一、 手工电弧焊基本原理和安全特点

手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热将焊条和工件加热熔化而进行的焊接。这种焊接方法可在室内、野外、高空等各种场合下进行。它的设备简单，容易维护，焊钳小，使用灵活，广泛适应于各种黑色金属和有色金属的焊接。

手工电弧焊的主回路如图1所示。



图1 手工电弧焊主回路示意图

1―电焊机 2―软电缆 3―焊钳 4―焊条 5―电弧 6―工件 7―地线

（一） 焊接电弧的性质

焊接电弧是在加有一定电压的电极和焊件之间产生的一种长时间而有力的气体放电现象。电焊条和焊件就是电极，产生电弧的操作称引弧。通常是采用接触引弧，即先将电焊条与工件接触，然后迅速分离1~3mm，电流通过接触点产生很大的电阻热，此时在高温和电场发射等的作用下，促使两极间的气体发生剧烈电离，而形成电弧。电弧引燃后，弧柱中充满高温电离气体，发出大量的热。其发热量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。电弧的各部位产生的热量不同，因而各部位的温度也不同，弧柱中心温度最高可达6000℃以上，两电极的温度可达2100~2300℃。焊接就是利用这些热量加热和熔化金属。

开始引弧时，为加强气体的电离作用，电极间必须有较高的电压，以便传递具有较大动能的电子，这个电压称为空载电压，直流电焊机一般为55~90V，交流电焊机60~80V。当气隙正常地受热被电离时，所需电压就可低一些。为使电弧保持连续而稳定，两极间的电压也要保持一定，一般为16~35V，这个电压称为工作电压。

（二） 焊接设备

手工电弧焊的设备包括电源及控制、调节机构。

1． 电源 供给电弧焊的电源可以是直流的，也可以是交流的。为了引燃电弧和保持电弧稳定，保证正常地焊接，电源必须满足以下基本要求：

（1） 空载电压值应保证顺利地引燃电弧。

（2） 焊接电流应可调，以满足焊接不同材料、厚度的工件所需要电流的大小。

（3） 保证工作安全。

2． 常用的电焊电源

（1） 交流电焊机 它也叫交流电焊变压器。它的优点是结构简单，成本低，效率高，维护方便，应用广泛。图2所示是目前使用最广泛的一种BX1-330型交流电焊机。它是一个结构特殊的降压变压器。它可将电网380V或220V的电压变为空载电压60~70V，工作电压30V，电流调节范围为50~450A。变压器的次级线圈分为图中2、3两部位，2绕在初级线圈的外部，起建立电压的作用，3绕在铁芯的另一侧，相当于电感线圈，焊接时靠它获得较高的空载电压和较低的工作电压。电流的调节分粗调和细调两档。粗调是改变次级绕组的匝数；细调是通过移动图中铁饼4，改变漏磁而实现。这类电焊机的缺点是：消耗材料较多，体积大而且重，焊接时活动铁芯有震动，同时，电流有波动。



图2 BX1-330型交流电焊机

a） 外形图 b）线路图 1―初级绕组 2、3―次级绕组 4―动铁芯 5―静铁芯 6―接线片

（2） 旋转式直流电弧机 如图3所示，是常用的AX-320型旋转式直流电焊机。它是由一个三相电动机和一个结构特殊的直流发电机组成。由交流电路供电，使电动机拖动发电机电枢旋转发出直流电，供焊接使用。这种直流焊接发电机按其结构特点分为裂极式和差复极式及极间去磁式等形式。它是利用磁通和电枢反应的相互作用，获得下降式的外特性，使电焊电流可在较大范围内均匀调节，以满足焊接工艺的要求。



图3 AX-320型旋转式直流电焊机

a）外形图 b）原理图

这种电焊机的主要优点是：电弧稳定性较高，触电危险性小。

（3） 硅整流式直流电焊机 这种电焊机分为单相和三相两大类。按其构造特点又分为磁饱和电抗器式、动圈式和可控硅整流式等。与旋转式直流电焊机比较，它的优点是：噪声小，空载损耗小，效率高，耗料少，成本低，容易制造和维修等。

单相硅整流式直流电焊机原理，如图4所示。它由交流变压器和单相桥式硅整流线路组成。其中1是焊接变压器；2是电抗器，通过它可以得到下降外特性，并可调节电流；3是硅整流器，其中R是电阻，C是电容，通过它整流，可以把交流电变为直流电，供焊接使用；4是滤波电感，是一个串联在焊接回路内的有间隙的铁芯式电抗器，可以进一步减小输出电流的脉动程度，保证焊接电弧的稳定燃烧。此外，电焊机上还有通风装置，可使硅整流组和焊机线圈得到良好的通风冷却，以避免过热而损坏。



图4 单相硅整流下直流电焊机线路图

1―焊接变压器 2―电抗器 3―硅整流 4―滤波电感

目前使用的硅整流式直流电焊机大都是三相整流式的，这类焊机供给的电流更平直稳定。

所有电焊设备铭牌中都标有“额定暂载率”和“额定焊接电流”，这是保证电焊机安全使用的重要参数。“暂载率”是表示电焊机连续工作的参数，它是指在5min时间内焊接工作时间所占的比值，用百分数表示。如“暂载率”为60%，就是在5min内，焊接工作时间不超过3min。

“额定焊接电流”是在额定暂载率时所允许电流值，它大于连续使用情况下的许用电流。

在选择电焊机时，首先考虑电压种类，而后考虑电流大小及各类电焊机的性能特点。

（三） 电焊条

目前广泛应用的电焊条是一根外表涂有药皮的钢丝。钢丝的作用：一是传导电流，产生电弧；二是本身熔化形成焊缝中的填充金属。

焊条药皮的作用是提高电弧燃烧的稳定性，保护焊接熔池，使焊缝金属脱氧、去硫、去磷，改善焊接工艺性能等。目前国产焊条根据熔化后渣的酸碱性分为两类：

1． 酸性焊条 药皮中主要含有氧化铁、氧化锰、氧化钛等，它们对金属的氧化性较强。这种涂料对铁锈、油脂及水分的敏感性不大。

2． 碱性焊条 药皮中含有较多的大理石、萤石，并有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂。这种药皮有足够的脱氧性。

碱性焊条与酸性焊条相比，保护气体中含氢很少，因此又称为低氢型焊条，主要用于重要结构的焊接。

各种型号焊接的药皮成分之间变化较大，综合起来构成药皮的矿产化工原料和金属元素主要有大理石（CaCO＜sub＞3＜sub＞）、石英（SiO＜sub＞2＜sub＞）、钛白粉（TiO＜sub＞2＜sub＞）、锰铁（FaMn）、硅铁（FeSi）、纯碱（Na＜sub＞2＜sub＞CO＜sub＞3＜sub＞）、萤石（CaF＜sub＞2＜sub＞）以及水玻璃等。焊接时各种金属元素蒸发氧化，产生出各种有害物质，如三氧化二铁、氧化锰、二氧化硅、氟化钠、氟化钙、氧化铬和氧化镍等。

（四） 手工电弧焊的不安全因素

1． 有触电的危险 手工电弧焊操作者接触电的机会较多。电源是接在220V或380V的电路上，电焊机空载电压一般为60~90V左右；如果电焊设施的导线裸露、电线的绝缘损坏，电焊设备外壳就会带电；若变压器的绝缘损坏，二次线圈带电，则电焊钳、电焊条等部位都有危险因素，有发生触电事故的可能性。尤其在金属容器或管道里施焊，触电的危险性更大。

2． 有毒气体、粉尘危害 焊接电弧温度高，在高温作用下焊丝和药皮产生气体和烟尘，有毒害的气体和烟尘有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物及铝、锌、铜的氧化物等。如果通风不良，焊工接触时间长，身体就会受危害，引起职业病，特别是在管道、容器里作业危害更大。

3． 射线辐射危害 电焊弧光中有紫外线、红外线等射线，焊工长期受辐射作用，会引起眼睛和皮肤疾病。

4． 有发生火灾、爆炸的危险 在焊接过程中，电焊机和供电线路有毛病；作业场所有易燃易爆物品；燃料容器、管道补焊时防爆措施不当等。都可能发生火灾或爆炸事故。

二、 焊接安全用电

（一） 焊接触电的原因

1． 人体碰到带电的接线头、接线柱、极板、导线及绝缘失效的电线而触电。

2． 在更换焊条时，人体接触焊钳带电部分，而脚和其它部位以地在或金属结构之间绝缘不好。在金属容器、管道或金属结构上雨天潮湿的地方焊接时，容易发生这类触电事故。

3． 电焊变压器的一次绕组对二次绕组之间的绝缘损坏时，人体碰到二次线路的裸导体就会发生触电事故。

4． 电焊设备的罩壳漏电，人体碰触外壳而触电。

电焊设备罩壳漏电的原因：

1） 线圈受潮或雨淋使绝缘损坏而漏电。

2） 电焊机长期超负荷使用或内部短路发热使绝缘降低而漏电。

3） 电焊设备安装地点和安装方法不符合安全要求，受到振动、碰击而使线圈和引线的绝缘受机械性损伤，而且这些导线与铁芯、罩壳相联造成漏电。

4） 工作场所管理混乱，铁丝、铜丝等小金属物把带电体与不带电体联通，人体接触而触电。

5． 由于利用厂房的金属结构、管道、轨道或其它金属物体搭接作为焊接回路而发生触电事故。

（二） 防止焊接触电事故的措施

防止焊接触电事故的安全措施，主要是采用绝缘、屏护、间隔、自动断电及个人防护等。

1． 绝缘 它是保证电焊设备正常工作的必要条件，也是防止触电事故的重要措施。电焊设备和线路的绝缘必须与所采用电压等级相适应，还要防止周围环境和运行条件损坏绝缘。电工绝缘材料的电阻系数一般在10＜sup＞9＜sup＞Ω·cm以上。

2． 屏护 它是在电焊设备、线路的带电部分，如果不便于绝缘或绝缘不足以保证安全时采取的措施。主要是用遮栏、护罩、护盖、箱匣等。

3． 间隔 它是使电焊设备、线路等带电体与人体或其它设备与带电体保持一定距离，防止发生触电事故。

4． 电焊机的安全自动断电装置和加强个人防护等，也都是防止人体触及带电体的重要安全措施。

5． 接地、接零 为了防止电焊操作时人体接触意外带电体而发生事故，一般可以采用保护接地或保护接零安全措施。

所谓意外带电体，是指与电器设备有连接的导体，正常时是与带电部体绝缘的，由于绝缘破坏或其他原因而带电者，如电焊机外壳等。

下面介绍几种具体安全措施。

（1） 焊接电源的安全措施 为了防止电焊设备因漏电而造成触电事故，所有电焊机及其它焊接设备的外壳都必须接地。在三相三线制或单相制电源，应安