一、 手工電弧焊基本原理和安全特點

手工電弧焊是利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱將焊條和工件加熱熔化而進(jìn)行的焊接。這種焊接方法可在室內(nèi)、野外、高空等各種場合下進(jìn)行。它的設(shè)備簡單，容易維護(hù)，焊鉗小，使用靈活，廣泛適應(yīng)于各種黑色金屬和有色金屬的焊接。

手工電弧焊的主回路如圖1所示。



圖1 手工電弧焊主回路示意圖

1―電焊機(jī) 2―軟電纜 3―焊鉗 4―焊條 5―電弧 6―工件 7―地線

（一） 焊接電弧的性質(zhì)

焊接電弧是在加有一定電壓的電極和焊件之間產(chǎn)生的一種長時間而有力的氣體放電現(xiàn)象。電焊條和焊件就是電極，產(chǎn)生電弧的操作稱引弧。通常是采用接觸引弧，即先將電焊條與工件接觸，然后迅速分離1~3mm，電流通過接觸點產(chǎn)生很大的電阻熱，此時在高溫和電場發(fā)射等的作用下，促使兩極間的氣體發(fā)生劇烈電離，而形成電弧。電弧引燃后，弧柱中充滿高溫電離氣體，發(fā)出大量的熱。其發(fā)熱量與焊接電壓和電流的乘積成正比，即電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。電弧的各部位產(chǎn)生的熱量不同，因而各部位的溫度也不同，弧柱中心溫度最高可達(dá)6000℃以上，兩電極的溫度可達(dá)2100~2300℃。焊接就是利用這些熱量加熱和熔化金屬。

開始引弧時，為加強(qiáng)氣體的電離作用，電極間必須有較高的電壓，以便傳遞具有較大動能的電子，這個電壓稱為空載電壓，直流電焊機(jī)一般為55~90V，交流電焊機(jī)60~80V。當(dāng)氣隙正常地受熱被電離時，所需電壓就可低一些。為使電弧保持連續(xù)而穩(wěn)定，兩極間的電壓也要保持一定，一般為16~35V，這個電壓稱為工作電壓。

（二） 焊接設(shè)備

手工電弧焊的設(shè)備包括電源及控制、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

1． 電源 供給電弧焊的電源可以是直流的，也可以是交流的。為了引燃電弧和保持電弧穩(wěn)定，保證正常地焊接，電源必須滿足以下基本要求：

（1） 空載電壓值應(yīng)保證順利地引燃電弧。

（2） 焊接電流應(yīng)可調(diào)，以滿足焊接不同材料、厚度的工件所需要電流的大小。

（3） 保證工作安全。

2． 常用的電焊電源

（1） 交流電焊機(jī) 它也叫交流電焊變壓器。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，維護(hù)方便，應(yīng)用廣泛。圖2所示是目前使用最廣泛的一種BX1-330型交流電焊機(jī)。它是一個結(jié)構(gòu)特殊的降壓變壓器。它可將電網(wǎng)380V或220V的電壓變?yōu)榭蛰d電壓60~70V，工作電壓30V，電流調(diào)節(jié)范圍為50~450A。變壓器的次級線圈分為圖中2、3兩部位，2繞在初級線圈的外部，起建立電壓的作用，3繞在鐵芯的另一側(cè)，相當(dāng)于電感線圈，焊接時靠它獲得較高的空載電壓和較低的工作電壓。電流的調(diào)節(jié)分粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩檔。粗調(diào)是改變次級繞組的匝數(shù)；細(xì)調(diào)是通過移動圖中鐵餅4，改變漏磁而實現(xiàn)。這類電焊機(jī)的缺點是：消耗材料較多，體積大而且重，焊接時活動鐵芯有震動，同時，電流有波動。



圖2 BX1-330型交流電焊機(jī)

a） 外形圖 b）線路圖 1―初級繞組 2、3―次級繞組 4―動鐵芯 5―靜鐵芯 6―接線片

（2） 旋轉(zhuǎn)式直流電弧機(jī) 如圖3所示，是常用的AX-320型旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)。它是由一個三相電動機(jī)和一個結(jié)構(gòu)特殊的直流發(fā)電機(jī)組成。由交流電路供電，使電動機(jī)拖動發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)發(fā)出直流電，供焊接使用。這種直流焊接發(fā)電機(jī)按其結(jié)構(gòu)特點分為裂極式和差復(fù)極式及極間去磁式等形式。它是利用磁通和電樞反應(yīng)的相互作用，獲得下降式的外特性，使電焊電流可在較大范圍內(nèi)均勻調(diào)節(jié)，以滿足焊接工藝的要求。



圖3 AX-320型旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)

a）外形圖 b）原理圖

這種電焊機(jī)的主要優(yōu)點是：電弧穩(wěn)定性較高，觸電危險性小。

（3） 硅整流式直流電焊機(jī) 這種電焊機(jī)分為單相和三相兩大類。按其構(gòu)造特點又分為磁飽和電抗器式、動圈式和可控硅整流式等。與旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)比較，它的優(yōu)點是：噪聲小，空載損耗小，效率高，耗料少，成本低，容易制造和維修等。

單相硅整流式直流電焊機(jī)原理，如圖4所示。它由交流變壓器和單相橋式硅整流線路組成。其中1是焊接變壓器；2是電抗器，通過它可以得到下降外特性，并可調(diào)節(jié)電流；3是硅整流器，其中R是電阻，C是電容，通過它整流，可以把交流電變?yōu)橹绷麟?，供焊接使用?是濾波電感，是一個串聯(lián)在焊接回路內(nèi)的有間隙的鐵芯式電抗器，可以進(jìn)一步減小輸出電流的脈動程度，保證焊接電弧的穩(wěn)定燃燒。此外，電焊機(jī)上還有通風(fēng)裝置，可使硅整流組和焊機(jī)線圈得到良好的通風(fēng)冷卻，以避免過熱而損壞。



圖4 單相硅整流下直流電焊機(jī)線路圖

1―焊接變壓器 2―電抗器 3―硅整流 4―濾波電感

目前使用的硅整流式直流電焊機(jī)大都是三相整流式的，這類焊機(jī)供給的電流更平直穩(wěn)定。

所有電焊設(shè)備銘牌中都標(biāo)有“額定暫載率”和“額定焊接電流”，這是保證電焊機(jī)安全使用的重要參數(shù)?！皶狠d率”是表示電焊機(jī)連續(xù)工作的參數(shù)，它是指在5min時間內(nèi)焊接工作時間所占的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。如“暫載率”為60%，就是在5min內(nèi)，焊接工作時間不超過3min。

“額定焊接電流”是在額定暫載率時所允許電流值，它大于連續(xù)使用情況下的許用電流。

在選擇電焊機(jī)時，首先考慮電壓種類，而后考慮電流大小及各類電焊機(jī)的性能特點。

（三） 電焊條

目前廣泛應(yīng)用的電焊條是一根外表涂有藥皮的鋼絲。鋼絲的作用：一是傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生電弧；二是本身熔化形成焊縫中的填充金屬。

焊條藥皮的作用是提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，保護(hù)焊接熔池，使焊縫金屬脫氧、去硫、去磷，改善焊接工藝性能等。目前國產(chǎn)焊條根據(jù)熔化后渣的酸堿性分為兩類：

1． 酸性焊條 藥皮中主要含有氧化鐵、氧化錳、氧化鈦等，它們對金屬的氧化性較強(qiáng)。這種涂料對鐵銹、油脂及水分的敏感性不大。

2． 堿性焊條 藥皮中含有較多的大理石、螢石，并有較多的鐵合金作為脫氧劑和合金劑。這種藥皮有足夠的脫氧性。

堿性焊條與酸性焊條相比，保護(hù)氣體中含氫很少，因此又稱為低氫型焊條，主要用于重要結(jié)構(gòu)的焊接。

各種型號焊接的藥皮成分之間變化較大，綜合起來構(gòu)成藥皮的礦產(chǎn)化工原料和金屬元素主要有大理石（CaCO＜sub＞3＜sub＞）、石英（SiO＜sub＞2＜sub＞）、鈦白粉（TiO＜sub＞2＜sub＞）、錳鐵（FaMn）、硅鐵（FeSi）、純堿（Na＜sub＞2＜sub＞CO＜sub＞3＜sub＞）、螢石（CaF＜sub＞2＜sub＞）以及水玻璃等。焊接時各種金屬元素蒸發(fā)氧化，產(chǎn)生出各種有害物質(zhì)，如三氧化二鐵、氧化錳、二氧化硅、氟化鈉、氟化鈣、氧化鉻和氧化鎳等。

（四） 手工電弧焊的不安全因素

1． 有觸電的危險 手工電弧焊操作者接觸電的機(jī)會較多。電源是接在220V或380V的電路上，電焊機(jī)空載電壓一般為60~90V左右；如果電焊設(shè)施的導(dǎo)線裸露、電線的絕緣損壞，電焊設(shè)備外殼就會帶電；若變壓器的絕緣損壞，二次線圈帶電，則電焊鉗、電焊條等部位都有危險因素，有發(fā)生觸電事故的可能性。尤其在金屬容器或管道里施焊，觸電的危險性更大。

2． 有毒氣體、粉塵危害 焊接電弧溫度高，在高溫作用下焊絲和藥皮產(chǎn)生氣體和煙塵，有毒害的氣體和煙塵有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物及鋁、鋅、銅的氧化物等。如果通風(fēng)不良，焊工接觸時間長，身體就會受危害，引起職業(yè)病，特別是在管道、容器里作業(yè)危害更大。

3． 射線輻射危害 電焊弧光中有紫外線、紅外線等射線，焊工長期受輻射作用，會引起眼睛和皮膚疾病。

4． 有發(fā)生火災(zāi)、爆炸的危險 在焊接過程中，電焊機(jī)和供電線路有毛??；作業(yè)場所有易燃易爆物品；燃料容器、管道補(bǔ)焊時防爆措施不當(dāng)?shù)取６伎赡馨l(fā)生火災(zāi)或爆炸事故。

二、 焊接安全用電

（一） 焊接觸電的原因

1． 人體碰到帶電的接線頭、接線柱、極板、導(dǎo)線及絕緣失效的電線而觸電。

2． 在更換焊條時，人體接觸焊鉗帶電部分，而腳和其它部位以地在或金屬結(jié)構(gòu)之間絕緣不好。在金屬容器、管道或金屬結(jié)構(gòu)上雨天潮濕的地方焊接時，容易發(fā)生這類觸電事故。

3． 電焊變壓器的一次繞組對二次繞組之間的絕緣損壞時，人體碰到二次線路的裸導(dǎo)體就會發(fā)生觸電事故。

4． 電焊設(shè)備的罩殼漏電，人體碰觸外殼而觸電。

電焊設(shè)備罩殼漏電的原因：

1） 線圈受潮或雨淋使絕緣損壞而漏電。

2） 電焊機(jī)長期超負(fù)荷使用或內(nèi)部短路發(fā)熱使絕緣降低而漏電。

3） 電焊設(shè)備安裝地點和安裝方法不符合安全要求，受到振動、碰擊而使線圈和引線的絕緣受機(jī)械性損傷，而且這些導(dǎo)線與鐵芯、罩殼相聯(lián)造成漏電。

4） 工作場所管理混亂，鐵絲、銅絲等小金屬物把帶電體與不帶電體聯(lián)通，人體接觸而觸電。

5． 由于利用廠房的金屬結(jié)構(gòu)、管道、軌道或其它金屬物體搭接作為焊接回路而發(fā)生觸電事故。

（二） 防止焊接觸電事故的措施

防止焊接觸電事故的安全措施，主要是采用絕緣、屏護(hù)、間隔、自動斷電及個人防護(hù)等。

1． 絕緣 它是保證電焊設(shè)備正常工作的必要條件，也是防止觸電事故的重要措施。電焊設(shè)備和線路的絕緣必須與所采用電壓等級相適應(yīng)，還要防止周圍環(huán)境和運行條件損壞絕緣。電工絕緣材料的電阻系數(shù)一般在10＜sup＞9＜sup＞Ω·cm以上。

2． 屏護(hù) 它是在電焊設(shè)備、線路的帶電部分，如果不便于絕緣或絕緣不足以保證安全時采取的措施。主要是用遮欄、護(hù)罩、護(hù)蓋、箱匣等。

3． 間隔 它是使電焊設(shè)備、線路等帶電體與人體或其它設(shè)備與帶電體保持一定距離，防止發(fā)生觸電事故。

4． 電焊機(jī)的安全自動斷電裝置和加強(qiáng)個人防護(hù)等，也都是防止人體觸及帶電體的重要安全措施。

5． 接地、接零 為了防止電焊操作時人體接觸意外帶電體而發(fā)生事故，一般可以采用保護(hù)接地或保護(hù)接零安全措施。

所謂意外帶電體，是指與電器設(shè)備有連接的導(dǎo)體，正常時是與帶電部體絕緣的，由于絕緣破壞或其他原因而帶電者，如電焊機(jī)外殼等。

下面介紹幾種具體安全措施。

（1） 焊接電源的安全措施 為了防止電焊設(shè)備因漏電而造成觸電事故，所有電焊機(jī)及其它焊接設(shè)備的外殼都必須接地。在三相三線制或單相制電源，應(yīng)安