各种焊接方法及设备

1 什么是手弧焊？它有什么缺点？用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称为手弧焊，它是利用焊条和焊件之间产生的电弧将焊条和焊件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后的熔滴和熔化的线母材融合一起形成熔池，随着电弧向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝，见图1。

手弧焊的优点是使用的设备简单，方法简便灵活，适应性强，对大部分金属材料的焊接均适用。

缺点是生产率较低，特别是在焊接厚板多层焊时，焊接质量不够稳定；可焊最小厚度为 1.0mm，一般易掌握的最小焊接厚度为1.5mm；对焊工的操作技术要求高，焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术；对于活泼金属（Ti、Nb、Zr等）和难熔金属（如Mo）由于其保护效果较差，焊接质量达不到要求，不能采用手弧焊。

另外对于低熔点金属（如Pb、Sn、Zn）及其合金由于电弧温度太高，也不可能用手弧焊。

目前，由于重力焊条、立向下焊焊条、低毒、低尘焊条及铁粉焊条等高效或专用焊条日益得到广泛应用，使手弧焊工艺得到了进一步的发展。

2 试述手弧焊时焊接电流种类的选择。

手弧焊时焊接电流的种类根据焊条的性质进行选择。

酸性焊条是交、直流两种焊条，但通常选用交流电源进行焊接，因交流弧焊电源价格便宜，交流电弧磁偏吹小。

碱性焊条中的低氢钠型焊条（如E5015），由于药皮中加入了一定量的氟石），电弧稳定性差，因此必须选用直流电源进行焊接（并采用直流反接），（CaF2碱性焊条中的低氢钾型焊条（如E5016），由于药皮中含有一定数量的稳弧剂，电弧的稳定性比低氢钠型焊条好，所以可以选用交流电源进行焊接。

此外，焊接薄板时，由于采用小电流施焊，因为交流电小电流的稳定性较差，引弧比较困难，所以应选用直流电源进行焊接。

3 手弧焊的焊接工艺参数有哪些？某一种焊接方法的焊接工艺参数，应该是指哪些焊前能预先确定其数值并在焊接过程中能够贯彻实行的参数。

因此，手弧焊时的主要焊接工艺参数是指焊条直径、焊接电流和焊缝层数。

至于电弧电压和焊接速度不应作为手弧焊时的主要焊接工艺参数，因为手弧焊是手工操作，电弧长度（电弧电压）和焊接速度是焊工在施焊过程中用手来控制，不能精确地执行预先的给定值，因此把两者作为已确定的工艺参数让焊工在操作中执行是有困难的。

焊工仅是根据本人的操作经验来确定弧长和焊接速度。

4 试述手弧焊时焊条直径的选择原则。

手弧焊时焊条直径可根据以下原则进行选用：1）对根部不要求完全均匀焊透的开I形坡口的角接、T形接、搭接焊缝和背面清根封底焊的对接焊缝，焊条直径可根据焊件厚度进行选用，见表1。

表1 焊条直径的选用2）焊件厚度相同但所处焊接位置不同，应选用不同直径的焊条，如横焊、立焊位置焊接时，绝少使用直径5mm的焊条。

3）不同的接头形式应选用不同直径的焊条。

如T形接头，由于散热条件比对接接头好，所以可选用较粗直径的焊条。

4）开坡口的接头第一层打底焊时应选用直径较细的焊条，如对接接头打底焊时选用直径为3.2mm的焊条，而其余各层可选用直径为4.0mm的焊条。

5 试述手弧焊时焊接电流的选择原则。

焊接电流是手弧焊时的主要工艺参数。

焊接电流太大时，焊条尾部要发红，部分药皮的涂层要失效或崩落，机械保护效果变差，容易产生气孔，此外，还会导致咬边、烧穿等焊接缺陷，并使焊接飞溅加大，使用过大的焊接电流时，还会使接头热影响区晶粒粗大，焊接接头的塑性下降。

焊接电流太小时，会造成未焊透、未熔合、夹渣等缺陷，且生产率降低。

因此，选择焊接电流，首先在保证焊接质量的前提下，应尽量选用较大的电流，以提高劳动生产率。

焊接电流的选用原则是：1）根据焊条直径进行选用（表2）。

表2 碳钢焊条的焊接电流和焊条直径的关系2)根据钢板厚度、焊接位置进行适当的调整焊接电流。

钢板越厚，焊接热量散失得越快，应选用电流值的上限。

立、仰、横焊时应选用较小的电流，通常应比平焊小10%左右。

3）焊接奥氏体不锈钢时，为防止焊条药皮发红开裂和减小影响晶间腐蚀的程度，焊接电流应比同样直径的碳钢焊条降低20%左右。

6 试述手弧焊时焊缝层数的选择原则。

厚板手弧焊时，应开坡口并采用多层焊（每层1条焊缝）或多层多道焊（每层有2条以上的焊缝），见图2。

多层焊和多层道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄，因此，接头的塑性和韧性都比较好，特别是对于易淬火钢，后焊道对前焊道有回火作用，能细化前焊道的晶粒，使接头的组织和性能得以改善。

对于低合金高强度钢等钢种，焊缝层数对接头性能有明显影响，焊缝层数少，每层焊缝厚度太大时，由于晶粒粗化，将导致焊接接头的塑性和韧性下降。

因此，采用较细的焊条、较小的焊接电流施焊，增加焊缝层数，这些都是提高接头质量的有效手段。

7 什么是单面焊双面成形操作技术？单面焊双面成形操作技术是采用普通焊条，以特殊的操作方法，在坡口的正面进行焊接后保证坡口正、反两面都能得到双面成形焊缝（该焊缝的正、背两面均应具有良好的内在与外观质量）的一种操作方法。

手弧单面焊双面成形的操作技术有间断灭弧焊法（又称断弧焊）和连弧焊法两种方法。

若以d表示焊条直径，则Y形坡口接缝的装配尺寸，见表3。

表3 Y形坡口接缝的装配尺寸若采用ф3.2mm的焊条进行断弧焊时，焊条为酸性，则钝边高度为1.3～2.0mm，根部间隙为3.2～4.2；焊条为碱性时，则钝边高度为1.3～2.0mm，根部间隙为2.6～4.8mm。

若采用ф3.2mm的焊条进行连弧焊（焊条为碱性）时，则钝边高度为0.5～1mm，根部间隙为2.6～3.2 mm。

此外，考虑到施焊过程中焊缝的横向收缩，为保证焊缝尺寸一致，终端根部间隙应比确定值略大 0.5～1mm。

单面焊双面成形与双面焊相比，可省略翻转焊件及对背面焊缝进行清根等工序，尤其适用于那些无法进行双面施焊的场合，例如管子对接焊。

8 什么是断弧焊法？断弧焊法是通过控制电弧的不断燃弧和灭弧的时间以及运条动作来控制熔池形状、熔池温度以及熔池中液态金属厚度的一种单面焊双面成形焊接技术。

它具有容易控制熔池形态、对焊件的装配质量及焊接工艺参数的要求较低，适应性较强等特点。

断弧焊的操作手法有一点法和两点法两种，见图3。

一点法适用于薄板、小直径管（≤ф60mm）及小间隙（1.5～2.5mm）条件下的焊执着；两点法适用于厚板、大直径管、大间隙条件下的焊接。

断弧焊法的操作技术若掌握得不够熟练，容易产生气孔、夹渣等内在缺陷和焊道外凸、内凹、冷缩孔、咬边、焊瘤等表面缺陷。

9 试述断弧焊法中两点法的基本操作要点。

先在焊件试焊端前方约10～15mm处的坡口面上引燃电弧，然后将电弧拉回至始焊处稍加摆动对焊件进行1～2Sr 预热。

当坡口根部产生“汗珠”时，立即将电弧压低，约1～1.5s后，可听到电弧穿透坡口而发出的“噗”声，看到定位焊缝以及相接的两侧坡口面金属开始熔化，并形成第一个熔池时快速灭弧。

当第一个熔池金属尚未完成凝固，熔池中心还处于半熔化状态、在护目镜下呈黄亮颜色时，重新引燃电弧，并在该熔池左前方接近钝边的坡口面上，以一定的焊条倾角击穿焊件根部。

击穿时先以短弧对焊件根部加热1～1.5s，然后再迅速将焊条朝焊接方向挑划，当听到焊件被击穿的“噗”声时（说明已形成第一个熔孔），应快速使一定长的弧柱带着熔滴穿过熔孔，使其与背、正面的熔化金属分别形成背面与正面焊道熔池。

此时要迅速抬起灭弧，动作如稍有迟缓，可能会造成根部烧穿。

约1s后，当上述熔池还未完全凝固，尚有比所用焊条直径稍大的黄亮光点时，快速引燃电弧并在第一个熔池右前方进行击穿焊。

然后继续按上述方法施焊，便可完成两点法单面焊双面成形的焊缝。

10 试述断弧焊法中一点法的基本操作要点。

一点法建立第一个熔池的方法与两点法相同。

施焊时应使电弧同时熔化焊件坡口的两侧钝边，听到“噗”声后，果断灭弧。

为防止一点击穿法焊接过程中产生缩孔，应使灭弧频率保持在每分钟70～80次。

其焊条倾角与熔孔向坡口根部熔入深度均与两点法相同。

11 试述各种位置断弧焊法的焊接工艺参数。

各种位置断弧焊法所选用的焊接工艺参数，见表4。

表4 各种位置断弧焊法的焊接工艺参数12 什么是连弧焊法？说明其操作要点。

连弧焊法是在焊接过程中电弧连续燃烧，不熄灭，采取较小的坡口钝边间隙，选用较小的焊接电流，始终保持短弧连续施焊的一种单面焊双面成形技术。

基本操作要点：引弧后先将电弧压短到最低程度，并在始焊处以小齿距的锯齿形运条法作横向摆动，对焊件进行加热。

当坡口根部产生“出汗”现象时，尽力将焊条往根部送下做一个击穿动作，待听到“噗”的一声形成熔孔后，迅速将电弧移到任一坡口面，随后在坡口面间以一定的焊条倾角做似停非停的微摆动，时间约为2s，使电弧将两坡口根部两侧各熔化1.5mm左右，然后将焊条提起1～2mm，以小齿距的锯齿形运条法作横向摆动，使电弧边熔化熔孔前沿、边向前施焊。

施焊时，一定要将焊条中心对准熔孔的前沿与母材交界处，使每个新熔池与前一个熔池相重叠。

收弧时，缓慢地把焊条向熔池后方的左侧或右侧带一下，随后将焊条提起、收弧。

接头时，先在距弧坑10～15mm处引弧，以正常运条速度运至弧坑的1/2处，将焊条下压，待听到“噗”的一声之后，就作1～2s的似停非停地微小摆动，然后再将焊条提起1～2mm，使其在熔化熔孔前沿的同时向前运条施焊。

连弧焊法的施焊过程中，由于采用了较小的根部间隙（表3）与焊接工艺参数（表5），并在短弧条件下进行有规则的焊条摆动，因而可造成熔滴向熔池均匀过渡的良好条件，使焊道始终处于缓慢加热和缓慢冷却的状态，所以不但能获得温度均匀分布的焊缝和热影响区，而且还能得到成形整齐、表面细密的背面焊道，因此连弧焊法是一种能保证焊缝具有良好力学性能和内在质量的单面焊双面成形操作技术。

13 试述各种位置连弧焊法的焊接工艺参数。

各种位置连弧焊法所选用的焊接工艺参数，见表5。

表5 各种位置连弧焊法的焊接工艺参数14 试述手弧焊时的基本操作技术。

手弧焊是用手工操作的焊接方法，因此焊缝的质量在很大程度上决定于焊工的操作技术。

手弧焊时焊条要做三个方向的运动：朝熔池方向逐渐送进；沿焊接方向逐渐移动；必要时作有规则的横向摆动。

1）焊条朝熔池方向逐渐送进，这是为了以维持所要求的电弧长度。

因此，焊条的送进速度应等于焊条的熔化速度，如果送进速度比熔化速度慢，则电弧被逐渐拉长，严重时形成断弧现象；反之，如果焊条送进速度太快，则弧长迅速缩短，最后导致焊条与焊件接触短路，电弧熄灭。

2）焊条沿焊接方向的移动速度，即手弧焊的焊接速度。

太快时，电弧来不及熔化足够的焊条和母材，造成焊缝断面太小以及容易形成未焊透等缺陷；太慢时，熔化金属堆积过多，加大了焊缝断面，并且使焊件加热温度过高，薄件则容易被烧穿。

3）焊条作横向摆动是为了获得一定宽度的焊缝，特别是当焊件开坡口时，由于焊口较宽，常采用摆动焊条使两侧金属能够焊透。