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，深化的焊芯端部迅速地形成細(xì)小的金屬熔滴，通過(guò)弧柱過(guò)渡到局部熔化的工件表面，融合一起形成熔池。藥皮熔化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體和熔渣，不僅使熔池和電弧周?chē)目諝飧艚^，而且和熔化了的焊芯、母材發(fā)生一系列治金反應(yīng)，保證所形成焊縫的性能。隨著電弧以適當(dāng)?shù)幕￠L(zhǎng)和速度在工作上不斷地前移，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(guò)程如圖1所示。

圖1    焊條電弧焊的過(guò)程

1-藥皮    2-焊芯    3-保護(hù)氣    4-電弧    5-熔池 

6-母材       7-焊縫        8-渣殼        9-熔液        10-熔滴

焊條電弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）使用的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)便宜并且輕便。焊條電弧焊使用的交流和直流焊機(jī)都比較簡(jiǎn)單，焊接操作時(shí)不需要復(fù)雜的輔助設(shè)備，只需配備簡(jiǎn)單的輔助工具。因此，購(gòu)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。

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(guò)程中能夠產(chǎn)生保護(hù)熔池和焊接外避免氧化的保護(hù)氣體，并且具有較強(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，短的和不規(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(duì)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，除靠近用合適的焊條、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(guò)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(duì)于活潑金屬（如Ti、Nb、Zr等）和難熔金屬（如Ta、Mo等），由于這些金屬對(duì)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(duì)于低熔點(diǎn)金屬如Pb、Sn、Zn及其合金等，由于電弧的溫度對(duì)其來(lái)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(jiǎn)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)用得最廣泛的焊接方法之一。

一、焊條電弧焊電弧的靜特性

由于焊條電弧焊使用的焊接電流較小，特別是電流密度較小，所以焊條電弧焊電弧的靜特性處于水平段，如圖2所示。在焊條電弧焊電弧水平段區(qū)間，弧長(zhǎng)基本保持不變時(shí)，若在一定范圍內(nèi)改變電流值，電弧電壓幾乎不發(fā)生變化，因而焊接電流在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，電弧均穩(wěn)定燃燒。

圖2    焊條電弧焊電弧的靜特性

二、電弧的溫度分布

焊條電弧焊電弧在焊條末端和工件間燃燒，焊條和工件都是電極，電弧陰、陽(yáng)兩極的最高溫度接近于材料的沸點(diǎn)，焊接鋼材時(shí)，陰極約2400℃，陽(yáng)極約2600℃，電弧的溫度為6000～7000℃。隨著焊接電流的增大，弧柱的溫度也增高。由于交流電弧兩個(gè)電極的極性在不斷地變化，故兩個(gè)電極的平均溫度是相等的，而直流電弧正極的溫度比負(fù)極高200℃左右。

三、電弧偏吹

焊接過(guò)程中，因氣流干擾，磁場(chǎng)作用或焊條偏心等影響，使電弧中心偏離電極軸線的現(xiàn)象，稱(chēng)為電弧偏吹。

1、產(chǎn)生電弧偏吹的原因

（1）焊條偏心產(chǎn)生的偏吹    焊條的偏心度過(guò)大，造成焊條藥皮厚薄不均勻，藥皮較厚的一邊比藥皮較薄的一邊熔化時(shí)吸收的熱量多，藥皮較薄的一邊很快熔化而使電弧外露，迫使電弧偏吹見(jiàn)圖3所示。

圖3    焊條藥皮偏心引起的偏吹

（2）電弧周?chē)鷼饬鳟a(chǎn)生的偏吹    電弧周?chē)鷼怏w流動(dòng)過(guò)強(qiáng)也會(huì)產(chǎn)生偏吹。造成電弧周?chē)鷼怏w流動(dòng)過(guò)強(qiáng)的因素很多，主要是大氣中的氣流和熱對(duì)流作用。如在露天大風(fēng)中焊接操作時(shí)，電弧偏吹就很?chē)?yán)重；在管線焊接時(shí)，由于空氣在管子中的流速較大，形成“穿堂風(fēng)”，使電弧偏吹；如果對(duì)接接著的間隙較大，在熱對(duì)流的影響下也會(huì)產(chǎn)生偏吹。

（3）焊接電弧的磁偏吹   直流電弧焊時(shí)，因受到焊接回路所產(chǎn)生的電磁力的作用而產(chǎn)生的電弧偏吹，稱(chēng)為焊接電弧的磁偏吹。產(chǎn)生磁偏吹的原因有：

1）接地線位置不適當(dāng)引起磁偏吹，如圖4所示。通過(guò)焊件的電流在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)焊條與焊件垂直時(shí)，電弧左側(cè)的磁力線密度較大，而電弧右側(cè)的磁力線稀疏，磁力線的不均勻分布致使密度大的一側(cè)對(duì)電弧產(chǎn)生推力，使電弧偏離軸線。

圖4    接地線位置不適當(dāng)引起的磁偏吹

2）不對(duì)稱(chēng)鐵磁物質(zhì)引起磁偏吹，如圖5所示。焊接時(shí)，在電弧一側(cè)放置一塊鋼板（導(dǎo)磁體）時(shí)，由于鐵磁物質(zhì)的導(dǎo)磁能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣，鐵磁物質(zhì)側(cè)的磁力線大部分都通過(guò)鐵磁物質(zhì)形成封閉曲線，致使電弧同鐵磁物質(zhì)之間的磁力線密度降低，所以在電磁力作用下電弧向鐵磁物質(zhì)一側(cè)偏吹。

圖5    不對(duì)稱(chēng)鐵磁物質(zhì)引起的磁偏吹

3）電弧運(yùn)動(dòng)至鋼板的端部時(shí)引起磁偏吹，如圖6所示。這是因?yàn)殡娀〉竭_(dá)鋼板端頭時(shí)導(dǎo)磁面積發(fā)生變化，引起空間磁力線在靠近焊件邊緣的地方密度增加，所以在電磁力作用下，產(chǎn)生了指向焊件內(nèi)側(cè)的磁偏吹。

圖6    在焊件一端焊接時(shí)引起的磁偏吹

2、防止電弧偏吹的措施

1）焊接過(guò)程中遇到的焊條偏心引起的偏吹，應(yīng)立即?；　Ｈ绻亩容^小，可轉(zhuǎn)動(dòng)焊條將偏心位置移到焊接前進(jìn)方向，調(diào)整焊條角度后再施焊；如果偏心度較大，就必須更換新的焊條。

2）焊接過(guò)程中若遇到氣流引起的偏吹，要停止焊接，查明原因，采用遮擋等方法來(lái)解決。

3）當(dāng)發(fā)生磁偏吹時(shí)，可以將焊條向磁偏吹相反的方向傾斜，以改變電弧左右空間的大小，使磁力線密度趨于均勻，減小偏吹程度；改變接地線位置或在焊件兩側(cè)加接地線，可減少因?qū)Ь€接地位置引起的磁偏吹。因交流的電流和磁場(chǎng)的方向都是不斷變化的，所以采用交流弧焊電源可防止磁偏吹，另外采用短弧焊，也可減小磁偏吹。

熔滴和熔池的作用力

焊接電弧不但是一個(gè)熱源，而且也是一個(gè)力源，熔滴過(guò)渡過(guò)程中，熔滴和熔池會(huì)受到各種外力的作用。采用一定的工藝措施，可以改變?nèi)鄣魏腿鄢厣系淖饔昧?，保證焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，控制焊縫成形，減少焊接飛濺，從而獲得良好的焊接接頭。

1）重力    重力使物體始終具有下重的傾向。平焊時(shí)，熔滴的重力會(huì)促進(jìn)熔滴過(guò)渡，而熔池在重力的作用下，如果溫度過(guò)高，熔池過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生焊瘤和燒穿現(xiàn)象。立焊工仰焊時(shí)，重力阻礙熔滴向熔池過(guò)渡，采用短弧焊可以克服重力的影響。

2）表面張力    平焊時(shí)，液態(tài)熔滴表面張力會(huì)阻礙熔滴過(guò)渡，而仰焊時(shí)，熔滴表面張力可使其不易滴落，有利于向熔池過(guò)渡。熔池液態(tài)金屬表面張力使熔池力求趨于保持平面，可在一定程度上阻止重力所引起的表面凹陷。同時(shí)，在熔滴與熔池短路接觸時(shí)，熔池表面張力可將熔滴拉入熔池，加速熔滴的短路過(guò)渡。

3）電弧氣體吹力    焊條電弧焊時(shí)，焊條藥皮的熔化速度比焊芯的熔化速度稍慢一些，在焊條熔化端頭形成一個(gè)套管，藥皮成分中的造氣劑熔化后產(chǎn)生大量的氣體從套管中噴出，并在高溫狀態(tài)下體積急劇膨脹，沿焊條的軸線方向形成挻直穩(wěn)定的氣流，把熔滴吹入熔池中去。在任何焊接位置，電弧氣體吹力都有助于熔滴過(guò)渡。

4）電磁壓縮力    焊條電弧焊是將焊條及焊條末端的熔滴作為導(dǎo)體，當(dāng)有焊接電流通過(guò)后就會(huì)在它們周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，并產(chǎn)生從四周向中心的電磁壓縮力。焊條末端熔滴的縮頸部分電流密度較大，產(chǎn)生的電磁壓縮力也較高，可促使熔滴很快地脫離焊條端部向熔池過(guò)渡。

5）極點(diǎn)壓力    在焊接電弧中，極點(diǎn)壓力是阻礙熔滴過(guò)渡的力。當(dāng)采用直流正接時(shí)，陽(yáng)離子的壓力阻礙熔滴過(guò)渡；當(dāng)采用直流反接時(shí)，電子的壓力阻礙熔滴過(guò)渡。由于陽(yáng)離子質(zhì)量大，陽(yáng)離子流比電子流的壓力也大，所以直流反接時(shí)，容易產(chǎn)生細(xì)顆粒過(guò)渡，而正接時(shí)則不容易。