編號：LNJD-PR08-RE08授課方案授課教師張德虎課程名稱汽車制造工藝技術(shù)1單元18授課時(shí)間年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第節(jié)第節(jié)第節(jié)班班班授課章節(jié)任務(wù)四焊條電弧焊教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：掌握焊條電弧焊的基本原理；掌握焊條的基本知識；了解焊條電弧焊的工藝參數(shù)選擇能力目標(biāo)：能正確分析焊條電弧焊的工藝參數(shù)影響素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生愛動(dòng)腦、善于查資料的素質(zhì)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：焊條電弧焊的基本原理難點(diǎn)：焊條電弧焊的工藝參數(shù)選擇教學(xué)地點(diǎn)普通教室□一體化教室R多媒體教室R實(shí)訓(xùn)室□實(shí)驗(yàn)室□企業(yè)現(xiàn)場□其他教學(xué)方法及手段常規(guī)教學(xué)□啟發(fā)式教學(xué)√現(xiàn)場教學(xué)□案例教學(xué)□問題教學(xué)√項(xiàng)目教學(xué)√多媒體教學(xué)□演示教學(xué)□其他教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、復(fù)習(xí)二、導(dǎo)入三、講授新課四、提問五、布置作業(yè)六、總結(jié)教學(xué)后記遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案用紙No授課內(nèi)容備注任務(wù)四焊條電弧焊【復(fù)習(xí)】1.凸焊的定義、原理?2.凸焊的影響因素、質(zhì)量檢驗(yàn)？【導(dǎo)入】

什么是焊條電弧焊？【講授新課】一、焊條電弧焊的原理與特點(diǎn)1.焊條電弧焊基本原理焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。焊條電弧焊時(shí)，在焊條末端和工件之間燃燒的電弧所產(chǎn)生的高溫使焊條藥皮與焊芯及工件熔化，熔化的焊芯端部迅速地形成細(xì)小的金屬熔滴，通過弧柱過渡到局部熔化的工件表面，融合一起形成熔池。藥皮熔化過程中產(chǎn)生的氣體和熔渣，不僅使熔池和電弧周圍的空氣隔絕，而且和熔化了的焊芯、母材發(fā)生一系列冶金反應(yīng)，保證所形成焊縫的性能。隨著電弧以適當(dāng)?shù)幕￠L和速度在工件上不斷地前移，熔池液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶，形成焊縫。焊條電弧焊的過程如圖4-34所示。在工件與焊條兩電極之間的氣體介質(zhì)中持續(xù)強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象稱為電弧。焊條電弧焊焊接低碳鋼或低合金鋼時(shí)，電弧中心部分的溫度可達(dá)6000~8000oC，兩電極的溫度可達(dá)到2400~2600oC，如圖4-35所示。

圖4-34

焊條電弧焊的過程2.焊條電弧焊的特點(diǎn)焊條電弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）焊條電弧焊的設(shè)備如圖4-36所示，其使用的設(shè)備比較簡單，價(jià)格相對便宜并且輕便。焊條電弧焊使用的交流和直流焊機(jī)都，都比較簡單，焊接操作時(shí)不需要復(fù)雜的輔助設(shè)備，只需配備簡單的輔助工具。因此購置設(shè)備的投資少，而且維護(hù)方便，這是它廣泛應(yīng)用的原因之一。

圖4-36

焊條電弧焊設(shè)備簡圖（2）不需要輔助氣體防護(hù)。焊條不但能提供填充金屬，而且在焊接過程中能夠產(chǎn)生保護(hù)熔池和避免焊接處氧化的保護(hù)氣體，另外其還具有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力。（3）操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。焊條電弧焊適用于焊接單件或小批量的產(chǎn)品，和短的、不規(guī)則的、空間任意位置的以及其他不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化焊接的焊縫。凡焊條能夠達(dá)到的地方都能進(jìn)行焊接。（4）應(yīng)用范圍廣，適用于大多數(shù)工業(yè)用的金屬和合金的焊接。焊條電弧焊選用合適的焊條不僅可以焊接碳素鋼、低合金鋼，而且還可以焊接高合金鋼及有色金屬，不僅可以焊接同種金屬，而且可以焊接異種金屬，還可以進(jìn)行鑄鐵焊補(bǔ)和各種金屬材料的堆焊等。

但是，焊條電弧焊有以下的缺點(diǎn)：（1）對焊工操作技術(shù)要求高，焊工培訓(xùn)費(fèi)用大。焊條電弧焊的焊接質(zhì)量，除靠選用合適的焊條、焊接工藝參數(shù)和焊接設(shè)備外，主要靠焊工的操作技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)保證，即焊條電弧焊的焊接質(zhì)量在一定程度上決定于焊工操作技術(shù)。因此必須經(jīng)常進(jìn)行焊工培訓(xùn)，所需要的培訓(xùn)費(fèi)用很大。（2）勞動(dòng)條件差。焊條電弧焊主要靠焊工的手工操作和眼睛觀察完成全過程，焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且始終處于高溫烘烤和有毒的煙塵環(huán)境中，勞動(dòng)條件比較差，因此要加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)。（3）生產(chǎn)效率低。焊條電弧焊主要靠手工操作，并且焊接工藝參數(shù)選擇范圍較小，另外，焊接時(shí)要經(jīng)常更換焊條，并要經(jīng)常進(jìn)行焊道熔渣的清理，與自動(dòng)焊相比，焊接生產(chǎn)率低。（4）不適于特殊金屬以及薄板的焊接。對于活潑金屬和難熔金屬，由于這些金屬對氧的污染非常敏感，焊條的保護(hù)作用不足以防止這些金屬氧化，保護(hù)效果不夠好，焊接質(zhì)量達(dá)不到要求，所以不能采用焊條電弧焊；對于低熔點(diǎn)金屬，由于電弧的溫度對其來講太高，所以也不能采用焊條電弧焊焊接。另外，焊條電弧焊的焊接工件厚度一般在1.5mm以上，1mm以下的薄板不適于焊條電弧焊。由于焊條電弧焊具有設(shè)備簡單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)、能在空間任意位置焊接的特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，是應(yīng)用最廣泛的焊接方法之一。3.焊條的基本知識焊條是涂有藥皮的并供焊條電弧焊用的熔化電極，由藥皮和焊芯兩部分組成。近10年來焊接技術(shù)迅速發(fā)展，各種新的焊接工藝方法不斷涌現(xiàn)，焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，但是焊條電弧焊仍然是焊接工作中的重要方法。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì),焊條電弧焊的焊條用鋼約占焊接材料用鋼(包括焊條及各種自動(dòng)焊焊絲的總和)的60%~80%，這充分說明手工電弧焊在焊接工作中占有重要地位。焊條電弧焊時(shí)，焊條既作為電極，在焊條熔化后又作為填充金屬直接過渡到熔池，與液態(tài)的母材熔合后形成焊縫金屬。因此，焊條不但影響電弧的穩(wěn)定性，而且直接影響到焊縫金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能。為了保證焊縫金屬的質(zhì)量，必須對焊條的組成、分類、牌號及選用、保管知識有較深刻的了解。焊條是由焊芯(

金屬芯)和藥皮組成。在焊條前端藥皮有45左右的倒角，這是為了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，約占焊條總長1/16，便于焊鉗夾持并有利于導(dǎo)電。焊條直徑(實(shí)際是指焊芯直徑)通常為2mm、2.5mm、3.2mm或3mm、4mm、5mm、5.8mm(或6mm)等幾種，常用的是φ3.2mm、φ5mm、φ5.8mm三種，其長度一般在250~450mm之間。1）焊芯（1）焊芯的作用焊芯是與焊件之間產(chǎn)生電弧并熔化作為焊縫的填充金屬。焊條電弧焊時(shí)，焊芯金屬約占整個(gè)焊縫金屬的50%~70%。焊芯的化學(xué)成分將直接影響焊縫質(zhì)量.（2）焊芯中合金元素焊芯中通常含有碳、錳、硅、鉻、鎳、硫、磷等元素，不同成分的焊條，其焊芯中這些元素的含量有所不同，各元素對焊縫的影響也不相同。下面主要介紹鋼焊條中碳、錳、硅、硫、磷元素對焊接性能的影響。碳：在焊接過程中，碳是種很好的脫氧劑，在電弧高溫作用下與氧化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w。減少了空氣中氧、氮與熔池的作用。但含碳量過高時(shí)，會(huì)引起較大的飛濺和產(chǎn)生氣孔，同時(shí)會(huì)使鋼的淬硬性和裂紋敏感性增加。錳：在焊接過程中，錳是種較好的脫氧劑。錳還可使焊縫的強(qiáng)度和韌性提高,同時(shí)錳還能減少硫的有害作用。一般碳素結(jié)構(gòu)鋼焊芯中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%~0.55%，低合金鋼焊條的焊芯中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.8%~1.1%或更高些。硅：在焊接過程中，硅具有比錳還強(qiáng)的脫氧能力，能與氧形成二氧化硅，使熔渣變調(diào)，增加溶渣的黏度，造成脫渣困難。過多的二氧化硅，還會(huì)增加焊接熔化金屬的飛濺，因此焊芯中的含硅量應(yīng)盡量少。硫：硫是種有害雜質(zhì)。在焊接過程中，硫在高溫的條件下能與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化亞鐵，硫化亞鐵還能與其他物質(zhì)形成熔點(diǎn)更低熔點(diǎn)共晶(熔點(diǎn)985oC)，集聚在晶界，使焊縫在高溫下產(chǎn)生裂紋(熱裂)。因此，焊芯中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得大于0.04%。磷：磷也是一種有害雜質(zhì)。在焊接過程中，由于磷與鐵化合生成磷化鐵(Fe3P)，使熔化金屬的流動(dòng)性增大，而當(dāng)金屬凝固后，使金屬變脆，焊縫產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象。另外，磷化鐵還能和其他物質(zhì)形成低熔點(diǎn)共晶體，致使產(chǎn)生熱裂紋。所以，焊芯中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得大于0.04%，在焊接重要結(jié)構(gòu)時(shí)，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得大于0.03%。2）藥皮（1）藥皮的作用焊條中藥皮的作用主要有：①防止空氣對熔池的侵入。②提高焊接電弧的穩(wěn)定性。③提高焊縫質(zhì)量。（2）藥皮的類型及特點(diǎn)常用的焊條藥皮有8種類型，其特點(diǎn)如下：①高鈦鈉和高鈦鉀型：電弧穩(wěn)定，引弧容易，熔深較淺，熔渣覆蓋良好，脫渣容易，焊波整齊，適用于全位置焊接。但熔敷金屬塑性及抗裂性能較差。焊接電源為交流或直流正接。②鈦鈣型：電弧穩(wěn)定，熔渣流動(dòng)性良好，脫渣容易，熔深適中，飛濺少，焊波整齊。這類焊條適用于全位置焊接，焊接電源為交流或直流正、反接。③鐵礦型：熔渣流動(dòng)性良好，電弧稍強(qiáng)，熔深較深，熔渣覆蓋良好，脫渣容易，飛濺-般，焊波整齊，適用于全位置焊接。焊接電源為交流或直流正、反接。④氧化鐵型：電弧吹力大，熔深較深，電弧穩(wěn)定，再引弧容易，熔化速度快，熔渣覆蓋好，脫渣性好，焊縫致密，略帶凹度，飛濺稍大。

焊接電源為交流或直流正接。⑤高纖維素鈉型和高纖維素鉀型：電弧吹力大，熔深較深，熔化速度快，

熔渣少，脫渣容易，飛濺一般，通常限制采用大電流焊接。這類焊條適用于全位置焊接，焊接電流為直流反接。⑥低氫鈉和低氫鉀型：熔渣流動(dòng)性好，焊接工藝性能一般，焊波較粗，角焊縫略凸，熔深適中，脫渣性較好，焊接時(shí)要求焊條干燥，并采用短弧焊。這類焊條可全位置焊接，焊接電源為直流反接。⑦石墨型：焊接工藝性能較差，飛濺較多，煙霧較大，熔渣極少。這種焊條只適用于平焊工作。采用有色金屬芯的石墨型藥皮焊條，一-般焊接工藝性能較好，飛濺極少，熔深較淺，熔渣少，適用于全位置焊接。石量型藥皮焊條引弧容易，藥皮強(qiáng)度較差。⑧鹽基型：由于藥皮吸潮性較強(qiáng)，焊條使用前必須烘干。焊條的工藝性能較差，井有熔點(diǎn)低，熔化速度快的特點(diǎn)。焊接時(shí)要求電弧很短。熔渣具有一定的腐蝕性，

要求焊后仔細(xì)清除干凈。焊接電源為直流反接。3）焊條的分類焊條可分為以下幾類：①碳鋼焊條。主要用于強(qiáng)度等級較低的低碳鋼和低合金鋼的焊接。②低合金鋼焊條。主要用于低合金高強(qiáng)度鋼、含合金元素較低的鉬和鉻鉬耐熱鋼及低溫鋼的焊接。③不銹鋼焊條。主要用于含合金元素較高的鉬和鉻鉬耐熱鋼及各類不銹鋼的焊接。④堆焊焊條。用于金屬表面層堆焊，其熔敷金屬在常溫或高溫中具有較好的耐磨性和耐蝕性。⑤鑄鐵焊條。專用于鑄鐵的焊接或焊補(bǔ)。⑥鎳及鎳合金焊條。用于鎳及鎳合金的焊接、焊補(bǔ)或堆焊。其中某些焊條可用于鑄鐵焊補(bǔ)及異種金屬的焊接。⑦銅及銅合金焊條。用于銅及銅合金的焊接、焊補(bǔ)或堆焊。其中某些焊條可用于鑄鐵焊補(bǔ)或異種金屬的焊接。⑧鋁及鋁合金焊條。用于鋁及鋁合金的焊接、焊補(bǔ)或堆焊。⑨特殊用途焊條。指用于水下焊接、切割的焊條及管狀焊條、高硫堆焊焊條、鐵錳焊條等。4.焊接工藝參數(shù)的選擇焊條電弧焊的焊接工藝參數(shù)通常包括：焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源種類和極性、焊接層數(shù)等。焊接工藝參數(shù)選擇的正確與否，直接影響焊縫形狀、尺寸、焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率，因此選擇合適的焊接工藝參數(shù)是焊接生產(chǎn)中不可忽視的一個(gè)重要問題。1）焊條直徑焊條直徑是指焊芯直徑，它是保證焊接質(zhì)量和效率的重要因素。焊條直徑一般根據(jù)焊件厚度選擇，同時(shí)還要考慮接頭形式、施焊位置和焊接層數(shù)，對于重要結(jié)構(gòu)還要考慮焊接熱輸人的要求。在一般情況下，焊條直徑與焊件厚度之間關(guān)系的參考數(shù)據(jù)見表4-9。在板厚相同的條件下，平焊位置的焊接所選用的焊條直徑應(yīng)比其他位置大一些，立焊、橫焊和仰焊應(yīng)選用較細(xì)的焊條，一般不超過4.0mm。第一層焊道應(yīng)選用小直徑焊條焊接，以后各層可以根據(jù)焊件厚度選用較大直徑的焊條。T形接頭、搭接接頭都應(yīng)選用較大直徑的焊條。2）焊接電源種類和極性的選擇用交流電源焊接時(shí)，電弧穩(wěn)定性差。采用直流電源焊接時(shí)，電源穩(wěn)定、柔順，飛濺少，但電弧磁偏吹較交流嚴(yán)重。低氫型焊條穩(wěn)弧性差，通常必須采用直流弧焊電源。用小電流焊接薄板時(shí)，也常用直流弧焊電源，因?yàn)橐”容^容易，電弧比較穩(wěn)定。低氫型焊條用直流電源焊接時(shí)，一般要用反接，因?yàn)榉唇拥碾娀”日臃€(wěn)定。焊接薄板時(shí)，焊接電流小，電弧不穩(wěn)，因?yàn)楹附颖“鍟r(shí)，不論用堿性焊條還是用酸性焊條，都選用直流反接。3）焊接電流的選擇選擇焊接電流時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭形式、焊接位置和層數(shù)等因素綜合考慮。如果焊接電流過小會(huì)使電弧不穩(wěn)，造成未焊透、夾渣以及焊縫成形不良等缺陷。反之，焊接電流過大易產(chǎn)生咬邊、焊穿，增加焊件變形和金屬飛濺量，也會(huì)使焊接接頭的組裝由于過熱而發(fā)生變化。所以，焊接時(shí)要合理選擇焊接電流。對于一定直徑的焊條有一個(gè)合適的焊接電流范圍，可參考表4-10所示。焊接位置不同，電流也不一樣。平焊最大，橫焊次之，仰焊第三，立焊最小。在相同條件的情況下，堿性焊條使用的焊接電流般比酸性焊條小

10%左右，否則焊縫中易生氣孔。總之，在保證不焊穿和成形良好的條件下，應(yīng)盡量采用較大的焊接電流，并適當(dāng)提高焊接速度，以提高焊接生產(chǎn)率。4）焊縫層數(shù)的選擇在焊件厚度較大時(shí)，往往需要進(jìn)行多層焊。對于低碳鋼和強(qiáng)度等級較低的低合金鋼的多層焊時(shí)，每層焊縫厚度過大時(shí)，對焊縫金屬的塑性(主要表現(xiàn)