第一節 焊條電弧焊概述

一、焊條電弧焊

（一）基本概念

焊條電弧焊是指用手工操作焊條進行焊接的電弧焊方法。它是各種電弧焊方法中發展最早，目前仍然應用最廣，也是最基礎的一種焊接方法。

焊接回路組成如圖2-1所示。

（二）焊條電弧焊的優點

（1）設備簡單、維護方便。焊條電弧焊可用交流電焊機或直流電焊機進行焊接，裝卸設備都比較簡單，投資少，而且維護方便。

（2）操作靈活。在空間任意位置的焊縫，只要焊條能夠達到，就能進行焊接。

（3）應用范圍廣。選用合適的焊條不僅可以焊接低碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、有色（非鐵）金屬等同種金屬，而且還可以焊接異種金屬；同時還可以在普通碳素鋼上堆焊具有耐磨、耐腐蝕等特殊性能的材料，在造船、鍋爐及壓力容器、機械制造、礦山機械、化工設備等方面得以廣泛應用。

（4）工藝使用性強。對不同種類的焊條及不同厚度的焊件，可以選擇不同的焊接參數進行焊接。

（三）焊條電弧焊的缺點

（1）對焊工要求高。焊條電弧焊的焊接質量除了選擇合適的焊條、焊接參數及焊接設備外，主要靠焊工的操作技術和經驗來保證。在相同的工藝條件下，一名操作技術水平高、經驗豐富的焊工能焊出外形美觀、質量優良的焊縫；而一名操作技術水平低、沒有經驗的焊工焊出的焊縫可能就不合格。

（2）勞動條件差。焊條電弧焊主要依靠焊工的手工操作控制焊接的全過程，所以在整個焊接過程中，焊工處在手腦并用、精力高度集中的狀態，而且受到高溫烘烤，在有害的煙塵環境中工作。過多吸入焊接過程中的煙塵對焊工的健康不利，因此必須加強勞動保護。

（3）生產效率低。焊條電弧焊是手工勞動，輔助時間較多，如更換焊條、清理焊渣、打磨焊縫等，焊材利用率不高，熔敷率較低，難以實現機械化和自動化，所以生產效率較低。

二、焊條電弧焊的操作程序

焊條電弧焊的操作程序如圖2-2所示。

在焊接技能實訓中，應認真按照操作程序進行，養成良好的職業習慣，培養嚴格的工藝紀律。

三、焊條

涂有藥皮的供手弧焊用的熔化電極叫作焊條。

（一）焊條的作用和組成

焊條電弧焊時，焊條既作為電極傳導電流而產生電弧，為焊接提供所需熱量；又在熔化后作為填充金屬過渡到熔池，與熔化的母材金屬熔合，凝固后形成焊縫。

焊條的優劣是決定焊條電弧焊焊縫質量的主要因素之一。焊條不僅影響電弧的穩定性，而且直接影響焊縫的化學成分和力學性能。因此，焊條必須具備以下特點：引弧容易，穩弧性好，對熔化金屬有良好的保護作用，便于形成滿足要求的焊縫。

焊條由焊芯和藥皮組成。焊條的構造如圖2-3所示。焊條前端藥皮有45°左右的倒角，以便于引??；尾部有15～25mm長的裸焊芯，叫作夾持端，用于焊鉗夾持并利于導電。焊條直徑指焊芯直徑，是焊條的重要尺寸，一般有φ1.6mm、φ2.0mm、φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm、φ5.0mm、φ6.0mm、φ8.0mm八種規格。焊條的長度由焊條直徑而定，為200～650mm。生產中應用最多的是φ3.2mm、φ4.0mm、φ5mm三種，長度分別為350mm、400mm和450mm。

1．焊芯

焊芯的作用：一是傳導電流，維持電弧；二是熔化后作為填充金屬進入焊縫。

焊條電弧焊時，焊芯在焊縫金屬中約占50%～70%，焊芯的成分直接決定了焊縫的成分與性能。

2．藥皮

藥皮是指壓涂在焊芯表面上的涂料層。藥皮在焊接過程中起到如下作用：

（1）幫助電弧引燃，促進電弧穩定燃燒。

（2）通過產生的氣體和熔渣，保護焊縫金屬不被氧化和不受空氣的影響。

①氣體保護。藥皮中的有機物及碳酸鹽在電弧高溫下產生中性或還原性氣體并籠罩著電弧和熔池區，避免其與空氣接觸。

②熔渣保護。在電弧的高溫下，藥皮中的某些物質熔化，形成一層熔點低、黏度適中、密度小的熔渣覆蓋在焊縫表面，避免其與空氣接觸，防止其氧化，并能使焊縫緩慢冷卻，有利于焊縫中的氣體逸出，減小氣孔產生的可能性。

（3）冶金反應。熔化焊接的過程就是一個小冶煉的過程。焊條電弧焊時，藥皮中的合金元素在熔池中能起到脫氧、脫硫、脫磷、脫氮等精煉作用，從而改善焊縫金屬的性能；同時，藥皮中添加的合金元素能補充一部分被燒損的合金元素；利用藥皮中的合金元素過渡到焊縫中，可改善焊縫成分，提高焊縫性能。

（二）焊條的分類及型號

1．焊條的分類

（1）按焊條的用途分類。根據國家標準，焊條可分為：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、鎳及鎳合金焊條等，如表2-1所示。

（2）根據藥皮熔化后的熔渣特性，可將焊條分成酸性焊條和堿性焊條兩類。這兩類焊條的工藝性能、操作注意事項和焊縫質量有較大的差異，因此必須熟悉它們的特點。

①酸性焊條。焊接時形成熔渣的主要成分是酸性氧化物。酸性焊條突出的優點是價格較低、焊接工藝性好、容易引弧、電弧穩定、飛濺少、對弧長不敏感、對油銹不敏感、焊前準備要求低、焊縫成形好等。但這類焊條形成熔渣的氧化性比較強，容易使合金元素氧化；不能有效地清除熔池中的硫、磷等雜質；焊縫金屬產生偏析的可能性較大；出現熱裂紋的傾向較高；焊縫金屬的沖擊韌度較低。因此，此類焊條廣泛用于一般的焊接結構。此類焊條的典型型號有E4303、E5003。它可用于交、直流焊接電源。

②堿性焊條。堿性焊條形成的熔渣的主要成分是堿性氧化物。焊縫金屬中合金元素較多，硫、磷等雜質較少，因此，焊縫的力學性能，特別是沖擊韌度較好，故這類焊條主要用于焊接重要的焊接結構。堿性焊條突出的缺點是價格稍貴、焊接工藝性較差、引弧困難、電弧穩定性差、飛濺多、必須采用短弧焊、焊縫外形稍差、魚鱗紋較粗等。另外，此類焊條對油、水、鐵銹等很敏感。如果焊前焊接區沒有清理干凈，或焊條未完全烘干，在焊接時就會產生氣孔。此類焊條的典型型號有E4315、E5015。堿性焊條不加穩弧劑時只能采用直流電源焊接。

（3）根據藥皮的主要化學成分，可將焊條分為鈦型焊條、鈦鈣型焊條、鈦鐵礦型焊條、氧化鐵型焊條、纖維素型焊條、低氫型焊條、石墨型焊條、鹽基型焊條等。

2．碳鋼焊條型號的表示方法

碳鋼焊條的型號以國家標準GB/T5117—1995《碳鋼焊條》為依據，根據熔敷金屬的力學性能、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類來劃分。具體表示方法如下：

（1）用字母“E”表示焊條。

（2）用前兩位數字表示熔敷金屬抗拉強度最小值的1/10，單位為MPa。

（3）第三位數字表示焊條的焊接位置。“0”及“1”表示焊條使用于全位置焊接（平、立、橫、仰）, “2”表示焊條適用于平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊。

（4）第三位和第四位數字組合時，表示藥皮類型和焊接電流種類。

（5）第四位數字后面附加“R”表示耐吸潮焊條，附加“M”表示耐吸潮和力學性能有特殊規定的焊條，附加“-1”表示沖擊性能有特殊規定的焊條。

例如：E4315

其中：E——表示焊條；

43——表示熔敷金屬抗拉強度的最小值為430MPa；

1——表示焊條適用于全位置焊接；

15——表示焊條涂層為低氫鈉型，采用直流反接焊接。

（三）碳鋼焊條的選擇和使用

1．碳鋼焊條的選用原則

（1）等強度原則。碳鋼焊條一般按焊縫與母材等強度的原則選用，但是要注意以下問題：

①應按照母材的抗拉強度等級來選擇抗拉強度等級相同的焊條。

②對于焊接結構剛性大、受力情況復雜的工件，選用焊條時，應考慮焊縫的塑性，可選用比母材低一級抗拉強度的焊條。

（2）焊條藥皮性質的確定（藥皮的酸、堿性）。在焊條的抗拉強度等級確定后，再決定選用酸性焊條或堿性焊條，一般要考慮以下幾方面的因素：

①當接頭坡口表面難以清理干凈時，應采用氧化性強、對鐵銹和油污等不敏感的酸性焊條。

②在容器內部或通風條件較差的條件下，應選用焊接時析出有害氣體少的酸性焊條。

③當母材中的碳、硫、磷等元素含量較高，而焊件形狀復雜、結構剛性大且厚度大時，應選用抗裂性好的堿性低氫型焊條。

④當焊件承受震動、沖擊載荷時，除保證抗拉強度外，應選用塑性和韌性較好的堿性焊條。

⑤在酸性焊條和堿性焊條均能滿足性能要求的前提下，應盡量選用工藝性能較好的酸性焊條。

（3）焊條的焊接位置。焊接部位為空間任意位置時，必須使用能進行全位置焊接的焊條；焊接部位始終是向下立焊時，可以選用專門向下立焊的焊條或其他專門焊條。

（4）經濟性和效率。在滿足焊接工藝要求的前提下，盡可能選擇價廉物美和能提高效率的焊條。

2．碳鋼焊條的使用

為了保證焊縫的質量，在使用碳鋼焊條前須對其烘干處理并進行外觀檢查。

（1）焊條的外觀檢查。對焊條進行外觀檢查是為了避免由于使用不合格的焊條而造成焊縫質量不合格。外觀檢查包括是否偏心、焊芯是否存在銹蝕、藥皮是否有裂紋和脫落，若出現上述情況，則該焊條不宜或不能使用。

（2）焊條的烘干。

①烘干的目的。受潮的焊條在使用中是很不利的，不僅會使焊接工藝性能變差，而且也影響焊接質量，容易產生氫致裂紋、氣孔等缺陷，造成電弧不穩定、飛濺增多、煙塵增大等現象。因此，焊條在使用前必須烘干，特別是堿性焊條。

②烘干溫度。不同品種的焊條要求不同的烘干溫度和保溫時間。碳鋼焊條的烘干溫度和時間如表2-2所示。

③烘干方法及要求。焊條應放在正規的遠紅外烘干箱內進行烘干，而不能在爐子上烘烤，也不能用氣焊、火焰直接燒烤。烘干焊條時，禁止將焊條直接放入高溫爐內或從高溫爐中突然取出冷卻，以防止焊條因驟冷驟熱而產生藥皮開裂、脫落，應緩慢加熱、保溫、緩慢冷卻。經烘干的堿性焊條最好放入另一個溫度控制在80～100℃的低溫烘箱內存放，隨取隨用。烘干焊條時，焊條不應成垛或成捆堆放，應鋪成層狀，φ4.0mm焊條不超過3層，φ3.2mm焊條不超過5層，否則，焊條疊起太厚將造成溫度不均勻或局部過熱而使藥皮脫落，而且也不利于排除潮氣。焊接重要產品時，每個焊工應配備一個焊條保溫筒，施焊時，將烘干的焊條放入保溫筒內；筒內溫度保持在50～60℃，還可放入一些硅膠，以免焊條再次受潮。焊條烘干一般可重復2～3次。

3．碳鋼焊條的保管

焊條管理的好壞對于焊接質量有直接的影響。因此，焊條的儲存、保管也很重要。

（1）各類焊條必須分類、分型號、分批號存放，避免混淆。

（2）焊條必須存放在通風良好、干燥的庫房內。重要焊接工程使用的焊條，特別是低氫型焊條，最好儲存在專用庫房內。庫房要保持一定的濕度和溫度，建議溫度為10～25℃，相對濕度為60%以下。

（3）儲存焊條時必須墊高，與地面和墻壁的距離均要大于0.3m，使上下左右空氣流通，以防受潮變質。

（4）為防止破壞包裝及藥皮脫落，搬運和堆放時不得亂摔、亂砸，應小心輕放。

（5）為防止焊條受潮，盡量做到現用現拆包裝，并且做到先入庫的焊條先使用，以免存放時間過長而受潮變質。

四、焊接參數

焊條電弧焊的焊接參數包括：焊條的種類、牌號和直徑，焊接電流的種類、極性和大小，電弧電壓，焊道層次等。選擇合適的焊接參數，對提高焊接質量和生產效率十分重要。

（一）焊條種類和牌號的選擇

主要根據母材的性能、接頭的剛性和工作條件來選擇焊條。焊接一般的碳鋼和低合金鋼結構時，主要按等強度原則選擇焊條的強度級別，一般可選用酸性焊條，重要結構選用堿性焊條。

（二）焊接電源種類和極性的選擇

通常根據焊條的類型選擇焊接電源的種類，除低氫型焊條必須采用直流反接外，通常所有酸性焊條采用交流或直流電源均可以進行焊接。當選用直流電源時，焊厚板宜采用直流正接（即工件接正極），焊薄板時宜采用直流反接（即工件接負極），如圖2-4所示。

（三）焊條直徑的選擇

為了提高生產效率，盡可能地選用直徑較大的焊條；但用直徑過大的焊條焊接時，容易造成未焊透或焊縫成形不良等缺陷。選用焊條直徑時應考慮焊件的位置及厚度，平焊位置或厚度較大的焊件應選用直徑較大的焊條，較薄焊件應選用直徑較小的焊條。另外，焊接同樣厚度的T形接頭時，選用的焊條直徑應比焊對接接頭選用的焊條直徑大。

（四）焊接電流的選擇

焊接電流是焊條電弧焊最重要的焊接參數。焊接電流越大，熔深越大（焊縫寬度和余高變化均不大），焊條熔化快，焊接效率高。但焊接電流太大時，飛濺和煙塵多，藥皮易發紅和脫落，而且容易產生咬邊、焊瘤、燒穿等缺陷；若焊接電流太小，則引弧困難，焊條容易粘連在焊件上，電弧不穩，熔池溫度低，焊縫窄而高，熔合不好，且易產生氣孔、夾渣、未焊透等缺陷。

選擇焊接電流時，主要考慮的因素有以下幾方面：

（1）焊條直徑。焊條直徑越大，焊接電流越大。每種直徑的焊條都有一個最合適的電流范圍，可以根據選定的焊條直徑用下面的經驗公式計算焊接電流，即

I=（35～55）d

式中：I為焊接電流（A）; d為焊條直徑（mm）。

（2）焊接位置。在平焊位置焊接時，可選擇偏大些的焊接電流；在橫、立、仰焊位置焊接時，焊接電流應比平焊位置時的小10%～20%。

（3）焊道層次。通常焊接打底焊道時，特別是焊接單面焊雙面成形的焊道時，使用較小的焊接電流才便于操作并保證背面焊道的質量；焊接填充焊道時，為提高效率，保證熔合好，通常都使用較大的焊接電流；而焊接蓋面焊道時，為防止咬邊和獲得較美觀的焊道，使用的電流應稍小些。

（五）電弧電壓

電弧電壓主要影響焊縫的寬窄，電弧電壓越高，焊縫越寬。但是在采用焊條電弧焊時，焊縫的寬度主要靠焊條的橫向擺動幅度來控制，因此電弧電壓的影響不明顯。

當焊接電流調好后，電焊機的外特性曲線就確定了。實際上，電弧電壓由弧長來決定。

電弧越長，電弧電壓越高；電弧越短，電弧電壓越低。但電弧太長時，電弧燃燒不穩，飛濺多，容易產生咬邊、氣孔等缺陷；若電弧太短，容易黏焊條。通常，電弧長度等于焊條直徑的0.5～1倍，相應的電弧電壓為20～26V。堿性焊條的電弧長度應為焊條直徑的一半；酸性焊條的電弧長度應等于焊條直徑。

（六）焊接速度

焊接速度就是單位時間內完成的焊縫長度。焊條電弧焊在保證焊縫具有所要求的尺寸和外形且熔合良好的原則下，焊接速度由焊工根據具體情況靈活掌握。重要結構的焊接常常要規定每根焊條的最小焊接長度。

（七）焊接層數的選擇

在厚板焊接時，必須采用多層焊或多道焊。多層焊的前一條焊道對后一條焊道起預熱作用，而后一條焊道對前一條焊道起熱處理作用（退火和正火），有利于提高焊縫金屬的塑性和韌性。每層焊道的厚度不能大于一個焊條直徑加2mm。

五、焊接電弧的引燃

（一）引燃電弧的條件

引燃電弧的條件是：存在兩個電極，且兩個電極之間存在一定的電流和電壓。

（二）引弧操作分析

引弧操作時，姿勢很重要，需找準引弧位置，身心放松，精力集中；操作時的動作主要是手腕運動，動作幅度不能過大（影響引弧位置的準確性）。

（三）引弧的操作技術

焊條電弧焊常用的引弧方法為接觸引弧，即先使電極與焊件短路，再迅速拉開電極引燃電弧。根據操作手法不同，又可分為：

（1）直擊法。使焊條與焊件表面垂直接觸，當焊條的末端與焊件表面輕輕一碰，便迅速提起焊條，并保持一定距離（3～4mm），即可引燃電弧，如圖2-5所示。操作時，必須掌握好手腕上、下動作的時間和距離。

（2）劃擦法。先將焊條末端對準焊件，然后將焊條在焊件表面劃擦一下，當電弧引燃后趁金屬還沒有開始大量熔化的一瞬間，立即使焊條末端與被焊表面的距離維持在3～4mm的距離，電弧就能穩定地燃燒，如圖2-6所示。操作時，手腕順時針方向旋轉，使焊條端頭與焊件接觸后再離開。

引弧時，如果發生焊條和焊件黏在一起的情況，只要將焊條左右搖動幾下，就可使焊條脫離焊件；如果這時還不能脫離焊件，就應立即放松焊鉗，使焊接回路斷開，而不能立即用手去拔下焊條，待焊條稍冷后再拆下。如果焊條粘住焊件的時間過長，則會因過大的短路電流而使電焊機燒壞。引弧時，手腕動作必須靈活準確。引弧要求準確率和成功率，所以練習時最好設定引弧的位置，而不能隨意在鋼板上亂劃。

六、運條

在焊接過程中，焊條相對焊縫所做的各種動作總稱為運條。常用的運條方法如表2-3所示。

七、焊縫的連接

焊條電弧焊時，對于一條較長的焊縫，一般都需要多根焊條才能焊完；每根焊條焊完后更換焊條時，焊縫就有一個銜接點。在焊縫連接處如果操作不當，極易造成氣孔、夾渣以及外形不良等缺陷。后焊焊縫與先焊焊縫的連接處稱為焊縫的接頭，接頭處的焊縫應當力求均勻，防止產生過高、脫節、寬窄不一致等缺陷。焊縫的連接有四種形式，如圖2-7所示。

（一）中間接頭（頭、尾連接）

中間接頭是指后焊焊縫從先焊焊縫收尾處開始焊接。這種接頭最好焊，操作適當時幾乎看不出接頭。一般在前段焊縫弧坑前10mm附近引燃電弧，把弧坑里的熔渣向后趕并略微拉長電弧，預熱連接處，然后回移至弧坑處，壓低電弧，等填滿弧坑后再轉入正常焊接并向前移動。換焊條的動作要快，不要使弧坑過分冷卻，因為在熱態銜接可以使銜接處的外形美觀。

（二）相背接頭（頭、頭連接）

相背接頭是指兩段焊縫在起焊處接在一起。要求先焊焊縫起焊處稍低，后焊焊縫在先焊焊縫起焊處前10mm左右引弧，然后稍拉長電弧，并將電弧移至銜接處，覆蓋住先焊焊縫的端部，待熔合好后再向焊接方向移動。焊前段焊縫時，在起焊處焊條要移動快些，使焊縫在起焊處略低一些。為使銜接處平整，可將先焊焊縫的起焊處用角向磨光機磨成斜面后再進行焊接。

（三）相向接頭（尾、尾連接）

相向接頭是指兩段焊縫在收尾處接在一起。當后焊焊縫焊到先焊焊縫的收尾處時，應降低焊接速度，將先焊焊縫的弧坑填滿后，以較快的速度向前焊一段，然后熄弧。這種銜接同樣要求前段焊縫收尾處略低些，使銜接處焊縫的高低、寬窄均勻。若先焊焊縫在收尾處太高，為了保證銜接處平整，可預先將收尾處的焊縫打磨成斜面。

（四）分段退焊接頭（尾、頭連接）

分段退焊接頭是指后焊焊縫的收尾與先焊焊縫的起焊處接在一起。要求先焊焊縫起焊處較低，最好呈斜面；后焊焊縫至先焊焊縫始端時，改變焊條角度，將前傾改為后傾，使焊條指向先焊焊縫的始端；然后拉長電弧，待形成熔池后，再壓低電弧并往返移動；最后返回至原來的熔池收弧處。

八、焊縫的收尾

焊縫的收尾不僅是為了熄滅電弧，而且要將電弧坑填滿。收尾一般有以下三種方法。

（一）劃圈收尾法

在焊接厚板時，當焊條焊至焊縫終點，應使焊條末端做圓圈運動，直到熔滴填滿弧坑再拉斷電弧，如圖2-8所示。

（二）反復斷弧收尾法

在大電流焊接和薄板焊接時，當焊條焊至焊縫終點，應在弧坑上做數次反復熄弧、引弧，直到填滿弧坑為止，如圖2-9所示。此法不適用于堿性焊條。

（三）回焊收尾法

在使用堿性焊條焊接時，焊條焊至焊縫終點即停止運條，但不熄弧，此時適當改變焊條角度，如圖2-10所示，焊條由位置1轉到位置2，待填滿弧坑后再轉到位置3，然后慢慢地拉斷電弧。

在熟練掌握引弧、運條、焊縫連接以及收尾等基本技能的前提下，再實施后面的各訓練項目。