电弧焊实验指导书

电弧焊实验指导书

指导教师：赵朋成

青岛科技大学 机电工程学院 材料成型教研室

实验一 手工焊条电弧焊实验

一、实验目的

1 掌握手工焊条电弧焊的原理和特点。

2 认识手工电弧焊焊接设备组成，了解其焊接工艺以及操作方法。 3 用该设备进行手工焊条电弧焊实际操作实践。 二、内容概述

利用电弧作为焊接热源，用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称为手工电弧焊，它是目前应用较为广泛的焊接方法之一。

焊接前，将电焊机的输出端分别与工件和焊钳相连，然后在焊条和被焊工件之间引燃电弧，电弧热使工件（基本金属）和焊条同时熔化成熔池，焊条药皮也随之熔化形成熔渣覆盖在焊接区的金属上方，药皮燃烧时产生大量CO2气流围绕于电弧周围，熔渣和气流可防止空气中的氧、氮侵入起保护熔池的作用。如图1所示。随着焊条的移动，焊条前的金属不断熔化，焊条移动后的金属则冷却凝固成焊缝，使分离的工件连接成整体，完成整个焊接过程。

图1 手工焊条电弧焊原理示意图

手工电弧焊的特点是：手工电弧焊的设备简单，操作灵活，能进行全位置焊接，能焊接不同的接头、不规则焊缝。但生产效率低，焊接品质不够稳定，对焊工操作技术要求较高，劳动条件差。手工电弧焊多用于单件小批生产和修复，一般适用于2 mm以上各种常用金属的焊接。 三、实验方法

（一） 实验内容及步聚

1. 本实验中，学生应在老师的指导下首先认识手工焊条电弧焊设备的各个部件，熟悉各自的功能。然后严格按照手工焊条电弧焊操作规程，进行手工焊条电

弧焊焊接操作，以进一步建立手工焊条电弧焊焊接原理和焊接实践之间相互关系的概念。

2. 实验前学生应复习讲课中的有关部分并阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备

3. 认识手工焊条电弧焊的电源，并说明其组成。认识焊接电源控制面板上各个仪表、按钮的意义、作用。

4. 将接地电缆的一端接焊接电源输出，另一端接施焊工件。焊接电源插入插座，并合电闸接通电源。此时焊接电源风扇转动（对电源变压器进行风冷），电源控制面板准备灯亮。

5. 首先将控制面板上的气焊/电焊按键按至电焊；然后将工作按钮按下，此时准备灯灭，而工作灯亮；接下来调节电流调节旋钮，将电流调至80～100A。

6. 挑选一根电焊条，认识电焊条的结构。将电焊条的裸端夹在焊钳的铜质夹头内，左手拿面罩，右手拿焊钳，用电焊条在工件表面滑动，直至电弧产生。稳定电焊条和工件之间的距离，使电弧燃烧稳定。

7. 透过面罩观察电弧的形态。注意防止电击、弧光刺眼和高温烫伤。 （二） 实验设备及材料

1. ZX7－200S/T型场效应管逆变式手工/氩弧焊机一台； 2. 电焊条若干； 3. 焊接面罩若干； 4. 钢板若干。 四．实验报告要求

1. 写出实验目的并分析电弧的构造；

2. 画出手工焊条电弧焊设备的基本构成简图并注明各部分的主要功能。 3. 详细说明手工焊条电弧焊的操作步骤并注明注意事项。 4. 记录焊缝宽度。

实验二 钨极氩弧焊实验

一、实验目的

1. 掌握钨极氩弧焊的原理和特点。

2. 认识钨极氩弧焊焊接设备组成，了解其焊接工艺以及操作方法。 3. 用钨极氩弧焊设备进行钨极氩弧焊实际操作实践。 二、内容概述

气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。在气体保护电弧焊中，用作保护介质的有氩气和二氧化碳。

氩弧焊是使用氩气为保护气体的电弧焊。氩弧焊时，氩气从喷嘴喷出后，便形成密闭而连续的气体保护层，使电弧和熔池与大气隔绝，避免了有害气体的侵入，起到了保护作用。氩弧焊按所用电极不同，分为熔化极氩弧焊和不熔化极（或钨极）氩弧焊。

（1）熔化极氩弧焊（GMAW） 熔化极氩弧焊的焊接过程如图2a所示。它利用焊丝做电极并兼做焊缝填充金属，焊接时，在氩气的保护下，焊丝通过送丝机构不断地送进，在电弧作用下不断熔化，并过渡到熔池中去。冷却后形成焊缝。由于采用焊丝作电极，可以采用较大的电流，适合于焊接厚度为3~25mm的焊件。

（2）不熔化极氩弧焊（GTAW） 不熔化极氩弧焊以高熔点的钨（或钨合金）棒作为电极。焊接时，钨棒不熔化，只起导电产生电弧的作用。焊丝只起填充金属作用，从钨极前方向熔池中添加，如图2b所示，焊接方式既可手工操作，也可自动化操作。又称钨极氩弧焊。

图16 氩弧焊示意图

a )熔化极氩弧焊 b)不熔化极氩弧焊

1－送丝滚轮 2－焊丝或电极 3－导电嘴 4－喷嘴 5－进气管

6－氩气流 7－电弧 8－焊件 9－填充焊丝

钨极氩弧焊时，因为氩气和钨棒均使电弧引燃困难，如果采用同手工电弧焊一样的接触引弧，由于引弧产生的高温，钨棒会严重损耗。因此，在两极之间加一个高频振荡器，用它产生的高频高压电流引起电弧。

钨极氩弧焊时，阴极区温度可达3000℃，阳极区可达4200℃，这已超过钨棒的熔点。为了减少钨极损耗，焊接电流不能太大，通常适用于焊接厚度为0.5~6mm的薄板。钨极氩弧焊焊接低合金钢、不锈钢、钛合金和紫铜等材料时，一般采用直流电源正接法，使钨棒为温度较低的阴极，以减少钨棒的熔化和烧损。焊接铝、镁及其合金时，一般采用直流反接法，这样便可利用钨极射向焊件的正离子撞击工件表面，使焊件表面形成的高熔点氧化物（Al2O3，MgO）膜破碎而去除，即“阴极破碎”作用，从而使焊接品质得以提高。但这种方式会造成钨棒消耗加快。因此，在实际生产中，焊接这类合金时，多采用交流电源。当焊件处于正极的半周内，有利于钨棒的冷却，减少其损耗，当焊件处于负极的半周内有利于造成“阴极破碎”作用，以保证焊接品质。

钨极氩弧焊的焊缝品质好，成形美观。氩气是惰性气体，在高温下，它既不与金属起化学反应，又不溶于液体金属中，而且氩气比重大（比空气大25%），排除空气的能力强，因此，对金属熔池的保护作用非常好，焊缝不会出现气孔和夹杂。此外氩弧焊电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面没有熔渣，所以氩弧焊焊缝品质好，成形美观。焊接热影响区和变形较小。电弧在保护气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，所以焊接速度快，热影响区较窄，工件焊后变形小。操作性能好。氩弧焊时电弧和熔池区是气流保护，明弧可见，所以便于观察、操作、可进行全位置焊接，并且有利于焊接过程自动化。

钨极氩弧焊适于焊接易氧化金属。由于用惰性气体氩保护，最适于焊接各类合金钢、易氧化的有色金属以及锆、钽、钼等稀有金属。相对其它焊接方式，钨极氩弧焊焊接成本高。氩气没有脱氧和去氧作用，所以氩弧焊对焊前的除油、去锈等准备工作要求严格。而且氩弧焊设备较复杂，氩气来源少，价格高，因此，焊接成本较高。

目前，氩弧焊主要用于焊接易氧化的非铁金属（如铝、镁、铜、钛及其合金）和稀有金属，以及高强度合金钢、不锈钢、耐热钢等。 三、实验方法 （一） 实验内容

1. 实验前学生应复习课程中的钨极氩弧焊相关部分并阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。

2. 认识钨极氩弧焊设备的各个部件，熟悉它们的功能。严格按照钨极氩弧焊操作规程，进行钨极氩弧焊焊接操作。

3. 明确钨极氩弧焊原理并熟悉钨极氩弧焊操作，建立钨极氩弧焊焊接理论和焊接实践之间相互关系的概念。 （二） 实验步聚

1. 认识钨极氩弧焊的电源，并说明其组成。认识钨极氩弧焊焊接电源控制面板上各个仪表、按钮的意义、作用。控制面板上有电源开关、工作模式、电流显示仪表等。

2. 认识供气系统的组成和各个部件。送气系统由气瓶、压力计、流量记和送气软管组成。

3. 认识焊枪。将焊枪拆开，观察焊枪的组成及装配关系。焊枪由钨极、枪冒、导电嘴、陶瓷嘴、高频点弧按钮等构成。

4. 将接地电缆的一端接焊接电源正极输出，另一端接施焊工件。焊枪接电压负极输出（直流正接）。焊接电源插入插座，并合电闸接通电源。

5. 打开气瓶旋钮，压力表指针应转动至某一压力值。打开流量计，玻璃管内金属球上浮表示气体已经送出。

6. 扳下电源开关，焊接电源风扇转动（对电源变压器进行风冷）。调节焊接电流至100A，并调节其它相应旋钮。

7. 左手拿保护面罩，右手拿焊枪，用焊枪端部的钨极向工件表面靠近，同时按下高频震荡引弧按钮，直到电弧产生。稳定钨极和工件之间的距离，并移动焊枪，使电弧燃烧稳定。

7. 透过面罩观察电弧的形态。

8. 焊接完毕后先断弧，然后继续送气一段时间。实验结束，器材归位。 9. 注意防止电击、弧光刺眼和高温烫伤。 （三） 实验设备及材料

1. ASEA-300TIG焊机一台；

2. 气瓶一个，气压计、流量计各一个，送气软管若干米； 3. 焊接面罩若干； 4. 钢板若干。

5. 扳手、钳子、电笔和十字头螺丝刀各一个。 四．实验报告要求

1. 写出实验目的；

2. 画出钨极氩弧焊设备的基本构成简图并注明各部分的主要功能。 3. 详细说明钨极氩弧焊的操作步骤并注明注意事项。 4. 记录焊缝宽度。

实验三 二氧化碳气体保护电弧焊实验

一、实验目的

1. 掌握二氧化碳气体保护电弧焊的原理和特点。

2. 认识二氧化碳气保焊焊接设备的构成，了解其焊接工艺以及操作方法。 3. 用二氧化碳气体保护电弧焊设备进行二氧化碳气保焊实际操作实践。 二、内容概述

二氧化碳气体保护电弧焊是利用二氧化碳气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。虽然二氧化碳具有一定氧化性，但其价廉易得，且对不易氧化的低碳钢仍然具有很好的保护作用，所以，它的应用也比较普遍。

二氧化碳气体保护电弧焊是以连续送进的焊丝作为电极，靠焊丝和焊件之间产生的电弧熔化金属与焊丝，以自动或半自动方式进行焊接。如图3所示，焊接时焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送进，二氧化碳气体以一定流量从环行喷嘴中喷出。电弧引燃后，焊丝末端、电极及熔池被CO2气体所包围，使之与空气隔绝，起到保护作用。

二氧化碳虽然起到了隔绝空气的保护作用，但它仍是一种氧化性气体。在焊接高温下，会分解成一氧化碳和氧气，氧气进入熔池，使Fe、C、Mn、Si和其他合金元素烧损，降低焊缝力学性能。而且生成的CO在高温下膨胀，如果来不及逸出，则在焊缝中形成气孔。为此，需要在焊丝中加入脱氧元素Si、Mn等，即使焊接低碳钢也使用合金钢焊丝如H08MnSiA，焊接普通低合金钢是由H08Mn2SiA焊丝。

图3 CO2气体保护焊示意图

1－流量计 2－减压器 3－CO2气瓶 4－直流弧焊电源 5－喷嘴 6－导电嘴 7－送丝软管 8－送丝机构 9－焊丝盘

二氧化碳气体保护焊的特点是：由于焊丝自动送进，焊接速度快，电流密度大，熔深大，焊后没有熔渣，节省清渣时间。因此，其生产率比手工电弧焊提高1~4倍；焊接时，有二氧化碳气体的保护，焊缝氢含量低，焊丝中锰的含量高，

脱硫作用良好；电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊接热影响区较小。所以，二氧化碳气体保护焊接接头品质良好；CO2气体价格低廉，来源广，因此二氧化碳气体保护焊的成本仅为手工电弧焊和埋弧焊的40%左右；此外CO2气体保护焊是明弧焊，可以清楚的看到焊接过程，容易发现问题及时处理。CO2气体保护焊像手工电弧焊一样灵活，适于各种位置的焊接。但是，CO2具有氧化性，用大电流焊接时，飞溅大，烟雾大，焊缝成形不良，容易产生气孔等缺陷。

CO2气体保护焊广泛应用于造船、汽车制造、工程机械等工业部门，主要用于焊接低碳钢和低合金结构钢构件，也可用于耐磨零件的堆焊，铸钢件的补焊等。但是，CO2焊不适于焊接易氧化的非铁金属及其合金。 三、实验方法 （一） 实验内容

1. 实验前学生应复习课程中的CO2气体保护焊相关部分章节并阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。

2. 认识CO2气体保护焊设备的各个部件，熟悉它们的功能。严格按照CO2气体保护焊操作规程，进行CO2气体保护焊焊接操作。

3. 明确CO2气体保护焊原理并熟悉CO2气体保护焊操作，进一步掌握CO2气体保护焊焊接理论和焊接实践。 （二） 实验步聚

1. 认识CO2气保焊的电源组成。认识CO2气保焊焊接电源控制面板上各个仪表、按钮的意义、作用。控制面板上有电源开关、工作模式、电流显示仪表、电压显示仪表、过流、报警等。

2. 认识送丝机构：焊丝盘、送丝机、送丝软管。

3. 认识供气系统的组成和各个部件。送气系统由气瓶、压力计、流量记和送气软管组成。

4. 认识焊枪。将焊枪拆开，观察焊枪的组成及装配关系。焊枪由导电嘴、陶瓷嘴、焊接按钮等构成。

5. 正确连接接地电缆、工件和焊枪。选择空冷模式，手工将焊丝通过送丝滚轮插入送丝软管。焊接电源插入插座，并合电闸接通电源。

6. 摆直焊枪及其管线。在送丝机上按下手动送丝按钮，焊丝自动送进，直至从焊枪前端伸长，用钳子将多余焊丝剪去。

7. 打开气瓶旋钮，压力表指针应转动至某一压力值。打开流量计，玻璃管内金属球上浮表示气体已经送出。

8. 在控制面板上通过调节旋钮设置焊接电压为18V，焊接电流为80～100A。调节其它相应旋钮选择电弧力和有无收弧。选择捡气开关为“捡气”，然后置此开关为“焊接”位置。

9. 左手拿保护面罩，右手拿焊枪，置焊枪端部的焊丝到工件表面约3～5mm，同时按下焊接按钮，电弧产生。稳定焊丝和工件之间的距离，并移动焊枪，使电弧燃烧稳定。

10. 透过面罩观察电弧的形态。 11. 实验结束，器材归位。

12. 注意防止电击、弧光刺眼和高温烫伤。 （三） 实验设备及材料

1. 时代NB-400气体保护焊机一台；

2. 气瓶一个，气压计、流量计各一个，送气软管若干米； 3. 时代FP60-100E/N送丝机一台； 5. 焊接保护面罩若干； 6. 钢板若干。

7. 扳手、钳子、电笔和十字头螺丝刀各一个。 四．实验报告要求

1. 写出实验目的；

2. 画出CO2气保焊设备的基本构成简图并注明各部分的主要功能。 3. 详细说明CO2气保焊的操作步骤并注明注意事项。 4. 记录焊缝宽度。