1、第二章埋弧焊第一节概述一、埋弧焊过程 所谓埋弧焊，在无说明情况下均指埋弧自动焊，它的电弧引燃、焊丝送进和使电弧沿焊接方向移动等过程都是由机械装置自动完成的。埋弧焊的焊接过程如图 所示。焊接时电源的两极分别接在导电嘴和焊件上，焊丝通过导电嘴与焊件接触，在焊丝周围撒上焊剂，然后起动电源，电流经过导电嘴、焊丝与焊件构成焊接回路。第一节概述图-埋弧焊焊接过程a)焊接过程b)纵向剖面c)横向剖面1焊剂2焊丝3电弧4金属熔池5熔渣6焊缝7工件8渣壳9焊剂漏斗10送丝滚轮11导电嘴第一节概述二、埋弧焊的特点1.埋弧焊的主要优点(1)焊缝质量高1)埋弧焊的电弧被掩埋在颗粒状焊剂及其熔渣之下，电弧及熔池均处在渣
2、相保护中，保护效果比气渣保护的焊条电弧焊好。2)大大降低了焊接过程对焊工操作技能的依赖程度，焊缝化学成分和力学性能的稳定性较好。第一节概述(2)生产率高 1)电流从导电嘴导入焊丝，与焊条电弧焊的焊条导电位置相比，导电的焊丝长度(伸出长)短而稳定，又不存在焊条药皮成分受热分解的限制，因此埋弧焊时焊接电流和电流密度均较焊条电弧焊明显提高，使其电弧功率、熔深能力、焊丝熔化速度都相应增大。2)焊剂和熔渣的隔热保护作用使电弧热辐射散失极小，飞溅损失也受到有效制约，电弧热效率大大提高，因此，埋弧焊的焊接效率明显高于焊条电弧焊。(3)劳动条件好这是因为埋弧焊无弧光辐射，焊工的主要作用只是操纵焊机，使埋弧焊成
3、为电弧焊方法中操作条件较好的一种方法。第一节概述2.埋弧焊的主要缺点(1)难以在空间位置施焊这主要是因为采用颗粒状焊剂，埋弧焊通常只适用于平焊或倾斜度不大的位置及角焊位置的焊接。(2)难以焊接易氧化的金属材料这是因为焊剂的主要成分为MnO、SiO2等金属和非金属氧化物，具有一定的氧化性，故难以焊接铝、镁等对氧化性敏感的金属及其合金。(3)对焊件装配质量要求高由于电弧埋在焊剂层下，操作人员不能直接观察电弧与坡口的相对位置，当焊件装配质量不好时易焊偏而影响焊接质量。(4)不适合焊接薄板和短焊缝这是因为埋弧焊电弧的电场强度较高，电流小于100A时电弧稳定性不好，故不适合焊接太薄的焊件。第一节概述三、
4、埋弧焊的应用范围(1)焊缝类型和焊件厚度凡是焊缝可以保持在水平位置或倾斜度不大的焊件，不管是对接、角接和搭接接头，都可以用埋弧焊焊接，如平板的拼接缝、圆筒形焊件的纵缝和环缝、各种焊接结构中的角接缝和搭接缝等。埋弧焊可焊接的焊件厚度范围很大。一般厚度在5mm以上的焊件都适用于埋弧焊焊接。目前，埋弧焊焊接的最大厚度已达650mm。第一节概述(2)材料焊接种类随着焊接冶金技术和焊接材料生产技术的发展，适合埋弧焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及某些非铁金属，如镍基合金、铜合金等。铸铁一般不能用埋弧焊焊接。因为埋弧焊电弧功率大，产生的热收缩应力很大，铸铁焊后很容易形成裂纹。铝、
5、钛及其合金因还没有适当的焊剂，目前还不能使用埋弧焊焊接。铅、锌等低熔点金属材料也不适合用埋弧焊焊接。第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料一、冶金过程特点 1)电弧和焊接熔池在熔化了的焊剂所形成熔渣包围下获得可靠保护，有效地防止了空气的入侵，使焊缝金属中含氧量及含氮量均降低，因而焊缝金属塑性良好。2)渣相反应能有效地控制焊缝金属的化学成分。渗锰渗硅：当焊剂中MnO、SiO2含量足够高时，下列冶金反应可使焊缝金属的Mn、Si含量明显提高，因而焊缝的抗裂性和力学性能提高。2Fe+(SiO2)2(FeO)+Si第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料脱碳：由于焊剂中不含碳的成分，高温下碳与氧的亲和力介于锰
6、与硅之间，因此埋弧焊冶金过程会造成一定量碳元素烧损，且随焊丝中含碳量的增大而加剧，过量时会导致产生CO气孔。脱氢：母材、焊丝表面的锈污及焊剂吸潮增加的水分是埋弧焊产生氢气的主要原因。3)焊剂中含硫、磷量稍高时，会造成焊缝金属含硫、磷量的增加而导致热裂、冷裂倾向增强，为此焊剂中含硫量(wS)、含磷量(wP)均应严格控制在0.10%以下。第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料二、焊接材料及选用 埋弧焊的焊接材料包括焊丝和焊剂。正确地选择焊丝、焊剂并合理地配合使用，是埋弧焊技术的一项重要内容。(1)焊丝焊丝在埋弧焊中是作为填充金属而成为焊缝金属的组成部分，所以对焊缝质量有直接影响。埋弧焊焊接低碳钢时，
7、常用的焊丝牌号有H08、H08A、H15Mn等，其中以H08A的应用最为普遍。当焊件厚度较大或对力学性能的要求较高时，则可选用含Mn量较高的焊丝。(2)焊剂焊剂在埋弧焊中的主要作用是造渣，以隔绝空气对熔池金属的污染，控制焊缝金属的化学成分，保护焊缝金属的力学性能，防止气孔、裂纹和夹渣等缺陷的产生。第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料 埋弧焊的焊剂按制造方法主要有熔炼焊剂、烧结焊剂两大类。熔炼焊剂是按配方比例将原料干混均匀后入炉熔炼，然后经过水冷粒化、烘干、筛选而成为成品的焊剂；烧结焊剂属于非熔炼焊剂，也是将原料粉按配方比例混拌均匀后，加入粘结剂调制湿料，再经烘干、粉碎、筛选而成。所不同的是烧结
8、焊剂是在4001000的较低温度下烘干而成的。第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料 熔炼焊剂成分均匀、颗粒强度高、吸水性小、易储存，是国内生产中应用最多的一类焊剂。其缺点是焊剂中无法加入脱氧剂和铁合金，因为熔炼过程中烧损十分严重。非熔炼焊剂由于制造过程中未经高温熔炼，焊剂中加入的脱氧剂和铁合金等几乎没有损失，可以通过焊剂向焊缝过渡大量合金成分，补充焊丝中合金元素的烧损。国外非熔炼焊剂，特别是烧结焊剂的应用较多，常用来焊接高合金钢和进行堆焊。另外，烧结焊剂脱渣性能好，所以大厚度焊件窄间隙埋弧焊时均用烧结焊剂。第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料(3)焊丝、焊剂的选用与配合焊丝与焊剂的正确选用及二
9、者之间的合理配合，是获得优质焊缝的关键，所以必须按工件的成分、性能和要求，正确、合理地选配焊丝和焊剂。在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时，选配焊丝、焊剂通常以满足力学性能要求为主，使焊缝强度达到与母材金属等强度，同时要满足其他力学性能指标要求。在此前提下，即可选用下面两种配合方式中的任何一种：低锰或含锰焊丝，配合高锰高硅焊剂，如H08A或H08MnA焊丝配HJ431、HJ430焊剂。采用高锰焊丝配合无锰高硅或低锰高硅焊剂，如H10Mn2焊丝配HJ130、HJ230焊剂。第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料表-常用埋弧焊焊剂用途及配用焊丝第三节埋弧焊工艺一、焊前准备 埋弧焊的焊前准备包括焊件的
10、坡口加工、焊件的清理与装配、焊丝表面清理及焊剂烘干、焊机检查与调整等工作。1.坡口的选择 由于埋弧焊可使用较大的电流焊接，电弧具有较强穿透力，所以当焊件厚度不太大时，一般不开坡口也能将焊件焊透。但随着焊件厚度的增加，不能无限地提高焊接电流，为了保证焊件焊透，并使焊缝有良好的成形，应在焊件上开坡口，坡口可用气割或机械加工方法制备。埋弧焊焊缝坡口的基本形式已经标准化，各种坡口适用的厚度、基本尺寸和标注方法见GB/T 98522008埋弧焊的推荐坡口规定。第三节埋弧焊工艺2.焊件的清理与装配 焊件装配前，需将坡口及附近区域表面上的锈蚀、油污、氧化物、水分等清理干净。大量生产时可用喷丸处理方法；批量不
11、大时也可用手工清理，即用钢丝刷、风动、电动砂轮或钢丝轮等进行清除；必要时还可用氧乙炔火焰烘烤焊接部位，以烧掉焊件表面的污垢和油漆，并烘干水分。机械加工的坡口容易在坡口表面污染切削用油或其它油脂，焊前也可用挥发性溶剂将污染部位清洗干净。3.焊丝表面清理与焊剂烘干 埋弧焊用的焊丝要严格清理，焊丝表面的油、锈及拔丝时用的润滑剂都要清理干净，以免污染焊缝造成气孔。第三节埋弧焊工艺4.焊机的检查与调试 焊前应检查接到焊机上的动力线、焊接电缆接头是否松动，接地线是否连接妥当。导电嘴是易损件，一定要检查其磨损情况和是否夹持可靠。焊机要做空车调试，检查仪表指针及各部分动作情况，并按要求调好预定的焊接参数。对于
12、弧压反馈式埋弧焊机或在滚轮架上焊接的其他焊机，焊前应实测焊接速度。测量时标出半分钟或一分钟内焊车移动或工件转动过的距离，计算出实际焊接速度。第三节埋弧焊工艺二、埋弧焊主要焊接参数的选择 埋弧焊最主要的焊接参数是焊接电流、电弧电压和焊接速度，其次是焊丝直径、焊丝伸出长度、焊剂和焊丝类型、焊剂粒度和焊剂层厚度等。1.焊接参数对焊缝成形及质量的影响 (1)焊接电流焊接电流是埋弧焊最重要的工艺参数，它直接决定焊丝熔化速度、焊缝熔深和母材熔化量的大小。图-焊接电流对焊缝形状的影响第三节埋弧焊工艺(2)电弧电压电弧电压与电弧长度成正比。图-电弧电压对焊缝形状的影响表-埋弧焊电流与电弧电压的配合关系(3)焊
13、接速度焊接速度对熔宽、熔深有明显影响，它是决定焊接生产率和焊缝内在质量的重要参数。图-焊接速度对焊缝形状的影响第三节埋弧焊工艺(4)焊丝直径与伸出长度焊丝直径主要影响熔深。焊丝直径应与所用的焊接电流大小相适应，如果粗焊丝用小电流焊接，会造成焊接电弧不稳定；相反，细焊丝用大电流焊接，容易形成“蘑菇形”焊缝，而且熔池也不稳定，焊缝成形差。不同直径焊丝适用的焊接电流范围见表。表-不同直径焊丝适用的焊接电流(5)焊剂成分和性能焊剂成分影响电弧极区压降和弧柱电场强度的大小。焊剂的颗粒度和焊剂层厚度也会影响焊缝的成形与质量。当焊剂的颗粒度较大或堆积的焊剂层较薄时，电弧四周的压力低，弧柱膨胀，电弧燃烧的空间
14、增大，所以使熔宽增大，熔熔略有减小，有利于改善焊缝成形。但焊剂颗粒度过大或焊剂层厚度过小时，不利于焊接区域的保护，使焊缝成形变差，并可能产生气孔。第三节埋弧焊工艺2.焊接参数的选择及匹配(1)选择方法工艺参数的选择可以通过计算法、查表法和试验法进行(2)焊接参数之间的配合按上述方法选择焊接参数时，必须考虑各种焊接参数之间的配合。1)焊缝的成形系数。影响焊缝成形系数的主要焊接参数，是焊接电流和电弧电压。埋弧焊时，与焊接电流相对应的电弧电压见表。第三节埋弧焊工艺2)熔合比。埋弧焊的熔合比通常为30%60%，单道焊或多层焊中的第一层焊缝熔合比较大，随焊接层数增加，熔合比逐渐减小。由于一般母材中碳的含
15、量和硫、磷杂质的含量比焊丝高，所以熔合比大的焊缝，由母材带入焊缝的碳量及杂质量较多，对焊缝的塑性、韧性有一定影响。因此，对要求较高的多层焊焊缝应设法减小熔合比，以防止第一层焊缝熔入过多的母材而降低焊缝的抗裂性能。此外，埋弧堆焊时为了减少堆焊层数和保证堆焊层成分，也必须减小熔合比。第三节埋弧焊工艺3)热输入。所以，埋弧焊时必须根据母材的性能特点和对焊接接头的要求选择合适的热输入。而热输入与焊接电流和电弧电压成正比，与焊接速度成反比。即焊接电流、电弧电压越高，热输入越大；焊接速度越大，热输入越小。由于埋弧焊的焊接电流和焊接速度能在较大范围内调节，故热输入的变化范围比焊条电弧焊大得多，能满足不同焊件
16、对焊接热输入的要求。第三节埋弧焊工艺图-焊剂垫上焊接示意图a)软管式b)橡胶膜式1工件2焊剂3帆布4充气软管5橡皮膜6压板7气室三、埋弧焊技术1.对接接头单面焊对接接头单面焊可采用以下几种焊接技术：(1)在焊剂垫上焊接用这种方法焊接时，焊缝成形的质量主要取决于焊剂垫托力的大小和均匀度以及装配间隙的均匀与否。第三节埋弧焊工艺(2)在焊剂铜垫板上焊接这种方法采用带沟槽的铜垫板，沟槽中铺撒焊剂。(3)在永久性垫板或锁底上焊接当焊件结构允许焊后保留永久性垫板时，厚10mm以下的工件可采用永久性垫板单面焊方法。(4)在临时性的衬垫上焊接这种方法采用柔性的热固化焊剂衬垫贴合在接缝背面进行焊接。(5)悬空焊
17、当工件装配质量良好并且没有间隙的情况下，可以采用不加垫托的悬空焊。图-锁底对接接头第三节埋弧焊工艺2.对接接头双面焊 工件厚度1214mm的对接接头，通常采用双面焊。这种方法对焊接参数的波动和工件装配质量都较不敏感，一般都能获得较好的焊接质量。(1)悬空焊装配时不留间隙或只留很小的间隙(一般不超过1mm)。(2)在焊剂垫上焊接焊接第一面时，采用预留间隙不开坡口的方法最为经济。(3)在临时衬垫上焊接采用此法焊接第一面时，一般都要求接头处留有一定间隙，以保证焊剂能填满其中。图-在临时衬垫上焊接a)薄钢带垫b)石棉绳垫c)石棉板垫第三节埋弧焊工艺3.对接接头环缝埋弧焊 环缝埋弧焊是制造圆柱形容器最常
18、用的一种焊接形式，它一般是先在专用的焊剂垫上焊接内环缝，如图 所示，然后再在滚轮转胎上焊接外环缝，如图 所示。由于筒体内部通风较差，为改善劳动条件，环缝坡口通常不对称布置，将主要焊接工作量放在外环缝，内环缝主要起封底作用。焊接时，通常采用机头不动，让焊件匀速转动的方法进行焊接。焊件转动的切线速度即是焊接速度。环缝埋弧焊的焊接条件可参照平板双面对接的焊接条件选取，焊接操作技术也与平板对接时的基本相同。第三节埋弧焊工艺图-内环缝焊接示意图1焊丝2工件3辊轮4焊剂垫5传动带图-环缝自动焊焊丝偏移位置示意图第三节埋弧焊工艺4.角焊缝焊接 焊接“T”形接头或搭接接头的角焊缝时，通常可采用船形焊和平角焊两
19、种方法。(1)船形焊将工件角焊缝的两边置于垂直线各成45的位置，如图-所示，可为焊缝成形提供最有利的条件。图-船形焊a)T形接头b)搭接接头第三节埋弧焊工艺(2)平角焊当工件不可能或不便于采用船形焊时，可采用平角焊来焊接角焊缝，如图-所示。图-平角焊a)示意图b)焊丝与立板间距过大c)焊丝与立板间距过小第三节埋弧焊工艺四、埋弧焊的常见缺陷及防止方法 埋弧焊常见缺陷有焊缝成形不良、咬边、未焊透、气孔、裂纹、夹渣、焊穿等。现将它们产生的原因及防止的方法列于表 中。表-埋弧焊常见缺陷的产生原因及防止方法第四节高效埋弧焊技术第四节高效埋弧焊技术一、多丝埋弧焊 多丝埋弧焊是一种既能保证合理的焊缝成形和良
20、好的焊接质量，又可以提高焊接生产率的有效方法。采用多丝单道埋弧焊焊接厚板时可实现一次焊透，其总的热输入量要比单丝多层焊时少。因此，多丝埋弧焊与普通埋弧焊相比具有焊速高、耗能省、填充金属少等优点。多丝埋弧焊主要用于厚板材料的焊接，通常采用在工件背面使用衬垫的单面焊双面成形的焊接工艺。目前生产中应用最多的是双丝焊。按焊丝的排列方式可分为纵列式、横列式和直列式三种，如图-所示。图-双丝埋弧焊示意图a)纵列式b)横列式c)直列式二、带极埋弧焊图-带极埋弧焊和带极形状a)带极埋弧焊示意图b)轧制带极形状1电源2带极3带极送进装置4导电嘴5焊剂6渣壳7焊道8工件 带极埋弧焊是由多丝(横列式)埋弧焊发展而成
21、的。它用矩形截面的钢带取代圆形截面的焊丝作电极，不仅可提高填充金属的熔化量，提高焊接生产率，而且可增大成形系数，即在熔深较小的条件下大大增加焊道宽度，很适合于多层焊时表层焊缝的焊接，尤其适合于埋弧堆焊，因而具有很大的实用价值。带极埋弧焊的焊接过程示意图和带极形状如图-所示。焊接时，焊件与带极间形成电弧，电弧热分布在整个电极宽度上。带极熔化后形成熔滴过渡到熔池中，冷凝后形成焊道。三、窄间隙埋弧焊图-窄间隙埋弧焊焊嘴结构示意图 窄间隙埋弧焊是适用于厚板结构的一种高效率的焊接方法，如厚壁压力容器、原子能堆外壳、涡轮机转子等的焊接。这些焊件壁厚很大，若采用常规埋弧焊方法，需开U形或双Y形坡口，这种坡口的加工量及焊接量都很大，生产效率低且不易保证焊接质量。采用窄间的扁形结构，如图-所示。为了保证焊嘴与焊缝间隙的绝缘及焊接参数在较高的温度和长时间的焊接过程中保持恒定，铜导电嘴的整个外表必须涂上耐热的绝缘陶瓷层，导电嘴内部还要有水冷却系统。
