手工电弧焊是利用焊条与焊件之间产生的电弧热量，将焊条和焊件熔化、融合，从而获得牢固连接的一种手工操作方法。手工电弧焊操作方便、灵活、设备简单并适用于各种焊接位置和接头型式，因而得到广泛应用。
1.手工电弧焊的焊接过程（图6-1）
（1）电弧热量使工件和焊条同时熔化。
（2）焊条的金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用过渡到熔池去。
图6-1 手工电弧焊的焊接过程
1—焊件；2—焊缝；3—渣壳；4—电弧；
5—熔池；6—焊条；7—焊钳；8—电焊机
（3）焊条药皮熔化，与液体金属反应形成熔渣从熔池中浮起；药皮燃烧产生大量CO2气流围绕于电弧周围；熔渣和气流防止了空气中氧气和氮气的侵入，起保护熔化金属的作用。
（4）电弧向前移动，工件和焊条金属不断熔化汇成新的熔池；原先的熔池不断冷却凝固，构成连续的焊缝；覆盖在焊缝表面的熔渣逐渐凝固成固态的渣壳。
2.焊接电弧
焊接电弧是电极与工件间的气体介质中长时间且有力的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流的导电现象。
电极可以是金属丝、钨极、钛棒或焊条，在手工电弧焊中电极是焊条。电弧热量与焊接电流和电压的乘积成正比，电流愈大，电弧产生的总热量就愈大。
1）焊接电弧构造
电弧有三个区，如图6-2所示，热量分布大致如表6-1所示。
图6-2 焊接电弧
1—焊条；2—弧柱；3—焊件；
4—阳极区；5—阴极区
表6-1 焊接电弧组成及其热量分布
焊接电弧的阳极区温度高于阴极区温度。若使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：正接和反接（图6-3）。正接是将工件接到正极，而反接则是将电极接到正极。采用正接法时，焊件上热量较多，有利于加快焊件熔化，保证足够的熔深。反接法只是在焊接薄钢板、有色金属或采用低氢型焊条时使用。若焊接时使用交流电焊机，因两极极性不断变化，就不存在正接和反接的问题，两极加热一样，温度在2500K左右。
图6-3 直流电焊机的正接和反接
2）焊接电弧的静特性
电焊机的空载电压是焊接开始时的引弧电压，一般为50～90 V。电弧稳定燃烧时的电压降称为电弧电压，它与电弧长度有关。电弧长度愈长，电弧电压也愈大。一般情况下，电弧电压在16～35 V之间。
在焊接电路中，焊接电弧作为负载消耗电能。焊接电弧的静特性是非线性的。电弧负载大小与电离程度有关，如图6-4所示。当焊接电流过小时，焊条和焊件间的气体电离不充分，电弧电阻大，要求较高电压才能维持必要的电离程度；随着电流增大，气体电离程度增加，电弧电阻减小，电弧电压降低；当焊接电流大于30～60A时，气体已充分电离，电弧电阻降到最低值，只要维持一定的电弧电压即可，此时电弧电压与焊接电流大小无关。如果弧长增长，则所需的电弧电压相应增大。
3.电焊机
1）手工电弧焊对电源的要求
手工电弧焊的电源设备简称电焊机。电焊机应具备以下性能。
图6-4 焊接电弧的静特性曲线
1—普通电阻特性；
2—弧长为5mm的电弧的静特性；
3—弧长为2mm的电弧的静特性
（1）具有陡降的外特性。一般用电设备都要求电源电压不随负载变化而变化，近似水平的特性，如图6-5中的曲线1所示。但是焊接用的电源电压则要求随负载增大而迅速降低，如图6-5曲线2所示，这样才能满足下列的焊接要求。
①具有一定的空载电压以满足引弧需要。
②限制短路电流（一般不超过焊接电流的1.5倍）。
③电弧长度发生变化时，能保证电弧的稳定。
（2）焊接电流具有调节性，以适应不同材料和板厚的焊接要求。
（3）焊接电弧必须具有平稳的静特性，如图6-5中的曲线3所示。
图6-5 焊接电源特性
1—普通电源的特性曲线；
2—焊接电源的外特性曲线；
3—焊接电弧的静特性曲线
图6-6 电焊机的组成
1—焊接电源两极；2—粗调电流线圈抽头；
3—电流指示盘；4—细调电流调节手柄；
5—接地螺钉
2）常用交、直流电焊机
常用的电焊机有交流弧焊机和直流弧焊机两类。(www.xing528.com)
（1）交流弧焊机。交流弧焊机又称弧焊变压器，即交流弧焊电源，用以将电网的交流电变成适宜弧焊的交流电。常见的型号有：BX1—400、BX3—500等。其中B表示弧焊变压器，X为下降特性电源，1为动铁芯式，3为动线圈式，400、500为额定电流的安培数。图6-6是弧焊变压器BX1-330的示意图。
（2）直流弧焊机。直流弧焊机有发电机式直流弧焊机、整流器式直流弧焊机（又称弧焊整流器）和逆变式电焊机。
发电机式直流弧焊机因结构复杂、价格高、噪声大等原因，我国早在20世纪90年代初就明文规定不准生产和使用。
整流器式直流弧焊机是一种优良的电弧焊电源，它由大功率整流元件组成整流器，将电流由交流变为直流，供焊接使用。整流器式直流弧焊机的型号如ZXG—500，其中Z为整流弧焊电源，X为下降特性电源，G为硅整流式，500为额定电流的值数，单位是安培。
逆变式电焊机的特点是直流输出，具有电流波动小、电弧稳定、焊机重量轻、体积小、能耗低等优点，近年来得到愈来愈广泛的应用。其型号如ZX7—315、ZX7—160等，其中7为逆变式，315、160为额定电流的安培数值。
4.电焊条
1）电焊条的组成
手工电弧焊焊条由金属芯和药皮两部分组成，见图6-7。在焊条药皮前端有45°的倒角，便于引弧。焊条尾部的裸焊芯是为了便于焊钳夹持和导电。通常使用的焊条直径和长度规格如表6-2所示：
图6-7 电焊条的组成
1—夹持端；2—药皮；3—焊芯；4—引弧端
表6-2 常用焊条的直径和长度规格
（1）焊芯 焊芯是组成焊缝金属的主要材料，符合GBT 5117—1995《碳素钢焊条》的要求，与普通钢材的主要区别在于控制硫、磷等杂质含量和严格限制含碳量。焊芯的作用是导电和填充焊缝金属。
（2）药皮 焊条药皮原料种类有稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、稀渣剂、黏结剂。药皮由多种矿石粉和铁合金粉等组成，用水玻璃调和后包敷于焊芯表面，其作用如下。
①稳定电弧 药皮中含有钾、钠等元素，能在较低电压下电离，既容易引弧又能稳定电弧。
②制气造渣，机械保护 药皮在电弧高温下熔化，产生的气体和熔渣，能隔离空气，减少氧和氮对熔池的侵入。
③脱氧、脱硫和脱磷。
④渗加有用的合金元素以保证焊缝的化学成分。
2）焊条的种类及编号
（1）焊条种类：
我国按化学成分，将焊条分为七大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条及焊丝、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条等，其中应用最多的是碳钢焊条和低合金钢焊条。
（2）焊条的编号：
①焊条型号 焊条型号是国家标准中的焊条代号。按GB/T 5117-1995《碳素钢焊条》的规定，焊条E4303的型号表示具体含义是：
E——焊条；
前两位数字43——焊缝金属的抗拉强度，σb≥422MPa；
第三位数字——焊接位置，其中：“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接，
“2”表示适用于平焊和平角焊，
“4”表示焊条适用于向下立焊；
第三、四两位数字的组合“03”——药皮种类呈钛钙型，电源种类是交、直流两种，正、反接均可使用。
②焊条牌号 焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号，一般用一个大写拼音字母和三个数字表示。例如：焊条J422
“J”——结构钢焊条；
前两位数字“42”——焊缝金属的σb≥420MPa；
第三位数字“2”——药皮种类呈钛钙型，电源种类是交直流两用。
焊条J507——结构钢焊条，焊缝金属σb≥500MPa，药皮种类是低氢型，只适用于直流焊接。
表6-3是两种常用碳钢焊条型号和其相应的牌号的对照。
3）酸性焊条和碱性焊条
焊条按熔渣性质分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮熔渣中的酸性氧化物有SiO2、TiO2、Fe2O3；碱性氧化物有CaO、FeO、MnO、MgO、Na2O。若熔渣中酸性氧化物多于碱性氧化物，该焊条为酸性焊条；反之，碱性氧化物多于酸性氧化物，则该焊条为碱性焊条。
表6-3 两种常用碳钢焊条型号和其相应的牌号的对照
碱性焊条与酸性焊条的比较：酸性焊条适合于各种电源，操作性好，电弧稳定，成本低，但焊缝塑、韧性较差，渗合金作用弱，不宜焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。而碱性焊条一般要求采用直流电源，焊缝塑、韧性好，抗裂性和抗冲击能力强，但操作性差，电弧不够稳定，价格较高，故只适宜焊接重要结构件。
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