摘要：钢结构加工行业领域，焊接质量的控制即是重点，也是难点，焊接会直接影响结构的使用性能，包括安全性、适用性、耐久性。安全性：潜在的焊接缺欠对结构安全的影响；适用性：焊接变形对结构的影响、焊缝外观对视觉的影响；耐久性：焊缝的连接强度、连接力学性能等。评价焊接质量的优劣不是一个结果控制概念，而是过程控制概念，因为焊接质量的影响因素贯穿整个焊接，从焊接工艺设计开始，制定各项焊接参数，到焊接操作，执行各项焊接参数，最后进行焊接质量检验，通过目视、无损检测等方式判定焊接质量。这个过程中任何一个环节的不合理都可能导致产生焊接质量问题。因此要从这三个方面层层把控，选取最合理的焊接工艺，一丝不苟的执行焊接操作，最后通过专业细致的焊接检验，来确保整个焊接节点的质量。
关键词：手工焊条电弧焊，工艺参数，焊接操作，缺陷预防
下面将从贯穿焊接工作始终的三个方面，仔细阐述焊条电弧焊各环节中焊接质量相关的因素以及质量管控要点。
1.手工焊条电弧焊的原理、特点及应用
焊条电弧焊的原理是将焊条作为电极及填充金属，接通电路与工件接触发生短路后立即提起一小段距离引燃电弧，通过电弧的燃烧高温熔化焊芯与工件局部，形成熔池。
1.1焊条电弧焊优点
设备简单，不需要保护气体，适合野外作业；操作灵活，焊条露出的长度可适当调节，适合全位置焊接；使用范围广，通过改变焊条的型号可以焊接大多数工业用金属和合金，包含碳素钢、低合金钢、高合金钢、有色金属、铸铁的补焊和堆焊等。焊条电弧焊的缺点：对焊工技能要求较高；劳动条件差，一般焊条要皮会释放有毒的烟气；生产效率低；不适合焊接较薄（3mm以下）的金属，
1.2适用范围
适宜焊接厚度范围在3~40mm；适合结构复杂不适合机械或操作的产品，适合单件或小批量的焊接产品及返修作业。
2.焊接设备及性能要求
2.1焊接设备的组成
主要设备是电源、焊钳、电缆；辅助设备包括敲渣锤子、焊条保温桶、钢丝刷等；安全防护用品包括面罩及护目镜、手套、脚盖、工作服等。
2.2焊接电源的选择
焊条电弧焊要选用具有陡降特性、动特性的电源，保持稳定的电流对维持电弧稳定非常重要，因此可选用直流电或交流电。碱性焊条必须选用直流电源，空载电压为45~85V，酸性焊条一般选用交流电源，空载电压为55~70V。
3.焊条的性能及选用
3.1焊条定义
供焊条电弧焊用的熔化电极，由焊芯和要皮组成，常用的直径有Φ1.6、Φ2.0、Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0、Φ5.0、Φ5.8等7种。
3.2焊条的表达方式：
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3.3焊条要皮主要成分及其功能
焊条药皮的成分主要功能分为造渣、造气、脱氧、稳弧、粘结、合金元素、铁粉等成分。通常我们说的酸性焊条的主要成分是磁铁矿、石英、碳酸钙，磁铁矿和碳酸钙的作用分别是熔滴细化和降低电弧电压造气造渣，因此一般酸性焊条更容易焊接，焊接成型较好；通常我们说的碱性焊条主要成分是萤石、碳酸钙、石英，其中萤石可以减薄渣，但会使电离作用变坏，造渣稀渣，因此碱性焊条往往不容易焊接，由于萤石中的化学成分可以结合氢离子并且有脱硫磷作用，抗裂性能好，因此焊缝的力学性能良好。
3.4焊条的烘干和存储
一般焊条要按产品说明书进行烘干，碱性焊条烘干温度为350~400℃，烘干1小时，烘干后在保温桶（100-150℃）中保存，随用随取，重复烘干次数不得超过2次；酸性焊条烘干温度为70~ 150℃，烘干时间为1-2小时，酸性焊条如果保存良好可不进行烘干。焊条应按牌号、型号、规格分开存放，仓库应干燥、通风良好，堆放位置各方向离开墙体及地面300mm以上。焊条的入库要做好记录，核对质保书相应信息，焊条的发放应详细记录，防止用错。
3.5焊条质量检查
直径偏差不得超过±0.05mm；长度偏差不得超过±2mm，一般焊条的长度在250~350mm，或350~450mm两个范围；焊条的夹持端长度当直径≤4mm时在10~30mm，当直径在4mm以上时为15~35mm；焊芯和药皮不应有任何影响焊条质量的缺陷，药皮应均匀紧密的包裹在焊芯周围，焊条药皮不允许有裂纹、气泡、杂质等缺陷及受潮变质现象；焊芯偏芯度一般不得超过4%，具体根据直径不同而不同；药皮的含水量不应大于0.30%。
4.焊接工艺参数
焊接工艺参数主要包括焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接层数等，焊接参数选择的正确与否，直接影响了焊接的质量。
4.1焊条直径
焊条直径越大生产效率越高，但是直径过大会导致未焊透或者焊缝成型不良，因此要根据板厚来选择合适的焊条直径，一般薄板选择小直径焊条，厚板选择大直径焊条，可参考下表进行选择：
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也有些特殊情况需要考虑，比如焊接仰焊时，如果熔池过大不利于焊接，因此选用直径一般不超过4mm的焊条形成小的熔池；多道焊打底的时候未放置电弧过长导致的未焊透，需采用小直径的焊条进行打底焊。
4.2焊接电流
焊接电流过大时，焊条的熔敷速度快，生产效率高，但是容易造成飞溅、咬边、烧穿等缺陷，焊接电流过小时，容易造成夹渣、未焊透等缺陷。一半焊条直径越大需选用较高的电流，可根据下表进行选用（d为焊条直径）：
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注意：碱性焊条比酸性焊条电流小一些，否则容易焊缝中形成气孔；打底和盖面电流小些，填充电流可稍大些；不锈钢焊条电流要比碳钢电流小些，否则容易形成裂纹。
4.3焊接电压（电弧电压）
焊接电压主要通过电弧长度来决定，电弧长则电弧电压高，反之则电弧电压低。电弧过长会导致电弧燃烧不稳定，热能量分散，飞溅过大，容易产生咬边和未焊透，焊缝表面高低不平等缺陷。一般焊条电弧焊宜采用短弧焊接，电弧电压一般为16-25V，在立焊和仰焊位置焊接时电弧应更短些。
4.4焊接速度
焊接速度主要根据焊条直径、焊接电流、设计要求的熔深及熔宽来确定，焊接速度过慢，会导致高温区停留时间过长，热影响区加宽，焊接接头力学性能降低，焊接变形加大，焊接薄板时容易烧穿；焊接速度过快熔池温度不够，容易导致未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。
4.5焊接层数
在焊接中厚板时，一般要开坡口并采用多层多道焊接，每道焊缝的厚度不宜过大，一般不超过4-5mm，否则会对焊缝的力学性能有影响。
4.6焊接角度
焊接时焊条的倾角也是对焊接质量影响很大的一个阴虚，焊条的角度决定了电弧的指向，指向的一侧即为熔池侧，因此焊接时焊条与焊缝的两侧夹角一般为90°，如果偏离90°，就会造成单侧咬边、未熔合。在实际操作中，根据工件的自然位置适当调节角度可很好的避免这种现象，需要焊工有足够的经验进行判断。
5.焊接操作
5.1焊前清理
焊接前清理是指对接头坡口及附近10-30mm范围的表面油污、水、锈、油漆等杂质污染进行清除。用碱性焊条焊接时，对清理要求较严格，必须完全彻底的清除表面杂质，否则极易产生气孔和延迟裂纹。酸性焊条对锈反应不是很敏感，如果有较轻微的锈蚀，当焊缝质量要求不高时可不清除。
5.2引弧及运条
焊条电弧焊的引弧常采用划擦法或敲击法，所以经常看到有焊工夹持焊条在钢件上面反复敲击引燃电弧，但是需要注意，引弧不应该在工件上进行，应该在构件以外的小块专用钢板上进行。
焊接时通过正确的运条可以控制熔池的形状和尺寸，从而获得良好的熔合和焊缝成型，运条过程有两个基本动作，既前进、衡向摆动。前进可以采用直线跳弧、弧线跳弧、锯齿形跳弧三种方式，横向摆动分为平焊水平横向摆动和立焊竖直横向摆动。不同的运条方式适合焊接不同厚度、不同位置的焊缝，无论采取哪种运条方式，要保证焊缝的两侧都能得到有效的熔合，形成熔透的、性质及形状均匀的焊缝熔敷金属。
5.3接头部位焊接
因为焊条本身的长度有限，一般焊缝的长度都大于单根焊条的熔敷长度，因此难免要产生焊接接头。焊接接头的处理从两次焊接时间上划分可以分为冷接头和热接头，热接头是指第二段焊接时，第一段的结尾处还处在红热状态，此事搭接长度可以选取5mm；冷接头的搭接长度不小于10mm。多层多道焊接时，接头处要错开。
5.4收弧
焊接结束时如果立即断弧会在焊缝终端形成弧坑，该处的焊缝尺寸突然减少，降低焊缝的强度，会导致应力集中，从而容易产生弧坑裂纹。因此在焊缝的收尾处，适当延长收弧时间，可采用画圈收弧法、回焊收弧法等方法填满弧坑后再收弧。
6.焊接质量检查及缺陷预防措施
焊条电弧焊中主要容易产生的缺陷有气孔、夹渣、咬边、未熔合未焊透、弧坑裂纹、焊缝过渡区裂纹、焊缝尺寸缺陷等，另外比较特殊需要注意的是电弧磁偏吹现象对焊接造成的影响。
6.1咬边
咬边是指焊缝边缘母材上呗电弧烧熔的凹槽，形成咬边的原因主要是电流太大、焊条角度太陡、电弧太长。防止措施即选择合适的电流、焊条摆动时在坡口边缘运条时稍微慢些，停留时间适当延长、焊接时电弧不要拉的太长。
6.2气孔
气孔是由于熔池中的气体来不及益处而停留在焊缝金属内部形成的孔眼，通常为球状，也可成细长形状。气孔产生的主要原因有以下几点：工件表面存在铁锈、油脂、涂层材料等杂质；电弧太长保护效果减弱，空气中的氮、氧气入侵熔池；碱性焊条未充分烘干。因此对应的防治措施是：充分清理接头及附近工件表面，选用合适的焊条及电弧长度，按工艺要求进行焊条的烘干和使用。
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6.3夹渣
夹渣是指熔池中的熔渣没有及时浮出熔池而存在于熔池内部形成的缺陷，造成夹渣的主要原因包括：焊接电流太小、焊接速度过快、多层多道焊接是清渣不彻底。放置措施是：增加接头的坡口角度，选择合适的焊接工艺参数，多层多道焊接时及时清理前一道焊缝表面。
6.4未熔合、未焊透
未熔合是指焊缝金属与母材在熔合面上未完全融化结合的现象，未焊透是指焊缝接头的根部未完全熔透的现象，两者的发生位置不一样，但道理类似，主要原因是：焊接电流小、受坡口角度及焊条焊接角度的影响，熔池融化金属时无法顺利到达接头表面，接头焊接区域清理不彻底。
6.5弧坑裂纹
前面已经讲过，主要是收弧过快应力集中导致的，还有一个原因就是采用较大电流焊接时，也太金属凝固是收缩导致的。
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6.6焊缝过渡区裂纹
此种裂纹一般发生在焊缝边缘与母材交界处，主要原因是母材的焊接性差、应力集中、焊接后冷却速度过快造成的，防治措施：采取预热、用机械方法消除残余应力、采用分段退焊法降低焊缝收缩应力。
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6.7焊缝尺寸缺陷
主要包括焊脚尺寸大小、焊缝余高等，可通过焊缝量规根据相应规范测量。
6.8焊接磁偏吹
引起磁偏吹的主要原因是使用直流电时，焊接电缆贿赂会产生电磁感应，从而产生磁场，如果电弧左右的磁场分布不均匀，电弧就会从磁力线密集的一侧偏向磁力线稀薄的一侧，造成电弧偏心，对焊接造成影响。主要避免措施为：采用交流电源替代直流电源、使焊接电弧远离接地位置、采用短弧焊接、在原理焊缝的末端放置钢块、采用分段退焊法等。
焊条电弧焊的质量控制，从工艺制定到焊接操作，再到质量检查，每一道环节都非常重要，焊接工艺是焊接操作和执行的前提，焊接操作和焊接检查是焊接工艺是否合理的验证，焊接操作的好坏决定了焊接质量检查的结果，环环相扣密不可分。焊接技术还是属于一个可研究性非常强的领域，我们作为技术质量管理人员要发挥钻研、创新的精神，在焊接领域不断开拓进取，领导行业不断进步。管控好焊接质量这个课题是我们要不断摸索、探索的方向，做好过程质量控制，全面提高工程质量，值得我们所有冶建人员为之付出努力。
论文作者:王涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：焊条论文; 电弧论文; 熔池论文; 电流论文; 直径论文; 质量论文; 裂纹论文; 《基层建设》2018年第31期论文;