第四章埋弧焊

1、埋弧焊第一節(jié)埋弧焊的工作原理及特點(diǎn)埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時(shí)電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧不外露，埋弧焊由此得名。所用的金屬電極是不間斷送進(jìn)的光焊絲。一、工作原理圖41是埋弧焊焊縫形成過(guò)程示意圖。焊接電弧在焊絲與工件之間燃燒，電弧熱將焊絲端部及電弧附近的母材和焊劑熔化。熔化的金屬形成熔池，熔融的焊劑成為溶渣。熔池受熔渣和焊劑蒸汽的保護(hù)，不與空氣接觸。電弧向前移動(dòng)時(shí)，電弧力將熔池中的液體金屬推向熔池后方。在隨后的冷卻過(guò)程中，這部分液體金屬凝固成焊縫。熔渣則凝固成渣殼，覆蓋于焊縫表面。熔渣除了對(duì)熔池和焊縫金屬起機(jī)械保護(hù)作用外，焊接過(guò)程中還與熔化金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，

2、從而影響焊縫金屬的化學(xué)成分。埋弧焊時(shí)，被焊工件與焊絲分別接在焊接電源的兩極。焊絲通過(guò)與導(dǎo)電嘴的滑動(dòng)接觸與電源聯(lián)接。焊接回路包括焊接電源、聯(lián)接電纜、導(dǎo)電嘴、焊絲、電弧、熔池、工件等環(huán)節(jié)，焊絲端部在電弧熱作用下不斷熔化，因而焊絲應(yīng)連續(xù)不斷地送進(jìn)，以保持焊接過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。焊絲的送進(jìn)速度應(yīng)與焊絲的熔化速度相平衡。焊絲一般由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的送絲滾輪送進(jìn)。隨應(yīng)用的不同，焊絲數(shù)目可以有單絲、雙絲或多絲。有的應(yīng)用中采用藥芯焊絲代替實(shí)心焊絲，或是用鋼帶代替焊絲。耀按方向1焊劑2焊絲(電極)3電弧4熔池5熔渣6焊縫7母材8渣殼圖41埋弧焊焊縫形成過(guò)程示意圖埋弧焊有自動(dòng)埋弧焊和半自動(dòng)埋弧焊兩種方式。前者的焊絲送進(jìn)和電

3、弧移動(dòng)都由專(zhuān)門(mén)的機(jī)頭自動(dòng)完成，后者的焊絲送進(jìn)由機(jī)械完成，電弧移動(dòng)則由人工進(jìn)行。焊接時(shí)，焊劑由漏斗鋪撒在電弧的前方。焊接后，未被熔化的焊劑可用焊劑回收裝置自動(dòng)回收，或由人工清理回收。二、埋弧焊的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1 .埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)(1)所用的焊接電流大，相應(yīng)輸入功率較大。加上焊劑和熔渣的隔熱作用，熱效率較高，熔深大。工件的坡口可較小，減少了填充金屬量。單絲埋弧焊在工件不開(kāi)坡口的情況下，一次可熔透20mm。(2)焊接速度高，以厚度810mm的鋼板對(duì)接焊為例，單絲埋弧焊速度可達(dá)5080cm/min,手工電弧焊則不超過(guò)1013cm/min。(3)焊劑的存在不僅能隔開(kāi)熔化金屬與空氣的接施，而且使熔池金屬較慢

4、凝固。液體金屬與熔化的焊劑間有較多時(shí)間進(jìn)行冶金反應(yīng)，減少了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。焊劑還可以向焊縫金屬補(bǔ)充一些合金元素，提高焊縫金屬的力學(xué)性能。(4)在有風(fēng)的環(huán)境中焊接時(shí)，埋弧焊的保護(hù)效果比其他電弧焊方法好。(5)自動(dòng)焊接時(shí)，焊接參數(shù)可通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定。與手工電弧焊相比，焊接質(zhì)量對(duì)焊工技藝水平的依賴(lài)程度可大大降低。(6)沒(méi)有電弧光輻射，勞動(dòng)條件較好。2 .埋弧焊的主要缺點(diǎn)(1)由于采用顆粒狀焊劑，這種焊接方法一般只適用于平焊位置。其他位置焊接需采用特殊措施以保證焊劑能覆蓋焊接區(qū)。(2)不能直接觀察電弧與坡口的相對(duì)位置，如果沒(méi)有采用焊縫自動(dòng)跟蹤裝置，則容易焊偏。(3)埋弧焊電弧的

5、電場(chǎng)強(qiáng)度較大，電流小于100A時(shí)電弧不穩(wěn)，因而不適于焊接厚度小于1mm的薄板。三、埋弧焊的適用范圍由于埋弧焊熔深大，生產(chǎn)率高，機(jī)械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)焊縫。在造船、鍋爐與壓力容器、橋梁、起重機(jī)械、鐵路車(chē)輛、工程機(jī)械、重型機(jī)械和冶金機(jī)械、核電站結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)等制造部門(mén)有著廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今焊接生產(chǎn)中最普遍使用的焊接方法之一。埋弧焊除了用于金屬結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的連接外，還可在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。隨著焊接冶金技術(shù)與焊接材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，埋弧焊能焊的材料已從碳素結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展到低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼等以及某些有色金屬，如銀基合金、鈦合金、銅合金等。第二節(jié)埋弧焊設(shè)備

6、的結(jié)構(gòu)和工作原理一、埋弧焊電源一般埋弧焊多采用粗焊絲，電弧具有水平的靜特性曲線(xiàn)。按照前述電弧穩(wěn)定燃燒的要求，電源應(yīng)具有下降的外特性。在用細(xì)焊絲焊薄板時(shí)，電弧具有上升的靜特性曲線(xiàn)，宜采用平特性電源。埋弧焊電源可以用交流（弧焊變壓器）、直流（弧焊發(fā)電機(jī)或弧焊整流器）或交直流并用。要根據(jù)具體的應(yīng)用條件，如焊接電流范圍、單絲焊或多絲焊、焊接速度、焊劑類(lèi)型等選用。一般直流電源用于小電流范圍、快速引弧、短焊縫、高速焊接，所采用焊劑的穩(wěn)弧性較差及對(duì)焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定性有較高要求的場(chǎng)合。采用直流電源時(shí)，不同的極性將產(chǎn)生不同的工藝效果。當(dāng)采用直流正接（焊絲接負(fù)極）時(shí)，焊絲的熔敷率最高；采用直流反接（焊絲接正極）時(shí)

7、，焊縫熔深最大。采用交流電源時(shí)，焊絲熔敷率及焊縫熔深介于直流正接和反接之間，而且電弧的磁偏吹最小。因而交流電源多用于大電流埋弧焊和采用直流時(shí)磁偏吹嚴(yán)重的場(chǎng)合。一般要求交流電源的空載電壓在65V以上。為了加大熔深并提高生產(chǎn)率，多絲埋弧自動(dòng)焊得到越來(lái)越多的工業(yè)應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的是雙絲焊和三絲焊。多絲焊的電源可用直流或交流，也可以交、直流聯(lián)用。雙絲埋弧焊和三絲埋弧焊時(shí)焊接電源的選用及聯(lián)接有多種組合。二、埋弧焊機(jī)埋弧焊機(jī)分為自動(dòng)焊機(jī)和半自動(dòng)焊機(jī)兩大類(lèi)。（一）半自動(dòng)埋弧焊機(jī)半自動(dòng)埋弧焊機(jī)的主要功能是：（1）將焊絲通過(guò)軟管連續(xù)不斷地送入電弧區(qū)；（2）傳輸焊接電流；（3）控制焊接起動(dòng)和停止；（4）向焊接區(qū)

8、鋪施焊劑。因此它主要由送絲機(jī)構(gòu)、控制箱、帶軟管的焊接手把及焊接電源組成。軟管式半自動(dòng)埋弧焊機(jī)兼有自動(dòng)埋弧焊的優(yōu)點(diǎn)及手工電弧焊的機(jī)動(dòng)性。在難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊的工件上（例如中心線(xiàn)不規(guī)則的焊縫、短焊縫、施焊空間狹小的工件等），可用這種焊機(jī)進(jìn)行焊接。（二）自動(dòng)埋弧焊機(jī)自動(dòng)埋弧焊機(jī)的主要功能是；（1）連續(xù)不斷地向焊接區(qū)送進(jìn)焊絲；（2）傳輸焊接電流；（3）使電弧沿接縫移動(dòng)；（4）控制電弧的主要參數(shù)；（5）控制焊接的起動(dòng)與停止；（6）向焊接區(qū)鋪施焊劑；（7）焊接前調(diào)節(jié)焊絲端位置。常用的自動(dòng)埋弧焊機(jī)有等速送絲和變速送絲兩種。它們一般都由機(jī)頭、控制箱、與軌（或支架）以及焊接電源組成。等速送絲自動(dòng)埋弧焊機(jī)采用電弧自身

9、調(diào)節(jié)系統(tǒng)；變速送絲自動(dòng)埋弧焊機(jī)采用電弧電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自動(dòng)埋弧焊機(jī)按照工作需要，做成不同的形式。常見(jiàn)的有：焊車(chē)式、懸掛式、機(jī)床式、懸臂式、門(mén)架式等。使用最普遍的是MZ1000焊機(jī)，該焊機(jī)為焊車(chē)式。MZ1000焊機(jī)采用電弧電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)（變速送絲）系統(tǒng)，送絲速度正比于電弧電壓。三、埋弧焊輔助設(shè)備埋弧焊時(shí)，為了調(diào)整焊接機(jī)頭與工件的相對(duì)位置，使接縫處于最佳的施焊位置或?yàn)檫_(dá)到預(yù)期的工藝目的，一般都需有相應(yīng)的輔助設(shè)備與焊機(jī)相配合。埋弧焊的輔助設(shè)備大致有以下幾種類(lèi)型：（一）焊接夾具使用焊接夾具的目的在于使工件準(zhǔn)確定位并夾緊，以便于焊接。這樣可以減少或免除定位焊縫并且可以減少焊接變形。有時(shí)為了達(dá)到其他工藝目

10、的，焊接夾具往往與其他輔助設(shè)備聯(lián)用，如單面焊雙面成型裝置等。（二）工件變位設(shè)備這種設(shè)備的主要功能是使工件旋轉(zhuǎn)、傾斜、翻轉(zhuǎn)以便把待焊的接縫置于最佳的焊接位置，達(dá)到提高生產(chǎn)率、改善焊接質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。工件變位設(shè)備的型式、結(jié)構(gòu)及尺寸因焊接工件而異。埋弧焊中常用的工件變位設(shè)備有滾輪架、翻轉(zhuǎn)機(jī)等。（三）焊機(jī)變位設(shè)備這種設(shè)備的主要功能是將焊接機(jī)頭準(zhǔn)確地送到待焊位置，焊接時(shí)可在該位置操作；或是以一定速度沿規(guī)定的軌跡移動(dòng)焊接機(jī)頭進(jìn)行焊接。這種設(shè)備也叫做焊接操作機(jī)。它們大多與工件變位機(jī)、焊接滾輪架等配合使用，完成各種工件的焊接。基本形式有平臺(tái)式、懸臂式、伸縮式、龍門(mén)式等幾種。（四）焊縫成形設(shè)備埋弧焊的

11、電弧功率較大，鋼板對(duì)接時(shí)為防止熔化金屬的流失和燒穿并促使焊縫背面成形，往往需要在焊縫背面加襯墊。最常用的焊縫成形設(shè)備除前面已提到的銅墊板外，還有焊劑墊。焊劑墊有用于縱縫的和用于環(huán)縫的兩種基本型式。（五）焊劑回收輸送設(shè)備用來(lái)在焊接中自動(dòng)回收并輸送焊劑，以提高焊接自動(dòng)化的程度。采用壓縮空氣的吸壓式焊劑回收輸送器可以安裝在小車(chē)上使用。第三節(jié)埋弧焊的焊接材料埋弧焊時(shí)焊絲與焊劑直接參與焊接過(guò)程中的冶金反應(yīng)，因而它們的化學(xué)成分和物理特性都會(huì)影響焊接的工藝過(guò)程，并通過(guò)焊接過(guò)程對(duì)焊縫金屬的化學(xué)成分、組織和性能發(fā)生影響。正確地選擇焊絲并與焊劑配合使用是埋弧焊技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。一、焊絲埋弧焊所用焊絲有實(shí)芯焊絲和

12、藥芯焊絲兩類(lèi)。目前在生產(chǎn)中普遍使用的是實(shí)芯焊絲。焊絲的品種隨所焊金屬種類(lèi)的增加而增加。目前已有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高合金鋼和各種有色金屬焊絲以及堆焊用的特殊合金焊絲。焊絲直徑的選擇依用途而定。半自動(dòng)埋弧焊用的焊絲較細(xì)，一般直徑為3.2、4、2.8mm,以便能順利地通過(guò)軟管，并且使焊工在操作中不會(huì)因焊絲的剛度而感到困難。自動(dòng)埋弧焊一般使用直徑36mm的焊絲，以充分發(fā)揮埋弧焊的大電流和高熔敷率的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于一定的電流值可能使用不同直徑的焊絲。同一電流使用較小直徑的焊絲時(shí)，可獲得加大焊縫熔深、減小熔寬的效果。當(dāng)工件裝配不良時(shí)，宜選用較粗的焊絲。焊絲表面應(yīng)當(dāng)干凈光滑，焊接時(shí)能順利地送進(jìn)，以免給焊接過(guò)

13、程帶來(lái)干擾。除不銹鋼焊絲和有色金屬焊絲外，各種低碳鋼和低合金鋼焊絲的表面最好鍍銅鍍銅層既可起防銹作用，也可改善焊絲與導(dǎo)電嘴的電接觸狀況。為了使焊接過(guò)程能穩(wěn)定地進(jìn)行并減少焊接輔助時(shí)間，焊絲應(yīng)當(dāng)用盤(pán)絲機(jī)整齊地盤(pán)繞在焊絲盤(pán)上。每盤(pán)鋼焊絲應(yīng)由一根焊絲繞成。二、焊劑埋弧焊使用的焊劑是顆粒狀可熔化的物質(zhì)，其作用相當(dāng)于焊條的涂料。3 .對(duì)焊劑的基本要求（1）具有良好的冶金性能。與選用的焊絲相配合，通過(guò)適當(dāng)?shù)暮附庸に噥?lái)保證焊縫金屬獲得所需的化學(xué)成分和力學(xué)性能以及抗熱裂和冷裂的能力。（2）具有良好的工藝性能。即要求有良好的穩(wěn)弧、焊縫成形、脫渣等性能，并且在焊接過(guò)程中生成的有毒氣體少。4 .焊劑的分類(lèi)埋弧焊焊劑除

14、按其用途分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑外，通常按制造方法、化學(xué)成分、化學(xué)性質(zhì)、顆粒結(jié)構(gòu)等分類(lèi)。（1）按制造方法可分為三大類(lèi)1）熔煉焊劑。按配方比例稱(chēng)出所需原料，經(jīng)干混均勻后進(jìn)行熔化，隨后注入冷水中或激冷板上使之?；俳?jīng)干燥、搗碎、過(guò)篩等工序而成。熔煉焊劑按其顆粒結(jié)構(gòu)又可分為玻璃狀焊劑（呈透明狀顆粒卜結(jié)晶狀焊劑（顆粒具有結(jié)晶體特點(diǎn)）和浮石狀焊劑（顆粒呈泡沫狀）。2）燒結(jié)焊劑。將各種粉料組分按配方比例混拌均勻，加水玻璃調(diào)成濕料，在7501000c溫度下燒結(jié)，再經(jīng)破碎，過(guò)篩而成。3）陶質(zhì)焊劑。將各種粉料組分按配方比例混拌均勻，加水玻璃調(diào)成濕料，將濕料制成一定尺寸的顆粒,經(jīng)350500c溫度烘干即可使

15、用。（2）按化學(xué)成分分類(lèi)1）按堿度分為堿性焊劑、酸性焊劑和中性焊劑。2）按主要成分含量分類(lèi)如表41所示。表41焊劑按主要成分含量分類(lèi)按SiO2含量按MnO含量按CaF2含量焊齊”類(lèi)型含量焊齊”類(lèi)型含量焊齊”類(lèi)型含量局硅>30%>20%>20%中硅10%30%中鎰15%30%中氟10%30%低硅<10%低鎰2%15%低氟<10%無(wú)鎰<2%（3）按焊劑化學(xué)性質(zhì)分類(lèi)，1）氧化性焊劑含大量SiO2、MnO或FeO的焊齊上2）弱氧化性焊劑含SiO2、MnO、FeO等氧化物較少。3）惰性焊劑含AI2O3、CaO、MgO、CaF?等，基本上不含SiO2、MnO、FeO等。

16、5 .焊劑型號(hào)編制方法（1）熔煉焊劑由HJ表示熔煉焊劑，后加三個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字組成。1）第一位數(shù)字表示焊劑中氧化鎰的含量，1、2、3、4代表無(wú)鎰、低鎰、中鎰、高鎰焊劑。2）第二位數(shù)字表示焊劑中二氧化硅、氟化鈣的含量，19依次代表低硅低氟、中硅低氟、高硅低氟、低硅中氟、中硅中氟、高硅中氟、低硅高氟、中硅高氟和其它類(lèi)型焊劑。3）第三位數(shù)字表示同一類(lèi)型焊劑的不同牌號(hào)，按0、1、2、，9的順序排列。4）對(duì)同一牌號(hào)焊劑生產(chǎn)兩種顆粒度時(shí)，在細(xì)顆粒焊劑牌號(hào)后面加“X”字。（2）燒結(jié)焊劑由SJ表示燒結(jié)焊劑，后加三個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第一位數(shù)字表示焊劑熔渣的渣系，16依次代表氟堿型、高鋁型、硅鈣型、硅鎰型、鋁鈦型和其

17、它型焊劑。第二位、第三位數(shù)字表示同一渣系類(lèi)型焊劑中的不同牌號(hào)的焊劑，按01、02、，09順序排列。三、焊劑和焊絲的選配欲獲得高質(zhì)量的埋弧焊焊接接頭，正確選用焊劑與焊絲是十分重要的。低碳鋼的焊接可選用高鎰高硅型焊劑，配合H08MnA焊絲，或選用低鎰、無(wú)鎰型焊劑配H08MnA、H10Mn2焊絲。低合金高強(qiáng)度鋼的焊接可選用中鎰中硅或低鎰中硅型焊劑配合與鋼材強(qiáng)度相匹配的焊絲。耐熱鋼、低溫鋼、耐蝕鋼的焊接可選用中硅或低硅型焊劑配合相應(yīng)的合金鋼焊絲。鐵素體、奧氏體等高合金鋼，一般選用堿度較高的熔煉焊劑或燒結(jié)、陶質(zhì)焊劑，以降低合金元素的燒損及摻加較多的合金元素。不同鋼種焊接用的焊劑與焊絲配用見(jiàn)表42。表4-

18、2常見(jiàn)焊劑用途及配用焊絲焊劑型號(hào)用途焊劑顆粒度（mm）配用焊絲適用電流種類(lèi)HJ130低碳鋼，普低鋼0.452.5H10Mn2交、直流HJ131Ni基合金0.32Ni基焊絲交、直流HJ150軋輻堆焊0.452.52Cr13,3Cr2W8直流HJ172高Cr鐵索體鋼0.32相應(yīng)鋼種焊絲直流HJ173MnAl高合金鋼0.252.5相應(yīng)鋼種焊絲直流HJ230低碳鋼，普低鋼0.452.5H08MnA,H10Mn2交、直流HJ250低合金高強(qiáng)度鋼0.32相應(yīng)鋼種焊絲直流HJ251珠光體耐熱鋼0.32Cr-Mo鋼焊絲直流HJ260不銹鋼，軋輻堆焊0.32不銹鋼焊絲直流HJ330低碳鋼及普低鋼重0.452.5

19、H08MnA,H10Mn2交、直流HJ350要結(jié)構(gòu)0.452.5MnMo,MnSi及含Ni高強(qiáng)交、直流HJ430低合金高強(qiáng)鋼重要0.21.4鋼用焊絲交、直流HJ431構(gòu)件0.452.5H08A,H08MnA交、直流HJ432低碳鋼及普低鋼重0.21.4H08A,H08MnA交、直流HJ433要構(gòu)件0.452.5H08A交、直流SJ101低碳鋼及普低鋼重0.32H08A交、直流SJ301要構(gòu)件低碳鋼及普低鋼重要構(gòu)件（薄板）低碳鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼普通結(jié)構(gòu)鋼0.32H08MnA,H08MnMoA,H08Mn2MoAH08MnA,H08MnMoA,H10Mn2,H10Mn2MoA交、直流第四節(jié)埋弧焊的操作

20、技術(shù)和安全特點(diǎn)一、埋弧焊操作技術(shù)（一）埋弧焊工藝參數(shù)埋弧焊焊接規(guī)范主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑等。工藝參數(shù)主要有：焊絲伸出長(zhǎng)度、電源種類(lèi)和極性、裝配間隙和坡口形式等。選擇埋弧焊焊接規(guī)范的原則是保證電弧穩(wěn)定燃燒，焊縫形狀尺寸符合要求，表面成形光潔整齊，內(nèi)部無(wú)氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、焊瘤等缺陷。常用的選擇方法有查表法、試驗(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)法、計(jì)算法。不管采用哪種方法所確定的參數(shù)，都必須在施焊中加以修正，達(dá)到最佳效果時(shí)方可連續(xù)焊接。（二）操作技術(shù)（1）對(duì)接直焊縫焊接技術(shù)對(duì)接直焊縫的焊接方法有兩種基本類(lèi)型，即單面焊和雙面焊。根據(jù)鋼板厚度又可分為單層焊、多層焊，又有各種襯墊法和無(wú)襯墊法。1）焊劑墊法埋弧自動(dòng)焊。