使用直流电源时通常采用正接。

2）因为阳极部分的温度高于阴极部分，所以用正接可以得到较大的熔深，因此，焊接厚钢板时可采用正接，而焊接薄板、铸铁和有色金属时，应采用反接。采用交流电源时，不存在正接和反接的接线法。

四、焊接电流的选择

焊接电流是手工电弧焊最重要的工艺参数，也是焊工在操作过程中唯一需要调节的参数，而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的。

选择焊接电流时，要考虑的因素很多，如焊条直径、焊条类型、工件厚度、接头类型、焊接位置及焊道层数等。但主要由焊条直径、焊接位置和焊条类型来决定。

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，如表3-1所示。此外，还可根据下面的经验公式来计算焊接电流：

I＝（35～55）d （3-1）

式中 I——焊接电流（A）；

d——焊条直径（mm）。

表3-1 各种直径的焊条使用电流的参考值

依式（3-1）所求得的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。应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

在电流过大时，电弧吹力大，可看到较大颗粒的铁液向熔池外飞溅，焊接时爆裂声大；与之相反，电流过小时，电弧吹力小，熔渣和铁液不易分清。

（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。(www.xing528.com)

2.根据焊接位置选择

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。但在焊接其他位置时，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

当其他条件相同时，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。

五、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及焊波不平整等缺陷。

3）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的电弧短些，以利于电弧的稳定和防止气孔。所谓短弧是指电弧长度应是焊条直径的0.5～1.0倍，用计算式表示如下：

L_弧＝（0.5～1.0）d （3-2）

式中 L_弧——电弧长度；

d——焊条直径。

六、焊接速度的选择

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，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合和焊缝成形不良等缺陷。

焊接速度直接影响焊接生产效率，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，提高焊接生产效率。

七、焊接层数的选择

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，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4～5mm。根据实践经验，每层厚度约等于焊条直径的0.8～1.2倍时，生产效率较高，并且比较容易操作。因此焊接层数可近似地按如下经验公式计算：

式中 n——焊接层数；

δ——焊件厚度（mm）；

m——经验系数，一般取0.8～1.2；

d——焊条直径（mm）。

八、焊接线能量的选择

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。实际焊接时，电弧的热量有一些损耗，例如飞溅、辐射及对流等要带走热量。损耗的多少主要取决于焊接方法，各种电弧焊方法有效功率系数值见表3-2。

表3-2 各种电弧焊方法有效功率系数η值

在焊接时，如果电流大，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，用较小的电流、低焊速时，料件受热程度也可能比大电流配合高焊速时还要严重。显然，在焊接电流、电压不变的条件下，提高焊速，焊件受热减轻。因此线能量为

式中

——线能量（J／cm）；

q——电弧有效功率（J／s）；

v——焊接速度（cm／s）；

η——电弧有效功率系数；

I——焊接电流（A）；

U——电弧电压（V）。

对于不同的钢材，线能量最佳范围也不一样，需要通过一系列实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I、U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，这两者所得到的焊缝性能就不同。因此应在参数合理的原则下选择合适的线能量。