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焊接电流I、电弧电压U和焊速Vw是决定焊缝成形主要能量参数，生产中常把这三个参数定为自动电弧焊的规范参数。除此之外，电极直径和焊丝干伸长、电极（焊丝）倾角、工件倾角、坡口形状和焊件板厚、电极种类和极性、保护条件、母材和焊丝成分及微量元素等都对焊缝成形有一定影响。
      焊接电流对焊缝成形有什么影响？
      其他条件不变时，增加焊接电流，焊缝熔深和增高都增加，而熔宽则几乎保持不变（或略有增加）。图为埋弧弧焊时的实验结果。这是因为：
   （1） 焊接电流增加时，电弧的热功率和电弧力都增加了，因此熔池体积和弧坑深度都不得随电流而增加了，实验证明，在焊丝直径，保护条件，熔滴过渡形式确定后，正常的电弧焊条件下，熔深总是几乎跟焊接电流成正比的。
   （2） 熔化极电弧焊中焊接电流增加时，焊丝熔化量也增加，因此焊缝增高也随之增加。钨极氩弧焊时，则无此影响。
   （3） 电流增加时，一方面是电弧截面略有增加，成为导致熔宽增加的因素；另一方面是电弧电压不变时，弧长略有缩短，电弧挺度增加和潜入熔池，使电弧斑点扫动范围缩小，成为导致熔宽减小的因素。因此，实际熔宽几乎保持不变。
      电弧电压对焊缝成形有什么影响？
      在其他条件不变时，电弧电压增大，焊缝熔宽显著增加而熔深和增高将略有减小。如图所示。这是因为电弧电压增加就意味着电弧长度的增加，使电弧斑点飘动范围扩大而导致熔宽增加。从能量角度来看，电弧电压增加所带来的电弧功率提高主要用于熔宽增加和弧柱的热量散失，电弧对熔池作用力因熔宽增加而分散了，故熔深和增高略有减小。
    由此可见，电弧焊接时，电流是决定熔深的主要因素，而电压则是影响熔宽的主要因素。必须要注意的是，为了保证电弧过程的稳定性，这两个参数都有一定的范围，并且是相互制约的。电流的范围将由焊丝或钨棒直径确定，而一定的电流要有足够的弧长，即要有一定的电弧电压，才能稳定电弧和有稳定的熔滴过渡过程。电压过高会造成气孔，这是不允许的。电流一定时，电压允许范围一般是不大的。另一方面，由于测量上的困难，通常所指电弧电压包括焊丝伸出长度电阻压降。即使是电弧工作在电弧静特性的平直部分，电流增加时，电弧电压也是要取大一些的。因此，实际电弧电压总是随焊接电流而确定的。
    焊接速度对焊缝成形有什么影响？
    焊速对熔深和熔宽均有明显影响，焊速较小时（例如单丝埋弧焊焊速小于）熔深随焊速增加略有增加，熔宽减小。但焊速达到一定数值以后，熔深和熔宽都随焊速增大而明显减小 ，如图所示。焊速的这种影响也可以从电弧的热和力作用两方面来加以解释。
    ⑴焊速较小时，电弧力的作用方向几乎是垂直向下的，随着焊速增大，弧柱后倾有利熔池液体金属在电弧力作用下向尾部流动，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加。
    ⑵焊速增加时，从焊缝的热输入和热传导角度来看，焊缝的熔深和熔宽都要减小。
    以上两方面因素综合的结果，低焊速时前者起主导作用，熔深随焊速增加而略有增加。当焊速超过一定值时，后者起主导作用，熔深就随焊速增加而减小。熔宽及增高则总是随焊速增加而减小的。
    从焊接生产率角度来考虑，焊速是愈快愈好，因此焊速减慢熔深降低的这一段区间是没有实际意义的。当焊件熔深要求确定时，为提高焊速，就得进一步提高焊接电流和电弧电压，即意味着电弧功率提高，因此，焊接电流和焊速的选取就要考虑综合经济效果。此外，下面还会看到，简单的提高功率来提高焊速是有限制的。
    电极直径和焊丝干伸长对焊缝成形有什么影响？
    共他条件不变时，减小电极（焊丝）直径不仅使电弧截面减小，电流和功率密度提高，而且减小了电弧斑点飘动范围，因此熔深增加而熔宽减小。
    焊丝干伸长对焊缝成形，特别是焊缝增高有很大影响。焊丝干伸长增加时，电阻热增加使焊丝熔化加快，增高增加，熔合比减小，而熔深略有下降，焊丝直径愈小或材料电阻率愈大时，这种影响愈明显。对于结构钢焊丝来讲，直径为5mm以上的粗焊丝，焊丝的干伸长在60mm-150mm范围内变动时，实际上可忽略其影响。但焊丝直径小于3mm时，焊丝干伸长波动范围超过±（5~10）mm时，就可能对焊缝成形产生明显影响。不锈钢焊丝的电阻率很大，这种影响就更大。因此，对细焊丝，特别是不锈钢熔化极电弧焊时，必须注意控制焊丝干伸长度和稳定。
    电极（焊丝）倾角大小对焊缝成形有什么影响？
    焊丝前倾时如图所示，电弧力对熔池液体金属后排作用减弱，熔池底部液体金属层增厚，阻碍了电弧对熔池底部母材的加热，故熔深减小。同时，电弧对熔池前部未熔化母材预热作用加强，因此熔宽增加，增高减小，前倾角度愈小，这一影响愈明显。
    焊丝后倾时，情况与上述相反。
    工件倾角对焊缝成形有什么影响？
    工件倾斜时，焊缝成形可因焊接方向不同而有明显不同。当进行上坡焊时，如图所示，熔池液体金属在重力和电弧力作用下流向熔池尾部，电弧能深入的加热熔池底部的金属，因而使熔深和增高都增加。同时，熔池前部加热作用减弱，电弧斑点飘动范围减小，熔宽减小。上坡角度愈大，影响也愈明显。上坡角度时，焊缝就会因增高过大，两侧出现咬边而明显恶化，因此在自动电弧焊中，实际上总是尽量避免采用上坡焊方法的。
    下坡焊时情况与上述相反，即熔深和增高略有减少，而熔宽将略有增加。因此倾角的下坡焊可使焊缝表面成形得到改善，如果倾角过大，会导致未焊透和焊缝流溢等缺陷。
    坡口形状和焊件板厚对焊缝成形有什么影响？
    在其他条件相同时，坡口形状不同也会影响焊缝成形。增加坡深度和宽度时，熔深略有增加，熔宽略有减少，增高和焊缝熔合比显著减小，如图。因此，开坡口通常是控制增高和高速焊缝的熔合比最好的方法。
    焊件的厚度和散热条件也对焊缝成形产生一定的影响。当熔深＜（0.7mm~0.8mm）时，板厚及其散热情况的影响可以略去不计。当厚度较大时，熔深可因熔池底部散热条件突变而发生明显变化。
    电流种类和极性对焊缝成形有什么影响？
    电流种类（直流或交流）和极性不同时，熔池处于电弧的阳极或阴极，或交变着极性，熔池温度及熔池形状有明显差别。
    ⑴钨极氩弧焊时，直流正极性的熔深最大，直流反极性时熔深最小。交流介于两者之间。
    ⑵熔化极电弧焊，直流反极性时熔深、熔宽均要比直流正极性大。如果采用交流电（例如埋弧焊）焊接时，则介于两者之间。

1．水平固定管的手工电弧焊
　　1．1水平固定管常用的焊接万法
　　金属管的焊接方法多种多样，一般在生产实际中．大直径管采用熔焊法，如：埋弧焊，c02气保焊等；中，小直径管大多采用气焊，手工电弧焊、氩弧焊、等离子弧焊，摩擦焊、电阻焊等。
　　1．2于工电弧焊特点
　　手工电弧焊的生产率较低，但它的适用性强的特点仍然是其他焊接方法无法被取代的，是焊接各种金属管的重要方法之一，它的主要特点是：维持电弧放电的电压较低，一般为10V～50V，焊接电流大，从几十到上千安；同时设备简单，操作灵活简便，保证焊接质量主要取决于弧焊电源、焊条质量、操作者技术熟练程度和工艺施工方法。
2、水平固定管的手工电弧焊操作技术
2．1水平固定管对接操作技术要点
　　水平固定管包括仰、立、平所有空间的焊接，是难度较大的操作技术，对中、小直径钢管的焊接，固环缝不能两面施焊．所以必须从工艺上保证第一层焊透．即要单面焊双面成型，由于焊接位置的不断的变化，运条角度和操作者站立的高度必须适应变化的需要，同时在焊接电流不能改变的情况下，主要靠焊工摆动焊条来控制热量，以达到均匀熔化目的。
2．2焊接工艺参数的选用
　　管子施焊前应将坡口两侧50rnm宽表面上的油污，铁锈等清理干净，管子装配时的“Y’形坡口面角度为30—25度，钝边为1．2—2mm c，间隙为1．2—2mrl，，采用灭弧法焊接，焊接工艺参数见表1—1
表1一1
焊条种类  层  次       焊条直径(mm)   焊接电流(A)  电弧电压 (V)  焊速 (cm/min)
E4303     第一层          3．2          90～140      21～30        10～30
          中间层          3．2          100～160     24～34        lO～30
          外  层          4．0          130～220     21～37        10～35
          盖  面          4．0          130～220     21～37        10～35
2．3焊缝缺陷分布
　　由于焊接位置沿圆形连续变化，这就要求施焊者站立的角度和运条的角度必须适应焊接位置的变化的需要焊接时，为了控制熔池的温度和形状，除了采用灭弧法焊接技术外，主要靠摆动焊条来控制热量，要求焊工有较高的技术。由于溶池的温度和形状不易控制，根部焊缝易出现焊不透，焊瘤及塌腰等缺陷常出现缺陷的部位：部位1、4易出现多种缺陷，部位2易出现塌腰和气孔部位3易出现焊瘤。
2．4定位焊
　　定位焊焊接应随管径的不同而选定位点数，当营径D≤5lITkrn时，选一点，51≤D≤133ram，时选两点，D≥133mm时，选3～4点；定位焊焊缝长度一般为10～30mm，高度适中，太低易开裂，太高会给第一层焊道带来困难，定位焊电流选择要比正式焊接电流大些，使起弧处有足够的温度，防止粘合，收弧时，一定要填满弧坑。定位焊点易产生缺陷，如发现缺陷必须铲除重焊，熔渣与飞溅也要清除，旦尽量将定位焊的焊肉两端修成坡形，以便正式焊接时，易保证焊缝质量。
2．5、焊接
　　一般称第一层为打底焊，其余称为中间层焊道，最后一层称为盖面焊道．通常中、小管焊接时，以截面中心垂直线为界面分成两部分，先焊的一半叫前半周，后焊的一半叫后半周，施焊时按仰，立、平焊位置顺序由下向上进行，即在仰焊位置起焊，在平焊位置收尾，形成两个接头，打低焊实现单面焊双面成型。
2．5．1、第一层焊缝的焊接
　　第一层焊缝的焊接是决定焊接质量的关键，一毁采用稍作摆动的直线运条法。第一层打底焊．根据管径大小的不同．可在仰焊位置中心线前10～20mml(起一1)的坡口一边引弧。应汪意避免在坡口或对口中心引弧，以避免造成缺陷。引燃电弧后，用长弧把焊缝根部预热2—3秒，接着马上压低电弧，托住铁水并用电弧击穿焊缝根部，若过程正常，则向上连续焊接，若出现熔孔，则可用一字形往复运条法将熔孔堵好后，再继续向上焊。当运条到定位焊缝时，必须用电弧击穿根部间隙，使之充分熔合，在焊接过程中，从下往上焊位置不断变化，因此．焊条角度也必须相应改变，以上为前半部分的焊接；后半部分焊缝焊接的操作方法与前半部分相似，但上下接头一定要接好，仰焊接头时，应把先焊的焊缝端头用电弧割去一部分(5—10mm)，这样既可把可能存在的缺陷去除，又可以形成缓坡形割缝，对焊接有力，接头处焊接时要使原焊缝充分熔化，并使之形成熔孔，以保证根部焊透，平焊接头时，应压低电弧，焊条前后摆动，推开熔渣，并击穿根部以保证焊透，熄弧前添满弧坑。
2．5．2、中间层的焊接
　　除去第一层与最外层，其余都称为中间层，一般壁厚大于6mm时才有中间层，中间层的焊接相对比较容易，但工艺参数选择不当也会出现气孔、夹渣、层间未焊透等缺陷。中间层焊波较宽，一般采用月牙形或锯齿形运条进行连续焊接，在坡口两侧应稍作停留，焊角角度也要相应有所变化。
2．5．3、外层的焊接
　　外层焊缝应根据设计要求焊一定的焊缝增高量，焊缝外表应均匀美观，沿圆周基本一致。一般采用月牙运条法，摆动要慢而稳，坡口两侧要有足够的停留时间，当坡口较宽时，可采用多道焊，应先焊坡口两侧，后焊中间。
2．5．4、盖面
　　盖面焊接又称加强面焊接，它不但要使焊缝外表美观，实质上也反映了其内部质量，盖面时，可采用月牙运条，摆动要慢而稳，使焊波均匀美观。一般每边宽度要比坡口增宽1．5mm左右。余高一般仰焊部位0．5—3mm，其它部位为0．5—2．5mm，严重的咬边(、深度．大于0．5ram)，余高过高或不足，以及过度陡急等均不允许。

    焊接工艺随着当今科学技术的发展而不断提高，在管道焊接中自保护药芯焊丝半自动焊的出现与发展就是对传统手工电弧焊的一次技术性革命。随着苏丹工程、涩宁兰工程、兰成渝工程、西气东输等国内外重大工程的建设，半自动焊以其速度快、操作方便、合格率高、成型美观、适应环境能力强等诸多优势逐渐取代了传统的手工电弧焊，成为了长输管道施工焊接工艺的主流。
　　半自动焊是一种先进的焊接工艺，但对于一些缺乏经验的焊工来说，常会因为控制不好熔池温度而产生各种焊接缺陷。下面就介绍一种能够有效控制熔池温度的焊接方法——断弧焊。
　　一、半自动焊常出现的焊接缺陷
　　1.管道环焊缝平焊、仰焊两处位置经常是在进行热焊时由于熔池温度过高，焊道熔深增大，且因受重力作用，铁水下滴，造成焊道烧穿或在仰焊位置形成根焊内凹。
　　2.根焊道经过打磨清理后，存在着薄厚不均的情况。由于半自动焊熔池温度高、熔深大，在根焊道较薄的位置如果仍然采用常规的方法进行焊接，极有可能将根焊金属全部熔化而出现烧穿现象。
　　3.在盖面焊仰焊位置，当熔池温度过高，焊接时铁水因自重易下坠滴落，不易控制熔池形状和大小，从而造成焊道外观成型超高、过窄、咬肉等缺陷。
　　二、断弧焊的基本原理及焊接方法
　　1.基本原理：虽然上述出现的焊接缺陷各异，但产生各种缺陷的原因却都有一个共同之处：熔池温度过高。因此断弧焊的基本原理就在于当焊接中熔池温度过高时利用断弧方式使熔池短暂的冷却，然后再继续焊接，从而将熔池温度控制在较为合适的范围内。
　　2.焊接方法：按照正常运条角度起弧，形成熔池后也按常规运条方法运条，然后立即断弧(一步一断法)或向前形成几个焊波后断弧(几步一断法)，断弧后熔池稍一冷却迅速起弧，形成下一个熔池，再断弧、起弧……如此反复进行。(焊接时具体采用“一步一断”还是“几步一断”应根据熔池温度合理选择)
　　三、断弧焊的应用及操作要领
　　1.当管道环焊缝在平焊、仰焊位置及根焊打磨较薄处进行热焊时，发现熔池温度过高(熔池增大)即可采用断弧焊进行焊接过渡直至离开危险区域。这样即可有效避免烧穿及内凹现象的发生。
　　2.当进行盖面焊仰焊位置焊接时，起弧形成熔池后，迅速横向摆动将铁水摊开形成片状，使金属与两侧坡口母材熔合良好，然后断弧、起弧、断弧……直至完成仰焊位置的盖面焊。采用断弧焊，可使盖面仰焊位置外观成型平滑、宽窄一致，同时也避免了咬肉现象的产生。
　　3.断弧焊的操作要领：断弧与起弧间隔时间极其短暂(不超过1秒钟)，因此动作一定要迅速，如果熔池冷却时间过长(熔池呈暗红色)，再起弧，焊道极有可能产生夹渣。另外，两焊波间距不易过大，要使相邻两焊波相叠，形成密鳞片状，否则会使焊波脱节，外观成型不够美观。
　　四、断弧焊方法的改进
　　断弧焊虽然简单易学且可以避免多种缺陷的产生，但因其是断续焊接，焊接速度相对较慢。为提高焊接速度，有必要在断弧焊焊接技术的基础上根据断弧焊的基本原理(短暂冷却温度过高的熔池，有效控制熔池温度)对断弧焊进行改进：当熔池温度过高时，将焊条迅速纵向向未焊方向(在坡口内，不要摆出坡口伤及母材)摆出(不断弧)，然后迅速摆回继续正常焊接，这样即达到了冷却熔池的目的又使焊接连续，既保证了焊接质量，又提高了焊接速度。
　　在长输管道半自动焊接中，如果能够熟练掌握上述焊接方法并合理加以运用，就能够达到控制熔池温度，保证焊接质量的目的。

课题：       水平固定管焊接

教学目的：通过水平固定管焊接实习，使学生掌握水平固定管单面焊双面成形的焊接方法及要领，焊缝成形达到基本要求。
教学重点：1、定位焊及起焊处。
2、仰焊及反接头。
教学难点：打底及盖面仰焊处。
教学内容：水平固定管的打底、盖面
一、水平固定管的特点
由于焊缝是环形的，在焊接过程中需经过仰焊、立焊、平焊等几种位置，因此焊条角度变化较大，应注意每个位置的操作要领。
二、焊前准备
1、  ø108×5㎜管子一对；焊条：E4303，ø2.5㎜
2、  组对：坡口角度60～65°；钝边1㎜；间隙3.5㎜；定位焊为两点，长度为15㎜，厚度为3㎜，方向相对。
三、  操作姿势（如图一所示）

1、站位：  
1）侧身位：  即人站在焊缝的左侧进行施焊。
2）正位：  即人站在焊缝的正中心施焊。
2、握焊钳：
1）正握法，通常站位为侧身。
2）反握法，通常站位为正位。

四、  操作要领
水平固定管焊接通常从管子底部的仰焊位置开始，分两半部分焊接，先焊的一半叫前半部，后焊的一半叫后半部。

1、打底层焊接：采用断弧法，要求单面焊双面成形，焊接电流为60～70A，焊条角度如下图二所示。

1）前半部焊接：
仰焊位：首先从底部偏左10㎜处采用直击法引弧，然后拉长电弧预热1～2秒后迅速压低电弧使其在坡口内壁燃烧，这时在坡口两侧各形成一个焊点，再使两个焊点充分熔合到一起后熄弧，形成一个完整的熔池。这时在坡口两侧可看到一个熔孔，等到熔池颜色开始由亮变暗时再接弧，下次接弧要将电弧完全伸至管内壁使电弧在壁内燃烧，每次接弧的覆盖量只能压住原熔池的1/3左右，不能压得太多，否则不易焊透、背面产生内凹，接弧位置要准确，短弧操作。每次引弧要听到管内有“噗、噗”的响声后再熄弧，熄弧时采用向上挑弧，动作要果断、利索。更换焊条前收弧时要注意填满弧坑，以免产生冷缩孔。  
顺接头：接头时动作要迅速，在弧坑前方坡口处引弧并拉长电弧预热后，迅速压低电弧运条至接头处往上顶送焊条，使焊条端头和管内壁平齐，并稍作停顿一下后熄弧，再转入正常焊接。
仰焊位→立焊位：焊接到此位置时，焊条的伸入量约是管壁的2/3左右，焊条的角度要随时调整。
反接头：当焊接到离定位焊反接头处还有4㎜时，焊条作圆圈摆动后往里压一下电弧，听到击穿后，使焊条在接头处稍作摆动，填满弧坑后熄弧。
立焊位→平焊位：当焊接到此位置时，焊条不能伸入太多，大约是管壁的1/3左右，并要注意观察熔池的温度，避免产生焊瘤，并且焊过中心线10㎜左右，收弧时要填满弧坑。
2）后半部焊接：焊前首先要彻底清除仰焊接头处的缺陷，可用电弧或角向磨光机将接头处铲成缓坡形状，这样便于接头。焊接时在仰焊反接头偏后10㎜处引弧，预热2～3秒后迅速压低电弧，随后马上将焊条往上顶，使其在壁内燃烧，形成完整的熔池后再熄弧，如此反复。其余方法同前半部一致，当焊接到平焊位置封口时，采用划圆圈法往里轻压一下电弧，听到击穿声后，使焊条在接头处稍作摆动，填满弧坑后熄灭弧。
2、填充层焊接：当打底层厚度较溥时，需要填充，填充层电流可加大5～10A左右，运条方法为锯齿形，运条时在坡口两侧稍作停留，填充层要求平整，厚度为平于或低于母材0.5㎜为宜，特别要注意平焊位置不能太低，给盖面焊接带来困难。
3、盖面层焊接：电流和焊条角度同打底层一致，焊接顺序同打底时相反，即先焊后半部，再焊前半部。首先在底部中心线偏右10㎜处引弧，拉长电弧预热2～3秒后迅速压短电弧形成熔池，待熔池形成后再向前运条，运条时采用短弧在坡口两侧稍作停留。当运条至仰焊爬坡处时要加快运条速度，仔细观察熔池的形状，温度太高时，可采用反月牙形运条，焊至平焊位置时，焊条可垂直摆动，并焊过中心线10㎜左右为宜。仰焊反接头时要彻底清除起焊处的缺陷，并铲成缓坡状，焊接方法同前半部一致。

水平固定管缺陷产生原因及防止措施
一、夹渣：常产生于定位焊、仰焊位置的打底及盖面层。
原因：⑴、电流太小。
⑵、仰焊打底间隙太小。
⑶、操作方法不正确，如：焊接速度太快。
措施：⑴、适当加大电流。
⑵、增大仰焊打底时的间隙，通常以3.5㎜左右为宜。
⑶、定们焊及起焊时要使其充分熔合良好后再熄弧。仰焊位置反接头要彻底清除熔渣并修成缓坡状，接头时使其充分熔合后再移动焊条。
二、未熔合（内凹）：常产生于仰焊及仰焊爬坡处打底焊。
原因：⑴、电流太小。
⑵、间隙太小。
⑶、操作方法不正确。
措施：⑴、适当加大电流。
⑵、增大间隙至3.5㎜左右。
⑶、仰焊及仰焊爬坡焊，焊条要伸至管内壁，使电弧完全在管内壁燃烧，引弧位置准确，并使坡口钝边完全熔化。
三、焊瘤：常产生于平焊位置的打底及仰焊位置的盖面。
原因：⑴、电流太大。
⑵、间隙太大。
⑶、操作方法不正确。
措施：⑴、减小电流及间隙。
⑵、加快焊接速度，仔细观察熔池的温度变化。
四、咬边：常产生于仰焊及仰焊爬坡处盖面。
原因：⑴、电流太大。
⑵、操作方法不正确。
措施：⑴、减小电流。
⑵、压短电弧，在坡口两侧要稍作停留。