第三章 埋弧焊

1、第三章 埋弧焊一、教學(xué)目的：掌握埋弧焊的原理及特點(diǎn)理解埋弧焊的兩種自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)了解埋弧焊的相關(guān)設(shè)備掌握埋弧焊的冶金過程了解埋弧焊工藝的內(nèi)容及編制方法能正確認(rèn)識(shí)埋弧焊焊接工藝參數(shù)的選擇掌握埋弧焊相關(guān)的操作技術(shù)了解埋弧焊的四種其他焊接方法的原理二、教學(xué)重點(diǎn)：埋弧焊的原理及特點(diǎn)埋弧焊的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理埋弧焊的冶金過程埋弧焊相關(guān)的操作技術(shù)三、教學(xué)難點(diǎn)：埋弧焊的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程埋弧焊的冶金過程埋弧焊焊接工藝參數(shù)的選擇四、參考學(xué)時(shí)數(shù)：68學(xué)時(shí)五、主要教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 埋弧焊的原理及特點(diǎn)一、埋弧焊的焊接過程及原理:概念：埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。原理：焊接時(shí)電弧掩埋在焊焊劑層下燃燒,電

2、弧光不外露，焊接時(shí)電源的兩極分別接在導(dǎo)電嘴和焊件上，焊絲通過導(dǎo)電嘴和焊絲的接觸，在焊絲周圍撒上焊劑，然后接通電源，則電流通過導(dǎo)電嘴、焊絲與焊件構(gòu)成焊接回路。 當(dāng)焊絲和焊件之間引燃電弧后，電弧的熱量使周圍的焊劑融化形成焊渣，部分焊劑分解，蒸發(fā)成氣體，氣體排開熔渣形成一個(gè)氣泡，電弧就在這個(gè)氣泡中燃燒。連續(xù)送入電弧的焊絲在電弧高溫作用下加熱融化，與融化的母材混合形成金屬熔池。二、埋弧焊的特點(diǎn)1、埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接生產(chǎn)率高（2）焊接質(zhì)量好（3）焊接成本較低（4）勞動(dòng)條件好2 埋弧焊的主要缺點(diǎn) （1）難以在空間位置施焊（2）對(duì)焊接裝配質(zhì)量要求高（3）不適合焊接薄板和短焊縫三、埋弧焊的分類及應(yīng)用

3、范圍1 分類2、應(yīng)用（1）焊接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(duì)接、角接和搭接接頭都可以用埋弧焊焊接。埋弧焊可焊接的焊件厚度范圍很大。除了厚度5mm以下的焊件容易燒穿，埋弧焊用的不多外，較厚的焊件都適于用埋弧焊焊接。（2）焊接材料種類適合埋弧焊的材料從碳素結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展到低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼以及某些有色金屬，如鎳基合金、銅合金等。埋弧焊還可在基體表面堆焊耐磨腐蝕的合金層。鑄鐵、鋁、鎂、鉛、鋅等低熔點(diǎn)金屬材料都不適合用埋弧焊焊接。第二節(jié) 埋弧焊的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理一、埋弧焊的自動(dòng)調(diào)節(jié)1、埋弧焊穩(wěn)定工作的基本概念：在埋弧焊過程中，維持電弧穩(wěn)定燃燒和保持焊接參數(shù)基本不

4、變是保證焊接質(zhì)量的基本要求。埋弧焊時(shí)，一般應(yīng)選用具有下降外特性的焊接電源，才能保證電弧的穩(wěn)定燃燒。2、埋弧焊自動(dòng)調(diào)節(jié)的必要性焊接過程中某些外界因素常會(huì)使工藝參數(shù)偏離預(yù)定值，導(dǎo)致焊接過程不穩(wěn)定。焊接過程的外界干擾主要來(lái)自自弧長(zhǎng)波動(dòng)和網(wǎng)壓波動(dòng)兩個(gè)方面。弧長(zhǎng)波動(dòng)是焊接過程中，由于焊件不平整，裝配不良或遇到定位焊點(diǎn)以及送絲速度不均勻等原因引起的。網(wǎng)壓波動(dòng)是因焊機(jī)供電網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載突變，如附近其他電焊機(jī)等大容量用電設(shè)備突然啟動(dòng)或停止造成的網(wǎng)壓突變等。3、埋弧焊自動(dòng)調(diào)節(jié)的目標(biāo)和方法弧長(zhǎng)變化對(duì)焊接電流和電弧電壓穩(wěn)定性的影響最為嚴(yán)重。當(dāng)外界干擾使電弧長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，可通過兩種方法使電弧長(zhǎng)度自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度。一

5、種方法是自動(dòng)調(diào)節(jié)焊絲的熔化速度，另一種方法是自動(dòng)調(diào)節(jié)焊絲的送進(jìn)速度。只要使焊絲的送進(jìn)速度與熔化速度相等，焊接過程就能保持平衡狀態(tài)，電弧長(zhǎng)度不變，從而達(dá)到穩(wěn)定焊接電流和電弧電壓的目的。二、熔化極電弧的自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)這種系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是基于等速送絲時(shí)弧長(zhǎng)變化導(dǎo)致焊接電流變化，進(jìn)而導(dǎo)致焊絲熔化速度變化使弧長(zhǎng)得以恢復(fù)的，并且電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力不消除網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)對(duì)焊接參數(shù)的影響。三、電弧電壓反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)這種系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是弧長(zhǎng)變化后主要通過電弧電壓的變化而改變焊絲的送進(jìn)速度，從而應(yīng)用于變速送絲式埋弧焊機(jī)。為了防止因網(wǎng)路電壓波動(dòng)引起焊接電流波動(dòng)過大，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)宜配用具有陡降外特性的焊接電源。同

6、時(shí)，為了易于引弧和使電弧燃燒穩(wěn)定，焊接電源應(yīng)有較高的空載電壓。第三節(jié) 埋弧焊設(shè)備一、埋弧焊機(jī)的功能和分類1、埋弧焊機(jī)的主要功能1）建立焊接電弧，并向電弧供給電能2）連續(xù)不斷地向焊接區(qū)送進(jìn)焊絲，并自動(dòng)確定的弧長(zhǎng)和焊接工藝參數(shù)不變，使電弧穩(wěn)定燃燒。3）使電弧沿接縫移動(dòng)，并保持確定的行走速度。4）在電弧前方不斷的向焊接區(qū)鋪撒焊劑.5）控制焊機(jī)的引弧,焊接和熄弧停機(jī)的操作過程.2、埋弧焊機(jī)的分類常用的埋弧焊機(jī)有等速送絲式和變速送絲式兩種類型。埋弧焊機(jī)主要由送絲機(jī)構(gòu)、機(jī)頭調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊接電源和控制系統(tǒng)等部分組成。二、埋弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)埋弧焊機(jī)主要由送絲機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、機(jī)頭調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊接電源和控制系統(tǒng)等部分

7、組成。第四節(jié) 埋弧焊的焊接材料與冶金過程一、埋弧焊的焊接材料及選用埋弧焊的焊接材料主要包括焊絲和焊劑。1、焊絲焊絲在埋弧焊中是作為填充金屬的,也是焊縫金屬的組成部分,所以對(duì)焊縫質(zhì)量有直接影響。根據(jù)焊絲的成分和用途可將其分為碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲、合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲和不銹鋼焊絲三大類。在選擇埋弧焊用焊絲時(shí),最主要的是考慮焊絲中錳和硅的含量。埋弧焊常用的焊絲直徑有2mm、3mm、4mm、5mm和6mm五種。使用時(shí)，要求將焊絲表面的油、銹等清理干凈，以免影響焊接質(zhì)量。2、焊劑焊劑在埋弧焊種的主要作用是造渣，以隔絕空氣對(duì)熔池金屬的污染，控制焊縫金屬的化學(xué)成分，保證焊縫金屬的力學(xué)性能，防止氣孔，裂紋和夾渣缺陷的產(chǎn)生

8、。要求焊劑具有良好的穩(wěn)弧性能，獲得良好的成形。我國(guó)目前主要是按制造方法和化學(xué)成分分類。按制造方法可將焊劑分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和粘結(jié)焊劑三大類。3、焊劑和焊絲的選用與配合焊劑和焊絲的正確選用及二者之間的合理配合，是獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的關(guān)鍵，也是埋弧焊工藝過程的重要環(huán)節(jié)。（1）在焊接低碳鋼和強(qiáng)度較低的合金鋼時(shí)，選配焊劑和焊絲通常以滿足力學(xué)性能要求為主，使焊縫強(qiáng)度達(dá)到與母材等強(qiáng)度，同時(shí)要滿足其他力學(xué)性能指標(biāo)要求。（2）焊接低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)，除要使焊縫與母材等強(qiáng)度外，還要特別注意提高焊縫的塑性和韌性。（3）焊接奧氏體不銹鋼等高合金鋼時(shí)，主要是保證焊縫與母材有相近的化學(xué)成分，同時(shí)滿足力學(xué)性能和抗裂性能等方面

9、的要求。在進(jìn)行埋弧焊焊劑與焊絲的選配時(shí)，還應(yīng)該考慮埋弧焊的工藝特點(diǎn)和冶金特性。首先是稀釋率高的影響。其次是熱輸入高的影響。第三還應(yīng)考慮焊接速度快的影響。二、埋弧焊的冶金過程（一）冶金過程的特點(diǎn)埋弧焊的冶金過程是指液態(tài)熔渣與液態(tài)金屬以及電弧氣氛之間的相互作用。其冶金特點(diǎn)有：1、空氣不易侵入焊接區(qū)2、冶金反應(yīng)充分3、焊縫金屬的合金成分易于控制4、焊縫金屬純度較高且成分均勻（二）低碳鋼埋弧焊時(shí)的主要冶金反應(yīng)1、焊縫中硅、錳的還原反應(yīng)2Fe(SiO2)(FeO)SiFe(MnO)(FeO)Mn2、埋弧焊時(shí)碳的氧化燒損COCO3、硫、磷雜質(zhì)的限制硫、磷在金屬中都是有害雜質(zhì)，焊縫含硫量增加時(shí)會(huì)造成偏析形成

10、低溫共晶，使產(chǎn)生熱裂紋的傾向變大；焊縫含磷量增加時(shí)會(huì)引起金屬的冷脆性，降低其沖擊韌度。目前控制的方法主要還是冶煉時(shí)限制原材料中的硫、磷含量。4、熔池中的去氫反應(yīng)氫是埋弧焊時(shí)產(chǎn)生氣孔和冷裂紋的主要原因。去氫的途徑主要有兩條：一是杜絕氫的來(lái)源，這就是要求清除焊絲和焊件表面的水分、鐵銹、油和其他污物，并按要求烘干焊劑；二是通過冶金手段取出已混入熔池中的氫，主要是用氟化物或氧元素來(lái)氧化H元素，使之生成HF和OH化合物來(lái)加以去除。第五節(jié) 埋弧焊工藝一、焊接工藝參數(shù)的影響及選擇1、焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫質(zhì)量的影響埋弧焊的工藝參數(shù)包括：焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。（1）焊接電流焊接電流是決定焊縫熔深的主要因

11、素。其他條件不變時(shí)，焊接電流增大，焊縫的熔深H及余高a均增加，而焊縫的寬度變化不大。正常情況下，焊接電流與熔深間成正比關(guān)系：H = kmIkm為電流系數(shù)，決定于電流種類、極性及焊絲直徑等。表4-2給出了各種條件下的km值。表3-1各種條件下的km值焊絲直徑/mm電流種類焊劑牌號(hào)km值（mm/100A）T形焊縫及開坡口的對(duì)接焊縫堆焊及不開坡口的對(duì)接焊縫5交流HJ4311.51.12交流HJ4312.01.05直流正接HJ4311.751.15直流正接HJ4311.251.05交流HJ4301.551.15因此，焊接電流應(yīng)根據(jù)熔深要求首先選定。增大焊接電流可提高生產(chǎn)率，但焊接電流過大時(shí)，焊接熱影響

12、區(qū)寬度增大，并易產(chǎn)生過熱組織，從而使接頭韌性降低；此外電流過大還易導(dǎo)致咬邊、焊瘤或燒穿等缺陷。焊接電流過小時(shí)，易產(chǎn)生未熔合、未焊透、夾渣等缺陷，使焊縫成形變壞。（2）電流種類與極性采用直流反接時(shí)，熔敷速度稍低，熔深較大。焊接時(shí)一般情況下都采用直流反接。采用直流正接時(shí)，熔敷速度比反接高30%50%，但熔深較淺，降低了熔敷金屬中母材的百分比。特別適合于堆焊。母材的熱裂紋傾向較大時(shí)，為了防止熱裂，也可采用直流正接。采用交流進(jìn)行焊接時(shí)，熔深處于直流正接與直流反接之間。（3）電弧電壓電弧電壓對(duì)熔深的影響很小，主要影響熔寬，隨著電弧電壓的增大，熔寬增大，而熔深及余高略有減小。為保證電弧的穩(wěn)定燃燒及合適的焊

13、縫成形系數(shù)，電弧電壓應(yīng)與焊接電流保持適當(dāng)?shù)年P(guān)系。焊接電流增大時(shí)，應(yīng)適應(yīng)提高電弧電壓，與每一焊接電流對(duì)應(yīng)的焊接電壓的變化范圍不超過10V（圖中陰影部分）。當(dāng)電弧電壓取下限時(shí)，焊道窄；取上限時(shí)，焊道寬。若電弧電壓超出該合適范圍，焊縫成形將變差。電弧電壓除對(duì)焊縫成形有影響外，還會(huì)改變?nèi)鄯蠼饘俚幕瘜W(xué)成分。當(dāng)電弧電壓增加時(shí)，焊劑的熔化量增加，熔渣和液態(tài)金屬重量間的比值增大，過渡到熔敷金屬中的合金元素會(huì)有所增加。（4）焊接速度焊接速度對(duì)熔深及熔寬均有明顯的影響。焊接速度增大時(shí)，熔深、熔寬均減小。因此，為了保證焊透，提高焊接速度時(shí)，應(yīng)同時(shí)增大焊接電流及電壓。但電流過大、焊速過高時(shí)易引起咬邊等缺陷。因此焊接速

14、度不能過高。（5）焊絲直徑及干伸長(zhǎng)度電流一定時(shí)，焊絲直徑越細(xì)，熔深越大，焊縫成形系數(shù)減小。然而對(duì)于一定的焊絲直徑，使用的電流范圍不宜過大，否則將使焊絲因電阻熱過大而發(fā)紅，影響焊絲的性能及焊接過程的穩(wěn)定性。不同直徑焊絲的許用電流范圍見表4-3。表4-3 不同直徑焊絲的焊接電流范圍焊絲直徑/mm23456電流密度Amm-2631255085406335502842焊接電流/A20040035060050080070010008001200干伸長(zhǎng)度越大，焊絲熔化量增大，余高增大，而熔深略有減小。焊絲的電阻率越大，這種影響越大。（6）坡口及間隙的形狀及尺寸其他條件不變時(shí)，坡口及間隙尺寸越大，余高越小，

15、熔合比越小。因此，可通過開坡口或留間隙來(lái)調(diào)整余高及熔合比。此外，通過開坡口還可改善熔池的結(jié)晶條件。二、焊接工藝參數(shù)的選擇方法（1）焊接工藝參數(shù)的選擇依據(jù)1）焊件形狀和尺寸；接頭的鋼材種類和厚度。2）焊縫的種類和焊縫的位置。3）接頭的形式和坡口形式。4）對(duì)接頭性能的技術(shù)要求，其中包括焊后無(wú)損探傷方法，抽查比例以及對(duì)接頭強(qiáng)度、沖擊韌度、彎曲、硬度和其他理化性能的合格標(biāo)準(zhǔn)。5）焊接結(jié)構(gòu)（產(chǎn)品）的生產(chǎn)批量和進(jìn)度要求。（2）焊接工藝參數(shù)的選擇程序首先可選定埋弧焊工藝方法，同時(shí)依據(jù)焊件的形狀和尺寸可選定細(xì)絲埋弧焊，選擇使用的焊劑和焊絲的牌號(hào)。第三，根據(jù)所焊鋼材的焊接性試驗(yàn)報(bào)告，選定預(yù)熱溫度、層間溫度、后熱

16、溫度以及焊后熱處理溫度和保溫時(shí)間。最后根據(jù)板厚，坡口形式和尺寸選定焊接參數(shù)（焊接電流、電弧電壓和焊接速度）并配合其他次要工藝參數(shù)。三 埋弧焊技術(shù)（一）埋弧焊的焊前準(zhǔn)備1、坡口選擇與加工 其中尤以Y型、X型、U型坡口最為常見。坡口常用氣割或機(jī)械加工方法制備。2、焊件的清理與裝配焊件裝配前，需將坡口及附近區(qū)域表面上的腐蝕、油污、氧化物、水分等清理干凈。焊件裝配時(shí)必須保證接縫間隙均勻，高低平整不錯(cuò)邊，對(duì)直縫的焊件裝配，須在接縫兩端加裝引弧板和引出板。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、銹及拔絲用的潤(rùn)滑油都要清理干凈，以免污染焊縫造成氣孔。4、焊機(jī)的檢查與調(diào)試（二）埋弧焊使用技術(shù)第六節(jié) 埋弧焊的其他方法一、附加填充金屬的埋弧焊在滿足焊接接頭力學(xué)性能的前提下，提高熔敷速度就可以提高生產(chǎn)率。其基本做法是在坡口中預(yù)先加入一定數(shù)量的填充金屬再進(jìn)行埋弧，所加的填充金屬可以是金屬粉末，也可以是金屬顆?；蚯袛嗟亩毯附z。附加填充金屬的方法不僅可以提高生產(chǎn)率，還可以用來(lái)獲得特定成分的焊縫金屬。二、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。多絲埋弧焊主要用于厚板的焊接，通常采用在焊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)用最多的是雙絲埋弧焊和三絲埋弧焊。三、帶極埋弧焊它用矩形截