1、第二章埋弧焊,第一節(jié)概述,一、埋弧焊 1、定義： 利用電弧作為熱源的高效機械化焊接方法。焊接時電弧掩埋在焊劑層下燃燒，電弧光不外露而得名。 2、過程： 埋弧焊的焊接過程如圖所示。焊接時電源的兩極分別接在導(dǎo)電嘴和焊件上，焊絲通過導(dǎo)電嘴與焊件接觸，在焊絲周圍撒上焊劑，然后起動電源，電流經(jīng)過導(dǎo)電嘴、焊絲與焊件構(gòu)成焊接回路。,第一節(jié)概述,圖-埋弧焊焊接過程a)焊接過程b)縱向剖面c)橫向剖面1焊劑2焊絲3電弧4金屬熔池5熔渣6焊縫7工件8渣殼9焊劑漏斗10送絲滾輪11導(dǎo)電嘴,第一節(jié)概述,二、埋弧焊的特點1. 主要優(yōu)點(1)焊縫質(zhì)量高1)埋弧焊的電弧被掩埋在顆粒狀焊劑及其熔渣之下，電弧及熔池均處在渣相保

2、護(hù)中，保護(hù)效果比氣渣保護(hù)的焊條電弧焊好。2)大大降低了焊接過程對焊工操作技能的依賴程度，焊縫化學(xué)成分和力學(xué)性能的穩(wěn)定性較好。,第一節(jié)概述,(2)生產(chǎn)率高 1)電流從導(dǎo)電嘴導(dǎo)入焊絲，與焊條電弧焊的焊條導(dǎo)電位置相比，導(dǎo)電的焊絲長度(伸出長)短而穩(wěn)定，又不存在焊條藥皮成分受熱分解的限制，因此埋弧焊時焊接電流和電流密度均較焊條電弧焊明顯提高，使其電弧功率、熔深能力、焊絲熔化速度都相應(yīng)增大。 2)焊劑和熔渣的隔熱保護(hù)作用使電弧熱輻射散失極小，飛濺損失也受到有效制約，電弧熱效率大大提高，因此，埋弧焊的焊接效率明顯高于焊條電弧焊。(3)勞動條件好這是因為埋弧焊無弧光輻射，焊工的主要作用只是操縱焊機，使埋弧焊

3、成為電弧焊方法中操作條件較好的一種方法。,第一節(jié)概述,2. 主要缺點(1)難以在空間位置施焊這主要是因為采用顆粒狀焊劑，埋弧焊通常只適用于平焊或傾斜度不大的位置及角焊位置的焊接。 (2)難以焊接易氧化的金屬材料這是因為焊劑的主要成分為MnO、SiO2等金屬和非金屬氧化物，具有一定的氧化性，故難以焊接鋁、鎂等對氧化性敏感的金屬及其合金。(3)對焊件裝配質(zhì)量要求高由于電弧埋在焊劑層下，操作人員不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，當(dāng)焊件裝配質(zhì)量不好時易焊偏而影響焊接質(zhì)量。(4)不適合焊接薄板和短焊縫這是因為埋弧焊電弧的電場強度較高，電流小于100A時電弧穩(wěn)定性不好，故不適合焊接太薄的焊件。,第一節(jié)概述

4、,三、埋弧焊的應(yīng)用范圍 (1)焊縫類型和焊件厚度凡是焊縫可以保持在水平位置或傾斜度不大的焊件，不管是對接、角接和搭接接頭，都可以用埋弧焊焊接，如平板的拼接縫、圓筒形焊件的縱縫和環(huán)縫、各種焊接結(jié)構(gòu)中的角接縫和搭接縫等。 埋弧焊可焊接的焊件厚度范圍很大。一般厚度在5mm以上的焊件都適用于埋弧焊焊接。目前，企業(yè)采用埋弧焊焊接產(chǎn)品的厚度已達(dá)200mm以上，加長導(dǎo)電嘴還可以提高埋弧焊焊接材料的厚度。,第一節(jié)概述,(2)材料焊接種類隨著焊接冶金技術(shù)和焊接材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，適合埋弧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、耐熱鋼以及某些非鐵金屬，如鎳基合金、銅合金等。 鑄鐵一般不能用埋弧焊焊接。因

5、為埋弧焊電弧功率大，產(chǎn)生的熱收縮應(yīng)力很大，鑄鐵焊后很容易形成裂紋。鋁、鈦及其合金因還沒有適當(dāng)?shù)暮竸?，目前還不能使用埋弧焊焊接。鉛、鋅等低熔點金屬材料也不適合用埋弧焊焊接。,第二節(jié)埋弧焊的冶金過程特點及焊接材料,一、冶金過程特點 1)電弧和焊接熔池在熔化了的焊劑所形成熔渣包圍下獲得可靠保護(hù)，有效地防止了空氣的入侵，使焊縫金屬中含氧量及含氮量均降低，因而焊縫金屬塑性良好。 2)渣相反應(yīng)能有效地控制焊縫金屬的化學(xué)成分。滲錳滲硅：當(dāng)焊劑中MnO、SiO2含量足夠高時，下列冶金反應(yīng)可使焊縫金屬的Mn、Si含量明顯提高，因而焊縫的抗裂性和力學(xué)性能提高。2Fe+(SiO2)2(FeO)+Si,第二節(jié)埋弧焊的

6、冶金過程特點及焊接材料,脫碳：由于焊劑中不含碳的成分，高溫下碳與氧的親和力介于錳與硅之間，因此埋弧焊冶金過程會造成一定量碳元素?zé)龘p，且隨焊絲中含碳量的增大而加劇，過量時會導(dǎo)致產(chǎn)生CO氣孔。 脫氫：母材、焊絲表面的銹污及焊劑吸潮增加的水分是埋弧焊產(chǎn)生氫氣的主要原因。 3)焊劑中含硫、磷量稍高時，會造成焊縫金屬含硫、磷量的增加而導(dǎo)致熱裂、冷裂傾向增強，為此焊劑中含硫量(wS)、含磷量(wP)均應(yīng)嚴(yán)格控制在0.10%以下。,第二節(jié)埋弧焊的冶金過程特點及焊接材料,二、焊接材料及選用 埋弧焊的焊接材料包括焊絲和焊劑。正確地選擇焊絲、焊劑并合理地配合使用，是埋弧焊技術(shù)的一項重要內(nèi)容。(1)焊絲焊絲在埋弧焊

7、中是作為填充金屬而成為焊縫金屬的組成部分，所以對焊縫質(zhì)量有直接影響。 埋弧焊焊接低碳鋼時，常用的焊絲牌號有H08、H08A、H15Mn等，其中以H08A的應(yīng)用最為普遍。當(dāng)焊件厚度較大或?qū)αW(xué)性能的要求較高時，則可選用含Mn量較高的焊絲。(2)焊劑焊劑在埋弧焊中的主要作用是造渣，以隔絕空氣對熔池金屬的污染，控制焊縫金屬的化學(xué)成分，保護(hù)焊縫金屬的力學(xué)性能，防止氣孔、裂紋和夾渣等缺陷的產(chǎn)生。,第二節(jié)埋弧焊的冶金過程特點及焊接材料,埋弧焊的焊劑按生產(chǎn)工藝不同分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和粘貼焊劑三大類。熔煉焊劑是按配方比例將原料干混均勻后入爐熔煉，然后經(jīng)過水冷?；⒑娓?、篩選而成為成品的焊劑；燒結(jié)焊劑屬于非

8、熔煉焊劑，也是將原料粉按配方比例混拌均勻后，加入粘結(jié)劑調(diào)制濕料，再經(jīng)烘干、粉碎、篩選而成。所不同的是燒結(jié)焊劑是在4001000的較低溫度下烘干而成的。 接照焊劑中添加脫氧劑、合金劑分類，又可分為中性焊劑、活性焊劑和合金焊劑。不同類型焊劑可以通過相應(yīng)的牌號及制造廠的產(chǎn)品說明書予以識別。,第二節(jié)埋弧焊的冶金過程特點及焊接材料,熔煉焊劑成分均勻、顆粒強度高、吸水性小、易儲存，是國內(nèi)生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一類焊劑。其缺點是焊劑中無法加入脫氧劑和鐵合金，因為熔煉過程中燒損十分嚴(yán)重。非熔煉焊劑由于制造過程中未經(jīng)高溫熔煉，焊劑中加入的脫氧劑和鐵合金等幾乎沒有損失，可以通過焊劑向焊縫過渡大量合金成分，補充焊絲中合金

9、元素的燒損。國外非熔煉焊劑，特別是燒結(jié)焊劑的應(yīng)用較多，常用來焊接高合金鋼和進(jìn)行堆焊。另外，燒結(jié)焊劑脫渣性能好，所以大厚度焊件窄間隙埋弧焊時均用燒結(jié)焊劑。,第二節(jié)埋弧焊的冶金過程特點及焊接材料,(3)焊絲、焊劑的選用與配合 在選擇埋弧焊焊絲時,最主要的是考慮焊絲中錳和硅的含量。無論是采用單道焊還是多道焊,應(yīng)考慮焊絲向熔敷金屬中過渡的Mn、Si対熔敷金屬力學(xué)性能的影響。熔敷金屬中必須保證最低的錳含量,防止產(chǎn)生焊道中心裂紋。特別是使用低Mn焊絲匹配中性焊易產(chǎn)生焊道中心裂紋。此時應(yīng)改用高猛焊絲和活性焊劑，防止產(chǎn)生裂紋。 一般地某些中性焊劑，采用Si代替C和Mn,并將其含量降到規(guī)定値。使用這樣的焊劑時,

10、不必采用S脫氧焊絲。対于其能不添加Si的焊劑,要求采用Si脫氧焊絲,以獲得合適的潤濕性和防止氣孔。在單道焊焊接被氧化的母材時，由焊劑、焊絲提供充分的脫氧成分，可以防止產(chǎn)生氣孔。 表2-2；2-3列出了焊絲-焊劑組合的焊縫金屬力學(xué)性能。,第二節(jié)埋弧焊的冶金過程特點及焊接材料,焊絲-焊劑組合的型號編制方法如下: 字母”F”表示焊劑；第一位數(shù)學(xué)表示焊絲-焊劑組合的熔敷金屬抗 拉強度最小值；第二位字母表示試件的熱處理狀態(tài)，”A”表示焊態(tài)， “P”表示焊后熱處理狀態(tài)；第三位數(shù)字表示熔敷金屬沖擊吸收功不小于27J時的最低試驗溫度；“-”后面表示焊絲的牌號，焊絲的牌號按照GB/T14957.,第三節(jié)埋弧焊工

11、藝,一、焊前準(zhǔn)備 埋弧焊的焊前準(zhǔn)備包括焊件的坡口加工、焊件的清理與裝配、焊絲表面清理及焊劑烘干、焊機檢查與調(diào)整等工作。1.坡口的選擇 由于埋弧焊可使用較大的電流焊接，電弧具有較強穿透力，所以當(dāng)焊件厚度不太大時，一般不開坡口也能將焊件焊透。但隨著焊件厚度的增加，不能無限地提高焊接電流，為了保證焊件焊透，并使焊縫有良好的成形，應(yīng)在焊件上開坡口，坡口可用氣割或機械加工方法制備。埋弧焊焊縫坡口的基本形式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，各種坡口適用的厚度、基本尺寸和標(biāo)注方法見GB/T 98522008埋弧焊的推薦坡口規(guī)定。,第三節(jié)埋弧焊工藝,2.焊件的清理與裝配 焊件裝配前，需將坡口及附近區(qū)域表面上的銹蝕、油污、氧化物、水

12、分等清理干凈。大量生產(chǎn)時可用噴丸處理方法；批量不大時也可用手工清理，即用鋼絲刷、風(fēng)動、電動砂輪或鋼絲輪等進(jìn)行清除；必要時還可用氧乙炔火焰烘烤焊接部位，以燒掉焊件表面的污垢和油漆，并烘干水分。機械加工的坡口容易在坡口表面污染切削用油或其它油脂，焊前也可用揮發(fā)性溶劑將污染部位清洗干凈。3.焊絲表面清理與焊劑烘干 埋弧焊用的焊絲要嚴(yán)格清理，焊絲表面的油、銹及拔絲時用的潤滑劑都要清理干凈，以免污染焊縫造成氣孔。,第三節(jié)埋弧焊工藝,4.焊機的檢查與調(diào)試 焊前應(yīng)檢查接到焊機上的動力線、焊接電纜接頭是否松動，接地線是否連接妥當(dāng)。導(dǎo)電嘴是易損件，一定要檢查其磨損情況和是否夾持可靠。焊機要做空車調(diào)試，檢查儀表指

13、針及各部分動作情況，并按要求調(diào)好預(yù)定的焊接參數(shù)。對于弧壓反饋式埋弧焊機或在滾輪架上焊接的其他焊機，焊前應(yīng)實測焊接速度。測量時標(biāo)出半分鐘或一分鐘內(nèi)焊車移動或工件轉(zhuǎn)動過的距離，計算出實際焊接速度。,第三節(jié)埋弧焊工藝,二、埋弧焊主要焊接參數(shù)的選擇 埋弧焊最主要的焊接參數(shù)是焊接電流、電弧電壓和焊接速度，其次是焊絲直徑、焊絲伸出長度、焊劑和焊絲類型、焊劑粒度和焊劑層厚度等。1.焊接參數(shù)對焊縫成形及質(zhì)量的影響 (1)焊接電流焊接電流是埋弧焊最重要的工藝參數(shù)，它直接決定焊絲熔化速度、焊縫熔深和母材熔化量的大小。,圖-焊接電流對焊縫形狀的影響,第三節(jié)埋弧焊工藝,(2)電弧電壓電弧電壓與電弧長度成正比。,圖-電

14、弧電壓對焊縫形狀的影響,表-4埋弧焊電流與電弧電壓的配合關(guān)系,(3)焊接速度焊接速度對熔寬、熔深有明顯影響，它是決定焊接生產(chǎn)率和焊縫內(nèi)在質(zhì)量的重要參數(shù)。,圖-焊接速度對焊縫形狀的影響,第三節(jié)埋弧焊工藝,(4)焊絲直徑與伸出長度焊絲直徑主要影響熔深。焊絲直徑應(yīng)與所用的焊接電流大小相適應(yīng)，如果粗焊絲用小電流焊接，會造成焊接電弧不穩(wěn)定；相反，細(xì)焊絲用大電流焊接，容易形成“蘑菇形”焊縫，而且熔池也不穩(wěn)定，焊縫成形差。不同直徑焊絲適用的焊接電流范圍見表5。,(5)焊劑成分和性能焊劑成分影響電弧極區(qū)壓降和弧柱電場強度的大小。焊劑的顆粒度和焊劑層厚度也會影響焊縫的成形與質(zhì)量。當(dāng)焊劑的顆粒度較大或堆積的焊劑層

15、較薄時，電弧四周的壓力低，弧柱膨脹，電弧燃燒的空間增大，所以使熔寬增大，熔熔略有減小，有利于改善焊縫成形。但焊劑顆粒度過大或焊劑層厚度過小時，不利于焊接區(qū)域的保護(hù)，使焊縫成形變差，并可能產(chǎn)生氣孔。,第三節(jié)埋弧焊工藝,（6）焊件熱處理 以Q345R鋼為例，板厚40mm，焊后熱處理工藝參見NB/T47015-2011 2.焊接參數(shù)的選擇及匹配 (1)選擇方法工藝參數(shù)的選擇可以通過計算法、查表法和試驗法進(jìn)行(2)焊接參數(shù)之間的配合按上述方法選擇焊接參數(shù)時，必須考慮各種焊接參數(shù)之間的配合。1)焊縫的成形系數(shù)。 影響焊縫成形系數(shù)的主要焊接參數(shù)，是焊接電流和電弧電壓。埋弧焊時，與焊接電流相對應(yīng)的電弧電壓見

16、表。,第三節(jié)埋弧焊工藝,2)熔合比。 埋弧焊的熔合比通常為30%60%，單道焊或多層焊中的第一層焊縫熔合比較大，隨焊接層數(shù)增加，熔合比逐漸減小。由于一般母材中碳的含量和硫、磷雜質(zhì)的含量比焊絲高，所以熔合比大的焊縫，由母材帶入焊縫的碳量及雜質(zhì)量較多，對焊縫的塑性、韌性有一定影響。因此，對要求較高的多層焊焊縫應(yīng)設(shè)法減小熔合比，以防止第一層焊縫熔入過多的母材而降低焊縫的抗裂性能。此外，埋弧堆焊時為了減少堆焊層數(shù)和保證堆焊層成分，也必須減小熔合比。,第三節(jié)埋弧焊工藝,3)熱輸入。 所以，埋弧焊時必須根據(jù)母材的性能特點和對焊接接頭的要求選擇合適的熱輸入。而熱輸入與焊接電流和電弧電壓成正比，與焊接速度成反

17、比。即焊接電流、電弧電壓越高，熱輸入越大；焊接速度越大，熱輸入越小。由于埋弧焊的焊接電流和焊接速度能在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故熱輸入的變化范圍比焊條電弧焊大得多，能滿足不同焊件對焊接熱輸入的要求。,第三節(jié)埋弧焊工藝,圖-焊劑墊上焊接示意圖a)軟管式b)橡膠膜式1工件2焊劑3帆布4充氣軟管5橡皮膜6壓板7氣室,三、埋弧焊技術(shù) 1.對接接頭單面焊對接接頭單面焊可采用以下幾種焊接技術(shù)：(1)在焊劑墊上焊接用這種方法焊接時，焊縫成形的質(zhì)量主要取決于焊劑墊托力的大小和均勻度以及裝配間隙的均勻與否。,第三節(jié)埋弧焊工藝,(2)在焊劑銅墊板上焊接這種方法采用帶溝槽的銅墊板，溝槽中鋪撒焊劑。(3)在永久性墊板或鎖底上

18、焊接當(dāng)焊件結(jié)構(gòu)允許焊后保留永久性墊板時，厚10mm以下的工件可采用永久性墊板單面焊方法。 (4)在臨時性的襯墊上焊接這種方法采用柔性的熱固化焊劑襯墊貼合在接縫背面進(jìn)行焊接。(5)懸空焊當(dāng)工件裝配質(zhì)量良好并且沒有間隙的情況下，可以采用不加墊托的懸空焊。,圖-鎖底對接接頭,第三節(jié)埋弧焊工藝,2.對接接頭雙面焊 工件厚度1214mm的對接接頭，通常采用雙面焊。這種方法對焊接參數(shù)的波動和工件裝配質(zhì)量都較不敏感，一般都能獲得較好的焊接質(zhì)量。(1)懸空焊裝配時不留間隙或只留很小的間隙(一般不超過1mm)。(2)在焊劑墊上焊接焊接第一面時，采用預(yù)留間隙不開坡口的方法最為經(jīng)濟。(3)在臨時襯墊上焊接采用此法焊

19、接第一面時，一般都要求接頭處留有一定間隙，以保證焊劑能填滿其中。,圖-在臨時襯墊上焊接a)薄鋼帶墊b)石棉繩墊c)石棉板墊,第三節(jié)埋弧焊工藝,3.對接接頭環(huán)縫埋弧焊 環(huán)縫埋弧焊是制造圓柱形容器最常用的一種焊接形式，它一般是先在專用的焊劑墊上焊接內(nèi)環(huán)縫，如圖所示，然后再在滾輪轉(zhuǎn)胎上焊接外環(huán)縫，如圖所示。由于筒體內(nèi)部通風(fēng)較差，為改善勞動條件，環(huán)縫坡口通常不對稱布置，將主要焊接工作量放在外環(huán)縫，內(nèi)環(huán)縫主要起封底作用。焊接時，通常采用機頭不動，讓焊件勻速轉(zhuǎn)動的方法進(jìn)行焊接。焊件轉(zhuǎn)動的切線速度即是焊接速度。環(huán)縫埋弧焊的焊接條件可參照平板雙面對接的焊接條件選取，焊接操作技術(shù)也與平板對接時的基本相同。,第三

20、節(jié)埋弧焊工藝,圖-內(nèi)環(huán)縫焊接示意圖 1焊絲2工件3輥輪4焊劑墊5傳動帶,第三節(jié)埋弧焊工藝,4.角焊縫焊接 焊接“T”形接頭或搭接接頭的角焊縫時，通?？刹捎么魏负推浇呛竷煞N方法。(1)船形焊將工件角焊縫的兩邊置于垂直線各成45的位置，如圖-所示，可為焊縫成形提供最有利的條件。,圖-船形焊a)T形接頭b)搭接接頭,第三節(jié)埋弧焊工藝,(2)平角焊當(dāng)工件不可能或不便于采用船形焊時，可采用平角焊來焊接角焊縫，如圖-所示。,圖-平角焊a)示意圖b)焊絲與立板間距過大c)焊絲與立板間距過小,第三節(jié)埋弧焊工藝,四、埋弧焊的常見缺陷及防止方法 埋弧焊常見缺陷有焊縫成形不良、咬邊、未焊透、氣孔、裂紋、夾渣、焊穿等。現(xiàn)將它們產(chǎn)生的原因及防止的方法列于表中。,表-埋弧焊常見缺陷的產(chǎn)生原因及防止方法,第四節(jié)高效埋弧焊技術(shù),第四節(jié)高效埋弧焊技術(shù),一、多絲埋弧焊 多絲埋弧焊是一種既能保證合理的焊縫成形和良好的焊接質(zhì)量，又可以提高焊接生產(chǎn)率的有效方法。采用多絲單道埋弧焊焊接厚板時可實現(xiàn)一次焊透，其總的熱輸入量要比單絲多層焊時少。因此，多絲埋弧焊與普通埋弧焊相比具有焊速高、耗能省、填充金屬少等優(yōu)點。多絲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襯墊的單面焊雙面成形的焊接工藝。目前生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是雙絲焊