白志超
开滦股份范各庄矿业分公司，河北 唐山 063100
摘要：手工电弧焊是将电极与工件之间产生的电弧加热熔化的焊接工艺。该焊接方法可用于室内、野外、高空等场合。其设备简单，维修方便，焊钳小，使用灵活，广泛适用于各种黑色金属和有色金属的焊接。在我们的维修中，手工电弧焊经常会出现焊件残余应力过大、使用寿命短等问题。本文讨论了降低残余应力的方法。
关键词：残余应力；焊接顺序；手工电弧焊
1 手工电弧焊焊接
1.1 焊接电弧的性质
焊接电弧是指在一定电压下，电极与焊件之间的一种长时间、强的气体放电现象。电极是电焊条和焊件。产生电弧的操作称为引弧。通常采用接触引弧，即电极先与工件接触，然后迅速分离1～3mm。电流通过触点产生很大的电阻热。此时，在高温和电场发射的作用下，两极之间的气体剧烈电离，形成电弧。电弧点燃后，电弧柱充满高温电离气体，放出大量热量。其热值与焊接电压和电流的乘积成正比，即电流越大，产生的热量越多。电弧各部分的温度不同，所以各部分的温度也不同。弧柱中心最高温度可达6000℃以上，两电极温度可达2100～2300℃。焊接就是利用这种热来加热和熔化金属。为了加强气体的电离，电极之间必须有一个高电压，以更大的动能转移电子。这个电压称为空载电压。直流焊机的电压一般为55-90v，交流焊机一般为60-80v。当气隙正常加热和电离时，所需电压可以更低。为了保持电弧的连续性和稳定性，两极之间的电压应保持恒定，一般为16～35V，称为工作电压。
1.2 焊接设备
手工电弧焊设备包括电源、控制和调节机构。（1）电源。弧焊电源可以是直流或交流，为了引弧和保持电弧稳定，保证正常焊接，电源必须满足以下基本要求：空载电压值应保证电弧顺利引弧。焊接电流应可调，以满足不同材料和厚度工件的焊接需要。确保安全生产。（2）普通焊接电源。交流焊机，又称交流焊接变压器。其优点是结构简单、成本低、效率高、维护方便、应用广泛。图1显示了使用最广泛的bx1-330交流焊机。它是一种结构特殊的降压变压器。可将380V或220V电压变为空载电压60~70V，工作电压30V，电流调节范围50~450A，图中变压器二次线圈分为2、3部分。2绕在初级线圈外形成电压，3绕在铁芯的另一侧，相当于电感线圈。焊接时可获得较高的空载电压和较低的工作电压。电流调节可分为粗调和精调。粗调是改变二次绕组的匝数；微调是通过移动铁饼4来改变漏磁。这种焊机的缺点是材料消耗大，体积大，重量大，焊接时活动铁芯振动，电流波动大。
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图1 交流电焊机
旋转直流电弧电机。它由一台三相电动机和一台专用直流发电机组成。电机由交流电驱动，带动发电机电枢旋转，输送直流焊接。根据直流焊接发电机的结构特点，可分为分极型、差动双极型和极间消磁型。它利用磁通与电枢反应之间的相互作用获得外部特性的衰减，使焊接电流在大范围内均匀调节，以满足焊接工艺的要求。硅整流直流焊机。焊机分为单相焊机和三相焊机。根据其结构特点，可分为磁饱和电抗器型、动线圈型和可控硅型。与旋转直流焊机相比，具有噪音低、空载损耗低、效率高、材料消耗低、成本低、制造维修方便等优点。目前硅整流直流焊机多为三相整流式，该焊机的供电电流更直、更稳定。所有焊接设备的铭牌上都标有“额定临时负荷率”和“额定焊接电流”，这是保证焊机安全的重要参数。暂载率为焊机连续运行参数，为5分钟内焊接工作时间的比值，用百分比表示。当“临时负荷率”为60%时，5分钟内的焊接操作时间不应超过3分钟。“额定焊接电流”是指在额定临时负荷率下，大于连续使用时允许的电流。在选择焊机时，首先要考虑电压的类型，然后再考虑各焊机的电流和性能特性。
1.3 电焊条
目前，广泛使用的焊条是涂层钢丝。钢丝的作用：一是传导电流，产生电弧；二是在焊接过程中熔化成填充金属。焊条药皮的作用是提高电弧燃烧的稳定性，保护焊接熔池，对焊接金属进行脱氧，去除硫和磷，改善焊接工艺性能。目前国内焊条按炉渣碱度可分为两类：（1）酸性焊条。涂层主要含有氧化铁、氧化锰、氧化钛等，对金属有较强的氧化作用。这种油漆对锈、油脂和湿气不敏感。（2）碱性电极。涂层中大理石、萤石较多，铁合金作为脱氧剂和合金化剂较多。这种药的皮肤有足够的脱氧作用。与酸性焊条相比，碱性焊条在保护气体中含氢量较少，故又称低氢焊条，主要用于焊接重要结构件。
1.4 手工电弧焊的不安全因素
(1)触电危险。手工电弧焊操作人员更容易接触电力。电源连接220V或380V电路，焊机空载电压一般在60~90V左右。焊接设施的接线外露，接线绝缘损坏，焊接设备外壳带电;当变压器绝缘损坏，二次线圈通电时，焊钳、焊条等部位存在危险因素，可能导致触电事故。特别是在焊接金属容器或管道时，触电的风险更大。2)有毒气体和粉尘的危害。在电弧的作用下，焊接过程中会产生高温烟气和高温涂层。有毒气体和烟雾包括一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、铝、锌和铜的氧化物。如果焊工长时间接触，通风不良，会对其身体造成伤害，导致职业病，特别是在管道和容器中工作时。3)辐射危害。紫外线、红外线等电弧焊接。长期暴露在辐射中会导致眼睛和皮肤问题。4)有火灾、爆炸危险。在焊接过程中，焊机和电源线出现缺陷;工作场所有易燃易爆物品;燃料容器、管道的焊接修补防爆措施不当。可能发生火灾或爆炸。
2 手工电弧焊焊接减少残余应力的方法
对于需要加工的重要结构件和焊接件，加工前减少或消除焊接残余应力是保证加工精度最彻底的方法。为了降低焊接应力，可以从两个方面着手：从焊缝的布置上降低焊后残余应力；采取适当措施降低焊接过程中的瞬时应力和残余应力。从相应的措施入手，介绍了几种方法。
2.1 预热法
焊接前，应将局部或整体焊件加热至150℃~650℃。减小整个焊接区域和焊件之间的温差。这种方法通常用于刚性大或脆性材料的焊接件。在矿山维修中，由于没有专门的加热保温设备，常用于小型结构件。
2.2 冷焊
尽量减小焊接部位与结构其它部位的温差。具体方法：选用小直径焊条，小电流，快速焊接。
2.3 保留“裕度”方法
焊接前将镶块做成内凸形状，以储存一定的收缩裕度，增加焊缝收缩自由度，降低焊缝残余应力。
2.4 开减应力槽法
在不影响结构强度的情况下，在焊缝附近开几个减应力槽，通过减少焊件局部刚度来增加焊缝的自由收缩度，最终达到减少残余应力的目的。
2.5 加热“减应区”法
选择合适的焊接部件使其拉长，然后对原有焊缝进行更大刚度的焊接。焊接后，焊接的残余应力大大降低，焊接件的热部分称为“减应区”。该方法主要用于大型飞轮和齿轮的焊接。
3 结语
在实际工作中，根据上述方法，可以采用一种或多种方法来有效地处理焊接件的残余应力，经济上也是非常合理的。
参考文献：
[1]刘瑞.基于埋弧焊V型坡口的三维视觉信息的提取及处理研究[J].南昌大学学报(工科版),2018.
[2]刘丽.爬行式焊接机器人焊缝跟踪的协调控制[J].中国制造业信息化,2018.