第1章 焊接技术基础知识
1.1 焊接工艺基础知识
1.1.1 什么是焊接电弧？
焊接电弧是在两电极间或电极与母材间由焊接电源供给的、具有一定电压的、产生于气体介质中的强烈而持久的电弧。它能把电能有效而简便地转化为热能、机械能和光能。焊接电弧分为熔化极电弧和非熔化极电弧。熔化极电弧形态有短路过渡、熔滴过渡、喷射过渡和脉冲过渡等形式，如图1-1所示。
图1-1 熔化极电弧的几种形态
a）短路过渡电弧 b）熔滴过渡电弧 c）喷射过渡电弧
图1-1 熔化极电弧的几种形态（续）
d）脉冲过渡电弧
焊接电弧的基本特点如下：
1）维持电弧稳定燃烧的电弧电压很低，只有10～50V。
2）在电弧中能通过很大电流，可从几安培到几千安培。
3）电弧具有很高的温度，弧柱温度不均匀，中心温度最高可达30000K，而远离中心则温度降低。
4）电弧能发出很强的光，它包括红外线、可见光和紫外线三个部分。
1.1.2 什么是长弧？什么是短弧？
当电弧长度大于焊条直径时称为长弧，小于焊条直径时称为短弧。使用酸性焊条时，一般采用长弧焊接，这样电弧能稳定燃烧，并能得到质量良好的焊接接头。由于碱性焊条药皮中含有较多的氧化钙和氟化钙等高电离电位的物质，若采用长弧则电弧不易稳定，容易出现各种焊接缺欠，因此凡碱性焊条均应采用短弧焊。
1.1.3 影响电弧长度的因素有哪些？
电弧电压即电弧两端（两电极）之间的电压降，当焊条和母材一定时，电弧电压主要由电弧长度来决定。电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。
在焊接过程中，焊条端头至焊件间的距离称为弧长。通常，弧长L可按下述经验公式确定：
式中 L——电弧长度（mm）；
d——焊条直径（mm）。
1.1.4 确定电弧长度时有哪些注意事项？
1）在焊接时，电弧燃烧不稳定，容易左右摆动，所得到的焊缝质量也较差，电弧的热量不能集中作用在熔池上，而散失在空气中，并使焊缝的熔深较小，熔宽较大，且焊缝表面的鱼鳞纹不均匀。同时，电弧过长还会由于空气中的氧、氮等元素侵入电弧区，引起严重飞溅，使焊缝产生气孔。但弧长如果过小，也会引起操作困难。
2）电弧长度还与焊件坡口形式等因素有关。V形坡口对接、角接的第一层应采用短弧焊接，以保证焊透，且不致发生咬边现象；第二层可采用长弧焊接，以填满焊缝。焊缝间隙小时用短电弧，间隙大时电弧可稍长，并加大焊接速度。薄钢板焊接时，为防止烧穿，电弧长度不宜过大。仰焊时电弧应最短，以防止熔化金属下淌；立焊、横焊时，为了控制熔池温度，也应用小电流、短弧焊接。
3）在运条的过程中，不论使用哪种类型的焊条，都要始终保持电弧长度基本不变，只有这样才能保证整条焊缝的熔宽和熔深一致，从而获得高质量的焊缝。
1.1.5 什么是正极性？什么是反极性？
直流电弧焊或电弧切割时，焊件与焊接电源输出端正、负极的接法称为极性。极性分正极性和反极性两种。焊件接电源输出端的正极，电极接电源输出端的负极的接法为正极性（常表示为DCSP）。反之，焊件接电源输出端的负极，电极接电源输出端的正极的接法为反极性（常表示为DCRP）。
欧美常常用另外一种表示方法，将DCSP称为DCBN，而将DCRP称为DCEP。
1.1.6 焊接接头的形式有哪些？
采用焊接方法连接的接头称为焊接接头，焊接接头的基本形式分为对接接头、搭接接头、角接接头、T形接头、十字接头、端部接头、卷边接头和套管接头，共八种，如图1-2所示。
图1-2 焊接接头的基本形式
a）对接接头 b）搭接接头 c）角接接头 d）T形接头 e）十字接头 f）端部接头 g）卷边接头 h）套管接头
1.1.7 焊缝的种类有哪些？
焊缝的种类很多，按断续情况不同可将焊缝分为定位焊缝、断续焊缝、连续焊缝；按空间位置不同可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝，见表1-1。焊缝倾角及焊缝转角如图1-3所示。
表1-1 空间位置不同的焊缝
图1-3 焊缝倾角及焊缝转角
1.1.8 什么是焊接位置？有哪些种类？
焊接时焊件连接处的空间位置叫做焊接位置，焊接位置分为平焊位置、横焊位置、立焊位置和仰焊位置，焊接位置示意如图1-4所示，焊接位置操作如图1-5所示。
图1-4 焊接位置示意图
a）平焊位置 b）横焊位置 c）立焊位置 d）仰焊位置
图1-5 焊接位置操作图
a）平焊 b）横焊
图1-5 焊接位置操作图（续）
c）立焊 d）仰焊
1.1.9 焊接接头的坡口类型有哪些？
焊接接头的坡口一般有I形坡口、U形坡口、V形坡口和X形坡口四种。
1）I形坡口一般用于厚度在6mm以下的金属板材的焊接，如图1-6所示。
2）U形坡口一般用于厚度大于20mm板材和重要的焊接结构，焊接变形小，如图1-7所示。
图1-6 I形坡口
图1-7 U形坡口
3）V形坡口形状简单，加工方便，是最常用的坡口形式，常用于厚度在6～40mm之间焊件的焊接，如图1-8所示。
图1-8 V形坡口
4）X形坡口常用于厚度在12～60mm之间板材的双面焊接，焊后的残余变形较小，如图1-9所示。
图1-9 X形坡口
1.1.10 如何理解产品图样上焊缝的尺寸符号？
产品图样上焊缝的符号、名称及示意图见表1-2。
表1-2 焊缝的尺寸符号
（续）
1.1.11 焊接电流对焊接质量有何影响？
（1）焊接电流过小 不仅引弧困难，而且电弧也不稳定，会造成未焊透和夹渣等缺欠。由于焊接电流过小使热量不足，还会造成焊条的熔滴堆积在表面，使焊缝成形不美观。
（2）焊接电流过大 不仅会使熔深较大，容易产生烧穿和咬边等缺欠，而且还会使合金元素烧损过多，并使焊缝过热，造成接头热影响区晶粒粗大，影响焊缝力学性能。焊接电流太大还会造成焊条末端过早发红，使药皮脱落和失效，从而产生气孔。
1.1.12 影响焊接电流的主要因素是什么？
焊接电流的大小与焊条的类型、焊条直径、焊件厚度、焊接接头形式、焊缝位置以及焊接层次等有关，其中关系最大的是焊条直径。
通常焊接电流与焊条直径有如下关系：
I=kd
式中 I——焊接电流（A）；
d——焊条直径（mm）；
k——经验系数。
当焊条直径d为1～2mm时，k为25～30；d为2～4mm时，k为30～40；d为4～6mm时，k为40～60。
1.1.13 什么是焊接层数？
多层焊和多层多道焊的接头组织细小，热影响区较窄，因此有利于提高焊接接头的塑性和韧性，特别对于易淬火钢，后焊缝对前焊缝有回火作用，可改善接头组织和力学性能。低碳钢及Q345等普通低合金钢的焊接层数对接头质量影响不大，但如果层数过少，每层焊缝厚度过大时，对焊缝金属的塑性有一定的影响。其他钢种都应采用多层多道焊，一般每层焊缝的厚度不大于4mm。
1.1.14 什么是焊接速度？
焊接速度可由操作者根据具体情况灵活掌握，原则是保证焊缝具有所要求的外形尺寸，且熔合良好。在焊接过程中，操作者应随时调整焊接速度，以保证焊缝的高低和宽窄的一致性。如果焊接速度太小，则焊缝会过高或过宽，外形不整齐，焊接薄板时甚至会烧穿；如果焊接速度太大，焊缝较窄，则会产生未焊透的缺欠。