焊接基础工艺基本知识

焊接工艺基本知识   1 什么是焊接接头？它有哪几种类型？   用焊接 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 连接接头称为焊接接头（简称为接头）。它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近母材构成。在焊接构造中焊接接头起两方面作用，第一是连接作用，即把两焊件连接成一种整体；第二是传力作用，即传递焊件所承受载荷。   依照GB/T3375—94《焊接名词术语》中规定，焊接接头可分为10种类型，即对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底接头，如图1。其中以对接接头和T形接头应用最为普遍。2 什么是坡口？惯用坡口有哪些形式？   依照设计或工艺需要，将焊件待焊部位加工成一定几何形状沟槽称为坡口。开坡口目是为了得到在焊件厚度上所有焊透焊缝。   坡口形式由GB985—88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口基本形式与尺寸》、GB986—88《埋弧焊焊缝坡口基本形式及尺寸》原则制定：惯用坡口形式有I形坡口、Y型坡口、带钝边U形坡口、双Y形坡口、带钝边单边V形坡口等，见图2。3 表达坡口几何尺寸参数有哪些？它们各起什么作用？   ⑴坡口面 焊件上所开坡口表面称为坡口面，见图3。   ⑵坡口面角度和坡口角度 焊件表面垂直面与坡口面之间夹角称为坡口面角度，两坡口面之间夹角称为坡口角度，见图4。   开单面坡口时，坡口角度等于坡口面角度；开双面对称坡口时，坡口角度等于两倍坡口面角度。坡口角度（或坡口面角度）应保证焊条能自由伸入坡口内部，不和两侧坡口面相碰，但角度太大将会消耗太多填充材料，并减少劳动生产率。   ⑶根部间隙 焊前，在接头根部之间预留空隙称为根部间隙。亦称装配间隙。根部间隙作用在于焊接底层焊道时，能保证根部可以焊透。因而，根部间隙太小时，将在根部产生焊不透现象；但太大根部间隙，又会使根部烧穿，形成焊瘤。   ⑷钝边 焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口端面某些称为钝边。钝边作用是防止根部烧穿，但钝边值太大，又会使根部焊不透。   ⑸根部半径 U形坡口底部半径称为根部半径。根部半径作用是增大坡口根部横向空间，使焊条可以伸入根部，促使根部焊透。4 试比较Y形、带钝边U形、双Y形三种坡口各自优缺陷？   当焊件厚度相似时，三种坡口几何形状见图5。⑴Y形坡口1）坡口面加工简朴。2）可单面焊接，焊件不用翻身。3）焊接坡口空间面积大，填充材料多，焊件厚度较大时，生产率低。4）焊接变形大。⑵带钝边U形坡口1）可单面焊接，焊件不用翻身。2）焊接坡口空间面积大，填充材料少，焊件厚度较大时，生产率比Y形坡口高。3）焊接变形较大。4）坡口面根部半径处加工困难，因而限制了此种坡口大量推广应用。⑶双Y形坡口1）双面焊接，因而焊接过程中焊件需翻身，但焊接变形小。2）坡口面加工虽比Y形坡口略复杂，但比带钝边U形坡口简朴。3）坡口面积介于Y形坡口和带钝边U形坡口之间，因而生产率高于Y形坡口，填充材料也比Y形坡口少。5 惯用垫板接头有哪几种形式？它有什么优缺陷？在坡口背面放置一块与母材成分相似垫板，以便焊接时能得到全焊透焊缝，根部又不致被烧穿，这种接头称为垫板接头。惯用垫板接头形式有：I形带垫板坡口、V形带垫板坡口、Y形带垫板坡口、单边V形带垫板坡口等见图6。垫板接头操作技能比单面焊双面成形简朴，容易掌握，惯用于背面无法施焊（如小直径圆筒环缝、夹套容器环缝）场合，缺陷是当垫板和筒体椭圆度不一致时，两者之间装配在一起时局部会留有缝隙，焊接时，熔渣流入此缝隙时无法上浮，因而易形成夹渣。JB4708—92《钢制压力容器焊接工艺评估》中规定，有衬垫单面焊弯曲角度可按双面焊弯曲角度原则。手工电弧焊操作工艺技术第一节酸性和碱性焊条操作特点　　酸性和碱性焊条由于药皮类型不同，从而决定了两者操作特点也不相似，差别如下：　　1．电源种类不同。酸性焊条可采用交流或直流焊接电源，当采用交流焊机时，操作时易产生断弧现象；碱性焊条多用直流焊机，操作时易发生电弧偏吹现象。　　2．工艺性能差别。酸性焊条工艺性能较好，熔渣流动性和覆盖性好，脱渣容易，电弧稳定，飞溅小，焊缝外形美观，焊波细密、平滑。　　碱性焊条工艺性能普通，熔渣流动性好而覆盖性较差，脱渣性较差，只有采用直流电源电弧才干稳定燃烧，电弧吹力较大，易产生咬边缺陷，焊缝易凸起，焊波粗糙。　　3．使用焊接电流差别．在同等条件下，碱性焊条焊接电流比酸性焊条小约10％～15％。　　4．引弧、运条和收弧办法差别。酸性焊条引孤时可采用划擦法或撞击法，而碱性焊条宜用划擦法引弧。　　普通状况下，酸性焊条正常弧长约为焊条直径大小，而碱性焊条正常弧长约为焊条直径一半，属于短弧操作。　　酸性焊条收弧时可采用重复断弧法、划圈收弧法或者回焊收弧法，而碱性焊条不能采用重复断弧法，惯用回焊收弧法。    5．熔池状态差别及控制。平焊时，酸性焊条焊接熔渣高出熔池表面2～3mm，熔渣反映激烈，呈黑白两色不断翻腾。熔池铁水呈亮白色且不断波动，铁水波动是由于氧化还原反映产气愤体排浮现象。　　平焊时，碱性焊条焊接时熔渣高出熔池约1mm左右，熔渣反映不激烈，呈黑红色且不太翻腾；熔池铁水呈亮白色且平稳不太波动，如熔池铁水波动起泡，则阐明焊件除锈不彻底或焊条未烘干等，焊缝很也许产气愤孔缺陷。　　第二节单面焊双面成型操作技术　　单面焊双面成型指在开坡口焊件上单面施焊时获得双面成型焊缝(即焊缝正面、背面均具备良好内在和外观质量)。适于无法进行背面清根工件(如管子对接焊缝)，单面焊双面成型操作办法难度较大，规定操作人员具备纯熟操作技能。　　一、单面焊双面成型分类　　1．按焊接工艺办法分为。　　(1)持续电弧焊(连弧焊)。　　(2)间断灭弧焊(灭弧焊)。　　2．按电弧熔化坡口根部机理分。　　(1)击穿焊法。　　(2)不击穿焊法(渗入焊法)。指坡口间隙小，钝边大状况下，焊接时电弧没有穿透坡口根部，通过熔化铁水渗入到背面。它容易使接头在半熔化状态下连接在一起，甚至形成“冷接”，产生根部未熔合缺陷等。惯用焊接材料焊接时消耗各种材料通称为焊接材料，重要涉及有焊条、焊丝、焊剂和保护气体等。　　手工电弧焊焊接材料　　手工电弧焊用焊接材料是焊条，它是涂有药皮供手工电弧焊用熔化电极。掌握各种焊条特点和性能，才干对的选用焊条，从而获得优质焊缝，此外又能提高焊接效率。　　一、焊条构成　　焊条由焊芯和药皮两某些构成。　　1．焊芯。焊条中被药皮包覆金属芯称为焊芯。焊接时，焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧，把电能转换成热能；二是焊芯自身熔化作为填充金属，与液体母材金属熔合形成焊缝。　　手工电弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属50％～70％，因此焊芯化学成分直接影响焊缝质量。用做焊芯钢丝是经特殊冶炼，是焊接专用焊丝一种，具备规定牌号和成分。低碳钢和低合金钢焊条普通均采用H08A或H08E焊芯。各种类型高合金钢焊条普通采用与熔敷金属成分相近似合金焊芯。　　普通所说焊条直径就是指焊芯直径，生产中应用最广泛焊条规格是3．2、4和5三种。焊条长度是指焊芯长度，普通均在200～5501nm之间。　　2．药皮。压涂在焊芯表面涂料层称为药皮。药皮是由各种粉料和粘结剂按一定比例配制而成。　　(1)药皮作用。　　1)机械保护作用：焊接时，焊条药皮熔化产，生大量气体，将熔化金属与空气隔绝开来，防止空气中氧、氮侵入。同步药皮熔化形成熔渣覆盖着熔滴和熔化金属，不但隔绝空气，保护焊缝金属；并且还能减缓焊缝冷却速度，有助于焊缝金属结晶。　　2)冶金解决作用：通过熔渣与熔化金属冶金作用，除去有害杂质如氧、氢、硫、磷等，并掭加有益合金元素，从而获得需要机械性能。　　3)改进焊缝工艺性能；药皮中添加专门粉料，能使电弧稳定燃烧，飞溅小，焊缝成型好，易脱渣和熔敷效率高等。　　(2)药皮构成。焊条药皮是由各种矿物质、铁合金和金属物、有机物、化工产品(水玻璃等)等原料构成。按其在焊接过程所起作用可分为八类：　　1)稳弧剂：重要起稳定电弧作用。普通采用电离电位低物质，焊接时易电离，增强电弧空间导电性能。惯用稳弧剂有碳酸钾、碳酸钠、钾硝石、大理石和钛白粉等。　　2)造气剂：重要作用是形成保护氛围，以隔绝空气侵入。惯用碳酸盐类矿物质有大理石、菱镁矿和白云石等，有机物类有木粉、纤维素和淀粉等。　　3)造渣剂：重要作用是能形成具备一定物理化学性能熔渣，产生良好机械保护作用和冶金解决作用。 手工电弧焊  （之一）  一、概述手工电弧焊简称手工焊。它运用焊条与工件之间建立起来稳定燃烧电弧，使焊条和工件熔化，从而获得牢固焊接接头。焊接过程中，药皮不断地分解、熔化而生成气体及熔渣，保护焊条端部、电弧、熔池及其附近区域，以防止大气对熔化金属有害污染。焊条芯棒也在电弧热作用下不断熔化，进入熔池，构成焊缝填充金属。有时也可通过焊条药皮掺合金属粉末，向焊缝提供附加填充金属。手工电弧焊与其她电弧焊办法相比，具备下列特点。1．操作灵活手工电弧焊之因此成为应用最广泛连接金属焊接办法，其重要因素是它灵活性。手工电弧焊无论在焊接车间内，还是在野外施工现场均可采用。由于设备简朴、移动以便、电缆长、焊把轻巧等特点，手工电弧焊既合用于平焊、立焊、仰焊等各种空间位置焊接，又合用于对接、搭接、角接、T形接头等各种接头型式构件焊接。可以说，凡是焊条能达到任何位置接头，均可采用手工电弧焊办法连接。特别对于复杂构造、不规则形状构件以及单件、非定型钢构造制造，由于可以不用辅助工装、变位器、胎夹具等就可以焊接，手工电弧焊优越性显得尤为突出。2．待焊接头装配规定低由于焊接过程由焊工控制，可以适时调节电弧位置和运条手势，修正焊接规范，以保证跟踪接缝和均匀熔透。因而，对焊接接头装配尺寸规定相对减少。3．可焊金属材料广手工电弧焊广泛应用于低碳钢、低合金构造钢焊接。选配相应焊条，手工电弧焊也惯用于不锈钢、耐热钢、低温钢等合金构造钢焊接，用于铸铁、铜合金、镍合金材料焊接，以及耐磨损、耐腐蚀、耐热等特殊使用规定构件表面层堆焊。4．熔敷速度低手工电弧焊和其她电弧焊办法（如熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊等）相比，由于使用焊接电流小、每焊完一根焊条后必要换焊条以及清渣而停止焊接等，熔敷速度低，生产率低。5．依赖性强虽然焊接接头力学性能可以通过选取与母材性能相称焊条来满足，但焊缝质量在很大限度上依赖于焊工操作技能及现场发挥，甚至焊工施焊过程中精神状态也会影响焊缝质量。二、手工电弧焊基本手工电弧焊原理如图1所示。电弧发生在焊条端部和工件之间。在焊接过程中，弧长不但由于电弧手工操作，并且由于熔滴过渡而发生频繁波动。因而一台具备适当下降伏安特性和良好动态特性电源，对于焊接规范及电弧燃烧稳定性有着重要影响。（一）电弧特性1．电弧建立条件同步具备下列条件，才干产生电弧：（1）适当空载电压空载电压高有助于引燃电弧和稳弧，但从安全和经济观点考虑，又但愿空载电压低些。普通规定：交流焊接变压器Uo≤80V弧焊整流器Uo≤90V直流弧焊发电机Uo≤100V（单头）Uo≤60V（多头）近年来，国内外市场上浮现了装备防电击开关手工电弧焊机，这些焊机空载电压可以恰当高某些，见表1。表1带防电击开关空载电压额定电流交流焊接变压器弧焊整流器（DC）Ie＜500A≤85V≤85VIe≥500A≤95V≤95V（2）短路焊接电弧引燃办法提成两大类，即接触式引弧和非接触式引弧。按电极运动状态及电极空间介质电离办法又提成若干种，见表2。手工焊引弧手势普通为点拉式和划擦式两种。表2电弧焊引弧办法接触式引弧非接触式引弧手工焊时自动焊时电弧空间 电离办法高频高压脉冲点拉爆断划擦反抽高压脉冲易熔嵌入物（电极端）慢送丝辐射难熔棒短接 辅助电弧（3）导电粒子两电极空间介质中存在导电粒子是电源通过电极对气体放电又一必要条件。无论用哪一种办法引弧，均为了在电极空间介质中产生足够多导电粒子以传播电荷。为了易于产生和维持电极空间导电粒子，在焊条药皮中或电极表面加入易于电离碱金属、碱土金属元素及其化合物。2．电弧静特性电弧静特性又称静态伏安特性，系指弧长不变条件下电弧电压与流经电弧电流之间函数关系，其形状如图2所示。在常规手工电弧焊电流范畴内，电弧电压几乎不随焊接电流变化，即电弧伏安特性为平特性。当弧长增长时，电弧电压亦增长，即伏安特性向上平移。3．电弧热特性电弧由阴极、阳极和弧柱三某些构成，各某些温度不相似。以碳极电弧为例（见图3），阴极温度为3500K，阳极温度为4200K，而弧柱温度高达5000～8000K。普通来说，在阳极和阴极材料相似状况下，阳极温度略高于阴极温度，弧柱温度随焊接电流增大而升高。金属极电弧温分布，还与电极材料物理性能有着密切关系，见表3。当使用交流电焊接时，由于电流周期性地变化极性，焊条和工件上温度及热量分布趋于一致。表3不同电极材料电弧温度分布电极材料气体介质0.1013MPa电极材料沸点（K）阴极温度（K）阳极温度（K）碳铁铜镍钨空气空气空气空气空气4830300025952730593035002400220023703640420026002450245042504．焊接极性当使用直流焊机进行手工电弧焊时，焊条或工件与电焊机正、负端有两种不同连接方式。当工件接直流电焊机正极，而焊条接直流焊机负极时，称为正接法。相反，工件接直流电焊机负极，焊条接其正极时，称为反接法，见图4。焊接极性选取，重要依照焊条类型、所焊金属材料及对熔深规定。如选用J427(GBE4315)、J507(GBE5015)等低氢钠型药皮焊条焊接重要钢构造时，规定必要使用直流反接法。当选用J422（GBE4303）等氧化钛钙型药皮焊条进行焊接时，则可采用交流电焊接，不必选取极性。当焊接较厚工件时，为获得所需熔深，宜采用直流正极性。而当焊接铸铁、有色金属以及薄板时，则宜采用直流反极性。（二）冶金特点焊接过程中，在电弧空间及熔池四周存在着大量气体，熔滴和熔池表面覆盖着熔渣。由于电弧区和熔池温度高，焊条熔化金属以细小熔滴形式向熔池过渡。熔滴比表面积大，熔池高温停留时间短，使液态金属与气体及熔渣之间发生一系列复杂非平衡冶金反映。1．气体（气相）与熔化金属（液相）反映焊接区内气体重要来自如下几种方面：1)焊条药皮造气剂加热时分解或燃烧析出大量气体；2)焊条药皮中水分受热蒸发蒸汽；3)虽然药皮中造气剂加热时产生大量保护气体，但并不能完全排除周边空气侵入；4)工件表面上各种杂质如油污、铁锈、油漆及吸附水分寺，受热时析出气体；5)金属和熔渣高温蒸发产气愤体；6)母材金属和焊条金属中残留气体。由此可见，电弧区内气体重要由CO、CO2、H2O、O2、N2、H2及它们分解产物，以及金属和熔渣蒸气构成。它们对熔化金属作用以及对焊缝金属性能影响，重要通过溶解和化学冶金反映两种途径。（1）氧对金属作用焊接过程中，电弧氛围中自由氧在高温下发生分解O2===＞20-569.6kJ/mol氧原子与铁发生激烈氧化，同步钢中其她合金元素也发生氧化〔Fe〕+½O2===＞FeO+26.97kJ/mol〔Fe〕+O2===＞FeO+515.76kJ/mol〔C〕+½O2===＞CO〔Si〕+O2===＞SiO2〔Mn〕+½O2===＞MnO电弧氛围中CO2气体重要来自药皮中碳酸盐分解反映，或者来源于空气，它们也能使金属发生氧化CaCO3===＞CaO+CO2↑MgCO3===＞MgO+CO2↑〔Fe〕+CO2===＞FeO+CO↑电弧氛围中H2O，在高温下也具备氧化性〔Fe〕+H2O===＞FeO+H2氧化成果，使合金元素烧损和焊缝中含氧量增长。氧在钢中溶解量很小，重要以氧化物形式存在。这些氧化物在焊缝中呈不规则点状分布，或沿晶界呈网状分布。无论氧以何种形式存在，均对焊缝金属力学性能产生很大影响。随着焊缝中含氧量增长，焊缝金属强度、硬度、塑性特别冲击韧性均明显下降。还引起红脆、冷脆和时效硬化。对焊缝金属物理、化学性能也有影响，如导电性、导磁性、抗腐蚀性能下降。溶于金属中氧与碳发生反映，生成不溶于金属CO，若在熔池结晶时来不及逸出，就会形成气孔。（2）氢对金属作用焊接区氢可以分子、原子或离子状态存在。在电弧高温下，氢按下列方式分解：H2===＞2H-432.9kJ/molH2===＞H+H++e-1745kJ/mol在电弧高温区（T＞5000K），氢重要以原子状态存在，而在温度低于K区域，氢则重要以分子状态存在。氢以两种形式与金属发生作用：①氢能与某些金属如Zr、Ti、V、Ta、Nb等形成氢化物；②虽不形成稳定氢化物，但能充分溶解于某些金属中，如Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等。氢在铁中溶解度在变态点发生突变，如图5所示。合金元素对氢在铁中溶解度和吸取量有影响，Zr、Ti、Nb及某些稀土元素可提高氢在液态铁中溶解度，而C、Si、Al则减少氢溶解度，O也能有效地减少氢溶解度。氢在铁中溶解度还与金属组织构造关于，在面心立方晶格γ-Fe中溶解度要比在体心立方晶格α-Fe和δ-Fe中大些。以过饱和状态留在固态金属中氢，普通为原子或质子状态，常温下可在金属晶格中自由扩散，称之为扩散氢。其中一小某些氢在晶格缺陷、显微裂纹及夹杂物边沿空隙中结合成氢分子，或者被晶界、位错缺陷等所捕获，或者形成氢化物，在常温下不再能自由扩散，称之为残存氢。氢对焊缝金属性能影响概括起来重要是脆化（即氢脆），分述如下：1)氢使焊缝金属塑性减少。普通以为在拉伸、弯曲过程中，金属中位错发生运动和堆积，形成显微空腔，溶解在晶格中原子氢沿着位错运动方向扩散和汇集，在显微空腔中富积，产生很高压力，使金属变脆。2)产生白点。若碳钢或低合金钢焊缝含氢量较多，则往往在其拉伸试件断面上浮现光亮圆形局部脆性断裂点，即白点。大多数状况下，白点中心原先存在缺陷（如气孔）或小夹杂物等，形同鱼眼，故又称之为鱼眼。其产生因素是：焊缝金属受拉伸时，缺陷周边金属中产生很大应变，而导致大量位错堆积。此时焊缝金属中氢（涉及扩散氢和残存氢）将向位错堆积区扩散、汇集，使缺陷周边金属脆化，导致在这些部位发生脆性断裂。而其她部位仍体现为塑性断裂，在断口上浮现了白点形貌。3)产生冷裂纹。当前已经确认，氢是促使焊接接头产生冷裂纹重要因素。尽管扩散氢导致冷裂纹机理尚有不同结识，重要有两种理论，即空穴压力理论和应力诱导扩散理论，其结论却是相似，即焊缝中含氢量愈多，拉应力愈大，则组织韧性愈差，愈容易产生冷裂纹。4)形成气孔。若熔池金属在高温时吸取了大量氢，由于熔池结晶时溶解度突然下降，使氢处在过饱和状态，便发生下列反映2[H]===＞H生成氢分子不溶于金属，在液态金属中形成气泡。若气泡外逸速度不大于熔池结晶速度，则残留在焊缝中成为气孔。（3）氮对金属作用氮对金属作用浮现两种完全相反状况。一类金属如Cu、Ni等，既不能溶解氮，又不能形成氮化物。因而，焊接这一类金属时，甚至可用氮作为保护气体。另一类金属如Fe、Ti、Mn、Si、Cr等，不但能溶解氮，还能与氮形成稳定氮化物。因而，焊接这一类金属及合金时，必要防止焊缝金属被氮化。氮以两种形式溶解到金属中去。一种是以原子形式溶于金属，另一种是以NO形式溶于金属。前者在高温下氮分子发生分解N2===＞2N-711.4kJ/mol氮原子吸附在金属表面，由于其半径比较小，容易过渡到金属表面层内，并向金属内部扩散。后者在电弧高温下，电弧氛围中氮和氧发生化学反映，生成NOO+N2⇋NO+NN+O2⇋NO+O反映生成物均溶于液态金属。NO进入熔池后，与温度较低熔池金属相遇，则又分解成N原子和O原子，溶入金属中，大大地提高了熔池金属含氧量。氮在钢中熔解度曲线与氢相似，在变态点附近也发生突变。如果熔池中含氮量较高，则由于焊接时冷却速度不久，一某些氮将以过饱和形式存在于焊缝中；另一某些氮则以针状氮化物（Fe4N）析出，分布在晶界和固溶体内，使得焊缝金属强度、硬度增长，而塑性、韧性急剧减少。此外，焊缝中过饱和氮处在非稳定状态，随着时间推延，过饱和氮仍要以氮化物形式析出，使焊缝金属强度、硬度值升高，塑性、韧性指标下降，形成所谓时效现象。氮也是促使焊缝产气愤孔重要因素之一。因而，对于低碳钢焊接，氮是一种有害气体。（4）防止气体侵入焊缝金属办法上面讨论了N2、H2、O2气体对焊缝金属有害影响。至于如何防止气体进入焊缝金属，则由于对象不同，条件有别，防止办法也不尽相似，归纳起来大体有如下几方面。1)焊前清理。焊前应清除焊件、焊丝表面杂质，如油污、铁锈、氧化膜等。依照待清除杂质种类及设备条件，选用机械清除办法，如刮、锉，用金属丝刷、砂轮打磨及喷丸解决等。或者选用化学清洗办法，如用洒精、丙酮、四氯化碳等除油剂清洗工件表面油脂、油污，用酸、碱清洗液清除工件表面氧化膜等。还应去除焊件、电极表面水分，烘干焊条，使焊件、焊条保持低氢状态。焊前清理是减少焊缝含氢量及防止过多氧化物进入焊缝有效办法。2)焊接工艺办法。电弧氛围中氮重要来自空气，因而应加强保护，防止空气入侵。采用厚药皮焊条或低氢碱性焊条可使焊缝含氮量减少。烘干焊条可使电弧氛围中氢分压明显减少，但焊条烘干温度不适当过高，否则造气剂也许过早分解，失去保护作用。焊条重复烘干中，要防止药皮脱落，否则也会使药皮保护效果变差。焊接过程中，尽量采用短弧焊接。由于电弧过长，保护气层不稳定，外界空气容易侵入液态金属，致使焊缝金属中氮、氧含量增长。控制焊接电流，不使增大，否则电弧和熔滴温度升高，氮、氢在液态金属中溶解度增大，有增长焊缝金属中氮、氢含量趋势。采用直流反接法使焊缝金属中氢、氮含量减少。3)冶金办法。借助焊条芯和药皮向液态金属加入某些合金元素或化合物，运用冶金反映去除焊缝金属中有害气体。例如增长焊条芯和药皮中含碳量，可以减少焊缝中含氮量。例如Ti、Al和稀土元素能与氮生成不溶于液态金属氮化物，上浮入熔渣，在焊接材料中加入这些元素后可使焊缝金属含氮量减少。例如在药皮中加入CaF2、SiO2，或者增长电弧区氧化性，可减少焊缝金属含氢量。又如在药皮中加入铁合金，通过脱氧冶金反映，能有效地限制焊缝金属中含氧量。4)焊后解决。焊后将焊件加热到350℃以上，保温1～2h，可将焊缝中扩散氢几乎所有清除。综上所述可见，氮重要来自空气，应以加强保护防止其进入液态金属为主。对于氢，采用焊前清理、烘干焊条、焊后热解决，可以使其危害限制在最低限度。至于氧，重要来自药皮，通过冶金反映来脱氧。2．熔渣（液相）与液态金属（液相）反映焊接过程中，焊条药皮分解、熔化后形成熔渣，覆盖在熔滴和熔池表面，把液态金属与空气隔开，制止侵入。同步熔渣和液态金属自身以及它们接触界面之间发生着一系列物理化学反映和冶金解决作用。（1）氧化作用熔渣对液态金属氧化有两种基本形式：扩散氧化和置换氧化。1)扩散氧化。碳钢焊接时，FeO既溶于渣又溶于液态金属，在一定温度下平衡时，FeO在两相中浓度满足分派定律（FeO）L＝────[FeO]式中，L──分派常数；（FeO）──熔渣中氧化铁；[FeO]──液态金属中氧化铁。如果温度不变，当熔渣中FeO浓度增长时，它将向焊缝金属扩散，使焊缝中含氧量增长。这就是规定焊前清除焊件表面氧化皮、铁锈道理，否则氧化皮、铁锈将使焊缝增氧，并也许导致气孔等缺陷。2)置换氧化。如果熔渣中含较多易分解氧化物，则也许与液态铁发生置换反映，使铁氧化。例如用低碳钢焊丝配高硅、高锰焊剂埋弧焊时，将发生下列反映（FeO）↑（SiO2）+2[Fe]⇋[Si]+2FeO↓[FeO]（FeO）↑（MnO）+[Fe]⇋[Mn]+FeO↓[FeO]上述反映进行方向，取决于温度，熔渣中MnO、SiO2、FeO浓度，以及液态金属中Si、Mn浓度。反映生成FeO大某些进入熔渣，小某些进入焊缝，使焊缝增氧。（2）脱氧作用在焊条和药皮中往往加入某些能脱氧合金元素，这些合金元素在焊接过程中自己被氧化，而使被焊金属不被氧化或使其还原。显然，脱氧剂应当比被焊金属对氧具备更大亲合力；脱氧生成氧化物应不溶于液态金属中；其密切度应不大于液态金属，使脱氧生成氧化物能上浮到液态金属表面而进入熔渣。生产上，惯用锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等作为脱氧剂。1)锰脱氧反映[Mn]+[FeO]⇒[Fe]+（MnO）反映后生成氧化锰不溶于钢液中，且能与酸性氧化物生成复合盐（MnOSiO2），浮在熔池表面，构成熔渣。2)硅脱氧反映[Si]+2[FeO]⇒2[Fe]+（SiO2）反映后生成二氧化硅不溶于钢液中，易与碱性氧化物结合生成硅酸盐。手工焊焊条普通不单独使用Si、Mn元素进行脱氧，而采用Si-Mn联合脱氧，以获得最佳脱氧效果。[Mn]/[Si]比应取3～7。3)钛、铝脱氧反映。钛和铝对氧亲合力极强，绝大某些在药皮熔化时应被烧损掉，很难进入熔池参加沉淀脱氧。因而，它们重要用于先期脱氧。（3）脱硫作用硫在钢中重要以MnS和FeS形式存在。前者不溶于钢液，在冶金过程中能上浮进入熔渣，使焊缝脱硫。后者能与液态铁无限互溶，而固态时其溶解度急剧下降，在熔池结晶时易发生偏析，且以低熔点共晶物质（Fe+FeS或FeS+FeO）形式呈片状和链状分布在晶界上，导致焊缝金属冲击韧性和抗腐蚀性减少，结晶裂纹倾向增大。在焊接合金钢，特别高镍合金钢时，由于共晶体Ni+NiS熔点很低（644℃），产生结晶裂纹倾向更大。为此，应尽量减少焊缝中含硫量。为减少焊缝金属中含硫量，除了严格控制焊接材料中含硫量外，普通还要采用冶金办法脱硫。1)用锰脱硫[FeS]+[Mn]⇒[Fe]+（MnS）生成MnS进入熔渣。2)用碱性氧化物脱硫。如用MnO，CaO脱硫时，反映如下[FeS]+[MnO]⇒[MnS]+（FeO）[FeS]+[CaO]⇒[CaS]+（FeO）反映生成MnS、CaS不溶于液态金属而进入熔渣。由此可见，增长熔渣中碱性氧化物MnO，CaO含量或减少熔渣中FeO浓度，均有助于脱硫反映。（4）脱磷作用磷在钢中重要以Fe2P和Fe3P两种磷化物形式存在，磷化物与铁、镍极易形成低熔点共晶体，如Fe3P+Fe或Ni3P+Ni。磷化铁常分布于晶界，使晶粒间结合力削弱，且磷化物质地硬而脆，因此当钢中含磷量过多时，将使钢冷脆性增长，而焊缝金属冲击韧性减少。普通磷和硫同样，被看作杂质，必要严格控制焊缝金属中含磷量。一方面是严格限制焊接材料及母材中含磷量，另一方面也可通过冶金办法脱磷。脱磷分两步，一方面磷氧化生成五氧化二磷2[Fe3P]+5（FeO）⇒P2O5+11[Fe]然后P2O5与碱性氧化物反映生成复合盐，进入熔渣P2O5+3(CaO)⇒（（CaO）3P2O5）P2O5+4(CaO)⇒（（CaO）4P2O5）由上式可见，增长熔渣中自由CaO和FeO浓度，可减少焊缝金属中含磷量。（三）焊接操作过程引弧、熔池保持、电弧行走以及收弧是电弧焊过程四个基本操作环节。不同电弧焊办法，每一操作环节实行亦有所区别。手工电弧焊四个操作环节所有由焊工手动操作，电弧过程稳定性及焊缝质量好坏完全取决于焊工技能。1．引弧手工电弧焊引弧时，一方面将焊条与工件短接，然后向上拉起焊条以引燃电弧，称为点拉式引弧；或者将焊条端部在坡口表面呈圆弧形轻轻划擦后提起焊条，以引燃电弧，叫做划擦式引弧。对大厚度焊件或某些低合金高强钢、合金钢等，采用划擦式引弧时必要在坡口内或者引弧板上进行，不容许在焊件表面引弧，以免擦伤焊件表面遗留焊接缺陷。2．焊池保持及电弧行走焊接过程中，焊工一方面要仔细观测熔池状态，始终保持熔池尺寸（宽度）不变，不断调节焊条角度，控制弧长以保持熔池金属不致溢流；另一方面要保持电弧沿焊接方向行走均匀一致。只有熔池大小和焊接电弧移动速度始终保持不变时，才干获得均匀一致焊缝。3．收弧焊接结束时，如果直接拉断电弧，将在焊件熄弧处形成弧坑，并产气愤孔、裂纹等缺陷。为此，需采用下列办法予以防止：1)重要构造焊缝终端加熄弧板，使电弧在熄弧板上运营一段距离后拉断。2)如不采用熄弧板，则应设法填满弧坑。例如自动焊熄弧时，常随着有电弧电流衰减；手工焊时则使电弧在焊缝终端稍稍停留或者回焊一小段，以填满弧坑，然后才慢慢拉断电弧。 三、手工电弧焊焊条焊条由焊芯和药皮两某些构成。焊条直径系指焊条芯棒直径，有ф1.6、ф2.0、ф2.5、ф3.2、ф4.0、ф5.0、ф5.8mm等7种规格。焊条长度取决于焊条直径、材质、药皮类型等，普通在150～450mm范畴内，见表4。焊芯用钢化学成分与普通钢材重要区别在于严格控制硫、磷杂质量和限制含碳量，以提高焊缝金属塑性、韧性和焊接性。普通低碳钢焊条和低合金高强钢焊条焊芯均采用优质低碳焊条用钢，依照国标GB3429-82规定，其化学成分如表5。表4碳钢和低合金钢焊条规格焊条直径（mm）焊条长度（mm）碳钢焊条低合金钢焊条容许长度偏差1.6200、250 ±2.02.0250、300250～3002.5250、300250～3003.2（3.0）350、400340～3604.0350、400390～4105.0400、450390～4106.0（5.8）400、450400～4508.0500、560400～450注：括号内数字为容许代用直径。 表5优质低碳焊条用钢化学成分牌号（GB3429-82）化学成分（％）CMnSPSiCrNiCuH08≤0.100.30～0.55≤0.040≤0.040≤0.030≤0.20≤0.30≤0.20H08A≤0.100.30～0.55≤0.030≤0.030≤0.030≤0.20≤0.30≤0.20H08E≤0.100.30～0.55≤0.020≤0.020≤0.030≤0.20≤0.30≤0.20（一）手工焊焊条药皮构成焊条药皮由各种氧化物、碳酸盐、氟化物、硅酸盐、铁合金、金属粉末及有机物构成，分别起着造气、造渣、脱氧、合金化、稳弧、粘接、成形等作用。焊接过程中发生冶金反映和焊条工艺性能，完全取决于药皮成分和配比。虽然属于同一类型，但不同牌号焊条也经常由于药皮成分和配比不同，存在明显差别。药皮重要原料及其作用见表6。表6药皮重要原料及其作用原料重要成分造气造渣脱氧合金化稳弧粘结成形增氢增硫增磷氧化金红石TiO2 A  B      钛白粉TiO2 A  B A    钛铁矿TiO2，FeO A  B     B赤铁矿Fe2O3 A  B   BBB锰矿MnO2 A       BB大理石CaCO3AA  B     B菱苦土MgCO3AA  B     B白云石CaCO3+MgCO3AA  B     B石英砂SiO2 A         长石SiO2，Al2O3，K2O，Na2O A  B      白泥SiO2，Al2O3，H2O A    AB   云母SiO2，Al2O3，H2O，K2O A  B AB   滑石SiO2，Al2O3，MgO A    BB   萤石CaF2 A         碳酸钠Na2CO3 B  B A    碳酸钾K2CO3 B  A      锰铁Mn，Fe BAA       硅铁Si、Fe BAA       钛铁Ti、Fe BAB       铝粉Al BA        钼铁Mo、Fe BBA       木粉 A B B BB   淀粉 A B B BB   纤维素 A B B BB   水玻璃K2O，Na2O，SiO2 B  AA     注：A表达重要作用，B表达次要作用。 （二）焊条分类1．分类手工电弧焊焊条有不同分类见表7。焊条型号由表达用途类型特性字母和数字构成。字母背面三位数字中，前两位数字表达各大类中若干小类，，第三位数字表达各种焊条药皮类型及对焊接电源规定，见表8～10。各大类中小类区别原则是：构造钢焊条以熔敷金属抗拉强度级别为尺度，耐热钢和不锈钢焊条以熔敷金属化学成分、重要合金元素含量范畴为尺度，而低温钢焊条则以熔敷金属使用温度为标志。焊条型号编制举例阐明如下：J422Fe──含铁粉│││││└────氧化钛钙型药皮，交直流两用│││└──────焊缝金属抗拉强度不低于420MPa（42kgf/mm2）│└────────构造钢焊条（表达用途类型） J507CuP─用于焊接铜磷钢，抗大气和海水腐蚀│││││└────低氢钠型药皮，直流│││└──────焊缝金属抗拉强度不低于500MPa│└────────构造钢焊条 R347──低氢型药皮，直流│││││└────同一级别焊缝化学成分中不同牌号│││└──────焊缝金属重要化学成分类型，Cr1～2％，Mo0.5～1％│└────────耐热钢焊条 A117──低氢型药皮，直流│││││└────同一级别焊缝化学成分中不同牌号│││└──────焊缝金属重要化学成分类型，Cr18％，Ni8％│└────────奥氏体不锈钢焊条 W707││└────低氢型药皮，直流│││└──────使用温度级别，－70℃│└────────低温钢焊条 表8焊条药皮类型及重要特点分类号药皮类型主要特点分类号药皮类型主要特点0不定型与生产厂所采用药皮原料配比关于5纤维素型电弧吹力强，熔深深，熔化速度快，熔渣少，脱渣容易。合用于全位置焊接1氧化钛型引弧容易，电弧稳定，飞溅少，熔深较浅，熔渣覆盖性良好，脱渣容易，焊缝纹波特别美观。合用于全位置和薄板焊接。熔敷金属塑性和抗裂性能较差67低氢钾型低氢钠型熔渣流动性好，其她工艺性能普通。合用于全位置焊接。熔敷金属抗裂性能和机械性能较好8石墨型低碳钢焊芯，工艺性能差，飞溅多，烟雾大，熔渣少。合用于平焊。有色金属焊芯，工艺性能好，飞溅少，熔深浅，熔渣少。合用于全位置焊接。重要用于铸铁焊条和堆焊焊条2氧化钛钙型电弧稳定，熔深适中，熔渣流动性良好，脱渣容易，焊缝纹波美观。合用于全位置焊接3钛铁矿型电弧吹力稍强，熔深较深，熔渣流动性、覆盖性良好，脱渣容易，焊波整洁。合用于全位置焊接9盐基型吸潮性强，焊前必要烘干，熔点低，熔化速度快，工艺性能较差，规定短弧操作。熔渣有腐蚀性，焊后要及时清洗。重要用于铝和铝合金焊条4氧化铁型电弧稳定，引弧容易，熔深较深，飞溅较多，熔化速度快，焊接生产率高。合用于中档厚度以上钢板平焊、立焊。熔敷金属抗裂性能较好表9焊条药皮分类及对焊接电流规定型号药皮类别电流种类型号药皮类别电流种类××0不属已规定类型不规定××5纤维素型DC、AC××1氧化钛型DC、AC××6低氢钾型DC、AC××2氧化钛钙型DC、AC××7低氢钠型DC××3钛铁矿型DC、AC××8石墨型DC、AC××4氧化铁型DC、AC××9盐基型DC注：1、AC表达交流电源，CD表达直流电源。2、低氢钾型――钾水玻璃作粘接剂，用交流或直流反接法。低氢钠型――钠水玻璃作粘接剂，用直流反接法。 表10焊条重要类别及特性字母意义类型特征字母类型特征字母构造钢焊条J铸铁焊条Z钼和铬钼耐热钢焊条R镍及镍合金焊条Ni低温钢焊条W铜及铜合金焊条T不锈钢焊条（铬）（奥）G，A铝及铝合金焊条L堆灶焊条D特殊用途焊条TS2．构造钢焊条见表11。表11构造钢焊条简要表牌号国标药皮类型焊接位置焊接电流主要用途J350  平、平角焊直流专用于微碳纯铁氨合成塔内件焊接J420GE4300特殊型全位置交直流高温高压电站碳钢管道焊接J421E4313高钛钾型全位置交直流焊接普通低碳钢薄板构造J421XE4313高钛钾型全位置交直流用于碳钢薄板立向下焊及间断焊J421FeE4313铁粉钛型全位置交直流焊接普通低碳钢薄板构造J421Fe13E4324铁粉钛型平、平角焊交直流焊接普通低碳钢薄板构造高效率电焊条J422E4303钛钙型全位置交直流焊接较重要低碳钢构造和同强度级别低合金钢J422GME4303钛钙型全位置交直流焊接海上平台、船舶、车辆、工程机械等表面装饰焊缝电焊条J422FeE4314铁粉钛钙型全位置交直流焊接较重要低碳钢构造铁粉型电焊条J422Fe13E4323铁粉钛钙型平、平角焊交直流焊接较重要低碳钢构造高效率电焊条J422Fe16E4323铁粉钛钙型平、平角焊交直流焊接较重要低碳钢构造高效率电焊条J422Z13E4323铁粉钛钙型直缝交直流焊接低碳钢构造高效高速重力焊条J422CrCuE4303钛钙型全位置交直流焊接12MnCrCu等耐热钢构造J423E4301钛铁矿型平、平角焊交直流焊接低碳钢构造J424E4320氧化铁型平、平角焊交直流焊接低碳钢构造J424Fe14E4327铁粉氧化铁型平、平角焊交直流焊接低碳钢构造高效率焊条J425E4311高纤维钾型立向下焊交直流用于立向下焊低碳钢薄板构造J526E4316低氢钾型全位置交直流焊接重要低碳钢及某些低合金钢构造J427E4315低氢钠型全位置直流焊接重要低碳钢及某些低合金钢构造J427NiE4315低氢钠型全位置交直流焊接重要低碳钢及某些低合金钢构造J501Fe15E5024铁粉钛型平、平角焊交直流焊接某些低合金钢（如16Mn）构造高效率电焊条J501Fe18E5024铁粉钛型平、平角焊交直流焊接低碳钢及船用A级、D级钢构造J501Z18E5024铁粉钛型平角焊交直流焊接碳钢及某些低合金钢平角焊构造重力焊条J502E5003钛钙型全位置交直流焊接16Mn及相似强度级别低合金钢普通构造J502FeE5014铁粉钛钙型全位置交直流焊接16Mn及相似强度级别低合金钢普通构造J502Fe15E5023铁粉钛钙型平、平角焊交直流焊接16Mn及相似强度级别钢J502Fe16E5023铁粉钛钙型平、平角焊交直流焊接低碳钢及相似强度级别低合金钢构造高效率焊条J502CuP－钛钙型全位置交直流焊接抗大气、硫化氢、海水腐蚀铜磷钢构造J502NiCuE5003-G钛钙型全位置交直流焊接耐大气腐蚀铁道、机车车辆J502WCuE5003-G钛钙型全位置交直流焊接耐大气腐蚀铁道、机车车辆J502CrNiCuE5003-G钛钙型全位置交直流焊接耐大气腐蚀及近海工程构造J503E5001钛铁矿型平、平角焊交直流焊接16Mn及相似强度级别低合金钢普通构造J503ZE5001钛铁矿型平、平角焊交直流焊接低碳钢及相似强度级别低合金钢普通构造高效高速重力焊条J504FeE7027铁粉氧化铁型平、平角焊交直流焊接碳钢及某些低合金钢构造高效率电焊条J504Fe14E5027铁粉氧化铁型平、平角焊交直流焊接低碳钢及低合金钢构造J505E5011高纤维素钾型立向下焊交直流焊接碳钢管及某些低合金钢管J505MoDE5011高纤维素钾型全位置交直流不需铲焊根封底焊J506E5016低氢钾型全位置交直流焊接中碳钢及某些重要低合金钢（如16Mn）构造J506HE5016-1低氢钾型全位置交直流焊接重要碳钢及低合金钢构造J506XE5016低氢钾型立向下焊交直流抗拉强度500MPa级立向下焊条J506DFE5016低氢钾型全位置交直流用途同J506，尤合用于焊接密闭容器J506DE5016低氢钾型全位置交直流用于底层打底焊接，可免除铲根和封底焊J506GME5016低氢钾型全位置交直流焊接碳钢、低合金钢压力容器、石油管道、船舶等表面装饰焊缝J506FeE5018铁粉低氢型全位置交直流焊接某些低合金钢构造高效率焊条J506Fe-1E5018-1铁粉低氢钾型全位置交直流焊接碳钢及低合金钢，如16Mn、16MnR等J506Fe16E5028铁粉低氢钾型平、平角焊交直流焊接碳钢及低合金钢J506Fe18E5028铁粉低氢钾型平、平角焊交直流焊接碳钢及低合金钢J506LMAE5018低氢钾型全位置交直流焊接碳钢及低合金钢船舶构造J506WCuE5016-G低氢钾型全位置交直流焊接耐大气腐蚀09MnCuPTi等构造J506GE5016-G低氢钾型全位置交直流焊接石油平台、船舶、压力容器等J506RHE5016-G低氢钾型全位置交直流焊接低合金钢重要构造，如海上平台、船舶、压力容器等J506NiCuE5016-G低氢钾型全位置交直流焊接碳钢及500MPa级耐热钢J507NiCuE5015-G低氢钠型全位置直流焊接碳钢及500MPa级耐热钢J507E5015低氢钠型全位置直流焊接中碳钢及16Mn等低合金钢重要构造J507RE5015-G低氢钠型全位置直流焊接压力容器J507HE5015低氢钠型全位置直流焊接压力容器J507GRE5015-G低氢钠型全位置直流焊接船舶、锅炉、压力容器、海洋工程等重要构造J507RHE5015-G低氢钠型全位置直流焊接重要低合金钢构造，如船舶.高压管道.海上平台等J507XE5015低氢钠型立向下焊直流焊接500MPa级钢构造J507DFE5015低氢钠型全位置直流焊接碳钢和低合金钢J507XGE5015低氢钠型立向下焊直流焊接管道J507DE5015-G低氢钠型全位置直流用于管道及厚壁容器打底焊J507FeE5018铁粉低氢型全位置交直流焊接重要碳钢及低合金钢构造J507Fe-16E5028铁粉低氢型平、平角焊交直流焊接碳钢及低合金钢高效率电焊条J507MoE5015-G低氢钠型全位置直流焊接抗高温硫、硫化氢腐蚀钢，如12MoVAl等J507MoNbE5015-G低氢钠型全位置直流焊接抗硫化氢、氢、氮、氨腐蚀钢，如12SiMoVNb、15MoV等J507MoWE5015-G低氢钠型全位置直流焊接抗高温氢、氮、氨腐蚀10MoWVNb钢等J507CrNiE5015-G低氢钠型全位置直流焊接抗大气、海水腐蚀钢J507CuPE5015-G低氢钠型全位置直流焊接抗大气、海水腐蚀铜磷钢J507FeNiE5018-G铁粉低氢型全位置直流焊接中碳钢及低温钢压力容器J507MoWNbBE5015-G低氢钠型全位置直流焊接中温高压耐氢、氮、氨介质腐蚀钢，如12SiMoVNb等J507NiCuPE5015-G低氢钠型全位置直流焊接耐海水、大气腐蚀钢J507SL 低氢钠型全位置直流焊接厚度8mm如下低碳钢，低合金钢、表面渗铝构造钢J553E5501-G钛铁矿型平、平角焊交直流焊接相应强度低合金钢普通构造J556E5516-G低氢钾型全位置交直流焊接中碳钢及相应强度低合金钢J557E5515-G低氢钠型全位置直流焊接中碳钢及相应强度低合金钢J557MoE5515-G低氢钠型全位置直流焊接中碳钢及相应强度低合金钢J557MoVE5515-G低氢钠型全位置直流焊接中碳钢及相应强度低合金钢J556RHE5516-G低氢钾型全位置交直流焊接海洋平台、船舶压力容器等低合金钢重要构造J606E6016-D1低氢钾型全位置交直流焊接中碳钢及相应强度低合金钢J607E6015-D1低氢钠型全位置直流焊接中碳钢及相应强度低合金钢J607NiE6015-G低氢钠型全位置直流焊接相应强度并有再热裂纹倾向钢构造J607RHE6015-G低氢钠型全位置直流焊接压力容器、桥梁、海洋工程等重要构造J707E7015-D2低氢钠型全位置直流焊接相应强度低合金钢重要构造J707NiE7015-G低氢钠型全位置直流J707RHE7015-G低氢钠型全位置直流J707NiWE7015-G低氢钠型全位置直流J757E7515-G低氢钠型全位置直流J757NiE7515-G低氢钠型全位置直流焊接相应强度低合金钢重要构造