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焊条电弧焊
　　焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。是生产中应用最多、最普遍的焊接方法。它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔化焊件与焊条而进行焊接的。
　　焊接电弧
　　⑴　焊接电弧的产生
　　焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。产生焊接电弧的过程如图所示，将夹在焊钳上的焊条，擦划或敲击焊件，由于焊条末端与焊件瞬时接触而造成短路，产生很大的短路电流，在短时间内产生大量的热，触点金属温度迅速升高，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、蒸发和汽化，焊条末端与工件间隙中的空气被电离，产生了正离子和自由电子，在电场力作用下，正离子奔向阴极，自由电子奔向阳极。在焊条端部与焊件之间形成了电弧，并产生大量的光和热。　
　　焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区指电弧紧靠负电极的区域，是发射电子的地方，阴极区产生的热量占电弧总热量的36％左右，温度大约在2400K左右。阳极区指电弧紧靠正电极的区域，是接收电子的地方，产生的能量占到电弧总热量的43％左右，温度大约在2600K左右。弧柱区是阴极区和阳极区之间的区域。弧柱区产生的热量占电弧总热量的21％左右，但弧柱区中心温度最高，大约在6000-8000K的范围内。
　　⑵　焊接电弧的极性及应用
　　用直流弧焊电源焊接时，工件接正极，焊条接负极，称为正接。适于焊接厚件；工件接负极，焊条接正极，称为反接。反接适于焊接薄件。用交流弧焊电源焊接时，因阳极与阴极不断交替变化，故不存在正、反接问题。
　　2 ．焊接设备
　　焊条电弧焊的主要设备是弧焊机。按供给焊接电弧的电流是直流电还是交流电，弧焊机分为直流弧焊机和交流弧焊机。直流弧焊机具有电弧燃烧稳定、焊接质量较好的优点。但结构复杂，成本高，维修困难，噪声大，损耗大，适于焊接较重要的工件。交流弧焊机效率较高，结构简单，制造方便，成本较低，使用可靠，维护、保养容易，噪声小，但电弧不够稳定。
　　3 ．焊条
　　⑴ 焊条的构成及作用 焊条由焊芯和药皮两部分组成。
　　焊芯的作用是与焊件之间产生电弧并熔化作为焊缝的填充金属。焊芯的化学成分将直接影响焊缝质量，且对其各合金元素含量有一定的限制，保证焊缝的性能不低于母材。焊芯的牌号以 “焊”字（代号是“H”）表示焊接用钢丝，其后的表示法与钢号表示法完全相同。质量不同的焊芯在最后标以一定符号以示区别：A表示高级优质钢，其S、P的质量分数不超过0.03%；E表示特级优质钢，其S、P的质量分数不超过0.02%。常用的牌号有H08、H08MnA、H15Mn等。药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。药皮对保证焊缝金属的质量和力学性能极为重要，在焊接过程中有如下作用：
　　① 改善焊接工艺性 易于引弧，稳定电弧燃烧，减少飞溅，并使焊缝成形美观。　
　　② 机械保护作用
　　空气中的氮、氧等气体对焊接熔池的冶金反应有不良影响。药皮熔化后产生的气体和熔渣可隔绝空气，保护熔滴和熔池金属。　
　　③ 冶金处理作用 药皮中添入 Mn 、Si 等合金化元素，能脱氧、脱硫、脱磷、去氢、渗合金，从而改善焊缝质量。 ⑵ 焊条的分类、型号及牌号
　　1）焊条的分类　焊条的分类方法很多。按用途分有碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、镍及镍合金焊条、堆焊焊条，特殊用途焊条等。
　　焊条按药皮熔化后的熔渣特性可分为酸性焊条和碱性焊条。熔渣中以酸性氧化物为主的焊条称为酸性焊条，酸性焊条优点是容易脱渣；具有良好的工艺性能，熔渣飞溅小，电弧稳定，焊缝成形美观，抗气孔能力较强，交、直流弧焊机均可使用。缺点是酸性焊条施焊后，焊缝的力学性能和抗裂性比碱性焊条差，尤其是塑性和韧性较差，故多用于焊接一般结构。碱性焊条熔渣中的主要成分是碱性氧化物，其工艺性能稍差，电弧不稳定，不易脱渣，焊接时烟尘较多，对油、锈、污敏感，只能采用直流电源焊接。但其具有抗裂性好、去氢性较强，故又称为低氢型焊条，且焊缝金属力学性能高，一般用于焊接重要结构。
　　2）焊条型号及牌号　焊条型号是国家标准中的焊条代号按 GB5117 — 1995 和 GB/T5118 — 1995
　　规定表示，碳钢焊条和低合金钢焊条型号用一个大写拼音字母和四位数字表示。首位字母“ E ”表示焊条；此后的前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊条的焊接位置。“ 0 ”及“ 1 ”表示焊条适用于全位置焊接（平焊、立焊、仰焊、横焊）；“ 2 ”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合表示焊接电流种类及药皮类型。如： E4315 表示焊缝金属的 σ b ≥ 43 kgf/mm 2，适用于全位置焊接，药皮类型是低氢钠型，电流种类是直流反接。
　　焊条牌号是焊条行业中现行的焊条代号。通常用一个大写的汉语拼字母和三位数字表示，拼音字母表示焊条的类别，牌号中前两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最低值，单位为 kgf ／ mm 2 ，最后一位数字表示药皮类型和电流种类。如 J422 ，“Ｊ”表示结构钢焊条，“ 42 ”表示焊缝金属抗拉强度不低于 43kgf ／ mm 2 ，“２” 表示钛钙型药皮，直流或交流。
　　⑶　焊条选用原则 选用的焊条是否恰当将直接影响焊接质量、劳动生产率和产品成本，一般按以下原则选用焊条：
　　⑴ 焊接如低碳钢、普通低合金钢构件时，一般选用与工件母材的强度等级相同的焊条；对于耐热钢和不锈钢的焊接应选用与工件化学成分相同或相近的焊条；如母材碳、硫、磷质量分数较高时，宜选用抗裂性好的碱性焊条。若焊件在腐蚀性介质中工作，宜选用相应的耐腐蚀焊条。
　　⑵ 若工件承受交变载荷或冲击载荷、结构复杂或要求刚度大的工件宜选用碱性焊条；
　　（3） 考虑劳动条件、生产率和经济性，在满足使用性能和操作性能的基础上，尽量选用效率高、成本低的焊条；焊接部位无法清理干净时，焊接空间位置变化大时，尽量选用工艺性能适应范围较大的酸性焊条；在密闭容器内焊接时，应采用低尘、低毒焊条。
　　4 ．焊条电弧焊工艺 ⑴ 焊接接头
　　1）焊接接头形式　常用接头形式有对接、搭接、角接和Ｔ形等，如图所示。对接接头的应力集中相对较小，能承受较大载荷，焊接结构中常用；搭接接头应力分布不均，承载能力低，适用于被焊结构狭小处及密封的焊接结构；角接接头承载能力不高，一般用在不重要的结构件中；Ｔ形接头整个接头承受载荷，承载能力强，生产中应用也很普遍。
　　2）坡口　根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。常见对接接头的坡口形式有 I 形坡口、 V 形坡口、 X 形坡口、 U 形坡口等四种。焊条电弧焊板厚在 6 毫米以下对接时，一般可不开坡口直接焊成。板厚较大时，接头处根据工件厚度应开各种坡口。在板厚相等的情况下，V形坡口形状简单，加工方便；X形坡口比V形坡口需要的填充金属少，生产率高，并且焊后角变形小，但是X形坡口需要双面焊。U形坡口根部较宽，容易焊透，也比V形坡口焊条消耗量少，省工时，焊接变形也较。但是U形坡口形状复杂，加工较困难，一般只在重要的厚板结构中采用。
　　焊接接头处钢板厚度最好相等，这样焊接时受热均匀，容易保证焊接质量。不同厚度金属对焊时，如果两板厚度差不超过下表的规定，则接头的基本形式和尺寸应按厚板选取，如厚度超过表中规定值，则应在较厚的板上加工出单面或双面削薄。
　　较薄板的厚度δ 1 ／ mm≥ 2 ～ 5 ≥ 5 ～ 9≥ 9 ～ 12 ≥ 12
　　允许厚度差（δ 1- δ）／ mm 1 234
　　不同厚度钢板对接允许厚度差
　　3）焊缝的空间位置
　　焊接时，按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊，如图所示。平焊操作方便，劳动条件好，生产效率高，焊缝质量易于保证。因此，一般应尽可能将工件放在平焊位置进行施焊。立焊时熔滴易向下流淌，成形较困难，不易操作。横焊时熔滴易偏向焊缝的下边，产生熔化不良，焊瘤，未焊透等缺陷。仰焊时熔滴最易下滴，焊缝成形困难，操作更难。
　　⑵ 焊接参数的选择
　　1）焊条直径的选择
　　焊条直径主要取决于工件厚度、接头形式、焊缝位置、焊层数等因素。厚度大的工件，应选用直径较大的焊条。当用细焊条焊厚度大的工件时，常会出现焊不透缺陷；而用粗焊条焊厚度小的工件时，则容易出现烧穿缺陷。
　　T形接头、搭接接头散热条件比对接接头好，可选用较粗直径的焊条。平焊时所用的焊条直径可大些，立焊时的焊条直径不超过5mm；仰焊或横焊时焊条直径不超过4mm。多层焊时，为防止焊不透，第一层焊道应采用较小直径焊条进行焊接，其余各层可根据工件厚度，选用较大直径焊条。
　　2）焊接电流的选择
　　焊接电流是焊条电弧焊的主要焊接参数。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、咬边、烧穿等焊接缺陷，并使焊接飞溅加大。焊接电流太小时，会造成未焊透、未熔合等缺陷，并使生产率降低。选择焊接电流首先应在保证焊接质量的前提下，尽量选用较大的电流，以提高劳动生产率。
　　影响焊接电流的主要因素是焊条直径和焊缝位置。焊接电流大小，通常按经验公式计算： I =K• d 式中： I ──焊接电流； K──经验系数，（一般为30～50）；D ──焊条直径，mm。
　　平焊时，取较大值；其他位置焊缝的焊接，取较小值。在使用碱性焊条时焊接电流比使用酸性焊条小些。
　　⑶ 焊接变形及预防措施
　　焊接构件因焊接而产生的内应力称焊接应力，焊件因焊接而产生的变形称为焊接变形。焊接时，由于工件是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷缩速度和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生。变形是焊件自身降低其应力状态的结果，变形的表现形式与工件的截面尺寸、焊缝布置、焊接元件的组合方式及焊接接头的型式等因素有关。
　　焊接变形的基本形式有弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。
　　焊接变形不但影响结构尺寸的准确性和外形美观，严重时还可能降低承载能力，甚至造成事故。为了防止和减少焊接变形，设计时应尽可能采用合理结构形式和采用必要的焊接工艺措施。
　　① 采用合理的结构 设计焊接结构时，在保证结构有足够承载能力情况下，采用尽量小的焊缝尺寸、数量；焊缝尽量对称布置；焊缝分散，避免集中。
　　② 反变形法　用经验和计算方法，估计焊后可能发生的变形大小和方向，焊前将工件安放在与焊接变形方向相反的位置上。
　　③ 刚性固定法　焊前将工件各部分用夹具、刚性支撑、专用夹具或定位点焊强制固定，以防止和加小变形。刚性固定法只适用于工件塑性较好，结构刚度较小的结构，对于淬硬性较大的金属不能使用，以免焊后断裂。
　　④ 焊接顺序变换法　安排焊接顺序时应尽可能考虑焊缝自由伸缩，对称截面梁焊接次序要交替进行。　
　　⑤ 焊前预热，焊后处理　焊前对工件预热可以减少焊件各部位温差，降低焊后冷却速度，减小残余应力。在允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤子对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的敲击，均可有效地减小焊接变形。