1.电弧焊原理

焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又稳定的气体放电现象。焊接引弧时,焊条和工件瞬间接触形成短路,强大的电流产生强烈的电阻热使接触点金属熔化甚至蒸发,当焊条提起时,在电场作用下,热的金属发射大量电子,电子碰撞气体使之电离,正离子、负离子和电子这种带电粒子束构成电弧。如图4-3所示。

图4-3　焊接电弧的发生

焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成,如图4-4所示。1)阴极区：电子发射区,热量约占36%,平均温度2400K;

2)阳极区：受电子轰击区域,热量约占43%,平均温度2600K;3)弧柱区：阴、阳两极间区域,几乎等于电弧长度,热量21%,弧柱中心温度可达6000～8000K。

图4-4　焊接电弧的组成

母材和焊条受电弧高温的作用熔化形成金属熔池。在熔池中将进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。

2.焊条电弧焊(手工电弧焊)

(1)原理及特点：利用电弧作为热源,由工人手工操纵焊条进行焊接的方法称为焊条电弧焊。当焊条的焊芯与工件接通电源后而引燃电弧,随着焊条向前移动,熔化的焊芯及焊件形成焊缝、焊条外部的药皮形成渣壳覆盖在焊缝表面。如图4-5所示。(www.daowen.com)

图4-5　焊条电弧焊示意图

焊条电弧焊工艺的设备简单、操作灵活,可焊接多种金属材料,室内、外焊接效果相近,是野外焊接的首选方法。对于钢结构桥梁型钢连接、建筑工地钢筋连接、远程输油管道连接等野外场合应该采用焊条电弧焊。但是焊条电弧焊对焊工的操作技术水平要求较高,生产率较低。

(2)焊接设备与过程：焊条电弧焊的设备是电焊机,分为交流电焊机和直流电焊机。交流电焊机为焊接时提供交流焊接电源。焊接时首先将焊条夹在焊钳上,把焊件同电焊机相连接。引弧时,使电焊条与焊件相互接触而造成短路,随即提起焊条2～4mm,在焊条端部和焊件之间产生电弧。电弧产生的热量将焊条、焊件局部加热到熔化状态,焊条端部熔化后形成的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池,随着电弧的向前移动,新的熔池开始形成,原来的熔池随着温度的降低开始凝固,从而形成连续的焊缝。

3.埋弧焊

埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法,其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械装置来完成。埋弧焊机由焊接电源、控制箱和焊接小车三部分组成,焊接小车又由送丝机头、行走小车、控制盘、焊丝盘和焊剂漏斗等组成。

在埋弧焊的焊接过程中,焊丝和焊接件分别接焊接电源的二极,漏斗将焊剂均匀地堆撒在二个焊件的接缝处,厚度为40～60mm,焊丝连续送入电弧区,电弧在焊剂层下稳定燃烧,焊接小车匀速向前行走,后面的熔池金属逐渐冷却凝固,形成焊缝。如图4-6所示。

图4-6　埋弧焊工艺示意图

埋弧焊所用焊接材料有焊丝和焊剂。焊丝起电极和填充金属的作用;焊剂的作用与焊条药皮的作用基本相同,在焊接过程中起稳弧、保护、脱氧及渗合金等作用。焊剂分熔炼和非熔炼两类,其中熔炼焊剂广泛用于碳钢和低合金结构钢的焊接。为保证焊缝化学成分和力学性能,焊丝和焊剂使用时要合理匹配。例如,焊接低碳钢结构件时,常用低锰焊丝,同时配用高锰高硅焊剂。

埋弧焊的是生产效率高、焊接质量好、焊缝成形美观,能够节省材料与电能,并改善了工人的劳动条件。但是埋弧焊的适应性较差,焊前准备工作量大,焊接电流强度大,不适于3mm以下薄板,难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接,设备的一次性投资较大。埋弧焊适用于批量大的中厚板结构的长直焊缝和较大直径的环焊缝焊接。在桥梁、造船、锅炉、压力容器、冶金机械制造等工业中获得广泛应用。