焊接工艺基本知识
焊接工艺基本知识 1 什么是焊接接头？它有哪几种类型？ 用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称为接头）它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成在焊接结构中焊接接头起两方面的作用，第一是连接作用，即把两焊件连接成一个整体；第二是传力作用，即传递焊件所承受的载荷 根据GB/T3375—94《焊接名词术语》中的规定，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？常用坡口有哪些形式？ 根据设计或工艺需要，将焊件的待焊部位加工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 坡口的形式由 GB985—88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》、GB986—88《埋弧焊焊缝坡口的基本形式及尺寸》标准制定的：常用的坡口形式有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23 表示坡口几何尺寸的参数有哪些？它们各起什么作用？ ⑴ 坡口面 焊件上所开坡口的表面称为坡口面，见图3。
⑵ 坡口面角度和坡口角度 焊件表面的垂直面与坡口面之间的夹角称为坡口面角度，两坡口面之间的夹角称为坡口角度，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，坡口角度等于两倍的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的填充材料，并降低劳动生产率 ⑶根部间隙 焊前，在接头根部之间预留的空隙称为根部间隙亦称装配间隙根部间隙的作用在于焊接底层焊道时，能保证根部可以焊透因此，根部间隙太小时，将在根部产生焊不透现象；但太大的根部间隙，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的端面部分称为钝边钝边的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形坡口底部的半径称为根部半径根部半径的作用是增大坡口根部的横向空间，使焊条能够伸入根部，促使根部焊透4 试比较Y形、带钝边U形、双Y形三种坡口各自的优缺点？ 当焊件厚度相同时，三种坡口的几何形状见图5⑴Y形坡口1）坡口面加工简单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的大量推广应用⑶双Y形坡口1）双面焊接，因此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形坡口的简单3）坡口面积介于Y形坡口和带钝边U形坡口之间，因此生产率高于Y形坡口，填充材料也比Y形坡口少5 常用的垫板接头有哪几种形式？它有什么优缺点？在坡口背面放置一块与母材成分相同的垫板，以便焊接时能得到全焊透的焊缝，根部又不致被烧穿，这种接头称为垫板接头常用的垫板接头形式有：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垫板接头的操作技能比单面焊双面成形简单，容易掌握，常用于背面无法施焊（如小直径圆筒环缝、夹套容器环缝）的场合，缺点是当垫板和筒体的椭圆度不一致时，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，因此易形成夹渣JB4708—92《钢制压力容器焊接工艺评定》中规定，有衬垫的单面焊的弯曲角度可按双面焊的弯曲角度标准。
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同，差别如下： 1．电源种类的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 碱性焊条工艺性能一般，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能稳定燃烧，电弧吹力较大，易产生咬边缺陷，焊缝易凸起，焊波粗糙 3．使用焊接电流的差别．在同等条件下，碱性焊条的焊接电流比酸性焊条小约10％～15％ 4．引弧、运条和收弧方法的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 一般情况下，酸性焊条正常弧长约为焊条直径大小，而碱性焊条的正常弧长约为焊条直径的一半，属于短弧操作 酸性焊条收弧时可采用反复断弧法、划圈收弧法或者回焊收弧法，而碱性焊条不能采用反复断弧法，常用回焊收弧法 5．熔池状态的差别及控制平焊时，酸性焊条焊接的熔渣高出熔池表面2～3mm，熔渣反应激烈，呈黑白两色不断翻腾。
熔池的铁水呈亮白色且不断波动，铁水波动是因为氧化还原反应产生的气体排出现象 平焊时，碱性焊条焊接时熔渣高出熔池约1mm左右，熔渣反应不激烈，呈黑红色且不太翻腾；熔池的铁水呈亮白色且平稳不太波动，如熔池铁水波动起泡，则说明焊件除锈不彻底或焊条未烘干等，焊缝很可能产生气孔缺陷 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的焊件上单面施焊时获得双面成型的焊缝(即焊缝正面、背面均具有良好的内在和外观质量)适于无法进行背面清根的工件(如管子对接焊缝)，单面焊双面成型操作方法难度较大，要求操作人员具有熟练的操作技能 一、单面焊双面成型的分类 1．按焊接工艺方法分为 (1)连续电弧焊(连弧焊) (2)间断灭弧焊(灭弧焊) 2．按电弧熔化坡口根部的机理分 (1)击穿焊法 (2)不击穿焊法(渗透焊法)指坡口间隙小，钝边大的情况下，焊接时电弧没有穿透坡口根部，通过熔化的铁水渗透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常用焊接材料焊接时消耗的各种材料通称为焊接材料，主要包括有焊条、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的熔化电极。
掌握各种焊条的特点和性能，才能正确选用焊条，从而获得优质焊缝，另外又能提高焊接效率 一、焊条的组成 焊条由焊芯和药皮两部分组成 1．焊芯焊条中被药皮包覆的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；二是焊芯本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的50％～70％，所以焊芯的化学成分直接影响焊缝的质量用做焊芯的钢丝是经特殊冶炼的，是焊接专用焊丝的一种，具有规定的牌号和成分低碳钢和低合金钢焊条一般均采用H08A或H08E焊芯各种类型高合金钢焊条一般采用与熔敷金属成分相近似的合金焊芯 通常所说的焊条直径就是指焊芯直径，生产中应用最广泛的焊条规格是3．2、4和5三种焊条长度是指焊芯的长度，一般均在200～5501nm之间 2．药皮压涂在焊芯表面的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的 (1)药皮的作用 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，防止空气中的氧、氮侵入同时药皮熔化形成的熔渣覆盖着熔滴和熔化金属，不仅隔绝空气，保护焊缝金属；而且还能减缓焊缝的冷却速度，有利于焊缝金属的结晶。
2)冶金处理作用：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，并掭加有益的合金元素，从而获得需要的机械性能 3)改善焊缝工艺性能；药皮中添加专门的粉料，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)药皮的组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)等原料组成按其在焊接过程所起的作用可分为八类： 1)稳弧剂：主要起稳定电弧的作用一般采用电离电位低的物质，焊接时易电离，增强电弧空间的导电性能常用的稳弧剂有碳酸钾、碳酸钠、钾硝石、大理石和钛白粉等 2)造气剂：主要作用是形成保护气氛，以隔绝空气侵入常用的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：主要作用是能形成具有一定物理化学性能的熔渣，产生良好的机械保护作用和冶金处理作用 手 工 电 弧 焊 （之一） 一、概述手工电弧焊简称手工焊它利用焊条与工件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和工件熔化，从而获得牢固的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的有害污染。
焊条芯棒也在电弧热作用下不断熔化，进入熔池，构成焊缝的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他电弧焊方法相比，具有下列特点1．操作灵活 手工电弧焊之所以成为应用最广泛的连接金属的焊接方法，其主要原因是它的灵活性手工电弧焊不论在焊接车间内，还是在野外施工现场均可采用由于设备简单、移动方便、电缆长、焊把轻巧等特点，手工电弧焊既适用于平焊、立焊、仰焊等各种空间位置的焊接，又适用于对接、搭接、角接、T形接头等各种接头型式构件的焊接可以说，凡是焊条能达到的任何位置的接头，均可采用手工电弧焊方法连接特别对于复杂结构、不规则形状的构件以及单件、非定型钢结构制造，由于可以不用辅助工装、变位器、胎夹具等就可以焊接，手工电弧焊的优越性显得尤为突出2．待焊接头装配要求低 由于焊接过程由焊工控制，可以适时调整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此，对焊接接头的装配尺寸要求相对降低3．可焊金属材料广 手工电弧焊广泛应用于低碳钢、低合金结构钢的焊接选配相应的焊条，手工电弧焊也常用于不锈钢、耐热钢、低温钢等合金结构钢的焊接，用于铸铁、铜合金、镍合金材料的焊接，以及耐磨损、耐腐蚀、耐热等特殊使用要求的构件表面层堆焊。
4．熔敷速度低 手工电弧焊和其他电弧焊方法（如熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊等）相比，因为使用的焊接电流小、每焊完一根焊条后必须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 虽然焊接接头的力学性能可以通过选择与母材性能相当的焊条来满足，但焊缝质量在很大程度上依赖于焊工的操作技能及现场发挥，甚至焊工施焊过程中的精神状态也会影响焊缝质量二、手工电弧焊基础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，弧长不仅由于电弧的手工操作，而且由于熔滴过渡而发生频繁波动因此一台具有合适下降伏安特性和良好动态特性的电源，对于焊接规范及电弧燃烧的稳定性有着重要的影响一）电弧特性1．电弧建立条件 同时具有下列条件，才能产生电弧：（1）合适的空载电压 空载电压高有利于引燃电弧和稳弧，但从安全和经济观点考虑，又希望空载电压低些通常规定：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，国内外市场上出现了装备防电击开关的手工电弧焊机，这些焊机的空载电压可以适当高一些，见表1表1 带防电击开关的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 焊接电弧的引燃方法分成两大类，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方法又分成若干种，见表2手工焊的引弧手势通常为点拉式和划擦式两种表2 电弧焊引弧方法接触式引弧非接触式引弧手工焊时自动焊时电弧空间 电离方法高频高压脉冲点 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的又一必要条件无论用哪一种方法引弧，均为了在电极空间介质中产生足够多的导电粒子以传输电荷为了易于产生和维持电极空间的导电粒子，在焊条药皮中或电极表面加入易于电离的碱金属、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的电流之间的函数关系，其形状如图2所示在常规的手工电弧焊电流范围内，电弧电压几乎不随焊接电流变化，即电弧的伏安特性为平特性当弧长增加时，电弧电压亦增加，即伏安特性向上平移3．电弧热特性 电弧由阴极、阳极和弧柱三部分构成，各部分的温度不相同以碳极电弧为例（见图3），阴极温度为3500K，阳极温度为4200K，而弧柱温度高达5000～8000K一般来说，在阳极和阴极材料相同情况下，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。
金属极电弧的温分布，还与电极材料的物理性能有着密切的关系，见表3当使用交流电焊接时，由于电流周期性地改变极性，焊条和工件上的温度及热量分布趋于一致表3 不同电极材料的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的正、负端有两种不同的连接方式当工件接直流电焊机的正极，而焊条接直流焊机的负极时，称为正接法相反，工件接直流电焊机的负极，焊条接其正极时，称为反接法，见图4焊接极性的选择，主要根据焊条类型、所焊金属材料及对熔深的要求如选用J427(GBE 4315)、J507(GBE 5015)等低氢钠型药皮焊条焊接重要钢结构时，规定必须使用直流反接法当选用J 422（GBE 4303）等氧化钛钙型药皮焊条进行焊接时，则可采用交流电焊接，无须选择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的温度高，焊条熔化金属以细小熔滴的形式向熔池过渡熔滴的比表面积大，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的非平衡冶金反应1．气体（气相）与熔化金属（液相）反应 焊接区内气体主要来自以下几个方面：1) 焊条药皮造气剂加热时分解或燃烧析出的大量气体；2) 焊条药皮中水分受热蒸发的蒸汽；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围空气的侵入；4) 工件表面上各种杂质如油污、铁锈、油漆及吸附的水分寺，受热时析出的气体；5) 金属和熔渣高温蒸发产生的气体；6) 母材金属和焊条金属中残留气体由此可见，电弧区内的气体主要由CO、CO2、H2O、O2、N2、H2及它们的分解产物，以及金属和熔渣的蒸气组成它们对熔化金属的作用以及对焊缝金属性能的影响，主要通过溶解和化学冶金反应两种途径1）氧对金属的作用 焊接过程中，电弧气氛中的自由氧在高温下发生分解 O2 ===＞ 20-569.6 kJ/mol氧原子与铁发生剧烈氧化，同时钢中的其他合金元素也发生氧化 〔Fe〕+½O2 ===＞ FeO+26.97 kJ/mol 〔Fe〕+O2 ===＞ FeO+515.76 kJ/mol 〔C〕+½O2 ===＞ CO 〔Si〕+O2 ===＞ SiO2 〔Mn〕+½O2 ===＞ MnO电弧气氛中的CO2气体主要来自药皮中的碳酸盐分解反应，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↑电弧气氛中的H2O，在高温下也具有氧化性 〔Fe〕+H2O===＞ FeO+H2氧化的结果，使合金元素烧损和焊缝中含氧量增加。
氧在钢中的溶解量很小，主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，均对焊缝金属的力学性能产生很大的影响随着焊缝中含氧量的增加，焊缝金属的强度、硬度、塑性尤其冲击韧性均显著下降还引起红脆、冷脆和时效硬化对焊缝金属的物理、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的氧与碳发生反应，生成不溶于金属的CO，若在熔池结晶时来不及逸出，就会形成气孔2）氢对金属的作用 焊接区的氢可以分子、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-432.9 kJ/mol H2===＞H+H++e-1745 kJ/mol在电弧高温区（T＞5000K），氢主要以原子状态存在，而在温度低于2000K区域，氢则主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等氢在铁中的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的溶解度和吸收量有影响，Zr、Ti、Nb及某些稀土元素可提高氢在液态铁中的溶解度，而C、Si、Al则降低氢的溶解度，O也能有效地降低氢的溶解度氢在铁中的溶解度还与金属组织结构有关，在面心立方晶格γ-Fe中的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的氢，通常为原子或质子状态，常温下可在金属晶格中自由扩散，称之为扩散氢其中一小部分氢在晶格缺陷、显微裂纹及夹杂物边缘的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，称之为残余氢氢对焊缝金属性能的影响概括起来主要是脆化（即氢脆），分述如下：1) 氢使焊缝金属的塑性降低通常认为在拉伸、弯曲过程中，金属中的位错发生运动和堆积，形成显微空腔，溶解在晶格中的原子氢沿着位错运动方向扩散和聚集，在显微空腔中富积，产生很高的压力，使金属变脆2) 产生白点若碳钢或低合金钢焊缝的含氢量较多，则往往在其拉伸试件的断面上出现光亮的圆形的局部脆性断裂点，即白点大多数情况下，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的原因是：焊缝金属受拉伸时，缺陷周围的金属中产生很大的应变，而造成大量位错堆积。
此时焊缝金属中的氢（包括扩散氢和残余氢）将向位错堆积区扩散、聚集，使缺陷周围的金属脆化，导致在这些部位发生脆性断裂而其他部位仍表现为塑性断裂，在断口上出现了白点形貌3) 产生冷裂纹目前已经确认，氢是促使焊接接头产生冷裂纹的主要因素尽管扩散氢导致冷裂纹的机理尚有不同认识，主要有两种理论，即空穴压力理论和应力诱导扩散理论，其结论却是相同的，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收了大量氢，由于熔池结晶时溶解度突然下降，使氢处于过饱和状态，便发生下列反应 2[H]===＞H生成的氢分子不溶于金属，在液态金属中形成气泡若气泡外逸速度小于熔池结晶速度，则残留在焊缝中成为气孔3）氮对金属的作用 氮对金属的作用出现两种完全相反的情况一类金属如Cu、Ni等，既不能溶解氮，又不能形成氮化物因此，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此，焊接这一类金属及合金时，必须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，电弧气氛中的氮和氧发生化学反应，生成NO O+N2⇋NO+N N+O 2⇋NO+O反应生成物均溶于液态金属NO进入熔池后，与温度较低的熔池金属相遇，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的含氧量氮在钢中的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很快，一部分氮将以过饱和形式存在于焊缝中；另一部分氮则以针状氮化物（Fe4N）析出，分布在晶界和固溶体内，使得焊缝金属强度、硬度增加，而塑性、韧性急剧降低此外，焊缝中过饱和的氮处于非稳定状态，随着时间的推延，过饱和的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生气孔的主要原因之一因此，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的措施 上面讨论了N2、H2、O2气体对焊缝金属的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，防止措施也不尽相同，归纳起来大致有如下几方面1) 焊前清理焊前应清除焊件、焊丝表面的杂质，如油污、铁锈、氧化膜等根据待清除杂质的种类及设备条件，选用机械清除方法，如刮、锉，用金属丝刷、砂轮打磨及喷丸处理等或者选用化学清洗方法，如用洒精、丙酮、四氯化碳等除油剂清洗工件表面的油脂、油污，用酸、碱清洗液清除工件表面的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降低焊缝含氢量及防止过多氧化物进入焊缝的有效措施2) 焊接工艺措施电弧气氛中的氮主要来自空气，因此应加强保护，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气氛中的氢分压明显降低，但焊条烘干温度不宜过高，否则造气剂可能过早分解，失去保护作用焊条反复烘干中，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，尽可能采用短弧焊接因为电弧过长，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、氧含量增加控制焊接电流，不使增大，否则电弧和熔滴温度升高，氮、氢在液态金属中的溶解度增大，有增加焊缝金属中氮、氢含量的趋势。
采用直流反接法使焊缝金属中氢、氮含量减少3) 冶金措施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，利用冶金反应去除焊缝金属中的有害气体例如增加焊条芯和药皮中的含碳量，可以降低焊缝中的含氮量例如Ti、Al和稀土元素能与氮生成不溶于液态金属的氮化物，上浮入熔渣，在焊接材料中加入这些元素后可使焊缝金属的含氮量降低例如在药皮中加入CaF2、SiO2，或者增加电弧区的氧化性，可减少焊缝金属的含氢量又如在药皮中加入铁合金，通过脱氧冶金反应，能有效地限制焊缝金属中的含氧量4) 焊后处理焊后将焊件加热到350℃以上，保温1～2h，可将焊缝中的扩散氢几乎全部清除综上所述可见，氮主要来自空气，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、焊后热处理，可以使其危害限制在最低程度至于氧，主要来自药皮，通过冶金反应来脱氧2．熔渣（液相）与液态金属（液相）反应 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，阻止侵入同时熔渣和液态金属本身以及它们的接触界面之间发生着一系列物理化学反应和冶金处理作用1）氧化作用 熔渣对液态金属的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在两相中的浓度满足分配定律 （FeO） L＝ ──── [ FeO] 式中，L──分配常数；（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浓度增加时，它将向焊缝金属扩散，使焊缝中的含氧量增加这就是要求焊前清除焊件表面氧化皮、铁锈的道理，否则氧化皮、铁锈将使焊缝增氧，并可能导致气孔等缺陷。
2) 置换氧化如果熔渣中含较多易分解的氧化物，则可能与液态铁发生置换反应，使铁氧化例如用低碳钢焊丝配高硅、高锰焊剂埋弧焊时，将发生下列反应 （FeO） ↑ （SiO2）+2[Fe]⇋[Si]+2FeO ↓ [FeO] （FeO） ↑ （MnO）+ [Fe]⇋[Mn]+ FeO ↓[FeO]上述反应进行的方向，取决于温度，熔渣中MnO、SiO2、FeO的浓度，以及液态金属中Si、Mn的浓度。
反应生成的FeO大部分进入熔渣，小部分进入焊缝，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的合金元素，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，脱氧剂应该比被焊金属对氧具有更大的亲合力；脱氧生成的氧化物应不溶于液态金属中；其亲密度应小于液态金属，使脱氧生成的氧化物能上浮到液态金属表面而进入熔渣生产上，常用锰铁、硅铁、钛铁、铝粉等作为脱氧剂1) 锰脱氧反应 [Mn]+[FeO]⇒[Fe]+（MnO）反应后生成的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) 硅脱氧反应 [Si]+2[FeO]⇒2[Fe]+（SiO2）反应后生成的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一般不单独使用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3～73) 钛、铝脱氧反应钛和铝对氧的亲合力极强，绝大部分在药皮熔化时应被烧损掉，很难进入熔池参与沉淀脱氧因此，它们主要用于先期脱氧。
3）脱硫作用 硫在钢中主要以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降低，结晶裂纹倾向增大在焊接合金钢，尤其高镍合金钢时，由于共晶体Ni+NiS熔点很低（644℃），产生结晶裂纹倾向更大为此，应尽量减少焊缝中的含硫量为减少焊缝金属中的含硫量，除了严格控制焊接材料中的含硫量外，通常还要采用冶金方法脱硫1) 用锰脱硫 [FeS]+[Mn]⇒[Fe]+（MnS）生成的MnS进入熔渣2) 用碱性氧化物脱硫如用MnO，CaO脱硫时，反应如下 [FeS]+[MnO]⇒[MnS]+（FeO） [FeS]+[CaO]⇒[CaS]+（FeO）反应生成的MnS、CaS不溶于液态金属而进入熔渣由此可见，增加熔渣中碱性氧化物MnO，CaO的含量或减少熔渣中FeO的浓度，均有利于脱硫反应。
4）脱磷作用 磷在钢中主要以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，使晶粒间的结合力减弱，且磷化物质地硬而脆，所以当钢中含磷量过多时，将使钢的冷脆性增加，而焊缝金属的冲击韧性降低通常磷和硫一样，被看作杂质，必须严格控制焊缝金属中的含磷量首先是严格限制焊接材料及母材中的含磷量，其次也可通过冶金方法脱磷脱磷分两步，首先磷氧化生成五氧化二磷 2[Fe3P]+5（FeO）⇒P2O5+11 [Fe]然后P2O5与碱性氧化物反应生成复合盐，进入熔渣 P2O5+3(CaO)⇒（（CaO）3P2O5） P2O5+4(CaO)⇒（（CaO）4P2O5）由上式可见，增加熔渣中自由CaO和FeO的浓度，可减少焊缝金属中的含磷量三）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的四个基本操作环节不同电弧焊方法，每一操作环节的实施亦有所区别手工电弧焊的四个操作环节全部由焊工手动操作，电弧过程的稳定性及焊缝质量的好坏完全取决于焊工的技能。
1．引弧 手工电弧焊引弧时，首先将焊条与工件短接，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须在坡口内或者引弧板上进行，不允许在焊件表面引弧，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察熔池状态，始终保持熔池尺寸（宽度）不变，不断调整焊条角度，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的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，才能获得均匀一致的焊缝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，并产生气孔、裂纹等缺陷为此，需采取下列措施予以防止： 1) 重要结构的焊缝终端加熄弧板，使电弧在熄弧板上运行一段距离后拉断2) 如不采用熄弧板，则应设法填满弧坑例如自动焊熄弧时，常伴随有电弧电流的衰减；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部分组成焊条直径系指焊条芯棒的直径，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，通常在150～450mm范围内，见表4焊芯用钢的化学成分与普通钢材的主要区别在于严格控制硫、磷杂质量和限制含碳量，以提高焊缝金属的塑性、韧性和焊接性普通低碳钢焊条和低合金高强钢焊条的焊芯均采用优质低碳焊条用钢，根据国家标准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 条低合金钢焊条允许长度偏差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：括号内数字为允许代用的直径 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）手工焊焊条药皮组成焊条药皮由各种氧化物、碳酸盐、氟化物、硅酸盐、铁合金、金属粉末及有机物组成，分别起着造气、造渣、脱氧、合金化、稳弧、粘接、成形等作用。
焊接过程中发生的冶金反应和焊条的工艺性能，完全取决于药皮成分和配比即使属于同一类型，但不同牌号的焊条也常常因为药皮成分和配比的不同，存在明显的差异药皮主要原料及其作用见表6表6 药皮主要原料及其作用原 料主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表示主要作用，B表示次要作用。
（二）焊条分类1．分类 手工电弧焊焊条有不同的分类见表7焊条型号由表示用途类型的特征字母和数字组成字母后面的三位数字中，前两位数字表示各大类中若干小类，，第三位数字表示各种焊条的药皮类型及对焊接电源的要求，见表8～10各大类中的小类区分原则是：结构钢焊条以熔敷金属的抗拉强度等级为尺度，耐热钢和不锈钢焊条以熔敷金属的化学成分、主要合金元素含量范围为尺度，而低温钢焊条则以熔敷金属的使用温度为标志焊条型号编制举例说明如下： J 42 2 Fe──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）│└────────结构钢焊条（表示用途类型） J 50 7 CuP─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│└────────结构钢焊条 R 3 4 7──低氢型药皮，直流│ │ │ │ │ └────同一等级焊缝化学成分中的不同牌号│ ││ └──────焊缝金属主要化学成分类型，Cr1～2％，Mo 0.5～1％│└────────耐热钢焊条 A 1 1 7──低氢型药皮，直流│ │ │ │ │ └────同一等级焊缝化学成分中的不同牌号│ ││ └──────焊缝金属主要化学成分类型，Cr18％，Ni 8％│└────────奥氏体不锈钢焊条 W 70 7 │ │ └────低氢型药皮，直流│ ││ └──────使用温度等级，－70℃│└────────低温钢焊条 表8 焊条药皮类型及主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 与生产厂所采用的药皮原料配比有关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。
适用于全位置焊接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，焊缝纹波特别美观适用于全位置和薄板焊接熔敷金属的塑性和抗裂性能较差67低氢钾型低氢钠型 熔渣流动性好，其他工艺性能一般适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，熔渣少适用于平焊有色金属焊芯，工艺性能好，飞溅少，熔深浅，熔渣少适用于全位置焊接主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，焊缝纹波美观适用于全位置焊接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，焊波整齐适用于全位置焊接9盐基型 吸潮性强，焊前必须烘干，熔点低，熔化速度快，工艺性能较差，要求短弧操作熔渣有腐蚀性，焊后要及时清洗主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，焊接生产率高适用于中等厚度以上钢板的平焊、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的要求型 号药皮类别电流种类型 号药皮类别电流种类××0不属已规定的类型不规定××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表示交流电源，CD表示直流电源。
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 焊条主要类别及特征字母的意义类 型特 征 字 母类 型特 征 字 母结构钢焊条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．结构钢焊条 见表11表11 结构钢焊条简明表牌 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 专用于微碳纯铁的氨合成塔内件焊接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一般低碳钢薄板结构J421 XE4313高钛钾型全位置交直流 用于碳钢薄板立向下焊及间断焊J421 FeE4313铁粉钛型全位置交直流 焊接一般低碳钢薄板结构J421 Fe 13E4324铁粉钛型平、平角焊交直流 焊接一般低碳钢薄板结构的高效率电焊条J422E4303钛钙型全位置交直流 焊接较重要的低碳钢结构和同强度等级的低合金钢J422G ME4303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的电焊条J422 FeE4314铁粉钛钙型全位置交直流 焊接较重要低碳钢结构的铁粉型电焊条J422 Fe 13E4323铁粉钛钙型平、平角焊交直流 焊接较重要低碳钢结构的高效率电焊条J422 Fe 16E4323铁粉钛钙型平、平角焊交直流 焊接较重要低碳钢结构的高效率电焊条J422 Z 13E4323铁粉钛钙型直缝交直流 焊接低碳钢结构的高效高速重力焊条J422 Cr CuE4303钛钙型全位置交直流 焊接12MnCrCu等耐热钢结构J423E4301钛铁矿型平、平角焊交直流 焊接低碳钢结构J424E4320氧化铁型平、平角焊交直流 焊接低碳钢结构J424 Fe 14E4327铁粉氧化铁型平、平角焊交直流 焊接低碳钢结构的高效率焊条J425E4311高纤维钾型立向下焊交直流 用于立向下焊的低碳钢薄板结构J526E4316低氢钾型全位置交直流 焊接重要的低碳钢及某些低合金钢结构J427E4315低氢钠型全位置直流 焊接重要的低碳钢及某些低合金钢结构J427 NiE4315低氢钠型全位置交直流 焊接重要的低碳钢及某些低合金钢结构J501 Fe 15E5024铁粉钛型平、平角焊交直流 焊接某些低合金钢（如16Mn）结构的高效率电焊条J501 Fe 18E5024铁粉钛型平、平角焊交直流 焊接低碳钢及船用A级、D级钢结构J501 Z 18E5024铁粉钛型平角焊交直流 焊接碳钢及某些低合金钢的平角焊结构的重力焊条J502E5003钛钙型全位置交直流 焊接16Mn及相同强度等级低合金钢的一般结构J502 FeE5014铁粉钛钙型全位置交直流 焊接16Mn及相同强度等级低合金钢的一般结构J502 Fe 15E5023铁粉钛钙型平、平角焊交直流 焊接16Mn及相同强度等级钢J502 Fe 16E5023铁粉钛钙型平、平角焊交直流 焊接低碳钢及相同强度等级低合金钢结构的高效率焊条J502 Cu P－钛钙型全位置交直流 焊接抗大气、硫化氢。
