基础知识
焊接工艺参数（焊接规范）是指焊接时，为保证焊接质量而选定的诸多物理量。选择合适的焊接工艺参数，对提高焊接质量和提高生产效率是十分重要的。
焊条电弧焊的焊接工艺参数主要有焊条的选择、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性、焊接速度等。
任务实施
一、焊条的选择
1.焊条牌号的选择
通常根据所焊钢材的化学成分、力学性能、工作环境、焊接结构承载的情况和弧焊设备的条件等，选择合适的焊条牌号，从而保证焊缝金属的性能要求。
2.焊条直径的选择
在工业生产中，通常选用直径较大的焊条，以提高生产率。但是，选用直径过大的焊条，易造成焊缝未焊透或焊缝成型不良，因此，必须选用正确的焊条直径。
焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置和焊接层次等因素。
（1）焊件厚度 在一般情况下，可根据表4-26按焊件厚度选择焊条直径，并倾向于选择较大直径的焊条。
表4-26 焊条直径与焊件厚度的关系
（2）接头形式 厚度较大的焊件，搭接和T形接头的焊缝因不存在全焊透问题，应选用直径较大的焊条。
（3）焊缝位置 板厚相同的情况下，在平焊时，焊条直径可选择大一些；立焊时，所用焊条直径不超过5 mm，横焊和仰焊时，所用直径不超过4 mm，以防止焊接过程中熔化金属的下淌。
（4）焊接层次 开坡口多层焊接时，为了防止产生未焊透的缺陷，第一层焊缝宜采用直径为3.2 mm的焊条。对于小坡口焊件，为了保证底层的熔透，宜采用较细直径的焊条，如打底焊时一般选用 2.5 mm或 3.2 mm焊条，以后各层可根据焊件厚度，选用直径较大的焊条。
二、焊接电流
焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，焊工在操作过程中需要调节的只有焊接电流，而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的。焊接电流的选择直接影响着焊接质量和劳动生产率。
焊接电流越大，熔深越大，焊条熔化快，焊接效率也高，但是焊接电流太大时，飞溅和烟雾大，焊条尾部易发红，部分涂层要失效或崩落，而且容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷，增大焊件变形，还会使接头热影响区晶粒粗大，焊接接头的韧性降低，如图4-27所示；焊接电流太小，则引弧困难，焊条容易粘连在工件上，电弧不稳定，易产生未焊透、未熔合、气孔和夹渣等缺陷，且生产率低，如图4-28所示。
因此，选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊条直径、接头形式、焊缝位置及焊接层数来综合考虑。
图4-27 焊接电流过大
图4-28 焊接电流过小
1.焊条类型
在焊接条件相同的情况下，碱性焊条使用的焊接电流应比酸性焊条小10%～15%，防止焊缝中产生气孔。不锈钢焊条焊接电流应比碳钢焊条小15%～20%。
2.焊条直径
焊条直径越粗，熔化焊条所需的热量越大，必须增大焊接电流。当使用碳钢焊条焊接时，还可根据选定的焊条直径用以下经验公式选择：
I=d K
式中 I—焊接电流（A）；
d—焊条直径（mm）；
K—经验系数（A/cm）。
焊接电流经验系数与焊条直径的关系，见表4-27。
表4-27 焊接电流经验系数与焊条直径的关系
3.焊缝位置
在平焊位置焊接时，可选择偏大些的焊接电流，非平焊位置焊接时，为了易于控制焊缝成形，焊接电流比平焊位置小10%～20%。
4.焊接层数
通常，焊接打底焊道时，为保证背面焊道的质量，使用的焊接电流较小；焊接填充焊道时，为提高效率，保证熔合好，使用较大的电流：焊接盖面焊道时，防止咬边和保证焊道成形美观，使用的电流稍小些。
焊接电流一般可根据焊条直径进行初步选择，焊接电流初步选定后，要经过试焊，检查焊缝成形和缺陷，才可确定。对于有力学性能要求的，如锅炉、压力容器等重要结构，要经过焊接工艺评定合格以后，才能最后确定焊接电流等工艺参数。
三、电弧电压
根据电源特性，电弧电压由相应的焊接电流决定。此外，电弧电压还与电弧长有关，电弧长则电弧电压高，电弧短则电弧电压低。焊接过程中，电弧不宜过长，否则会出现电弧燃烧不稳定、飞溅大、熔深浅及产生咬边、气孔等缺陷；若电弧太短，容易粘焊条。一般要求电弧长小于或等于焊条直径，即短弧焊。在使用酸性焊条焊接时，为了预热部位或降低熔池温度，有时也将电弧稍微拉长进行焊接，即所谓的长弧焊。
四、焊接层数
焊接层数应视焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多层焊。多层焊和多层多道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄。前一条焊道对后一条焊道起预热作用，而后一条焊道对前一条焊道起热处理作用。因此，接头的延展性和韧性都比较好。焊接层数过少，每层焊缝的厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响。施工中每层焊缝的厚度不应大于4～5 mm。
五、电源种类及极性
1.电源种类
直流电源电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构上。其他情况下，应首先考虑交流电焊机。低氢钠型焊条稳弧性差，通常采用直流电源。用小电流焊接薄板时，因引弧容易，电弧稳定，也常用直流电源。
2.极性
根据焊条的形式和焊接特点的不同，利用电弧中的阳极温度比阴极高的特点，选用不同的极性来焊接各种不同的构件。用碱性焊条或焊接薄板时，采用直流反接；而用酸性焊条时，通常采用正接。
六、焊接速度
单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。
对于焊条电弧焊来说，焊接速度是由焊工操作决定的，它直接影响焊缝成形的优劣和焊接生产率。焊接速度和电弧电压应在焊接过程中根据焊件的要求，凭焊工的焊接经验灵活掌握。
七、线能量
线能量，是指熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。电弧焊时，焊接能源是电弧，通过电弧能将电能转换为热能，利用热能来加热和熔化焊条及焊件。实际上，电弧所产生的热量总有一些损耗，例如飞溅带走的热量，辐射、对流到周围空间的热量，熔渣加热和蒸发所消耗的热量等。在焊接电流电弧电压不变的条件下，加大焊接速度，焊件受热程度减轻，焊件受热程度还受焊接速度的影响。因此线能量为：
其中 q—线能量，J/cm；
v—焊接速度，m/h。
各种电弧焊方法在通用工艺参数条件下的电弧有效功率系数η值参见表4-28。
表4-28 各种电弧焊方法有效功率系数在通用工艺参数η值
例：有一批低碳钢焊接构件，钢板厚度为12 mm，采用不开坡口埋弧自动焊，焊接工艺参数为：焊丝直径4 mm；焊接电流550 A；电弧电压36 V；焊接速度32 m/h。试计算焊接时的线能量。
解：根据已知条件：I=550 A；U=36 V；v=32 m/h≈8.9 mm/s；查表4-28可知，有效功率系数η值为0.8°～0.9°，取η=0.85。
答：焊接时的线能量为1 891 J/mm。
如图4-29所示，当焊接电流增大或焊接速度减慢使焊接线能量增加时，过热区的晶粒粗大，韧性严重降低；反之，线能量趋小时，硬度虽有提高，但韧性变差。因此，对于不同钢种和不同焊接方法存在一个最佳的焊接工艺参数。例如图中20Mn钢（板厚16 mm，堆焊），在焊接能量q=3 000 J/cm左右时，可以保证焊接接头具有最好的韧性，线能量大于或小于这个数值，都会引起塑性和韧性的下降。
图4-29 焊接线能量对20Mn钢过热区性能的影响
由上述可知，线能量对焊接接头会产生一定的影响，对于不同的钢材，线能量的最佳范围也不相同，需要通过一系列试验来确定合适的线能量和焊接工艺参数。此外还应指出，线能量数据相同，而其中I、U、v的数值不一定相同，这些参数如配合不合理，还是不能得到良好性能的焊缝。因此，要在合理的焊接工艺参数范围内反复试焊，才能确定最佳的线能量。
拓展提高
一、根据焊接经验选择电流的方法
1.看飞溅
电流合适：弧柔和，飞溅不大。
电流过大：电弧吹力大、爆裂声大、飞溅大。
电流过小：电弧吹力小，铁水和熔渣分不清，易粘条。
2.看焊条熔化状况
电流合适：焊完后药皮不易发红
电流过大：焊条过早发红，药皮易脱落。
电流过小：电弧不稳，易粘条。
3.看焊缝成形
电流合适：焊缝两侧熔合很好，圆滑过渡。
电流过大：熔深大，余高低，易咬边。
电流过小：熔深浅，焊缝窄而高，两侧与母材熔合不好。
二、焊条电弧焊堆焊工艺
1.堆焊及其特点
堆焊是用焊接的方法将具有一定性能的材料堆敷在焊件表面上的一种工艺过程，其目的不在于连接焊件，而是在焊件表面获得耐磨、耐热、耐腐蚀等特殊性能的熔敷金属层，或是为了恢复磨损或增加焊件的尺寸。
焊条电弧堆焊的特点是方便灵活、成本低、设备简单，但生产率较低，劳动条件差，不适用于大批量或大型工件的堆焊。
2.堆焊的工艺特点
堆焊最易出现焊接裂纹，同时还易产生焊接变形，故而堆焊具有以下工艺特点：
（1）堆焊前，必须将堆焊表面的杂物、油脂清除干净。
（2）应对工件进行焊前预热与焊后缓冷。预热温度一般为100℃～300℃。焊接铬镍奥氏体型不锈钢，不需要预热。
（3）堆焊时，须根据不同条件选择不同的焊条。修补堆焊所用的焊条成分一般与焊件金属相同；堆焊特殊金属表面时应选用专用焊条，以适应焊件工作需要。
（4）堆焊第二条焊道时，必须熔化第一条焊道宽度的1/3～1/2，以保证时各焊道紧密连接。
（5）多层堆焊时，第二层焊道的堆焊方向应与第一层互成90°。为了使热量分数还应注意堆焊顺序。
（6）堆焊时，为增加堆焊层厚度，减少清渣工作，提高生产效率，通常将焊件的堆焊面放成垂直位置，用横焊方法进行堆焊，或将焊件放成倾斜位置，用上坡焊堆焊，并留有3～5 mm的加工余量，以满足堆焊后焊件表面机械加工的要求。
（7）堆焊时，尽量选用低电压、小电流焊接，以降低熔深，减小母材稀释率和电弧对合金元素的烧损。
（8）轴堆焊时，可采用纵向对称堆焊和横向螺旋形堆焊两种方法，如图4-30所示。
图4-30 轴的堆焊顺序
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