1、钢结构焊接方法介绍据统计预测：我国焊接结构用钢将占钢产量的50左右，钢铁工业的发展给我国焊接行业的可持续发展创造了很大的发展空间。据此推断在近十年内仍是焊接行业发展的黄金时段因此断言：同焊接应用技术密不可分的钢结构行业是不折不扣的朝阳工业。第一节第一节 （SMAW）定义与原理定义与原理 焊条电弧焊（SMAW）是利用焊条与工件之间燃烧的电弧熔化焊条端部和工件，在焊条端部迅速熔化的金属以细小熔滴经弧柱过渡到工件局部熔化的金属中，并与之融合一起形成熔池，随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。焊接过程中，焊条芯是焊缝组成部分；焊条的药皮经高温分解和熔化而生成气体和熔渣，对金属熔滴和熔
2、池起防止大气污染的保护作用和冶金反应作用；（某些药皮加入金属粉末为焊缝提供附加的填充金属）。 电弧中心温度在5000以上，电弧电压在1640V范围，焊接电流在20500A之间。一、 焊条电弧焊（焊条电弧焊（SMAW）图示：）图示：1.焊芯 2.药皮 3.气体 4.电弧 5.焊件 6.熔渣二、（二、（SMAW）工艺特点：）工艺特点： （一）、焊条电弧焊设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好，不受场地和焊接位置的限制，在焊条能达到的位置一般都能施焊，这些都是被广泛使用的原因。 （二）、可焊金属材料广，除难熔或极易氧化的金属外，大部分工业用的金属均能焊接； （三）、待焊接头装配要求低，但对焊工操
3、作要求高，焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作水平； （四）、劳动条件差，熔敷速度慢，生产率低。因所用焊条尺寸一般已固定，其直径在1.65mm范围，长度在200450mm之间，焊接电流一般在500A以下。每焊完一根焊条，必须更换焊条，并残留一段焊条头，而未被充分利用，焊后还须清渣，故生产率低。三、 SMAW焊接冶金过程特点：焊接冶金过程特点： （一）、冶金温度高：容易造成合金元素的烧损与蒸发； （ 二）、冶金过程短：焊接时，由于焊接熔池体积小(一般23 cm3)，冷却速度快，液态停留时间短(熔池从形成到凝固约10 s)，各种化学反应无法达到平衡状态，在焊缝中会出现化学成分不均匀的偏析现象。 （
4、三）、冶金条件差：焊接熔池一般暴露在空气中，熔池周围的气体、铁锈、油污等在电弧的高温下，将分解成原子态的氧、氮等，极易同金属元素产生化学反应。反应生成的氧化物、氮化物混入焊缝中，使焊缝的力学性能下降；空气中水分分解成氢原子，在焊缝中产生气孔、裂缝等缺陷，会出现“氢脆”现象。 上述情况将严重影响焊接质量，因此，必须采取有效措施来保护焊接区，防止周围有害气体侵入金属熔池。 （四）、对焊接电源的基本要求 1、具有陡降的特性； 2、具有一定的空载电压以满足引弧的需要，一般为5090 V； 3、限制适当的短路电流，以保证焊接过程频繁短路时，电流不致无限增大而烧毁电源。短路电流一般不超过工作电流的1.25
5、2倍。 常用焊接电源的类型有交流弧焊机、直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。四、四、 SMAW单面焊双面成形技术：单面焊双面成形技术： 单面焊双面成形技术，是锅炉、压力容器焊工应熟练掌握的操作技能。也是在某些重要焊接结构制造过程中，既要求焊透而又无法在背面进行清根和重新焊接所必须采用的焊接技术。在单面焊双面成形操作过程中，不需要采取任何辅助措施，只是坡口根部在进行组装定位焊时，应按焊接时不同操作手法留出不同的间隙，当在坡口的正面用普通焊条进行焊接时，就会在坡口的正、背两面都能得到均匀整齐、成形良好，符合质量要求的焊缝，这种特殊的焊接操作被称为单面焊双面成形。 五、 SMAW对焊条的基本要求： 1、
6、满足焊接接头的使用性能要求： 是焊缝金属具有满足使用条件下的力学性能和其它物理性能与化学性能。对于结构钢用焊条，必须使焊缝具有足够的强度和韧性；对于不锈钢和耐热钢的焊条，除了要求焊缝金属能有必要的强度和韧性外，还必须具有足够的耐蚀性和耐热性，确保焊缝金属在工作期内安全可靠。 2、满足焊缝工艺性能要求： 焊条应具有良好的抗气孔性和抗裂纹的能力；焊接过程步容易发生夹渣或焊缝成型不良等工艺缺陷；飞溅小，电弧稳定；能适应各种位置焊接的需要；脱渣性好，生产效率高；低烟尘和低毒等。 3、自身具有好的内外质量： 药粉混合均匀，药皮粘结牢靠，表面光洁、无裂纹、脱落和起泡等缺陷；磨头磨尾圆整干净，尺寸符合要求，
7、焊芯无锈蚀；具有一定的耐湿性，有识别焊条的标志等。 4、低的制造成本。六、焊条的分类： 1、按用途分类 按用途分类可以分为一下几种：碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条等。 2、按熔渣性质分类 主要是按熔渣的碱度，即熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物进行划分，焊条有碱性和酸性两大类。 （1）酸性焊条 药皮中含有大量SiO2、TiO2等酸性氧化物及一定数量的碳酸盐，其熔渣碱度小于1，酸性焊条的工艺性能好，可以采用交流或直流电源进行焊接，熔渣流动性好，易于脱渣、焊缝外表面美观；因药皮中含有较多
8、硅酸盐，氧化铁和氧化钛等，氧化性较强，焊接时合金元素烧损较多，因而熔敷金属的塑性和韧性较低，有利于熔池中气体逸出，所以不容易产生铁锈、油脂及水造成的气孔，钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁型焊条、氧化铁型焊条，均属于酸性焊条。 （2）碱性焊条 药皮中含有大量的如大理石、萤石等的碱性造渣物，并含有一定数量的脱氧剂和合成剂。焊条主要靠碳酸盐（如大理石中的碳酸钙等）分解出的CO2作为保护气体，在弧柱气氛中氢的分压较低，而且萤石中氟化钙在高温时与氢结合氟化氢，从而降低了焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢焊条。碱性渣中氧化钙数量多，熔渣脱硫能力强，熔敷金属抗热裂性能较好；由于焊缝金属中氧和氢含量低，非金属夹杂
9、物较少，故具有较高的塑性和韧性，以及较好的抗冷裂性能；但是由于药皮中含有较多的氟化钙，影响气体电离，所以碱性焊条一般要求采用直流电源，用反接法焊接，只有当药皮中加有稳弧剂后才可以采用交流电源焊接。 碱性焊条一般用于重要焊接结构，如承受动载或刚性较大的结构，这是因为焊缝金属的力学性能好，尤其冲击韧性高。缺点是焊接时产生气孔的倾向较大，对油、水、锈等很敏感，用前高温（300500）烘干；脱渣性能差。一、 气体保护焊的特点 气体保护焊与其他焊接方法相比，具有以下特点； （一）、属于明弧焊方法，又没有熔渣覆盖熔池，便于观察熔池和焊接区。电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。 （二
10、）、气体保护焊是一种高效、节能、节材的焊接方法，焊接过程操作方便、没有熔渣或很少熔渣，焊后清渣容易。不必象手弧焊那样每焊一道即要清渣，因而减少了辅助时间，提高了工效，也不用换焊条，防止了因扔掉焊条头对材料的浪费。 （三）、电弧在保护气体的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小、HAZ较窄，焊后变形小。 （四）、有利于实现厚板焊接过程机械化，自动化，特别是空间位置机械化焊接。 （五）、可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金。 （六）、适宜薄板焊接。 （七）、能进行脉冲焊接，以减少热输入。 （八）、防风性能较差。保护气流的抗风能力有限。在施工现场时，如因通风干扰较大，需采取相
11、应的防风措施。 （九）、电弧的光幅射很强。在窄小空间部位及可达性差的地方焊接时，不如手弧焊灵便。气体保护焊方法分类气体保护焊方法分类 熔 化极惰性气体保护电弧焊简称MIG焊（Metal Inert Gas Arc Welding）、熔化极活性气体保护电弧焊简称为MAG焊（Metal Active Gas Arc Welding）。钨极氩弧焊和钨极氦弧焊属于非熔化极（钨极）惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊（Tungsten Inert Gas Welding）。 在此需要说明两点：一是如前所述MAG焊为活性气体保护焊，但习惯上均称为混合气体保护焊。二是药芯焊丝自保护电弧焊不能归类为气体保护焊，但
12、因为药芯焊丝又有采用气体保护的，故为叙述方便，通常都将药芯焊丝自保护焊方法也放在气体保护焊篇章加以介绍。 另外，在熔化气体保护焊方面，还可以根据其电弧特性，特别是是熔滴过渡形式分为短路电弧焊、潜弧焊、射流电弧焊、脉冲电弧焊以及大电流电弧焊等方法见表富氩气体和纯二氧化碳气体保护焊熔深对照富氩气体和纯二氧化碳气体保护焊熔深对照二、二、熔化极气体保护焊（熔化极气体保护焊（MAG）示意图）示意图 熔化极气体保护焊示意图熔化极气体保护焊示意图1-焊接电源 2-焊丝盘 3-送丝轮 4-送丝电机 5-导电嘴 6-喷嘴7-电弧 8-母材 9-熔池 10-焊缝金属 11-焊丝 12-保护气三、非熔化极气体保护焊
13、（非熔化极气体保护焊（TIG）示意图）示意图1-填丝 2-保护气体 3-喷嘴 4-钨极 5-钨极夹头6-焊接电源 7-焊缝金属 8-电弧 9-熔池 10-母材四、四、TIG焊、焊、MIG焊工艺的发展焊工艺的发展 TIG焊：焊：钨极惰性气体保护电钨极惰性气体保护电弧焊弧焊 1930年发明，年发明，1940获得应用。获得应用。 MIG焊：焊：熔化极惰性气体保护熔化极惰性气体保护电弧焊电弧焊 发明于发明于TIG之后之后五、溶化气体保护焊电弧熔滴过渡特性 短路电弧焊法： 通常采用细丝，焊接电流较小，因其熔滴过渡形态为短路过渡而得名，特别适合薄板和空间位置的焊接。 射流电弧焊法： 其熔滴特别细小，是沿焊
14、丝轴向射向熔池。熔滴过渡过程极为稳定。采用氩气，或是CO2含量不超过25%的富氩混合气体，或是O2含量不超过5%的富氩混合气体，都可以实现射流电弧焊。 脉冲电弧焊法： 是通过特殊的焊接电源提供脉冲电流而进行焊接的，这种方法也特别适于薄板和空间位置的焊接。 潜弧焊法： 是CO2焊中在大电流范围内采用的一种方法，由于电弧尽量潜入熔池，有利于防止产生飞溅。 大电流电弧焊法： 通常称为大电流MIG焊，此种方法适合于厚板的高效率焊接。今年来得到了迅速的发展。特别是铝及铝合金的焊接施工中，大电流MIG焊方法的高效率的特点更为突出。六、六、CO2气体保护焊（气体保护焊（GMAW、FCAW-G） 1、生产效率
15、高。采用较粗的焊丝（焊丝直径1.6mm）焊接时，可以使用较大的电流，实现射滴过渡。电流密度可达（100300）A/mm2。焊丝的熔化系数大，母材的熔透深度大。另外，这种方法基本上没有熔渣，一般不需要清渣，从而节省了许多辅助时间，因此可以较大地提高焊接生产效率。 2、焊接变形小。电流密度高，热量集中，受热面积小，故此工件焊后变形小，特别是焊接薄板时，往往不需要焊后校形工序。 3、是一种低氢型焊接方法，焊缝含氢量很低，所以在焊接低合金钢时不易产生冷裂纹。 4、采用短路过渡方式焊接时，有利于全位置及其他位置的焊接。 5、此种方法属于明弧焊，电弧可见性好，采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊
16、接十分方便。 6、操作简单，容易掌握。 7、焊接飞溅较大是其不足之处。 8、 CO2气体保护焊的应用范围：CO2气体保护焊是目前广泛的一种弧焊方法，可以用于汽车、船舶、管道、机车车辆、集装箱、矿山及工程机械、电站设备、建筑等金属结构的焊接生产。从被焊件材质上看，CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢。从工件厚度上看，从薄板到厚板都可以焊接，采用细丝、短路过渡的方法，可以焊接薄板；采用粗丝、射滴过渡的方法，可以焊接中、厚板。 从焊接位置上看，可以进行全位置、平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。 （一）、 CO2气体保护焊气体气体 CO2是略有气体的无色气体，在不加压力下冷却时，气体将直接变成固体干
17、冰；升高温度，固态CO2又直接变成气体。CO2气体在加压的情况下即变成无色液体，且该液体的比重随温度的变化而变化：当温度低于 -11时，它比水重；当温度高于-11时，它比水轻。液态CO2的沸点很低，为-78.在0和一个大气压下，1KgCO2液体可蒸发为509升CO2气体。通常容积为40L的标准钢瓶可以灌入25Kg液态CO2。 低于1.0Mpa的CO2气瓶中的气体就不应再用来焊接。 焊接用CO2气体的纯度应当较高，一般不应低于99.5%，有些优质接头的焊接则要求CO2的纯度不低于99.8%，露点低于-40. 在焊接现场，对于纯度偏低的CO2气体，采取下列提纯措施。对减少气体中的水分是有效的： （
18、1）、将气瓶倒立静止1h2h，以便瓶内自由状态的水分沉积到瓶口部位。然后打开阀门，放水2-3次，每次可间隔30min左右。 （2）、然后将钢瓶正置约2h，在放气2min3min，以除去顶部之杂气。 （3）、在气路系统中设立2-3个干燥器，并注意经常更换干燥剂（硅胶或脱水硫酸铜）。（二）、CO2气体保护焊用焊丝 1、内在质量 、CO2焊丝在化学成分上应含有适量的Si、Mn等脱氧元素，这是针对前面已经介绍过CO2气体保护焊时电弧气氛中氧化性较强所必须采取的措施。同时为增强抗氮气孔的能力，可加入Ti、Al等合金元素，因为种类元素不仅可进一步增强脱氧能力，而且起到强烈地固定氮的作用，有利于提供抗气孔能
19、力。 、焊丝中的C含量不宜太高。由前所述焊接过程中C被氧化生成CO是引起气孔和飞溅的重要原因，故C含量应适当。 、针对不同的母材采用不同的焊丝，要求不同种类的焊丝其合金元素要适当，以确保相应焊接接头的强度要求。 2、外部质量 、焊丝表面要清洁，应去除拉拔生产过程中附着于焊丝表面的润滑剂，油污等。 、焊丝表面通常是镀铜的。其作用有三：一是防止生锈，便于保存；二是改善导电性；三是减小送丝阻力。对焊丝铜镀层的要求一是牢固，二是不能太厚。镀层如不牢固，在送丝软管中会脱落，以致堵塞软管，增加送丝阻力，使焊接过程不稳。镀层过厚，会使焊缝金属增铜，降低其力学性能。 、焊丝应规则层绕成盘，以便于使用，同时焊丝
20、不允许有弯折处，否则会影响送丝稳定性。 、焊丝应具有一定的硬度，过软的焊丝当送丝阻力稍大时即送丝不稳，影响焊接质量，细焊丝尤其如此。 （二）、常用钢种的焊丝选择 例如：10、20、16Mn、15MnV钢等。对于通常使用的低碳钢和低合金钢，可选用H08Mn2SiA、H08MnSiA等。如要求不高时，也可选用不带“A”的焊丝。总之，此类焊丝适用于焊接低碳钢s490Mpa的低合金钢。如果钢材的强度等级要求较高，可采用含Mo的焊丝，如H10MnSiMo等。如果是低温条件下使用的焊接结构，可选用HS-50T、HS-60、HS-70C等焊丝。 低合金钢气体保护焊实心焊丝熔敷金属冲击性能要求低合金钢气体保护
21、焊实心焊丝熔敷金属冲击性能要求 （GB/T8110-1995）焊丝类型温度/AKV /JER49-1室温47ER50-2-2927ER50-3-1827ER50-4，ER50-5不要求ER50-6，ER50-7，ER55-D2-Ti，ER55-D2-2927ER55-C1-4627ER55-C2-62ER55-C3-73ER69-1，ER69-2-5168ER69-3-2035ER76-1-5168ER83-1低合金钢气体保护焊实心焊丝熔敷金属拉伸性能要求低合金钢气体保护焊实心焊丝熔敷金属拉伸性能要求（GB/T8110-1995）焊丝类型焊丝类型保护气体保护气体拉伸强度拉伸强度/MPa屈服强度
22、屈服强度/MPa延伸率延伸率（%）ER49-1CO249037220ER50-2，ER50-3，ER50-4，ER50-5，ER50-6，ER50-750042022ER55-D2-Ti，ER55-D255047017ER55-C1，ER55-C2，ER55-C3Ar+15%O224ER69-1，ER69-2Ar+2%O269061070016ER69-3CO2ER76-1Ar+2%O276066074015ER83-183073084014第二节： 埋弧焊（埋弧焊（SAW） 埋弧焊（SAW）是在一定大小颗粒的焊剂层下，由焊丝和工件之间放电而产生的电弧热，使焊丝的端部及工件的局部熔化，形成熔池
23、，熔池金属凝固后即形成焊缝。埋弧焊的优点 1、埋弧焊可以相当高的焊接速度和高的熔敷率完成厚度实际上不受限制的对接、角接和搭接接头，多丝埋弧焊特别适用于厚板接头和表明堆焊； 2、单丝或多丝埋弧焊可以单面焊双面成形工艺完成厚度20mm以下直边对接接头、或以双面焊完成40mm以上的直边对接和单V形坡口对接接头，可以取得相当高的经济效益； 3、利用焊剂对焊缝金属脱氧还原反应以及渗合金作用，可以获得力学性能优良、致密性高的优质焊缝金属。焊缝金属的性能容易通过焊剂和焊丝的选配任意调整。 4、埋弧焊过程中的焊丝的熔化不产生任何飞溅，焊缝表面光洁，焊后无需修磨焊缝表面，省略辅助工序； 5、埋弧焊过程无弧光刺激
24、，焊工可集中注意力操作，焊接质量易于保证；同时劳动条件得到改善； 6、埋弧焊易于实现机械化和自动化操作，焊接过程稳定，焊接参数调整范围广，可以适应各种形状工件的焊接。 7、埋弧焊可在风力较大的露天场地施焊。埋弧焊的缺点 1、焊接设备占地面积较大，一次投资费用较高；并需采用处理焊丝、焊剂的辅助设备装置； 2、每层焊道焊接后必须清除焊渣，增加了辅助时间。如清渣不仔细，容易使焊缝产生夹渣之类的缺陷。 3、埋弧焊只能在平焊或横焊位置下进行，对工件的倾斜度亦有严格的限制，否则焊剂和焊接熔池难以保持。埋弧焊的适用范围 所有牌号的低碳钢，Wc0.6%的中碳钢，各种低合金高强度钢、耐热钢、耐侯钢、低温用钢、各
25、种铬钢和铬镍不锈钢、高合金耐热钢和镍基合金等。淬硬性较高的高碳钢、马氏体时效钢； 铜及其合金也可采用埋弧焊焊接，但必须采取特殊的焊接工艺才能保证接头的质量。 埋弧焊还可用于不锈耐蚀、硬质耐磨金属的表面堆焊。 铸铁、奥氏体锰钢、高碳工具钢、铝和镁及其合金尚不能采用埋弧焊进行焊接。 埋弧焊是各工业部门应用最广泛的机械焊接方法之一，特别是在建筑钢结构、船舶制造、发电设备、锅炉压力容器、大型管道、机车车辆、重型机械、桥梁及炼油化工装备生产中已成为主导焊接工艺。对上列焊接结构制造行业的发展起到了积极的推动作用。一、埋弧焊（一、埋弧焊（SAW）原理：原理： 埋弧焊是利用电弧热作为熔化金 属的热源，熔渣是由
26、覆盖在焊接坡 口 区的焊剂形成的。当焊丝与母材 之间施加电压并相互接触引燃电弧 后，电弧热将焊丝端部及电弧区周 围的焊剂及母材熔化，形成 金属熔 滴、熔池及熔渣。金属熔池受到浮 于表面的熔渣和焊剂蒸 汽的保护而 不与空气接触，避免氮、氢、氧有 害气体侵入。随着焊丝向焊接坡口前 方移动，熔池冷却后成焊壳。埋弧焊接装置示意图1焊剂漏斗 2送丝机构 3焊丝 4焊丝盘 5导电嘴6控制箱 7弧焊电源 8焊剂 9焊件 埋弧焊接基本原理1电弧 2母材 3焊剂 4焊丝 5焊剂漏嘴6导电嘴 7熔渣 8金属熔池 9渣壳 10焊缝 在一定大小颗粒的焊剂层下，由焊丝和工件之间放电而产生的电弧热，使焊丝的端部及工件的局
27、部熔化，形成熔池，熔池金属凝固后即形成焊缝。 二、埋弧焊（埋弧焊（SAW）特点：）特点：1、生产效率高： 焊接时采用的粗焊丝，大电流密度，熔深大，减少了坡口尺寸和填充金属量。 2、焊接质量高： 埋弧焊时，焊剂和熔渣能有效地防止空气侵入熔池而免受污染，还可以降低焊缝冷却速度，从而提高接头力学性能；由于焊接工艺参数可以通过自动调节保持稳定，焊缝表面光洁平直，焊缝金属地化学和力学性能均匀而稳定。3、节省焊接材料和能源： 较厚地焊件不开坡口也能熔透，焊丝量显著减少，省去开坡口和填充坡口所需的能源和时间。4、劳动条件好： 焊接过程地机械化和自动化，焊工劳动强度大大降低；没有弧光对焊工地有害作用焊接时放出
28、的烟尘和有害气体少，改善了焊工劳动条件。TmaxAc13213210.40.6mm0.30.4mmD=0.10.3mm三、埋弧焊工艺方法及分类三、埋弧焊工艺方法及分类（一）单丝焊接法 单丝焊可分细丝焊和粗丝焊。焊丝直径2.5mm以下为细丝，直径2.5mm以上为粗丝。 粗丝埋弧焊通常用于自动焊或机械化焊接。多半配用缓降外特性电源和弧压控制送丝系统。当焊接电流大于600A时，配用恒压电源和等速送丝系统，同样可获得稳定的焊接过程。粗丝埋弧焊可使用高达1000A的大电流，获得高达20kg/h以上的高熔敷率。因此主要用于20mm以上的钢板焊接。另外，利用粗丝大电流深熔的特点，可以一次焊透20mm以上的I
29、形坡口对接缝，从而进一步提高了焊接效率。 细丝埋弧焊通常配用恒压电源和等速送丝系统，电弧长度的控制靠恒压电源弧长变化时电流快速升降产生的自调节作用。细丝埋弧焊主要用于薄板的焊接，可以获得高的焊接速度和光滑平整的焊缝外形，最高焊接速度可达200m/h，在这种情况下，对焊接设备和接头跟踪的精度提出了严格的要求。细丝埋弧焊也经常用于手工埋弧焊，焊剂通过软管由压缩空气送至焊接区，焊炬或由焊工手动操作或夹持在机架上或小车上完成焊接过程。焊接角焊缝时一般在焊炬前装上导向轮，以使焊丝对准焊缝，形成两侧熔合良好的角焊缝。（二）加大焊丝伸出长度焊接法 埋弧焊时的焊丝伸出长度较短（2535mm），可以使用较大的焊
30、接电流，而不致使焊丝受电阻热发红，影响焊接质量。但如果控制恰当，也可利用加大焊丝伸出长度而产生的电阻热加速焊丝的熔化速度，即提高了熔敷率。 当焊接电流通过从焊嘴伸出的一段焊丝时产生的电阻热H，可按下式计算： H=II L/D 式中 I电流； L焊丝伸出长度； 焊丝的电阻率； D焊丝直径。焊丝对接触的准确对中 组合式焊嘴，即在导电嘴前加设绝缘导丝嘴，以使电弧以上的一段焊丝长度缩短至25mm-30mm。便于焊丝准确对中。（三）、热丝埋弧焊接法（四）、多丝埋弧焊接法1、并联焊丝焊接法2、串联电弧焊接法3、 SAW并、串联焊接特点并联焊丝焊接法是将两根或多跟焊丝并联于同一台电源进行焊接，以提高熔敷率和
31、焊接速度，电源与焊丝的连接方法如 图图 所示。采用直流电源时，二根焊丝的电弧会相互吸引集中于一个焊接熔池上。直流反接法可获得最大的熔深。二根焊丝可按 横向于焊接方向或纵向于焊接方向排列。焊丝横向与焊接方向，亦称并列焊丝，可获得浅的熔深和低的稀释率。焊丝纵向排列，亦称串列焊丝，可获得较高的焊接速度，其焊道具有与单丝焊相似的形状。并列焊丝法主要用于表面堆焊，焊丝也可作横向摆动，以进一步降低稀释率和热输入。对于堆焊，为达到较高的熔敷率，通常采用直流正接法。串列焊丝法用于连接焊，焊接速度约比单丝焊高1.5倍。3、多丝多电源埋弧焊多丝多电源埋弧焊与单丝埋弧焊相比 其主要优点是焊接速度可成倍地提高，显著地
32、提高厚板的焊接效率。此外，三丝焊时，每根焊丝可有不同的作用，例如，前置焊丝选用大电流和低电压，以达到深熔的目的，中间焊丝选用比前置焊丝小的电流，使熔深略有增加并改善焊道的成形，而最后一根后置焊丝选用更低的电流和较高的电压，以形成平整光滑的焊道外形 双丝焊和三丝焊时焊丝的间距和焊丝与工件表面夹角和按 图 选择。前置焊丝通常垂直于钢板表面或稍作后拖，以获得最佳的熔深，中间焊丝可垂直于钢板或向前倾斜，这样可减少对焊接熔池的搅动。后置焊丝一般向前倾斜，以获得平滑的焊道表面。4、窄间隙埋弧焊 窄间隙埋弧焊时的焊头位置窄间隙埋弧焊时的焊头位置必须首先解决两个技术关键。 第一必须研制出在窄缝内脱渣良好的埋弧
33、焊焊剂； 第二必须采用焊头能自动跟踪接缝的焊接设备，以保证每层焊道与侧壁的良好熔合。 埋弧焊接时，当板厚超过20mm时，为保证根部和侧壁熔透，通常采用开坡口（V形、U形等）焊接，随着板厚的增加，坡口的体积也随之增加，单位长度上的焊缝金属填充量急剧增加，不仅焊接效率降低，而且焊材消耗量明显增加如 所示。 窄间隙埋弧焊的工艺方案窄间隙埋弧焊的工艺方案发展了窄间隙埋弧焊，即在宽度14-20mm的窄间隙内完成整个焊接接头的焊接，以节省焊接材料的消耗并缩短焊接时间。四、四、 埋弧焊用焊剂埋弧焊用焊剂 埋弧焊接时，电弧在一层较厚的焊剂层下燃烧，部分焊剂的电弧热作用下立即熔化，形成液态熔渣，包围了整个焊接区
34、和液态熔池，隔绝了周围的空气，产生了良好的保护作用，焊缝金属的WN仅为0.002%，（用优质药皮焊条焊接的焊缝金属WN为0.02%0.03%），故埋弧焊焊缝具有较高的致密性和纯度。（一）、埋弧焊剂的分类（一）、埋弧焊剂的分类 1、按用途分类 焊剂按焊接的钢种可分为：碳钢埋弧焊焊剂、合金钢焊剂、不锈钢埋焊剂，铜及铜合金埋弧焊焊剂和不锈钢及镍基合金埋弧堆焊用焊剂；焊剂按适用的焊丝直径分细焊丝（1.62.5mm）埋弧焊焊剂和粗焊丝埋弧焊焊剂；按焊接位置可分平焊位置埋弧焊焊剂和强迫成形焊剂；按特殊的用途可分高速埋弧焊焊剂，窄间隙埋弧焊焊剂，多丝埋弧焊焊剂和带级堆焊埋弧焊焊剂等。 2、按化学组分分类 埋
35、弧焊焊剂按其组分中酸性氧化物和碱性氧化物的比例可分为酸性焊剂和碱性焊剂（K碱性系数） 即：K1为酸性焊剂，K1则为碱性焊剂。 焊剂的碱度愈高，合金元素的渗合率愈高，焊缝金属的纯度亦愈高，缺口冲击韧度也随之提高。 按焊剂中的SiO2含量可将其分成低硅焊剂和高硅焊剂。W SiO2在35%以下者称低硅焊剂；W SiO2大于40%者称高硅焊剂。按焊剂中的锰含量可分无锰焊剂和有锰焊剂。焊剂中WMn小于1%者为无锰焊剂，含锰量超过此值者为有锰焊剂。 3、按焊剂的制造方法分类 按制造方法焊剂可分为熔炼焊剂和烧结焊剂二种。 熔炼焊剂是将炉料组成物按一定的配比在电炉或火焰炉内熔炼后制成的。 而烧结焊剂是配料粉碎
36、成粉末再用粘结剂粘合成颗粒焙烧制成。这二种焊剂在工业生产中已普遍采用。 4、按焊剂的物理特性分类 焊剂在熔化状态熔渣的粘度随温度的降低而急剧增加的熔渣称为短渣，粘度随温度降低缓慢变化的熔渣称为长渣。短渣焊剂焊接工艺性能好，利于脱渣和焊缝成形。长渣焊剂则相反。5、按焊剂颗粒构造分类 按焊剂颗粒构造可分为玻璃状焊剂和浮石状焊剂。玻璃状焊剂颗粒呈透明的彩色，而浮石状焊剂为不透明的多孔体。玻璃状焊剂的堆散重量高于1.4g/cm3，而浮石状焊剂则不到1g/cm3，因此，玻璃状焊剂能更好地隔离焊接区不受空气的侵入。（二）对焊剂性能的基本要求1、 保证焊缝金属具有符合要求的化学成分和力学性能；2、 保证电弧
37、稳定燃烧，焊接冶金反应充分；3、 保证焊缝金属内不产生裂纹和气孔；4、 保证焊缝成形良好；5、 保证熔渣的脱渣性良好；6、 保证焊接过程有害气体析出最少。（三）、（三）、 埋弧焊焊剂选择埋弧焊焊剂选择 选择碳钢埋弧焊焊剂时，首先应根据焊件的钢种和配用的焊丝种类。并遵循下列原则： 1）采用沸腾钢焊丝，如H08A和H08MnA等焊丝焊接时，必须采用高锰高硅焊剂，如HJ43X系列的焊剂，以保证焊缝金属通过冶金反应得到必要的硅锰渗合金，形成致密的具有足够强度和韧性的焊缝金属。 2）焊接对接接头韧性要求较高的厚板时，应选用中锰中硅焊接（如HJ350、SJ301等）和H10Mn2高锰焊丝。直接由焊丝向焊缝
38、金属渗锰，并通过焊剂中SiO2的还原反应，使焊缝金属适量渗硅，可以获得冲击韧度较高的焊缝金属。 3）对于中板对接大电流不开坡口单面焊工艺，应选择氧化性较高的高锰高硅焊剂配H08A或H08MnA低碳焊丝，以便尽量降低焊缝金属的碳含量，提高抗裂性。 4）对于工件表面锈蚀较多的焊接接头，应选择抗锈能力较强的SJ501焊剂并按强度要求选择相应牌号的焊丝。 5）薄板高速埋弧焊应选用SJ501烧结焊接配相应强度等级的焊丝。在这种情况下，对接头的强度和韧性一般无特殊要求，主要考虑在高的焊接速度下保证焊缝良好的成型和熔合。 低合金钢埋弧焊焊剂的选择原则 由于钢材的强度较高，对淬硬较敏感，接头热影响区和焊缝金属
39、对冷裂纹或氢致延迟裂纹的倾向较高。虽然埋弧焊的热循环有利于防止冷裂纹的产生，但在厚板的焊接中由于焊缝残余应力高，加上氢在焊缝中逐层积累，仍容易产生氢致延迟裂纹。因此在低合金钢埋弧焊时首先应选择碱度较高的低氢型HJ25X系列焊剂。因这些焊剂均为低锰中硅焊剂，在焊接冶金反应中，Si和Mn还原渗合金的作用不强，这样必须采用硅含量适中的合金焊丝，如H08MnMo、H08Mn2Mo、H08CrMoA等。 其次为保证接头的强度和韧性不低于母材的相应指标，亦选用硅锰还原反应较弱的高碱度焊剂，如HJ250和SJ101焊剂，在这种焊剂下焊接的焊缝金属纯度较高，非金属夹杂物较少，接头的韧性易于保证。 在低合金钢厚
40、板多层多道焊时，应选用脱渣性良好的焊剂，由于高碱度熔炼焊剂的脱渣性不良，而高碱度的烧结焊剂却具有良好的脱渣性，因此，在这种应用场合多半选用烧结焊剂。 不锈钢埋弧焊焊剂的选择原则 不锈钢埋弧焊时，焊剂的主要任务是防止合金元素的过量烧损，因此应首先选用氧化性低的焊剂，我国常用的不锈钢埋弧焊用熔炼型焊剂为HJ260低锰高硅中氟型焊剂，因焊剂仍有一定的氧化性，故需配用铬镍含量较高的铬镍钢焊丝。 HJ150、172型焊剂亦可用于不锈钢的埋弧焊，这类焊剂虽氧化性较低，合金元素烧损较少，但焊接工艺性能尚佳，脱渣性能不良，故很少用于不锈钢厚板多层多道焊工艺。 SJ103氟碱型烧结焊剂，不仅能保证焊缝金属具有足
41、够的Cr、Mo、Ni合金含量，而且具有良好的工艺性，脱渣良好，焊缝成型美观。（四）、（四）、 焊剂的储存与烘干焊剂的储存与烘干 埋弧焊焊剂在大气中存放时，会吸收水分。焊剂中的水分是焊缝产生气孔和冷裂纹的主要原因，故应控制在0.1%以下。 熔炼焊剂与烧结焊剂的吸潮性不同，烧结焊剂的吸潮性比熔炼焊剂高得多，如图所示。因此，烧结焊接在使用前应按产品说明书的规定温度进行烘干。熔炼焊剂也有一定的吸潮性，如在大气中长时间存放时，水分含量亦会超过标准规定。因此，熔炼焊剂同样应注意焊前的烘干。 熔炼焊剂和烧结焊剂的吸潮性 （五）、焊接工艺参数对焊缝成形的影响 影响焊缝成形的主要因素是： 1、焊接电流；2、电弧
42、电压；3、焊接速度；4、电源种类及其极性。1 、 焊接电流 焊接电流是决定焊丝熔化速度、熔透深度和母材熔化量的最重要的参数。焊接电流对熔透深度影响最大，焊接电流与熔透深度几乎是直线正比关系。图5-27示出I形对接焊和Y形坡口对接焊时，焊接电流和熔透深度的关系曲线。如以数学式表示： H=km I 式中 H熔透深度 Km熔透系数 I焊接电流（A）。 熔深系数km取决于焊丝直径和电流种类。对于2mm直径的焊丝。Km=1.0-1.7，对于5mm焊丝，km=0.7-3，采用交流电埋弧焊时，km一般在1.1-1.3范围之内。焊接电流对焊缝横截面形状和熔深的影响焊接电流对焊缝横截面形状和熔深的影响a）不同焊
43、接电流时焊缝横截面形状）不同焊接电流时焊缝横截面形状 b）焊接电流与焊缝尺寸的关系）焊接电流与焊缝尺寸的关系H熔深熔深 B焊缝宽度焊缝宽度 a余高余高2 、 电弧电压 电弧电压与电弧长度成正比关系。在其他参数不变的条件下，随着电弧电压的提高，焊缝的宽度明显增大，而熔深和余高则略有减小。电弧电压过高时，会形成浅而宽的焊道，从而导致未焊透和咬边等缺陷的产生。此外焊剂的熔化量增多，使焊波表面粗糙，脱渣困难。降低电弧电压，能提高电弧的挺度，增大熔深。但电弧电压过低，会形成高而窄的焊道，使边缘熔合不良。 为获得成形良好的焊道，电弧电压与焊接电流应相互匹配。当焊接电流加大时，电弧电压应相应提高。电弧电压对
44、焊缝形状的影响电弧电压对焊缝形状的影响a）不同电弧电压时焊缝横截面形状）不同电弧电压时焊缝横截面形状b）电弧电压对焊缝尺寸的影响）电弧电压对焊缝尺寸的影响B熔宽熔宽 H熔深熔深 a余高余高3、焊接速度 焊接速度决定了每单位焊缝长度上的热输入能量，在其他参数不变的条件下，提高焊接速度，单位长度焊缝上的热输入能量和填充金属量减少。因而使熔深、熔宽及余高都相应地减小。焊接速度对焊缝形状的影响焊接速度对焊缝形状的影响B熔宽熔宽 H熔深熔深 a）余高）余高横截面为蘑菇形焊缝及裂纹分布部位横截面为蘑菇形焊缝及裂纹分布部位 焊接速度太快，会产生咬边和气孔等缺陷，焊道外形恶化。如焊接速度太慢，可能引起烧穿。如
45、电弧电压同时较高，则可能导致横截面呈蘑菇形焊缝。而这种形状的焊缝对人字形裂纹或液化裂纹敏感。 右图示出这种焊缝中产生的典型凝固裂纹。 此外，还会因熔池尺寸过大而形成表面粗糙的焊缝。为此，焊接速度应与所选定的焊接电流，电弧电压适当匹配。 右图 横截面为蘑菇形焊缝及裂纹分布部位4 、 焊接电流及其极性 采用直流电源进行埋弧焊，与交流电源相比，能更好地控制焊道形状、熔深，且引弧容易，以直流反接（焊丝接正极）焊接时，可获得最大的熔深和最佳的焊缝表面。以直流正接（焊丝接负极）焊接时，焊丝熔化速度要比反接高35%，使焊缝余高，熔深变浅。因为在正接时，电弧最大的热量集中于焊丝的顶端。直流正接法埋弧焊可用于要
46、求浅熔深的材料焊接以及表面堆焊。为获得成形良好的焊道，直流正接发焊接时，应适当提高电弧电压。（六）、其他工艺参数对焊缝成形的影响 其他工艺参数对焊缝成形也有一定的影响。这些参数有：1、焊丝伸出长度；2、焊剂粒度和堆散高度；3、焊丝倾角和偏移量。4、其它1 、 焊丝伸出长度 焊丝的熔化速度由电弧热和电阻热共同决定的。电阻热是指伸出导电嘴一段焊丝通过焊接电流时产生的加热量（I2R），因此焊丝的熔化速度与伸出长度的电阻加热成正比，伸出长度越长，电阻热愈大，熔化速度愉快。 当电流密度高于125A/mm2时，焊丝伸出长度对焊缝形状的影响变得更大。在较低的电弧电压下，增加伸出长度，焊道宽度变窄、熔深减小、
47、余高增加。在焊接电流保持不变的情况下，加长焊丝伸出长度，可使熔化速度提高25%50%。因此，为保持良好的焊道成形，加长焊丝伸出长度时，应适当提高电弧电压和焊接速度。在不要求较大熔深的情况下，可利用加长伸出长度来提高焊接效率，而在要求较大熔深时不推荐加长焊丝伸出长度。焊丝伸出长度的电阻加热与焊丝熔化速度的关系焊丝伸出长度的电阻加热与焊丝熔化速度的关系 为保证焊缝成形良好，对于不同的焊丝直径推荐以下最佳焊丝伸出长度和最大伸出长度。 （1）、对于直径2.0、2.5和3.0mm焊丝，最佳伸出长度为30mm-50mm，最大焊丝伸出长度为75mm。 （2）、对于直径4、5和6mm的焊丝，最佳焊丝伸出长度为
48、50mm-80mm，最大焊丝伸出长度为125mm。2、 焊剂粒度和堆散高度 焊剂粒度和堆散高度对焊道的成形也有一定的影响，焊剂粒度通常以过筛的目数表示。例如848表示90%-95%的颗粒能通过每英寸8孔的筛，2%-5%的颗粒能通过每英寸48孔的筛。 焊剂粒度应根据所使用的焊接电流来选择，细颗粒焊剂适用于大的焊接电流，能获得较大的熔深和宽而平坦的焊缝表面。如在低电流下使用细颗粒焊剂。因焊剂层密封性较好，气体不易逸出，而在焊缝表面留下斑点。相反，如在大电流下使用粗颗粒焊剂，则因焊剂层保护不良而在焊缝表面形成凹坑或出现粗糙的波纹。 焊剂堆密度太薄或太厚都会在焊缝表面引起斑点、凹坑、气孔并改变焊道的形
49、状。 焊剂堆密度太薄，电弧不能完全埋入焊剂中，电弧燃烧不稳定且出现闪光、热量不集中，降低焊缝熔透深度。如焊剂堆散层太厚、电弧受到熔渣壳的物理约束，而形成外形凹凸不平的焊缝，但熔透深度增加。因此焊剂层的厚度应加以控制，使电弧不再闪光，同时又能使气体从焊丝周围均匀逸出为准。按照焊丝直径所使用的焊接电流，焊剂层的堆散高度通常在25mm40mm范围内，焊丝直接愈大、电流愈高，堆散高度应相应加大。3、焊丝倾角和偏移量 焊丝的倾角对焊道的成形有明显的影响，焊丝相对于焊接方向可作向前倾斜和向后倾斜。顺着焊接方向倾斜称为前倾。背着焊接方向倾斜称为后倾。 焊丝前倾时，电弧大部分热量集中于焊接熔池，电弧吹力使熔池
50、向后推移，因而形成熔透深、余高大、熔宽窄的焊道，而焊丝后倾时，电弧热量大部分集中于未熔化的母材，从而形成熔深浅、余高小、熔宽大的焊道。环缝焊时焊丝的位置对焊道成形的影响环缝焊时焊丝的位置对焊道成形的影响（1、2、3为焊丝位置）为焊丝位置）1焊道明显下凹，熔深最浅焊道明显下凹，熔深最浅 2焊道平整、美观易脱渣焊道平整、美观易脱渣 3明显凸鼓，熔深最大明显凸鼓，熔深最大4、 工件的倾斜 在埋弧焊过程中，工件的倾斜对焊道的成形也有一定的影响。埋弧自动焊大多是在平焊位置进行的，但在某些特殊应用场合必须在工件略作倾斜的条件下进行焊接。当工件倾斜方向与焊接方向一致时，称为下坡焊。相反，则称为上坡焊。 下坡
