手工电弧焊

手工电弧焊，也称为电极焊或 MMA 焊，是电弧焊的一种手工变体，是熔焊的一部分。 在这种焊接工艺中，电弧在工件和电极之间燃烧，电极熔化，同时用作填充材料。 使用棒状电极，其涂层在燃烧时承担各种任务。 特别是，它会形成保护气体和熔渣，保护熔体不与周围空气发生化学反应。 它是最古老、技术上最简单的焊接工艺之一，特别适用于焊接厚度为 2 毫米的钢材。

在EN ISO 4063标准中，手电弧焊被列为过程111。

焊接电弧在工件和电极之间燃烧，温度达到 4500 至 5000 开尔文。 这明显高于气体熔焊 (3400 开尔文) 中的火焰，但明显低于 20,000 开尔文的等离子焊接。 由于电弧作用的区域比气体熔焊中的火焰小得多，因此手电弧焊中的功率密度要高得多，从而可以实现更高的焊接速度。

工件连接到焊接电源的一极，电极连接到另一极。 电极通常为负极化，但该过程也适用于交流电（带碱性涂层的电极除外）和正极化电极。 电弧熔化工件的母材和电极。 同时，它作为一种附加材料与熔化的母材一起形成熔池和后来的焊缝。 从电极到熔体的材料转移总是以液滴的形式发生。 该原理也用于埋弧焊和惰性气体焊接，但焊丝电极没有涂层。

棒状电极的涂层在手工电弧焊中尤为重要； 裸电极和碳电极仅在该过程的早期阶段使用。 涂层形成在熔体周围流动的保护气体，从而将其与周围空气隔离开来，并且还形成熔渣。 它比熔体轻，因此漂浮在顶部，从而保护它免受环境影响。 此外，熔体和凝固的接缝因此冷却得更慢。 电弧通过所谓的接触点火来点燃，其中电极接触工件（条或点）。 由于短路，会产生非常高的电流，熔化尖端的电极并点燃电弧。 电弧的长度大致对应于电极的厚度（1.5 至 6 毫米，有时可达 8 毫米）。 使用的焊接电源具有下降特性，因此电流与电弧长度无关。

手工电弧焊是一个相对低效、缓慢的过程。 但它非常简单和灵活。 此外，所需设备的购置成本低，因此在许多车间和建筑工地都有使用。 在生产率方面，它仅超越气熔焊。 但它非常灵活，适用于很多应用。 虽然它依赖于电能，但它也可以在建筑工地用发电机产生，而不必从电网中获取。

难以触及的接头也相对容易通过手工电焊触及。 风对保护气体和熔渣的保护效果影响较小，可以很好地用于施工现场。 它甚至可以在水下使用，例如用于修理船舶或石油平台。

最重要的应用领域是钢结构、结构工程和机械工程以及大型设备、桥梁、容器、仪器和管道的制造。

缺点是熔化速率低，大约 3 kg/h 的工艺可以实现，这会导致例如堆焊中的处理时间过长。 根据文献，最小板材厚度为 1 毫米、1.5 毫米或 2 毫米。 厚度较小时，基材会烧掉或熔体从接缝处掉落。 原则上，任何厚度的材料都可以通过多层焊接向上焊接。 从材料厚度然而，在 20 毫米至 25 毫米之间，通常使用效率更高的焊接工艺，例如电子束焊接或埋弧焊。

与所有手工焊接工艺一样，焊接质量取决于焊工，并且不是一成不变的。

手工电焊焊适用于一般适合焊接的所有钢材。 这也包括铸钢。 铸铁可作为热焊缝加工，预热至 600 °C。 它只是有条件地适用于大多数其他材料。 铝、铜和高反应性材料钛、钽、锆和钼可以通过 TIG 焊接或等离子焊接更好地加工，因为在这种情况下气体吸收明显较低。 手工电弧焊也很少用于镍。 它基本上适用于铜和镍，而铝则出现问题。

所需的设备不贵。 需要电极棒、电极钳、电缆、焊接电源和防止出现的紫外线辐射的眼睛保护装置。 根据条件，可能需要额外的防护服来防止熔融金属飞溅、热量积聚和烟雾。 使用手持式防护屏或头盔，必要时还可以使用手套、阻燃服和工作鞋。 渣锤，如有必要，还可以使用凿子和钢丝刷清除炉渣。

所需电流在 20 到 500 安培之间，典型电弧电压为 15 到 48 伏特。首选直流电。 然而，也可以使用交流电。 所用棒状电极的涂层对于选择具有决定性意义。 碱性涂层电极不能与交流电一起使用，因为当电流过零时电弧会熄灭。 安培数取决于基材的强度和对接接头或焊缝的类型。 电极的直径和长度限制了可能的电流强度。 制造商为每个电极指定了较低和较高的负载值。

焊接转换器、焊接变压器、焊接整流器、焊接转换器和焊接逆变器都可以用作电源。焊接逆变器重量轻，非常适合移动使用。 带有可独立于电源运行的发电机的旋转转换器也是可能的。 电源必须具有下降特性，以便电弧中的电流保持近似恒定，而不管其长度如何。

手电弧焊使用的电极是棒状电极。 它们在焊接过程中熔化，因此也用作填充材料。 它们总是包裹在执行大量任务的各种材料中。 长度在 250 毫米和 450 毫米之间。 厚度为 1.5 毫米至 6 毫米，很少达到 8 毫米。 厚电极可以处理更高的电流而不会过热，因此性能更高。

通过合适的涂层，该工艺可适用于多种应用和材料

• 形成保护气体，
• 造渣和
• 稳定电弧。

后者是通过添加容易电离的物质来实现的，这些物质增加了工件和电极之间气体的导电性，熔渣和保护气体也可以冶金改变焊缝金属（合金化或脱氧）。

主要使用以下涂料：

• 绍尔涂层棒状电极含有多种铁和锰氧化物，会导致合金元素氧化，这就是它们不能用于高合金钢的原因。 它们会导致细滴材料转移和低粘度熔体。 连接强度相对较低，这也是这种类型很少使用的原因。
• 金红石涂层等级是最常用的。 有许多与其他品种混合的类型。 电弧燃烧稳定，易（重）燃。 合金元素的烧损率低。 熔体比涂有酸的熔体更粘稠，因此根层流失的速度较慢。 接缝的强度从好到非常好。
• 碱性涂层焊条可实现特殊质量的焊缝，尤其是在高冲击能量下。 它们用于高合金和高碳（超过 0.25% C）钢。 处理这种类型的电极很复杂，需要特殊培训。 它们只能用于直流电和正电极极性。
• 纤维素涂层电极特别适合在错位位置工作。