焊條電弧焊過去稱為手工電弧焊，它是焊接奧氏體不銹鋼常用的一種焊接方法。
一、坡口的準(zhǔn)備
應(yīng)根據(jù)不同板厚選用不同形式的焊接坡口。選用坡口形式的原則如下：
1. 確保焊接接頭質(zhì)量
為保證焊透并盡量避免產(chǎn)生焊接缺陷，應(yīng)多采用對接焊縫。實踐證明，V形坡口的角變形大于X形坡口。這一點在奧氏體型不銹鋼焊接接頭表現(xiàn)尤為突出，見本章第一節(jié)的介紹。
2. 減少焊接材料的消耗量
對于同樣厚度的焊接接頭，采用X形坡口比V形坡口能節(jié)省較多的焊接材料、電能和工時，焊接構(gòu)件越厚越顯著。
3. 可達性強
要根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)件能否轉(zhuǎn)動，翻轉(zhuǎn)難易程度或焊接接頭內(nèi)外兩側(cè)的焊接條件而定。對不能轉(zhuǎn)動和內(nèi)徑較小容器的對接焊縫，為了避免大量的仰焊或不便從內(nèi)側(cè)施焊，宜采用V形坡口或U形坡口，坡口的鈍邊要小，保證打底焊能實現(xiàn)單面焊雙面成形。
4. 改善勞動條件
對于大直徑容器的內(nèi)側(cè)焊縫，應(yīng)選用小的坡口形式，以減少容器內(nèi)部的焊接工作量，還可以使焊接接頭的熱影響區(qū)減小，有利于降低晶間腐蝕的傾向。
5. 保證實現(xiàn)安全操作
對于不銹鋼來說，坡口形式的選用除了上述原則外，還要考慮如何縮小焊接接頭的熱影響區(qū)范圍，使用小的熱輸入完成焊接，以達到提高焊接接頭耐蝕性和減少焊接變形量的目的。
下料和加工坡口的方法，有機械加工和等離子弧切割方法，可根據(jù)構(gòu)件的厚度和形狀確定。
坡口加工完畢后要進行檢查，對影響焊接質(zhì)量的局部凹凸不平處應(yīng)進行修理磨平；有裂紋、分層、夾渣等缺陷應(yīng)清理干凈，經(jīng)著色滲透檢查確認(rèn)無缺陷后，方能準(zhǔn)備施焊。
根據(jù)不銹鋼鋼板厚度，常用的電弧焊單面焊對接坡口見表3-7（GB/T 985.1-2008）和雙面對接焊坡口見表3-8（GB/T985.1-2008）。這兩種坡口形式也是全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會推薦在壓力容器及壓力元件中使用的。
二、焊前準(zhǔn)備
1. 焊件表面清理
焊件待焊處兩側(cè)各20mm（包括坡口面）表面應(yīng)徹底清理干凈，不應(yīng)有任何油脂、污漬、油漆標(biāo)記、氧化皮和其他雜質(zhì)。通常采用丙酮或酒精進行擦洗，必要時還需先進行打磨。若清理不干凈，這些有機物質(zhì)會在電弧高溫作用下分解燃燒成氣體，引起焊縫金屬產(chǎn)生氣孔和增碳，進而使焊接接頭耐蝕性降低。
2. 焊條的選擇與烘干
所選用焊條應(yīng)能獲得化學(xué)成分與母材金屬相近的熔敷金屬。為了確保焊縫金屬的耐蝕性不低于母材金屬，其鉻、鎳含量略高于母材金屬，而碳含量又要低于母材金屬。各種鋼材的匹配焊條可按表2-4和表2-6進行選取。
根據(jù)藥皮的類型不同，焊條有堿性型和鈦鈣型兩種，它們均具有良好的抗裂性能。堿性型焊條：焊條牌號Axxx的最后一個“x＇為“7＇；焊條型號Exxx-xx的為“-15”“-25”，要選用直流電源反極性施焊。鈦型或鈦鈣型焊條：焊條牌號Axxx的最后一個“x”為“2”；焊條型號Exxx-xx的“xx”為“-16”、“-17”和“-26”，通常選用直流電源反極性也可以選用交流電源進行焊接。采用直流反極性電源施焊，有電弧穩(wěn)定、焊接速度快且飛濺小等優(yōu)點，能保證可靠的焊接質(zhì)量。
施焊以前對焊條要按工藝要求進行烘干，減少帶入電弧區(qū)的水分。堿性型焊條要在350～400℃烘箱中烘焙1～2h，然后放在溫度為200℃烘箱內(nèi)存放備用，以免受潮。鈦型或鈦鈣型焊條，通常在使用前將其放在150～200℃烘箱中烘焙1～2h即可。焊條烘干溫度不宜過高，烘焙時間也不宜太長。最好不要重復(fù)烘干，用多少烘多少，以防止藥皮脫落。焊條烘焙時，不能將焊條突然放入高溫爐加熱或從高溫爐中突然取出冷卻。正確的方法是將焊條先放入溫度100℃以下爐中，然后緩慢升溫，保溫后隨爐緩冷，這樣才能防止焊條藥皮開裂和脫剝。
烘焙焊條應(yīng)使用正規(guī)的干燥箱而不能用封閉式的加熱爐，因為烘干箱能將烘出來的水汽排出，而封閉式加熱逸出的水分仍停留在加熱室內(nèi)，降溫之后，水分又被藥皮吸收，達不到干燥的效果。
焊條直徑按不同母材金屬厚度來選擇，見表3-9。焊接電流選用的經(jīng)驗系數(shù)見表3-10。
幾種對接接頭每米焊縫所消耗焊條的質(zhì)量見表3-11。表3-12為等邊直角焊縫每米所消耗焊條的質(zhì)量。
3. 焊接環(huán)境
焊條電弧焊時焊接場地風(fēng)速不大于10m／s，相對濕度不大于90％，要避免風(fēng)、雨、雪的直接影響。環(huán)境溫度低時應(yīng)在始焊處100mm范圍內(nèi)預(yù)熱到15℃左右。焊接廠房應(yīng)安裝通風(fēng)設(shè)備，減少有害氣體和煙塵對環(huán)境的污染。焊接用電源網(wǎng)路電壓的波動范圍不應(yīng)超過額定值的±10％。
4. 裝配定位焊
為了保證所焊構(gòu)件的最終形狀和尺寸，組裝焊件時既要按工藝需要留出焊接根部間隙，還必須考慮留出焊縫縱橫兩向收縮量和角變形的反變形量。
定位焊縫是短小而斷續(xù)的焊縫，其參考尺寸見表3-13。定位焊縫雖說短小而窄，在正式焊接過程中并不會全部熔掉，仍有部分焊縫留在正式焊縫中。故應(yīng)要求焊縫的質(zhì)量和正常焊縫一樣，不能隨便施焊。
定位焊時，要注意下列事項：
a. 定位焊縫所有焊條型號（或牌號）應(yīng)與正式焊接時相同，但焊條直徑可選細(xì)一些。
b. 定位焊縫的焊接電流要選擇得比正式焊接時大一些，通常大10％～15％，以保證焊透。
c. 定位焊縫的起弧和收尾處應(yīng)圓滑過渡，以避免正式焊接時引起未熔合的缺陷。
d. 發(fā)現(xiàn)定位焊縫有缺陷，應(yīng)將其清除干凈后再重新進行定位焊，以保證定位焊的焊縫質(zhì)量。
e. 在焊縫交叉處和焊縫方向急劇變化處不應(yīng)進行定位焊，應(yīng)離開上述位置50mm以上進行定位焊。
f. 對于需要焊前預(yù)熱的焊件，定位焊前也要預(yù)熱，其預(yù)熱溫度與正式焊接時相同。
為了防止焊接裂紋和減少內(nèi)應(yīng)力，裝配時要盡量避免強行組裝。一旦發(fā)現(xiàn)定位焊縫產(chǎn)生裂紋，應(yīng)立既鏟除，再重新定位焊，切不可將隱患?xì)埩粼诙ㄎ缓缚p中。
不等厚度奧氏體型不銹鋼對接接頭，要求將厚板一側(cè)待焊處削薄至與薄板一側(cè)厚度相同。這樣便于焊接，同時也可減少焊接應(yīng)力集中。當(dāng)板厚≤10mm，兩板厚度差超過3mm或板厚＞10mm，兩板厚度差超過板厚的30％或超過5mm時，應(yīng)按圖3-13要求削薄厚板邊緣。厚板削薄長度的推薦公式為：
5. 焊接工藝
化工容器中焊接拼接方式上多種多樣的，但接觸介質(zhì)的焊接接頭都應(yīng)該是對接的（包括單縫拼接的對接焊縫、T形拼接的對接焊縫和十字拼接的對接焊縫），不允許存在角焊縫（包括T形接頭角焊縫、搭接接頭焊縫、套管接頭角焊縫和角接接頭角焊縫）。只有極少數(shù)必須的情況下（如修補內(nèi)襯層）才采用搭接接頭角焊縫。采用對接焊縫十字拼接時，相鄰?fù)补?jié)的縱焊縫應(yīng)對準(zhǔn)；采用對接焊縫T形拼接時，相鄰?fù)补?jié)縱焊縫距離或封頭焊縫的端點與相鄰?fù)补?jié)縱焊縫的距離應(yīng)大于筒體壁厚的3倍，且不小于100mm。
裝配于筒體內(nèi)部的構(gòu)件與筒體焊接時，其焊縫應(yīng)盡量避開筒體環(huán)焊縫和筒體與封頭相接的環(huán)焊縫。
筒體縱焊縫的對口錯邊量，在板厚≤50mm時，應(yīng)≤板厚的1/4，且不超過3mm；板厚＞50mm時，應(yīng)≤1/16板厚，且≤10mm。筒體環(huán)焊縫的對口錯邊量，板厚≤40mm時，應(yīng)≤1/4板厚，且≤5mm；板厚＞40mm時，應(yīng)≤1/8板厚，且≤20mm。
復(fù)合鋼板的對口錯邊量以復(fù)層表面為基準(zhǔn)，不論縱縫還是環(huán)縫，均不得大于復(fù)層厚度的5％，且不大于2mm。
化工容器封頭如果是拼接后成形，其拼接焊縫在成型前應(yīng)打磨至與母材齊平。如果封頭由成型瓣片和圓板對接拼制成時，焊縫方向只允許是徑向和環(huán)向的。各不相交焊縫之間的最小距離應(yīng)大于壁厚的3倍，且不小于100mm。
盡量避免在容器焊縫及其邊緣附近開孔。若必須開孔，則以開孔中心為圓心，1.5倍開孔直徑為半徑的圓，所包容的焊接接頭都需經(jīng)射線或超聲檢測檢查判定為合格。
焊接奧氏體型不銹鋼時，不允許焊條在非焊接部位引弧，以避免由于引弧跡點產(chǎn)生局部腐蝕。在可能的情況下選用與產(chǎn)品相同的材料作為引弧板引弧，也可以直接在焊接部位進行定位焊或正式施焊。若不慎在非焊接部位引弧，必須將弧坑按施焊工藝條件進行補焊并要打磨至與基本金屬面齊平。當(dāng)產(chǎn)品在焊接夾具工作臺上進行旋轉(zhuǎn)焊接時，定要使焊件與夾具的接觸面有良好的接觸，接觸不良會產(chǎn)生電弧閃點，而引起燒傷處局部腐蝕。
從奧氏體型不銹鋼性能上分析，它的電阻大且導(dǎo)熱性又差，與焊接同等厚度碳素鋼相比，可以選擇小的焊接電流；在保證焊透的情況下可適當(dāng)?shù)靥岣吆附铀俣?。這樣，焊接熔池所受到的熱量會相對小些，有利于提高焊縫金屬的耐蝕性，又能減少焊后變形量。在施焊過程中，焊縫背面加純（紫）銅墊板或者通水冷卻等方法，都能使焊接熔池?zé)崃繙p少，是提高焊接接頭耐蝕性的有效措施。
化工容器和設(shè)備的焊接順序是，先焊接縱縫，后焊接環(huán)縫，以減少焊接應(yīng)力。在焊接操作時，應(yīng)盡量采用對稱焊、分段焊、跳焊和逆向分段焊等操作方法（見圖3-14），以減少焊接應(yīng)力，又減少焊后變形量。發(fā)生焊后變形要進行校形，校形時嚴(yán)禁用鋼質(zhì)錘子矯形，以防局部過量變形或鐵渣粘在不銹鋼板上而產(chǎn)生腐蝕，應(yīng)選用木質(zhì)錘。
對耐蝕性要求高的奧氏體型不銹鋼容器及介質(zhì)接觸的焊縫，應(yīng)該最后施焊，才能提高焊縫金屬耐蝕性。焊接時，盡量避免損傷奧氏體型不銹鋼容器內(nèi)表面，若有局部傷痕、刻槽等影響耐蝕性的缺陷，必須修正打磨，打磨處與基本母材金屬呈不小于1：3斜坡過渡。打磨深度不應(yīng)超過該部位金屬材料厚度的5％，且不超過2mm。否則，要進行重新補焊、磨平。
在焊接承受壓力的化工容器、鍋爐和管路時，要求焊縫完全焊透，以保證受壓元件的質(zhì)量和對性能的要求。對接焊縫通常采取雙面焊或單面焊雙面成形的方法來保證焊縫反面焊透。雙面焊使用比較廣泛，對焊工操作技能雖有一定要求，但并非很嚴(yán)格。但由于受構(gòu)件尺寸和形狀限制，如小直徑容器、管道在里面無法進行施焊，只能在容器外側(cè)焊接。通常單側(cè)焊時易造成內(nèi)表面未焊透或出現(xiàn)焊瘤和咬邊等焊接缺陷，無法滿足焊接質(zhì)量的要求。為此，提出了單面焊雙面成形的焊接操作方法。
單面焊雙面成形操作方法是一種高技巧的操作技術(shù)，要求在焊件坡口背面沒有任何輔助措施的條件下，在坡口正面進行施焊，且焊后保證坡口正、反兩面都有一定的焊縫余高，還要得到均勻整齊、成形良好的焊接接頭。它是焊條電弧焊中難度較大的一種操作方法，主要適用于無法從背面清除焊根和無法從里面進行焊接的重要構(gòu)件。適用于焊條電弧焊單面焊雙面成形的接頭形式，主要有板對接接頭、管對接接頭和騎坐式管板接頭的對接焊縫。按焊接接頭所處位置，可選擇平焊、立焊、橫焊和仰焊等位置進行施焊。這種單面焊雙面成形的焊接操作方法一般適用于V形坡口且鈍邊較小的對接焊縫。用焊條電弧焊達到單面焊雙面成形的焊縫，可通過間斷滅弧焊方式（又稱斷弧焊法）或連弧焊方式來實現(xiàn)。間斷滅弧焊方式是在焊接過程中，利用電弧的短時反復(fù)點燃和熄滅來控制焊縫成形，即電弧燃燒時加熱熔透坡口根部，形成熔合良好的熔池；電弧熄滅時，將熔池結(jié)晶形成雙面焊縫。連弧焊方式是電弧要在整個焊接過程中連續(xù)燃燒，不熄弧，其運條操作方法又有挑弧法和穩(wěn)定電弧焊法之分。穩(wěn)弧法也可借助電流調(diào)節(jié)器，引弧時把電流調(diào)得稍大些，便于引弧段焊透，電弧引燃后再調(diào)至正常電流，轉(zhuǎn)為正常焊接，收尾時再將焊接電流調(diào)小些，有些弧焊整流器已增添了此功能。挑弧法是指焊條在坡口兩側(cè)擺動，當(dāng)形成熔池時，電弧離開熔池到坡口邊緣，待熔池凝固的瞬間，停在坡口邊緣的電弧迅速移至熔池處，重新進行焊接，這種操作方法要求焊工有較高的操作技能。
按照不同的板厚和不同的坡口形式（見表3-7），為填滿坡口并保證焊接接頭質(zhì)量可采用多層焊或多道焊，如圖3-15。對于薄板和中厚板可采用單層或多層焊；在橫焊位置進行厚板或坡口較寬時焊接，應(yīng)用多層多道焊。多層焊時應(yīng)防止焊層厚度過厚，以減少熱輸入并有利氣體析出，同時還有利于提高焊縫金屬抗腐蝕能力。多層多道焊除了自身的優(yōu)點外，對提高焊接接頭耐晶間腐蝕能力也有利。在施焊時應(yīng)防止焊道間形成溝槽，層間焊渣應(yīng)及時清理干凈。多層焊時，每層焊縫應(yīng)連續(xù)焊完，層間溫度不宜過高，焊接層數(shù)也不宜過多，各層焊縫接頭應(yīng)相互錯開。除蓋面焊時焊條可輕微作橫擺動外，一般不宜作橫向擺動。當(dāng)然，蓋面層也可以用多層多道焊來完成。
焊條電弧焊的焊接位置有平焊、立焊、橫焊和仰焊，它與焊接碳鋼時操作方法略有不同。不銹鋼平焊時，為了避免母材過熱和最可靠地保護焊接熔池，要進行短弧快速焊，弧長一般為2～3mm。焊接時不允許焊條橫向擺動，為的是減少對焊接熔池的熱輸入，有利于提高焊縫金屬耐蝕性。單面對接焊時，應(yīng)將根部焊透，焊道寬度最好不要超過焊條直徑的兩倍。對于18-8型不銹鋼進行雙面或多層焊時，第一道焊縫由于基本金屬熔化較多，可能得不到雙相組織，故而要求第一面焊道窄一些，焊條不作橫向擺動，等焊縫冷卻后再清理焊渣，飛濺等。在焊反面焊縫以前一定要將正面焊縫根部的焊瘤、焊渣和未焊透等缺陷徹底鏟凈，才能施焊。為了加快焊縫冷卻速度，每焊完一層焊縫后可以澆水，加快冷卻不會產(chǎn)生裂紋。如果條件允許，可以在焊縫背面澆水；也可以邊焊邊澆水，焊一段澆一段水，但必須注意到焊接熔池及其附近區(qū)域不允許有水。實踐證明，用上述方法來加快焊縫冷卻是行之有效的。
立焊位置施焊時，焊縫處于垂直位置，由下向上進行施焊。焊條與待焊處要呈70°～80°的下斜坡，焊條的端部要向上挑動，才能保證立焊焊縫的質(zhì)量，不然焊縫背面易形成焊瘤或者焊穿。立焊時的焊接電流要比平焊時小20％～30％。奧氏體型不銹鋼在立焊時橫向收縮比平焊大，故焊縫間隙要稍許留大些。開坡口的立焊對接焊縫，一定要做到單面焊雙面成形，在第一層立焊時，一定要焊透，利用電弧的吹力，使焊根熔透，但要防止焊縫背面余高過高和焊瘤現(xiàn)象。
橫焊位置焊接時，液態(tài)金屬受重力的下墜傾向，焊縫往往上薄下厚。操作不當(dāng)時，容易在上坡口形成咬邊和下坡口形成未熔合的缺陷。若橫焊焊縫一次焊成會使焊縫溫度過高，焊縫外形欠佳，對耐蝕性也沒有好處。奧氏體型不銹鋼的橫焊應(yīng)采用條狀多道焊，可以克服這一缺點。對于橫焊的定位焊縫除了裝配固定外，還有一定強度要求，因為在正式焊接時，由于上板的重力和焊接時的焊縫收縮變形大會造成較大的焊接應(yīng)力，易使定位焊縫產(chǎn)生裂紋。這種裂紋在施焊過程中易殘留在焊縫根部，構(gòu)件受力后，可使裂紋擴展，導(dǎo)致整條焊縫的破裂。一般要求定位焊縫的長度約為30mm，焊縫要稍許比平焊的定位焊時高些。橫焊無論是單層焊，還是多層焊，均可采用連弧焊方式和斷弧焊方式進行施焊。
仰焊位置焊接是焊條電弧焊最難掌握的一種操作方法，對奧氏體型不銹鋼的仰焊尤為困難。在奧氏體型不銹鋼仰焊時，除了重力作用使液態(tài)金屬有向下滴落的傾向外，還發(fā)現(xiàn)不銹鋼焊條所熔化的液態(tài)金屬，不易與焊接熔池形成一個飽滿的焊縫。這是由于奧氏體型不銹鋼的熱導(dǎo)率小，不容易散熱，熔滴在高溫時停留時間長，又在重力作用下，為熔滴下落創(chuàng)造了條件。操作者沒有掌握這一特性時，總感到奧氏體不銹鋼仰焊位置不好焊。仰焊時選用焊條直徑要小一些，施焊時焊條不要橫向擺動，以窄焊縫為宜。施焊時電弧弧長要短，引燃電弧后應(yīng)迅速將電弧引至坡口，稍停，根部被熔透后再向前移動進行連續(xù)焊接。當(dāng)焊縫的根部被焊透而出現(xiàn)小圓孔時，應(yīng)迅速將焊條帶至熔池后面而熄弧，并在熔池仍處在紅熱狀態(tài)時再引弧，在原熔池的接頭處繼續(xù)焊接。整個焊接過程中始終保持電弧在半打穿鈍邊狀態(tài)下運行焊條，即電弧一半在熔池中，另一半在尚未熔化的坡口上，焊條向前移動的速度要略快些，這樣便可得到較薄的焊縫，并能克服焊縫凹凸不平的缺陷。
對于受壓元件的焊縫，通常選用平焊位置的操作方法。除非操作空間無法滿足平焊時，才允許立焊和橫焊，但焊后要按受壓元件質(zhì)量要求進行檢查。仰焊不推薦在受壓元件中采用。
