什么是屏蔽金属电弧焊 (SMAW)？ 👨‍🏭

介绍

涂层电极电弧焊是一种通过在涂层电极的尖端和被焊接接头处的母材表面之间建立的电弧加热和熔化金属来产生金属之间结合的过程。

流程如何运作

来自电极的熔融金属通过电弧转移到母材的熔池中，从而形成焊缝金属。

由电极涂层和贱金属杂质形成的密度低于液态金属的液态熔渣越过熔池，保护熔池免受大气污染。

一旦凝固，这种熔渣将控制已经凝固的焊缝金属的冷却速度。填充金属来自电极（焊丝）的金属芯和涂层，在某些情况下，涂层由铁粉和合金元素组成。

由于设备简单、焊缝质量高、设备和耗材成本低，棒焊是我们将要讨论的所有焊接工艺中最常用的焊接工艺之一。

它具有很大的灵活性，可以焊接各种厚度的大多数金属。最近，由于生产率较低（例如，在此过程中完成焊接比使用 FCAW 需要更长的时间），它已被其他工艺所取代。

这种工艺的焊接几乎可以在任何地方和极端条件下进行。涂层电极焊接广泛用于工业制造、建筑金属结构、造船、汽车、卡车、闸门和其他焊接组件。

该工艺的主要缺点是生产率低，这主要是由于需要更换电极。

的优点和缺点

优点	缺点
这是一种多功能工艺，因为它适用于不同厚度的材料和任何工作位置。	这是一个手动过程，取决于焊工的技能，这意味着对焊接参数（例如焊接电流）的控制较少。
所需的设备成本相对较低。
它的使用在工厂内部和现场都有说明。	与其他工艺相比，由于其熔敷率低，焊工占用率低（开弧时间占总焊接时间的 40% 左右），因此生产率低。
目前用于海军、铁路、汽车、金属加工和建筑行业。
广泛用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、铝、铜、镍等。
低熔点金属（如 Pb、Sn、Zn）和难熔或非常活泼的金属（如 Ti 和 Zr）不能通过涂层焊条进行焊接。	在此过程中产生大量气体和烟雾。

焊接设备

如下图所示，该设备由电源、连接电缆、电极支架、夹具（接地连接器）和电极组成。

能量源

电源可以是直流电（发电机或整流器）或交流电（变压器）。

直流电源可以是：

1 – 发电机，通常用于建筑工地的工作，尤其是在没有足够电力供应的情况下。
2 – 变压器-整流器，由于运行和维护成本较低，运行更安静，因此与发电机相比具有优势。

在直流电的情况下，必须根据服务要求选择极性：

a) 直流电——直流极性（DC-），电极接机器的负极，有较低的沉积速率和较大的穿透深度。
b) 直流电——反极性（DC+），正极和负极。通过这种配置，获得了更低的穿透率和更高的电极熔化率。
c) 交流电 (AC) – 每次电流反转时极性交替。使用这种类型的配置，珠子几何形状将介于 CC+ 和 CC- 中获得的几何形状之间

提示：直流符号总是指电极连接的位置。有些人甚至更喜欢称其为正极或负极。

焊接电缆

它们用于将电极支架和夹具连接到电源。它们必须灵活，以便于处理。它们是焊接电路的一部分，由几根铜线缠绕在一起，并由绝缘和柔性涂层保护。电缆必须保持展开且没有接头。

电极架

电极支架用于固定电极和通电。电缆的正确固定和良好的绝缘是必不可少的，以便将电击风险降至最低。爪子必须始终处于良好状态，以避免过热和电极固定不良的问题，这些问题可能会在焊接过程中松动。

夹子（接地连接器）

它是将接地电缆连接到要焊接的零件的设备。

耗材——电极

涂层电极包括：

• 电极（“灵魂”）
• 涂层

电极产生电弧并为焊接提供填充金属。

焊条涂层在焊接过程中具有以下功能：电气、物理和冶金功能。

电隔离和电离功能

a) 绝缘 - 使电极芯绝缘，避免横向电弧开口，将电弧引导至感兴趣的位置。例如，在焊接难以接近的窄倒角时，以防止电弧在不需要的位置形成。
b) 电离 – 涂层含有使电弧气氛电离的 Na 和 K 硅酸盐。这有利于电流通过，产生稳定的电弧。

物理和机械功能

a) 它们为金属液滴形成保护气氛提供气体，以抵抗大气中氢的作用。
b) 涂层在焊道上熔化然后凝固，形成非金属材料的熔渣，在焊缝冷却时保护焊道免受正常气氛的氧化。
c) 控制冷却速度并有助于完成珠子：

冶金用途

a) 将合金元素引入焊接金属，改变其焊接性能。还添加其他化学元素，以达到除渣、脱氧等目的（例如：Mn、Si）

涂层电极根据 AWS（美国焊接协会）规范进行分类。涂层电极的商业规格可在 AWS A5 系列的 AWS 规格中找到（例如：AWS A5.1）

特点和用途

对于焊接检查员来说，重要的是要记住涂层焊条焊接工艺需要考虑许多变量。例如，它可用于工业焊接中的各种接头配置，以及各种母材和填充金属组合。

有时，几种类型的电极用于特定的焊接。焊接检查员应该对用于工作的耗材规格有深入的了解，以了解影响焊接质量的方式和变量。

涂层焊条焊接工艺可用于所有位置的焊接。它还可用于焊接大多数钢材和一些有色金属，以及用于填充金属的沉积以获得某些性能或尺寸。
具有焊接 2 毫米至 200 毫米范围内的母材的能力，具体取决于加热或变形控制要求和使用情况。

操作过程中焊接能量（热输入）的控制是一些材料的相关因素，例如调质钢、不锈钢和含钼的低合金钢，对于低温应用也非常重要。

焊接操作过程中焊接能量控制不充分，在需要时，很容易导致开裂或丧失主要母材性能，例如不锈钢失去耐腐蚀性，甚至能量吸收能力下降。

与其他连续进料工艺相比，该工艺的沉积速率较小。沉积速率从 1 到 5 kg/h 不等，具体取决于所选电极。

涂层电极焊接工艺的成功很大程度上取决于焊工的技能和技术，因为所有焊接操作均由焊工执行。焊工必须能够控制四项：

• 电弧长度（在镀层电极直径的 0.5 和 1.1 之间变化）。通俗地说，我们可以考虑电极尖端到零件的距离。
• 电极位移和工作角度。
• 电极位移速度。
• 通道沉积技术（窄通道或摆动通道）。
• 电流。

准备和清洁接头

待焊接的零件必须无油、油脂、铁锈、油漆、渗透液体检查残留物、气体预热产生的沙子和烟灰，边缘每边至少有 20 毫米的条带，并已消磁。

每次通过后，必须清除产生的熔渣。部分除渣会产生带有氧化物夹杂物的焊道，从而影响焊接接头的机械性能。道次之间缺乏清洁会产生著名的“夹渣”缺陷。

焊接钢材的常用参数

下表显示了 7018 型涂层电极的典型直径参数示例。7018 焊条最常用于负责任的工作，但是，请咨询焊接专家以了解最经济、最高效的焊条和要使用的参数。你的工作。

过程引起的不连续性

通过复合电极电弧焊获得的焊缝几乎可以包含所有类型的不连续性。下面列出了在使用此过程时可能遇到的一些更常见的不连续性。

孔隙率

一般来说，它是由使用不正确的技术（长弧长或高焊接速度）、使用未充分清洁的母材或湿焊条引起的。

簇状孔隙有时出现在拱门的开合处。在开始焊接操作后，采用小回程焊道的焊接技术允许焊工在焊道开始时重新熔化该区域，释放其气体，从而避免这种类型的不连续性。蠕虫状孔隙通常是由使用湿电极引起的。

夹杂物

它们是由电极处理不当和道次之间的清洁不良引起的。这是一个可以预见的问题，在设计不充分的情况下进入待焊接的接头或什至具有小斜角。

缺乏融合

焊接技术不当造成的结果：焊接速度过快、接头或材料准备不足、电流过低。

缺乏渗透

焊接技术不当造成的结果；快速焊接、接头或材料准备不当、电流过低和电极直径过大。

凹度和重叠

它们是由于焊工的错误（马虎）造成的。

喉咙裂缝和根裂缝

当它们出现时，它们要求避免改变焊接技术或改变材料。

层间裂纹

这种不连续性不属于焊工故障。当基体金属不承受由焊缝收缩产生的高张力时，就会发生这种情况，在厚度方向上以阶梯形式出现裂纹，位于平行于轧制方向的平面上。

仅供参考，一些工程师指定了“Z”拉伸试验来评估这种材料对这种开裂的抵抗力。

边缘裂缝和珠下裂缝

正如我们将看到的，这些是由于冷裂纹而产生的裂纹。它们发生在焊接完成后的一段时间，因此在焊接操作后立即进行的检查可能无法检测到。它们通常在氢气被困在焊料中时发生。

作为氢源的一个例子，我们可以提到：高空气湿度、潮湿的电极、肮脏的表面。

这种氢与脆弱的微观结构和足够高的残余应力相结合，导致了这些类型的裂纹的出现。

咬边（类似于咬）

高安培数（电流），非常热的部分。

环境和个人保护条件

焊接不得在有风雨的情况下进行，除非要焊接的接头得到适当的保护。

除了投影和有害气体外，电弧还会发出可见光和紫外线辐射。由于这些原因，焊工必须得到适当的保护，使用过滤器、手套、防护服、安全玻璃，并在通风良好的地方进行焊接。

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引文

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Luz, Gelson. 什么是屏蔽金属电弧焊 (SMAW)？. 材料博客。 Gelson Luz.com。 dd mm yyyy。 网址。

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