淺談手工電弧焊修復技術

宋建程 陳維剛

摘 要：焊接修復是焊接技術領域的一個重要應用，但目前應用最廣泛的修復方法是手工電弧焊修復，其優點是所用的設備簡單、操作方便、適用性強，特別適用于結構復雜工件的焊接修復；缺點是效率低、勞動強度大、焊接修復質量受操作者技術因素的影響較大。所以對焊接設備、工具的選擇，焊接參數和焊接工藝的制定要明確。

關鍵詞：焊接修復；弧焊電源；輔助工具；焊接工藝

機械零部件大多數是用金屬材料制造的，在復雜和苛刻的條件下長期工作會出現裂紋、磨損或損壞，嚴重時甚至導致設備報廢，以磨損和腐蝕為例，每年損失達數百億以上。因此對重大工程、工廠的裝備和機械零部件的焊接修復具有重要的意義，引起了世界各國的普遍關注。由于焊接修復操作工藝簡單和適用范圍廣泛，在工程結構中發揮了越來越大的作用，取得了顯著的經濟效益。

焊接修復方法很多，常用的有手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊和熱噴涂修復等。手工電弧焊修復是最常用的焊接修復方法，它是利用電弧加熱、熔化焊條對工件損壞部位進行焊接修復的。手工電弧焊修復所用的設備簡單、操作方便、適用性強，特別適用于結構復雜工件的焊接修復。采用手工電弧焊修復技術，可以焊接修復碳鋼、低合金鋼、不銹鋼及鑄鐵件的裂紋、破損及其他形式的破壞等，還可以對零部件的磨損或腐蝕表面進行堆焊修復。

1 手工電弧焊修復的特點

1.1 電弧在焊條端部與工件之間燃燒，熔敷金屬在焊條端部形成熔滴，在電弧力的作用下向熔池中過渡，與母材金屬熔合在一起，冷凝后形成焊縫熔敷金屬。

1.2 焊條由焊芯和藥皮組成，焊芯是拉制或鑄造的實心金屬棒，或裝入金屬粉末的金屬管，焊接修復時既是電極又是填充金屬。藥皮能提高電弧穩定性、減少飛濺、改善熔滴過渡和焊縫成形，還能通過熔渣對熔池中熔化的母材進行脫氧、去留、去鱗、去氫和滲碳合金等焊接冶金反應，去除有害元素，添加有益元素，獲得合適的焊縫金屬化學成分，滿足修復部位的使用要求。

1.3 不采用保護氣體，也不采用焊劑保護熔化的焊條和熔池，而是通過焊條藥皮熔化或分解后產生的氣體和熔渣，隔絕空氣，防止熔滴和熔池金屬與空氣接觸，熔渣凝固后形成的渣殼覆蓋在被修復處的熔敷金屬表面，提高焊接修復質量。

1.4 手工電弧焊機由弧焊電源、焊鉗和其他輔助工具組成，設備簡單，操作靈活，適應性強，但對操作者有一定的技術要求。

2 手工電弧焊修復設備

2.1 弧焊電源

手工電弧焊修復用弧焊電源設備，一般包括交流弧焊電源、直流弧焊電源和逆變弧焊電源三大類。電弧能否穩定燃燒是保證獲得優質焊接修復質量的主要因素之一。為了使焊接電弧穩定燃燒，弧焊電源必須具有以下幾個基本條件：（1）具有徒降外特性。焊接電源的外特性是指規定范圍內，焊接電源穩定輸出電流和輸出電壓的關系。（2）具有合適的空載電壓和短路電流。目前手工電弧焊電源的空載電壓一般≤80V。具有徒降外特性的電源，不但能保證電弧穩定燃燒，而且在短路時不會產生過大電路。一般弧焊電源的短路電流為焊接電流的120%～150%，最大不超過200%。（3）良好的動特性。動特性越好越容易引弧、焊接過程越穩定、飛濺越小，焊接修復過程會感到電弧平靜、柔和。（4）良好的調節特性。焊接修復時，工件材質、厚度、坡口形式、修復位置、焊條型號和直徑不同，要求焊接電源提供的焊接電流不同。這就要求焊接電源能靈活、均勻、方便地調節焊接電流，并保證有一定的調節范圍。一般要求手工電弧焊機的電流調節范圍是焊接額定電流的0.25～1.2倍，可調節的最大電流應不小于最小電流的4～5倍。

2.2 輔助工具

（1）焊鉗。是夾持焊條和控制焊條的工具。（2）焊接電纜。焊接回路的一部分。（3）面罩。手工焊接修復時必須佩帶防護面罩。（4）焊條烘干箱和保溫桶。（5）其他工具。現場焊接修復時操作者必須備有尖錘、鋼絲刷、扁鏨、平錘等，主要用來清理修復部位的熔渣、鐵銹、氧化物和錘擊焊縫等。此外現場修復還應配備鋼絲鉗、螺絲刀、扳手等，以便及時處理焊接裝置出現的意外故障。

3 手工電弧焊修復工藝

3.1 焊接修復前的準備

3.1.1 待修復部位的處理。為保證零部件的焊接修復質量，避免破損部位的殘留焊接缺陷對修復后零部件使用性能的影響，焊接修復前須對破損部位進行必要的處理。常采用的處理方法有碳弧氣刨和氧氣乙炔火焰切割。

3.1.2 工件的清理。工件上待修部位表面上的鐵銹、水分、油、氧化皮等，焊接修復時容易引起氣孔、夾雜等缺陷，所以在焊接修復前必須清理干凈。多層焊接修復時，必須使用鋼絲刷等工具把每一層修復熔敷金屬的焊渣清理干凈。如果帶修復部位表面有油和水分，可用氣焊焊炬進行烘烤，并用鋼絲刷清除。

3.1.3 焊條的烘干。為確保手工電弧焊的修復質量，所用焊條在修復前進行烘干，去除焊條藥皮的吸附水分。

3.1.4 焊前預熱處理。預熱是焊接修復開始前對被修復部位局部進行適當加熱的工藝措施。一般只對剛性大或焊接性差、容易裂的結構件采用。

3.2 焊接修復的工藝參數

手工電弧焊修復工藝參數對修復質量和焊接生產率有重要影響，主要包括焊條直徑、焊接電流、焊接電壓、焊接速度、電源極性及預熱溫度等。

3.2.1 焊條的選擇。焊接修復中主要根據修復工件的材質和適用要求選擇焊條。普通低碳鋼和低合金鋼工件修復一般按等強匹配原則選用強度級別相同的焊條。一般結構件選用酸性焊條，重要焊接結構件的修復選用低氫型焊條。焊條直徑選擇主要考慮修復工件的厚度、損壞位置、施焊方法等。

3.2.2 焊接電流。焊條確定后，焊接電流種類和極性要與焊條匹配。低氫鈉型焊條比必須采用直流反接，低氫鉀型焊條可采用直流反接或交流。酸性焊條一般采用交流，也可采用直流。堿性焊條多數采用直流電源，少數堿性焊條可選用交直流兩用電源。

3.2.3 焊接電壓。焊接電壓取決于電弧的長度。電弧越長，焊接電壓越高，焊縫越寬；但電弧太長，電弧挺度不夠，飄忽不定，熔滴過渡時容易產生飛濺，對電弧中的熔滴和熔池金屬保護不良，導致焊縫產生氣孔；而電弧太短，熔滴向熔池過渡時容易產生短路，導致熄弧，使電弧不穩定，從而影響焊接修復質量。

3.2.4 焊接速度。焊接速度是指單位時間內完成的焊縫長度。焊接速度直接影響焊縫成形、焊補處的組織和修復質量。焊接速度的大小應根據修復件所需的線能量、焊接電流和焊接電壓綜合考慮確定。如果焊接速度太慢，則焊縫會過高或過寬，外形不整齊，焊接修復較薄結構件時甚至會燒穿；如果焊接速度太快，焊接較窄，則會發生未焊透缺陷。因此在保證焊縫具有所要求的尺寸和外形、熔合良好的前提下，焊接速度由操作者根據修復件的實際情況靈活調節。

3.2.5 焊接修復層數。厚板件焊接修復時，一般要在破損處開出一定形狀的坡口，并采用多層焊或多層多道焊。多層焊或多層多道焊的前一條焊道對后一條焊道起預熱作用，而后一條焊道對前一條焊道起后熱處理作用，有利于提高焊縫金屬的韌性和塑性。

手工電弧焊修復技術在國民經濟的各個部門獲得廣泛應用，挖掘機斗齒、裝載機鏟刀刃、推土機刃板、破碎機、螺旋輸送機、攪拌機葉片、鐵路道軌、鍛錘、傳動齒輪的輪緣、各種磨具、碎渣機、球磨機、機床設備等局部發生損壞時都可以采用手工電弧焊進行焊接修復。因此廣泛使用手工電弧焊修復損壞零部件，對節約材料、節省資金、彌補配件短缺等具有重要的意義。但是要充分發揮手工電弧焊修復技術的優勢必須正確選用焊接設備和焊材，并制定相應的修復工藝，掌握必要的焊接操作技術。