浅谈手工电弧焊修复技术

宋建程 陈维刚

摘 要：焊接修复是焊接技术领域的一个重要应用，但目前应用最广泛的修复方法是手工电弧焊修复，其优点是所用的设备简单、操作方便、适用性强，特别适用于结构复杂工件的焊接修复；缺点是效率低、劳动强度大、焊接修复质量受操作者技术因素的影响较大。所以对焊接设备、工具的选择，焊接参数和焊接工艺的制定要明确。

关键词：焊接修复；弧焊电源；辅助工具；焊接工艺

机械零部件大多数是用金屬材料制造的，在复杂和苛刻的条件下长期工作会出现裂纹、磨损或损坏，严重时甚至导致设备报废，以磨损和腐蚀为例，每年损失达数百亿以上。因此对重大工程、工厂的装备和机械零部件的焊接修复具有重要的意义，引起了世界各国的普遍关注。由于焊接修复操作工艺简单和适用范围广泛，在工程结构中发挥了越来越大的作用，取得了显著的经济效益。

焊接修复方法很多，常用的有手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和热喷涂修复等。手工电弧焊修复是最常用的焊接修复方法，它是利用电弧加热、熔化焊条对工件损坏部位进行焊接修复的。手工电弧焊修复所用的设备简单、操作方便、适用性强，特别适用于结构复杂工件的焊接修复。采用手工电弧焊修复技术，可以焊接修复碳钢、低合金钢、不锈钢及铸铁件的裂纹、破损及其他形式的破坏等，还可以对零部件的磨损或腐蚀表面进行堆焊修复。

1 手工电弧焊修复的特点

1.1 电弧在焊条端部与工件之间燃烧，熔敷金属在焊条端部形成熔滴，在电弧力的作用下向熔池中过渡，与母材金属熔合在一起，冷凝后形成焊缝熔敷金属。

1.2 焊条由焊芯和药皮组成，焊芯是拉制或铸造的实心金属棒，或装入金属粉末的金属管，焊接修复时既是电极又是填充金属。药皮能提高电弧稳定性、减少飞溅、改善熔滴过渡和焊缝成形，还能通过熔渣对熔池中熔化的母材进行脱氧、去留、去鳞、去氢和渗碳合金等焊接冶金反应，去除有害元素，添加有益元素，获得合适的焊缝金属化学成分，满足修复部位的使用要求。

1.3 不采用保护气体，也不采用焊剂保护熔化的焊条和熔池，而是通过焊条药皮熔化或分解后产生的气体和熔渣，隔绝空气，防止熔滴和熔池金属与空气接触，熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在被修复处的熔敷金属表面，提高焊接修复质量。

1.4 手工电弧焊机由弧焊电源、焊钳和其他辅助工具组成，设备简单，操作灵活，适应性强，但对操作者有一定的技术要求。

2 手工电弧焊修复设备

2.1 弧焊电源

手工电弧焊修复用弧焊电源设备，一般包括交流弧焊电源、直流弧焊电源和逆变弧焊电源三大类。电弧能否稳定燃烧是保证获得优质焊接修复质量的主要因素之一。为了使焊接电弧稳定燃烧，弧焊电源必须具有以下几个基本条件：（1）具有徒降外特性。焊接电源的外特性是指规定范围内，焊接电源稳定输出电流和输出电压的关系。（2）具有合适的空载电压和短路电流。目前手工电弧焊电源的空载电压一般≤80V。具有徒降外特性的电源，不但能保证电弧稳定燃烧，而且在短路时不会产生过大电路。一般弧焊电源的短路电流为焊接电流的120%～150%，最大不超过200%。（3）良好的动特性。动特性越好越容易引弧、焊接过程越稳定、飞溅越小，焊接修复过程会感到电弧平静、柔和。（4）良好的调节特性。焊接修复时，工件材质、厚度、坡口形式、修复位置、焊条型号和直径不同，要求焊接电源提供的焊接电流不同。这就要求焊接电源能灵活、均匀、方便地调节焊接电流，并保证有一定的调节范围。一般要求手工电弧焊机的电流调节范围是焊接额定电流的0.25～1.2倍，可调节的最大电流应不小于最小电流的4～5倍。

2.2 辅助工具

（1）焊钳。是夹持焊条和控制焊条的工具。（2）焊接电缆。焊接回路的一部分。（3）面罩。手工焊接修复时必须佩带防护面罩。（4）焊条烘干箱和保温桶。（5）其他工具。现场焊接修复时操作者必须备有尖锤、钢丝刷、扁錾、平锤等，主要用来清理修复部位的熔渣、铁锈、氧化物和锤击焊缝等。此外现场修复还应配备钢丝钳、螺丝刀、扳手等，以便及时处理焊接装置出现的意外故障。

3 手工电弧焊修复工艺

3.1 焊接修复前的准备

3.1.1 待修复部位的处理。为保证零部件的焊接修复质量，避免破损部位的残留焊接缺陷对修复后零部件使用性能的影响，焊接修复前须对破损部位进行必要的处理。常采用的处理方法有碳弧气刨和氧气乙炔火焰切割。

3.1.2 工件的清理。工件上待修部位表面上的铁锈、水分、油、氧化皮等，焊接修复时容易引起气孔、夹杂等缺陷，所以在焊接修复前必须清理干净。多层焊接修复时，必须使用钢丝刷等工具把每一层修复熔敷金属的焊渣清理干净。如果带修复部位表面有油和水分，可用气焊焊炬进行烘烤，并用钢丝刷清除。

3.1.3 焊条的烘干。为确保手工电弧焊的修复质量，所用焊条在修复前进行烘干，去除焊条药皮的吸附水分。

3.1.4 焊前预热处理。预热是焊接修复开始前对被修复部位局部进行适当加热的工艺措施。一般只对刚性大或焊接性差、容易裂的结构件采用。

3.2 焊接修复的工艺参数

手工电弧焊修复工艺参数对修复质量和焊接生产率有重要影响，主要包括焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、电源极性及预热温度等。

3.2.1 焊条的选择。焊接修复中主要根据修复工件的材质和适用要求选择焊条。普通低碳钢和低合金钢工件修复一般按等强匹配原则选用强度级别相同的焊条。一般结构件选用酸性焊条，重要焊接结构件的修复选用低氢型焊条。焊条直径选择主要考虑修复工件的厚度、损坏位置、施焊方法等。

3.2.2 焊接电流。焊条确定后，焊接电流种类和极性要与焊条匹配。低氢钠型焊条比必须采用直流反接，低氢钾型焊条可采用直流反接或交流。酸性焊条一般采用交流，也可采用直流。碱性焊条多数采用直流电源，少数碱性焊条可选用交直流两用电源。

3.2.3 焊接电压。焊接电压取决于电弧的长度。电弧越长，焊接电压越高，焊缝越宽；但电弧太长，电弧挺度不够，飘忽不定，熔滴过渡时容易产生飞溅，对电弧中的熔滴和熔池金属保护不良，导致焊缝产生气孔；而电弧太短，熔滴向熔池过渡时容易产生短路，导致熄弧，使电弧不稳定，从而影响焊接修复质量。

3.2.4 焊接速度。焊接速度是指单位时间内完成的焊缝长度。焊接速度直接影响焊缝成形、焊补处的组织和修复质量。焊接速度的大小应根据修复件所需的线能量、焊接电流和焊接电压综合考虑确定。如果焊接速度太慢，则焊缝会过高或过宽，外形不整齐，焊接修复较薄结构件时甚至会烧穿；如果焊接速度太快，焊接较窄，则会发生未焊透缺陷。因此在保证焊缝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据修复件的实际情况灵活调节。

3.2.5 焊接修复层数。厚板件焊接修复时，一般要在破损处开出一定形状的坡口，并采用多层焊或多层多道焊。多层焊或多层多道焊的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后热处理作用，有利于提高焊缝金属的韧性和塑性。

手工电弧焊修复技术在国民经济的各个部门获得广泛应用，挖掘机斗齿、装载机铲刀刃、推土机刃板、破碎机、螺旋输送机、搅拌机叶片、铁路道轨、锻锤、传动齿轮的轮缘、各种磨具、碎渣机、球磨机、机床设备等局部发生损坏时都可以采用手工电弧焊进行焊接修复。因此广泛使用手工电弧焊修复损坏零部件，对节约材料、节省资金、弥补配件短缺等具有重要的意义。但是要充分发挥手工电弧焊修复技术的优势必须正确选用焊接设备和焊材，并制定相应的修复工艺，掌握必要的焊接操作技术。