第2章 常用焊接设备及工具
2.1 焊条电弧焊设备及工具
焊条电弧焊（俗称手工电弧焊、手弧焊等）的焊接设备主要是由电弧焊机及一些焊接工具等组成。
1.焊条电弧焊的设备
电弧焊机（简称电焊机）是焊条电弧焊用的主要设备，按焊接电源的不同，分为直流弧焊机（简称直流焊机）和交流弧焊机（简称交流焊机）两大类；按供给的焊头数，可分为单头焊机和多头焊机；按焊机结构的不同，又可分为旋转式直流焊机、交流焊机、硅整流焊机等。
（1）常用的电焊机 目前，使用最广泛的电焊机主要有以下类型：
1）直流弧焊机。直流弧焊机有旋转式和整流式两种形式。直流弧焊机具有引弧容易、电弧稳定、穿透力强、飞溅少等优点。旋转式直流弧焊机由焊接发电机和三相感应电动机组成。感应电动机以电能作为动力，驱动焊接发电机，获得焊接电流。整流式弧焊机由于没有旋转部分，因而还具有噪声小、空载能耗小、效率高、成本低、制造和维护容易等优点，故应用广泛。整流式弧焊机按其调节装置作用原理不同可分为硅整流式弧焊机、晶闸管整流式弧焊机等。
硅整流式弧焊机由焊接变压器、整流器和转换开关等组成。焊接时，通过焊接变压器将高压交流电变为焊接所需的低压电，再利用硅整流器将交流电变为供焊接用的直流电。例如：ZXG1-250和ZXG1-400型弧焊机都属于动圈式硅整流式弧焊机，电焊机型号末尾的数字250及400分别表示该型号焊机的额定焊接电流为250A及400A。该类焊机的焊接电流调节分粗调和细调。粗调可旋转转换开关，通过改变焊接变压器一次、二次绕组的串、并联来实现；细调可借助于手柄，通过旋转螺杆带动二次绕组上下移动，以改变焊接变压器一次、二次绕组耦合间距来改变焊接电流的大小。
晶闸管整流式弧焊机主要由焊接变压器、晶闸管整流器、控制和调节系统等组成。晶闸管整流式弧焊机是利用晶闸管的整流特点来获得弧焊机所需要的外特性的，它具有网络补偿效果良好、外特性及动特性容易控制、电弧稳定、噪声小、空载损耗小、体积小、重量轻、成本低、功率因数高、省电，以及调节性能好和便于实现自动化焊接的优点，所以目前得到了越来越普遍的使用。图2-1所示为ZX5-400型晶闸管整流式弧焊机的外形图，型号中末尾的数字400表示该焊机的额定焊接电流为400A。使用时先按下起动按钮，待其正常运行后，旋转电位调节旋钮，将焊接电流调至所需要的数值，即可用于正常的焊接。
2）交流弧焊机。交流弧焊机是一种具有陡降外特性的降压变压器。采用交流电焊接虽然电弧稳定性差，但由于交流弧焊机具有结构简单、制造方便、成本低廉、使用可靠和维修方便等优点，因而应用广泛，成为了焊接低碳钢焊件最常用的焊接设备。由于交流弧焊机所得到的焊接电流是交流电，因而其输出端无正、负极之分，焊接时不会产生磁偏吹，但交流弧焊机不能用于药皮类型为低氢钠型、高纤维素钠型等焊条的焊接。
交流弧焊机的型号较多，BX1-330型交流弧焊机是常用的焊机之一。图2-2a所示为其外形结构，图2-2b所示为其结构原理图。它是一种有三只铁心柱的单相漏磁式降压变压器，其额定焊接电流为330A，中间为可动铁心，两边为固定铁心，其中一边绕有一次绕组。二次绕组分为两部分，一部分绕在一次绕组外面，另一部分兼作电抗线圈，绕在另一侧固定铁心柱上，并且可以调节线圈的圈数。弧焊机上装有接线板，可对电流进行粗调节，转动手柄可以使中间可动铁心前后移动，对电流进行细调节。
图2-1 ZX5-400型晶闸管整流式弧焊机
图2-2 BX1-330型交流弧焊机
a）外形结构 1—焊接电缆连接螺钉 2—接线柱（粗调电流） 3—调节手柄（细调电流） 4—接地螺钉 b）结构原理图 1—焊钳 2—工件 3—接线板 4—固定铁心 5—二次绕组 6—可动铁心 7—一次绕组
BX6-120型交流弧焊机属于交换抽头式弧焊机，外形尺寸较小，质量轻，易搬运，适用于流动性较大的焊接或维修工作。但该弧焊机的额定负载持续率为20%，如果连续长时间使用，为保护弧焊机不因过热而损坏，热继电器会自动切断电源使弧焊机停止工作，待其冷却后再自动恢复。该弧焊机的焊接电流调节分为9档，其调节是通过特殊的旋转开关改变两个一次绕组的匝数分配而获得不同的焊接电流的。
（2）电焊机应具备的条件 直流电和交流电都可以作为焊接电源，但是焊接电源必须满足电弧及焊接过程特点所提出的要求。
1）容易引弧。引弧过程首先是将焊条与焊件接触，然后将焊条稍稍提起，此时焊条与焊件之间必须要有足够高的电压才能引燃电弧。因此，对焊机的第一个要求就是要有一定的空载电压。对直流电来说，引弧电压不应低于40V，交流电的引弧电压不应低于60V，但不得大于80V，以免使焊工发生危险。
2）焊接过程稳定。在焊接过程中，由于焊件的不平和焊条的抖动，电弧的长度是免不了要有变动的。弧长变动时，焊接电源的电流的改变应当很少，同时电焊机的电压必须与弧长的变动相适应，也就是在弧长伸长时，电焊机的电压应迅速提高。弧长缩短时，电焊机的电压应迅速下降，这样才能保证焊接过程的稳定进行。另外，在焊接过程中，由于焊条熔化的金属不断向焊件输送，经常会造成短路现象。为了不使电弧中断，从短路（焊条金属滴过渡是成串状连续的，焊条与焊件间被金属液串联时形成短路，电弧熄灭）到开路（焊条金属滴下落，焊条与焊件间造成空隙），电焊机的电压应当迅速升高，这样电弧才能很快地重新燃烧起来。电焊机从短路（电压为零）升到25V时，所需时间不应超过0.25s。
3）电焊机的短路电流不应太大，否则会造成电焊机过载，同时使液体金属飞溅增加，导致焊缝形状变坏，降低焊接质量。
4）为了适应焊接不同形体、大小和材质的焊件，电焊机应具有良好的调节电流的特性。
5）电焊机应具有足够的功率，以便能使用不同直径的焊条焊接不同厚度的工件。
（3）电焊机的使用维护 对电焊机的正确使用和合理维护，能保证电焊机的焊接性能稳定和延长其使用寿命。因此使用时应注意下列事项：
1）电焊机应放在通风良好、干燥的地方，不应靠近高温区，且放置要平稳。放在露天作业场所时，应防止雨、雪、尘埃的侵入。硅整流焊机要特别注意硅元件的保护和冷却，严禁在不通风的情况下进行焊接工作。
2）电焊机接入电网时，必须注意两者电压是否相符。
3）起动焊机时，焊钳和焊件不能接触，以防短路。
4）调节电流及极性接法时应在空载的情况下进行。
5）应按焊机的额定焊接电流来使用，严禁过载。
6）在焊接过程中，如偶有短路现象，时间不允许过长，特别是硅整流焊机，因其在短路时容易烧坏硅元件。
7）直流焊机的电刷和换向器应接触良好，当电刷磨损或损坏时，应及时更换。
8）接线柱处的电缆应接触良好，不许松动。焊机外壳应接地良好，以确保安全。
9）要定期清扫灰尘，保持焊机清洁。
10）焊接时如发生故障，应及时停止焊接进行检修。在检修或不进行焊接时，应切断电源。
（4）电焊机的常见故障及排除方法 表2-1、表2-2、表2-3分别给出了旋转式直流电焊机、交流电焊机和硅整流电焊机的常见故障和排除方法。
表2-1 旋转式直流电焊机常见故障及排除方法
表2-2 交流电焊机常见故障及排除方法
表2-3 硅整流电焊机常见故障及排除方法
2.焊条电弧焊的工具
焊条电弧焊必备的焊接工具和辅具包括焊接电缆、焊钳、面罩、焊接用手套、绝缘鞋、屏风板、钢丝刷和敲渣锤等。
1）焊接电缆。焊接电缆用以实现焊钳、焊件与焊接电源的连接，以传导焊接电流。电缆外表应有良好的绝缘层，不允许导线裸露。电缆外皮如有破损，应用绝缘胶布包好，以防破损处引起短路和发生触电等事故。
焊接电缆的选用主要是依据焊接电流来选择，选用时可参考表2-4。
表2-4 焊接软线选用表
2）焊钳。焊钳是用来夹持焊条并传导电流以进行焊接的工具，其外形如图2-3所示。
焊钳应具有良好的导电性、绝缘性和隔热性，要求能迅速、牢固地夹持焊条和松开焊条，使用轻便、灵活，采用的规格有300A和500A两种。
3）面罩。面罩用来挡住飞溅的金属和电弧中的有害光线，以保护眼睛和头部，一般有头盔式和手持式两种，如图2-4所示。面罩上的护目玻璃用来降低电弧光的强度及过滤红外线和紫外线，操作者可通过护目玻璃观察熔池，掌握焊接过程。为了防止护目玻璃被飞溅的金属损坏，必须在护目玻璃前另加普通玻璃。护目玻璃的颜色深浅，以看清焊接熔池为宜。国产护目玻璃常用牌号及性能见表2-5。
图2-3 焊钳
图2-4 面罩
a）手持式 b）头盔式
表2-5 护目玻璃选用表
4）焊接用手套和绝缘鞋。手套和绝缘鞋属劳动保护用品。手套为长袖，袖长以不妨碍肘关节活动为准。绝缘鞋要求厚底、高帮，能绝缘、隔热。焊工用手套和绝缘鞋要能有效地阻挡弧光的灼伤和飞溅熔渣的伤害以及防止触电。
5）屏风板。屏风板的作用有两个：一是使作业区与外界或其他操作者隔开，防止弧光和飞溅物伤害他人，或引起火灾；二是防止风吹引起电弧不稳。屏风板可因地制宜，做成各种形式。
6）钢丝刷。钢丝刷可用来清除焊接处的锈皮、污物等。
7）锤子、扁铲、敲渣锤。这些工具都是用来清除焊渣的辅助工具。其中，敲渣锤的锤头两端常根据实际需要磨成圆锥形和扁铲形。