常用焊接方法及焊条牌号标示方法

1.手工电弧焊

手工电弧焊（又称为焊条电弧焊）是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，如图1-59所示。

图1-59　手工电弧焊原理图

1—焊件；2—焊缝；3—电弧；4—焊条；5—焊钳；6—接焊钳的电缆；7—电焊机；8—接焊件的电缆

手工电弧焊设备简单，操作灵活，对空间不同位置、不同接头形式的焊件都能进行焊接。因此，手工电弧焊是焊接生产中应用最广泛的焊接方法。

焊接电弧是由焊接电源供给的，它是在具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，由气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。

（1）焊接电弧的产生

产生焊接电弧的方式有接触引弧和非接触引弧两种，手工电弧焊采用接触引弧。焊接电弧的产生过程如图1-60所示。焊接时，当焊条末端与焊件接触时，造成短路，而且由于焊件和焊条的接触表面不平整，使接触处电流密度很大，在短时间内产生大量的热，使焊条末端温度迅速提高并熔化，在很快提起焊条的瞬间，电流只能从已熔化金属的细颈处通过，使细颈部分的金属温度急剧升高、蒸发和气化，引起强烈电子发射和热电离。在电场力作用下，自由电子奔向阳极，正离子奔向阴极，在它们运动过程中和到达两极时不断发生碰撞和复合，使动能变为热能，并产生大量的光和热，便形成了电弧。

图1-60　焊接电弧的产生过程示意图

（a）电极与焊件接触；（b）拉开电极；（c）引燃电弧

（2）焊接电弧的构造及热量分布

焊接电弧分三个区域，如图1-61所示，即阴极区、阳极区和弧柱区。当采用直流电源时，如焊条接负极，焊件接正极，则阴极区在焊条末端，阳极区在焊件上。

阴极区是指靠近阴极端部很窄的区域，阳极区是指靠近阳极端部的区域，处于阴极区和阳极区之间的气体空间区域是弧柱区，其长度相当于整个电弧的长度。用钢焊条焊接钢材时，阴极区释放的热量约占电弧总热量的36%，温度约为2 100℃；阳极区释放的热量约占电弧总热量的43%，温度约为2 300℃；弧柱区释放的热量约占电弧总热量的21%，弧柱中心温度可达5 700℃以上。

当使用交流焊接电源时，由于电源极性快速交替变化，所以两极的温度基本一样。

图1-61　焊接电弧的组成

（3）焊接电弧的极性及其选用

用直流电源焊接时，焊件接电源正极、焊条接电源负极的接法称正接；若焊件接负极、焊条接正极称反接。在采用直流焊接电源时，要根据焊件的厚薄来选择正、负极的接法。

一般情况下，焊接较薄焊件时应采用反接法，如图1-62（a）所示；如果焊接较厚件，则采用正接法，如图1-62（b）所示。用交流电源焊接时，不存在正、反接问题。

图1-62　直流弧焊时的极性选用

（a）反接法焊薄件；（b）正接法焊厚件

（4）焊条

焊条是由焊芯和药皮（或称涂料）组成的。

焊芯是一根具有一定直径和长度的金属丝。焊接时焊芯的作用：一是作为电极，产生电弧；二是熔化后作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。由于焊芯的化学成分将直接影响焊缝质量，所以焊芯是由炼钢厂专门冶炼的。我国目前常用的碳素结构钢焊条焊芯牌号为HO8、HO8A，其平均含碳量为0.08%（A表示优质品）。

焊条的直径是用焊芯直径来表示的，常用的直径为3.2～6 mm，长度为350～450 mm。涂在焊芯外面的药皮，是由各种矿物质（大理石、萤石等）、有机物（纤维素、淀粉等）、铁合金（锰铁、硅铁等）等碾成粉末，用水玻璃黏结而成的。药皮的主要作用有：使电弧容易引燃并稳定燃烧以改善焊接工艺性能；产生大量气体和形成熔渣以保护熔池金属不被氧化，起到机械保护熔池的作用；添加合金元素，以提高焊缝金属的力学性能。

焊条按用途的不同可分为结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条等。由于焊条药皮类型的不同，适用的电源类型也不同，有些焊条交、直流电源都可以应用，有些焊条则只能用于直流电源不能用于交流电源。

焊条药皮的种类很多，按熔渣化学性质的不同，可将焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮中含有较多酸性氧化物（如SiO2，TiO2）的焊条，称为酸性焊条。酸性焊条工艺性好（焊接时电弧稳定，飞溅小，易脱渣等），但氧化性较强，焊缝的力学性能及抗裂性较差，所以只适用于交、直流电源焊接一般结构。药皮中含有较多碱性氧化物（如CaO）的焊条，称为碱性焊条。碱性焊条脱硫、脱磷能力强，金属焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，特别是韧性较高，但焊接时电弧稳定性差，对油、水和铁锈敏感，易产生气孔，故焊前须烘干（温度在350℃以上），并彻底清除焊件上的油污和铁锈，一般用于直流电源焊接重要的结构。

根据GB/T 5117-1995标准的规定，手弧焊用碳钢焊条的型号以字母“E”加四位数字组成，即E××××。“E”表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，第三位数字表示焊接位置，“0”与“1”表示焊条适用于全位置焊接（平焊、横焊、立焊、仰焊），“2”表示焊条适用于平焊和平角焊，第三位和第四位数字组合时，表示药皮类型及焊接电源种类。例如E4315，“E”表示焊条，“43”表示熔敷金属的抗拉强度≥43 kg/mm2（420 MPa），“1”表示适用于全位置焊接，“15”表示药皮，“43”类型为低氢钠型，焊接电源为直流反接。

焊接行业中的标准规定结构钢焊条牌号的表示方法是：汉字拼音字首加三位数字。例如J422：“J”表示结构钢焊条“结”字汉语拼音的字首，“42”表示焊缝金属的抗拉强度≥420 MPa，最后一位数字“2”表示钛钙型药皮，焊接电源交、直流均适用。一般来说，最后一位数字为6、7时，表示碱性焊条。

2.气焊

气焊是利用可燃气体乙炔和助燃气体氧按一定比例混合后，从焊炬喷嘴喷出，点燃后形成高温火焰（温度可达3 000℃），将焊件加热到一定温度后，再将焊丝熔化，充填焊缝，然后用火焰将接头吹平，待其冷凝后，便形成焊缝，如图1-63所示。

气焊时所用的火焰，按可燃气体乙炔（C2H2）与助燃气体氧（O2）的体积比值分为三种：

①当VO2∶VC2H2＜1时称为碳化焰，火焰中乙炔过剩，有游离态的碳，有较强的还原作用，也有一定的渗碳作用。

②当VO2∶VC2H2=1.0～1.2时称为中性焰，中性焰中氧与乙炔充分燃烧，没有过剩的氧和乙炔，这种火焰的用途最广。

③当VO2∶VC2H2＞1.2时称为氧化焰，氧化焰中氧过剩，焊接时对金属有氧化作用。

图1-63　气焊示意图

1—焊件；2—焊缝；3—焊丝；4—火焰；5—焊炬

碳化焰主要用于焊接含碳量较高的高碳钢、高速钢、硬质合金等材料，也可用于铸铁件的焊补。因为这种火焰有增碳作用，可补充焊接过程中碳的烧损。中性焰主要用于低碳钢、低合金钢、高铬钢、不锈钢和紫铜等材料。氧化焰主要用于焊接黄铜、青铜等材料。因为氧化焰可在熔化金属表面生成一层硅的氧化膜（焊丝中含硅），可保护低熔点的锌、锡不被蒸发。

焊接碳钢时，可直接用焊丝焊接。而焊接不锈钢、耐热钢、铜及铜合金、铝及铝合金时，必须用气焊熔剂，以防止金属氧化和消除已经形成的氧化物。

由于气焊火焰的温度比电弧低，热量少，所以主要用于焊接厚度在2 mm左右的薄板。

3.埋弧焊

电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法称为埋弧焊。

（1）埋弧焊工艺原理

图1-64所示是埋弧焊工艺原理图。焊接前，在焊件接头上覆盖一层30～50 mm厚的颗粒状焊剂，然后将焊丝插入焊剂中，使它与焊件接头处保持适当距离，并使其产生电弧。电弧产生的热量，并形成高温气体，高温气体将熔渣排开形成一个空腔，电弧就在这一空腔中燃烧。覆盖在上面的液态熔渣和最上表面未熔化的焊剂将电弧与外界空气隔离。焊丝熔化后形成熔滴落下，并与熔化了的焊件金属混合形成熔池。随着焊丝沿箭头所指方向的不断移动，熔池中的液态金属也随之凝固，形成焊缝。同时，浮在熔池上面的熔渣也凝固成渣壳。

按焊丝沿焊缝移动方法的不同，埋弧焊可分为埋弧自动焊和埋弧半自动焊两类。

图1-65所示为埋弧自动焊的焊接过程。焊接时，焊件放在垫板上，垫板的作用是保持焊件具有适宜焊接的位置。焊丝通过送丝机构插入焊剂中。焊丝和焊剂管一起固定在可自动行走的小车上（图中未画出），按图1-65中箭头所指方向匀速运动。焊丝送进的速度与小车运动的速度相配合，以保证电弧的稳定燃烧，使焊接过程自始至终正常进行。

图1-64　埋弧焊工艺原理图

1—焊件；2—熔池；3—熔滴；4—焊剂；5—焊剂斗；
6—导电嘴；7—焊丝；8—熔渣；9—渣壳；10—焊缝

图1-65　埋弧自动焊的焊接过程

1—垫板；2—导向板；3—焊件；4—焊缝；
5—挡板；6—导电嘴；7—焊丝；8—焊剂管；
9—焊剂；10—电缆；11—熔池；12—渣池；13—焊缝

埋弧半自动焊是依靠手工沿焊缝移动焊丝的，这种方法仅适宜较短和不太规则焊缝的焊接。

（2）埋弧焊的工艺特点和应用

与手工电弧焊相比，埋弧焊的优点是：焊接质量好，生产率高，节省焊接材料，易实现自动化，劳动强度低，劳动条件较好，操作也简单。

埋弧焊的缺点是：设备费用高；一般情况下只能焊接平焊缝，而不适宜焊接结构覆有倾斜焊缝的焊件；又因看不见电弧，焊接时检查焊缝质量不方便。

埋弧焊适用于低碳钢、低合金钢、不锈钢、铜、铝等金属材料厚板的长焊缝焊接。(https://www.xing528.com)

4.气体保护电弧焊

用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称为气体保护焊。

最常用的气体保护电弧焊方法有氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。

（1）氩弧焊

氩弧焊是用氩气作为保护气体的电弧焊。氩弧焊按电极在焊接过程中是否熔化而分为熔化极氩弧焊（如图1-66（a）所示）和非熔化极氩弧焊（如图1-66（b）所示）两种。熔化极氩弧焊是采用直径为0.8～2.44 mm的实心焊丝，由氩气来保护电弧和熔池的一种焊接方法。焊丝既是电极，也是填充金属，所以称熔化极氩弧焊。

非熔化极氩弧焊是以钨极作为电极，用氩气作为保护气体的气体保护焊。在焊接过程中，钨极不熔化，所以称为非熔化极氩弧焊。填充金属是靠熔化送进电弧区的焊丝。

氩弧焊与其他电弧焊方法相比，焊接时不必用焊剂就可获得高质量焊缝。由于是明弧焊接，操作和观察都比较方便，可进行各种空间位置的焊接。

氩弧焊几乎可用于所有金属材料的焊接，特别是焊接化学性质活泼的金属材料。目前氩弧焊多用于焊接铝、镁、钛、铜及其合金、低合金钢、不锈钢和耐热钢等材料。

图1-66　氩弧焊示意图

（a）熔化报氩弧焊；（b）非熔化报氩弧焊
1—焊件；2—熔滴；3—氩气；4，10—喷嘴；5，11—氩气喷嘴；6—熔化极焊丝；
7，9—导电嘴；8—非熔化极钨丝；12—外加焊丝

（2）二氧化碳气体保护焊

二氧化碳气体保护焊是在实心焊丝连续送出的同时，用二氧化碳作为保护气体进行焊接的熔化电弧焊，如图1-67所示。

图1-67　二氧化碳气体保护焊示意图

1—焊件；2—CO2气体；3—焊嘴；4—CO2气瓶；5—送气软管；6—焊枪；
7—送丝机构；8—焊丝；9—绕丝盘；10—电焊机；11—焊丝金属；12—导电嘴

二氧化碳气体保护焊的优点是生产率高。二氧化碳气体的价格比氩气低，电能消耗少，所以成本低。由于电弧热量集中，所以熔池小、焊件变形小、焊接质量高。缺点是不宜焊接容易氧化的有色金属等材料，也不宜在有风的场地工作，电弧光强，熔滴飞溅较严重，焊缝成型不够光滑。

二氧化碳气体保护焊常用碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢的焊接，也适用于修理机件，如磨损零件的堆焊。

5.电阻焊

焊件装配好后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，将其加热至塑性或熔化状态，在外力作用下形成原子间结合的焊接方法称为电阻焊，也称接触焊。电阻焊按接触方式分为对焊、点焊和缝焊，如图1-68所示。

图1-68　电阻焊示意图

（a）对焊；（b）点焊；（c）缝焊

（1）对焊

按焊接过程和操作方法的不同，对焊可分为电阻对焊和闪光对焊两种。

电阻对焊是将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加压力完成焊接的方法。

闪光对焊是将焊件装配成对接接头、略有间隙，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。

电阻对焊的接头外形光滑无毛刺，但接头强度较低。闪光对焊接头强度较高，但金属损耗大，接头有毛刺。对焊广泛应用于刀具、钢筋、锚链、自行车车圈、钢轨和管道的焊接。

（2）点焊

点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。如图1-68（b）所示。

点焊时，熔化金属不与外界空气接触，焊点缺陷少、强度高，焊件表面光滑、变形小。点焊主要用于焊接薄板构件，低碳钢点焊板料的最大厚度为2.5～3.0 mm。此外，还可焊接不锈钢、铜合金、钛合金和铝镁合金等材料。

（3）缝焊

缝焊是将焊件装配成搭接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮压紧焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。如图1-68（c）所示。

缝焊的焊缝表面光滑平整，具有较好的气密性，常用于焊件要求密封的薄壁容器，在汽车、飞机制造业中应用很广泛。缝焊也常用来焊接低碳钢、合金钢、铝及铝合金等薄板材料。

6.钎焊

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

钎焊时，将焊件接合表面清洗干净，以搭接形式组合焊件，把钎料放在接合间隙附近或接合面之间的间隙中。当焊件与钎料一起加热到稍高于钎料的熔化温度后，液态钎料便借助毛细管作用被吸入并流进两焊件接头的缝隙中，于是在焊件金属和钎料之间进行扩散渗透，凝固后便形成钎焊接头。钎焊过程如图1-69所示。

图1-69　钎焊过程示意图

（a）在接头处放置钎料，并对焊件和钎料加热；（b）钎料熔化并开始流入钎缝间隙；
（c）钎料填满整个钎缝间隙凝固后形成钎焊接头

钎焊的特点是钎料熔化而焊件接头并不熔化。为了使钎焊部分连接牢固、增强钎料的附着作用，钎焊时要用钎剂，以便清除钎料和焊件表面的氧化物。

常用的钎料一般有两类，一类是铜基、银基、铝基、镍基等硬钎料，它们的熔点一般高于450℃。硬钎料具有较高的强度，可以连接承受载荷的零件，应用比较广泛，如硬质合金刀具、自行车车架等。

熔点低于450℃的钎料称为软钎料，一般由锡、铅、铋等金属组成。软钎料焊接强度低，主要用于焊接不承受载荷但要求密封性好的焊件，如容器、仪表元件等。钎焊焊接接头表面光洁，气密性好，焊件的组织和性能变化不大，形状和尺寸稳定，可以连接不同成分的金属材料。钎焊的缺点是钎缝的强度和耐热能力都比焊件低。

钎焊在机械、电机、仪表、无线电等制造业中应用广泛。

7.气割

气割是根据高温的金属能在纯氧中燃烧的原理进行的，它与气焊有着本质不同的过程，即气焊是熔化金属，而气割是金属在纯氧中燃烧。

气割时，先用火焰将金属预热到燃点，再用高压氧使金属燃烧，并将燃烧所生成的氧化物熔渣吹走，形成切口，如图1-70所示。金属燃烧时放出大量的热，又预热待切割的部分，所以，切割的过程实际上就是重复进行预热→燃烧→去渣的过程：

根据气割原理，被切割的金属应具备下列条件：

①金属的燃点应低于其熔点，否则在切割前金属已熔化，不能形成整齐的切口而使切口凹凸不平。钢的熔点随含碳量的增加而降低，当含碳量等于0.7%时，钢的熔点接近于燃点，故高碳钢和铸铁难以进行切割。

②燃烧生成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，且要流动性好，以便氧化物能被熔化并被吹掉。铝的熔点（660℃）低于其氧化物Al2O3的熔点（2 025℃），铬的熔点（1 550℃）低于其氧化物Cr2O3的熔点（1 990℃），故铝合金和不锈钢不具备气割条件。

③金属燃烧时能放出足够的热量，而且金属本身的热导性低，这就保证不了下层金属有足够的预热温度，有利于切割过程不间断地进行。铜及其合金燃烧时释放出的热量较小，且热导性又好，因而不能进行切割。

综合所述，能满足上述条件的金属材料是低碳钢、中碳钢和部分低合碳钢。

气割时，用割炬代替焊炬，其余设备与气焊相同。割炬的构造如图1-71所示。割炬与焊炬相比，增加了输送切割氧气的管道和阀门，其割嘴的结构与焊嘴的也不相同。割嘴的出口有两条通道，其周围的一圈是乙炔与氧气的混合气体出口，中间的通道为切割氧的出口，两者互不相通。

图1-70　气割

图1-71　割炬

与其他切割方法比较，气割最大的优点是灵活方便、适应性强，它可在任意位置和任意方向气割任意形状和任意厚度的工件。气割设备简单、操作方便、生产率高、切口质量好，但对金属材料的适用范围有一定的限制。由于低碳钢和低合金钢是应用最广的材料，所以气割应用也非常普遍。