焊接方法与设备第3章 埋弧焊.ppt

第三章 埋弧焊,第一节 埋弧焊的原理及特点 定义：埋弧焊是相对于明弧焊而言的，是指电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的一种焊接方法。焊接时，焊机的启动、引弧、焊丝的送进及热源的移动全由机械控制，是一种以电弧为热源的高效的机械化焊接方法，现已广泛用于锅炉、压力容器、石油化工、船舶、桥梁、冶金及机械制造工业中。一、埋弧焊工作原理埋弧焊是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧所产生的热量来熔化焊丝、焊剂和焊件而形成焊缝的。,图3-1埋弧焊原理示意图 1焊剂漏斗 2软管 3坡口 4焊件 5焊剂 6熔敷金属 7渣壳 8导电嘴 9电源 10送丝机构 11焊丝,工作原理如图3-1所示，焊接时电源输出端分别接在导电嘴和焊件上，先将焊丝由送丝机构送进，经导电嘴与焊件轻微接触，焊剂由漏斗口经软管流出后，均匀地堆敷在待焊处。引弧后电弧将焊丝和焊件熔化形成熔池，同时将电弧区周围的焊剂熔化并有部分蒸发，形成一个封闭的电弧燃烧空间。密度较小的熔渣浮在熔池表面上，将液态金属与空气隔绝开来，有利于焊接冶金反应的进行。随着电弧向前移动，熔池液态金属随之冷却凝固而形成焊缝，浮在表面上的液态熔渣也随之冷却而形成渣壳。,图3-2埋弧焊焊缝断面示意图 1焊丝 2电弧 3熔池 4熔渣 5焊剂 6焊缝 7焊件 8渣壳,图3-2所示为埋弧焊焊缝断面示意图。,二、埋弧焊的特点及应用1.埋弧焊的优点(1)焊接生产率高埋弧焊可采用较大的焊接电流，同时电弧加热集中，熔深增加，单丝埋弧焊可一次焊透20mm以下不开坡口的钢板。埋弧焊的焊接速度较焊条电弧焊快，单丝埋弧焊焊速可达3050m/h，而焊条电弧焊焊速则不超过68m/h。(2)焊接质量好熔池有熔渣和焊剂的保护，空气中的氮、氧难以侵入，提高了焊缝金属的强度和韧性。由于焊接速度快，热输入相对减少，故热影响区的宽度比焊条电弧焊小，有利于减少焊接变形并防止近缝区金属过热。另外，焊缝表面光洁、平整、成形美观。,(3)改变焊工的劳动条件实现焊接过程机械化，操作较简便，电弧在焊剂层下燃烧没有弧光影响，放出烟尘少，因此焊工的劳动条件得到了改善。(4)节约焊接材料及电能熔深较大，可不开或少开坡口，减少了焊缝中焊丝的填充量，也节省因加工坡口而消耗掉的母材。焊接时飞溅极少，又没有焊条头的损失，所以节约焊接材料。热量集中，利用率高，单位长度焊缝上，所消耗的电能也大为降低。(5)焊接范围广埋弧焊不仅能焊接碳钢、低合金钢、不锈钢，还可以焊接耐热钢及铜合金、镍基合金等非铁金属。还可以进行磨损、耐腐蚀材料的堆焊。但不适用于铝、钛等氧化性强的金属和合金的焊接。,2.埋弧焊的缺点1)埋弧焊采用颗粒状焊剂进行保护，一般只适用于平焊或倾斜度不大的位置及角焊位置焊接。2)焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易产生焊偏及未焊透，故需要采用焊缝自动跟踪装置来保证焊炬对准焊缝不焊偏。3)埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，电流小于100A时，电弧稳定性较差，因此不适宜焊接厚度小于1mm的薄件。4)焊接设备比较复杂，维修保养工作量比较大，且仅适用于直的长焊缝和环形焊缝焊接，对于一些形状不规则的焊缝无法焊接。,三、埋弧焊的自动调节原理1.埋弧焊自动调节的必要性合理地选择焊接参数，并保证预定的焊接参数在焊接过程中稳定，是获得优质焊缝的重要条件。焊条电弧焊是通过人工调节作用来保证选定的焊接参数稳定的，即依靠焊工的肉眼观察焊接过程，并经大脑的分析比较，然后用手调整焊条的运条动作来完成。以机械代替手工送进焊丝和移动电弧的埋弧焊必须具有相应的自动调节作用来取代人工调节作用，否则，当遇到弧长干扰等因素时，就不能保证焊接过程的稳定。,2.埋弧焊自动调节的目标 埋弧焊的焊接参数主要有焊接电流和电弧电压等。焊接电流和电弧电压是由电源的外特性曲线和电弧静特性曲线的交点所确定的。因此，凡是影响电源外特性曲线和电弧静特性曲线的外界因素，都会影响焊接电流和电弧电压的稳定。电弧长度是影响电弧静特性曲线的主要因素，如焊件表面不平整、装配质量不良及有定位焊缝等都会使电弧长度发生变化。网路电压则是影响电源外特性曲线的主要因素，如附近其他电焊机等大容量设备突然启动或停止都会造成网压波动。,弧长变化、网压波动对焊接电流和电弧电压的影响如图3-3所示。由于弧长变化对焊接电流和电弧电压的影响最为严重，因此埋弧焊的自动调节是以消除电弧长度变化的干扰作为主要目标。,图3-3弧长变化、网压波动对焊接电流和电弧电压的影响a)弧长变化的影响 b)网压波动的影响,3.埋弧焊自动调节的方法 埋弧焊电弧长度是由焊丝送丝速度和焊丝熔化速度决定的，只有使送丝的速度等于焊丝熔化的速度，电弧长度才有可能保持稳定不变。当电弧长度发生变化时，为了恢复弧长，可通过两种方法来实现，一是调节焊丝送丝速度；二是调节焊丝熔化速度。根据上述两种不同的调节方法，埋弧焊有两种型式：一是焊丝送丝速度在焊接过程中恒定不变，通过改变焊丝熔化速度来消除弧长干扰的等速送丝式，焊机型号有MZ11000型；二是焊丝送丝速度随电弧电压变化，通过改变送丝速度来消除弧长干扰的变速送丝式，焊机型号有MZ1000型。,第二节 埋弧焊设备 一、埋弧焊的设备及分类 1.埋弧焊机分类 1)按用途可分为专用焊机和通用焊机两种，通用焊机如小车式的埋弧焊机，专用焊机如埋弧角焊机、埋弧堆焊机等。2)按送丝方式可分为等速送丝式埋弧焊机和变速送丝式埋弧焊机两种，前者适用于细焊丝高电流密度条件的焊接，后者则适用于粗焊丝低电流密度条件的焊接。3)按焊丝的数目和形状可分为单丝埋弧焊机、多丝埋弧焊机及带状电极埋弧焊机。目前应用最广的是单丝埋弧焊机。多丝埋弧焊机，常用的是双丝埋弧焊机和三丝埋弧焊机。带状电极埋弧焊机主要用作大面积堆焊。,图3-4常见的埋弧焊机结构形式a)小车式 b)悬挂式 c)车床式 d)门架式 e)悬臂式,4)按焊机的结构形式可分为小车式、悬挂式、车床式、门架式、悬臂式等，如图3-4所示。目前小车式、悬臂式用的较多。,2.埋弧焊机组成典型的埋弧焊机组成如图3-5所示，它是由焊接电源，机械系统(包括送丝机构、行走机构、导电嘴、焊丝盘、焊剂漏斗等)，控制系统(控制箱、控制盘)三部分组成。,图3-5典型埋弧焊机的组成 1焊接电源 2控制装置 3焊丝盘 4焊丝 5焊丝送给电动机 6焊剂漏斗 7焊丝送给滚轮 8焊剂 9电弧 10轨道 11焊剂回收装置,(1)焊接电源埋弧焊电源有交流电源和直流电源。通常直流电源适用于小电流、快速引弧、短焊缝、高速焊接及焊剂稳弧性较差、对参数稳定性要求较高的场合。交流电源多用于大电流及直流磁偏吹严重的场合。一般埋弧焊电源的额定电流为5002000A，具有缓降或陡降外特性，负载持续率100。(2)机械系统送丝机构包括送丝电动机及转动系统、送丝滚轮和矫直滚轮等。它的作用是可靠地送丝并具有较宽的调节范围；行走机构包括行走电动机及转动系统、行走轮及离和器等。行走轮一般采用绝缘橡胶轮，以防焊接电流经车轮而短路；焊丝的接电是靠导电嘴实现的，对其要求是导电率高、耐磨、与焊丝接触可靠。,(3)控制系统 埋弧焊控制系统包括：送丝控制、行走控制、引弧熄弧控制等，大型专用焊机还包括横臂升降、收缩、主轴旋转及焊剂回收等控制。一般埋弧焊机常设一控制箱来安装主要控制元件，但在采用晶闸管等电子控制电路的新型埋弧焊机中已没有单独控制箱，控制元件安装在控制盘和电源箱内。,3.埋弧焊辅助设备埋弧焊辅助设备主要有焊接操作机、焊接滚轮架、焊剂回收装置等。(1)焊接操作机 焊接操作机是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置上，并以给定的速度均匀移动焊机。通过它与埋弧焊机和焊接滚轮架等设备的配合，可以方便地完成内外环缝、内外纵缝的焊接，与焊接变位器配合，可以焊接球形容器焊缝等。,图3-6立柱式焊接操作机 1埋弧焊机 2横臂 3横臂进给机构 4齿条 5钢轨 6行走台车 7焊接电源及控制箱 8立柱,1)立柱式焊接操作机：立柱式焊接操作机的构造如图3-6所示，用以完成纵、环缝多工位的焊接。,图3-7平台式焊接操作机 1埋弧焊机 2操作平台 3立柱 4配重 5压重 6焊接小车 7立柱平轨道,2)平台式焊接操作机：平台式焊接操作机的构造如图3-7所示。适用于外纵缝、外环缝的焊接。,图3-8龙门式焊接操作机1焊件 2龙门架 3操作平台4埋弧焊机和调整装置 5限位开关,3)龙门式焊接操作机：龙门式焊接操作机的构造如图3-8所示。适用于大型圆筒构件的外纵缝和外环缝的焊接。,4)焊接滚轮架 焊接滚轮架是靠滚轮与焊件间的摩擦力带动焊件旋转的一种装置(如图3-9所示)，适用于筒形焊件和球形焊件的纵缝与环缝的焊接。,图3-9 焊接滚轮架,二、等速送丝式埋弧焊机1.等速送丝式埋弧焊机的工作原理等速送丝式埋弧焊机是根据焊接过程中电弧的自身调节作用，通过改变焊丝的熔化速度，使变化的弧长很快恢复正常，从而保证焊接过程稳定的原理设计制造的。,图3-10弧长变化时电弧 自身调节过程,(1)电弧自身调节作用如图3-10所示，曲线C为等熔化速度曲线(也称电弧自身调节系统静特性曲线)，在曲线C上，焊丝的熔化速度是不变的，且恒等于送丝速度。O1是电源外特性曲线、电弧静特性曲线和等熔化速度曲线的三线相交点，是电弧稳定燃烧点。电弧在这一点燃烧，焊丝的熔化速度等于其送丝速度，焊接过程稳定。,当由于某种外界的干扰，使电弧长度突然从l1拉长到l2,此时，电弧燃烧点从O1点移到O2点，焊接电流从I1减小到I2，电弧电压从U1增大到U2。然而电弧在02点燃烧是不稳定的，因为焊接电流的减小和电弧电压的升高，都减慢了焊丝熔化速度，而焊丝送丝速度是恒定不变的，其结果使电弧长度逐渐缩短，电弧燃烧点将沿着电源外特性曲线，从O2点回到原来的O1点，这样又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧长度突然缩短时，由于焊接电流随之增大，加快焊丝熔化速度，而送丝速度仍不变，这样也会恢复至原来的电弧长度。在外界干扰使电弧长度发生改变时，会引起焊接电流和电弧电压的变化，尤其是焊接电流的显著变化，从而引起焊丝熔化速度的自行变化，使电弧恢复至原来的长度而稳定燃烧，这种作用称为电弧自身调节作用。,(2)影响电弧自身调节性能的因素 影响电弧自身调节性能的因素主要有焊接电流和电源外特性。,1)焊接电流。电弧长度改变后，焊接电流变化越显著，则电弧长度恢复得越快。当电弧长度改变的条件相同时，选用大电流焊接的电流变化值(I1)，要大于选用小电流焊接的电流变化值(I2)，如图3-11所示。因此，采用大电流焊接时，电弧自身调节作用较强，即电弧自行恢复到原来长度的时间就短。,图3-11 焊接电流和电源 外特性的影响,2)电源外特性。从图3-11中还可以看出，当电弧长度改变相同时，较为平坦的下降外特性曲线1的电流变化值，要比陡降的电源外特性曲线2的电流变化值大些。这说明下降的电源外特性曲线越平坦，焊接电流变化就越大，电弧自身调节作用就越强。所以，等速送丝式埋弧焊机的焊接电源，要求具有缓降的电源外特性。2.MZ11000型埋弧焊机MZ11000是典型的等速送丝式埋弧焊机。这种焊机的控制系统比较简单，外形尺寸不大，焊接小车结构也较简单，使用方便，可使用交流和直流焊接电源，主要用于焊接水平位置及倾斜小于15的对接和角接焊缝，也可以焊接直径较大的环形焊缝。MZ11000型埋弧焊机由焊接小车、控制箱和焊接电源三部分组成。,图3-12MZ11000型埋弧焊小车 a)埋弧焊小车示意图 b)埋弧焊小车外形 1焊剂斗 2调节手轮 3控制按钮板 4导丝轮 5电流表和电压表6焊丝盘 7电动机 8减速机构 9离合器手轮 10后轮 11扇形蜗轮 12前底架 13连杆 14前轮 15导电嘴 16减速箱 17偏心压紧轮,(1)焊接小车焊接小车如图3-12所示。交流电动机为送丝机构和行走机构共同使用，电动机两头主轴，一头经送丝机构减速器送给焊丝，另一头经行走机构减速器带动焊车。,焊丝从焊丝盘经校直机构、送丝轮和导电嘴送入焊接区，所用的焊丝直径为1.65mm。焊接小车的传动系统中有两对可调齿轮，通过改换齿轮的方法，可调节焊丝送丝速度和焊接速度。焊丝送丝速度调节范围为0.876.7m/min，焊接速度调节范围为16 126m/h。(2)控制箱控制箱内装有电源接触器、中间继电器、降压变压器、电流互感器等电气元件，在外壳上装有控制电源的转换开关、接线及多芯插座等。(3)焊接电源常采用BX21000型同体式弧焊变压器，有时也采用具有缓降外特性的弧焊整流器。,三、变速送丝式埋弧焊机1.变速送丝式埋弧焊机的工作原理变速送丝式埋弧焊机是根据电弧电压自动调节作用，把电弧电压作为反馈量，通过改变焊丝送丝速度消除弧长的干扰，以保持电弧长度不变的原理来设计制造的。,图3-13MZ1000变速送丝式埋弧焊机工作过程G他励式直流发电机 M他励式直流电动机 RP电位器 U桥式整流器 Uh电弧电压 Ug给定电压W1、W2励磁线圈 1、2励磁线圈W1、W2的磁通,(1)变速送丝式埋弧焊机的工作过程MZ1000型变速送丝式埋弧焊机的工作过程，如图3-13所示。送丝电动机M是他励式直流电动机，它通过减速机构带动送丝滚轮，进行焊丝送给。直流发电机G为直流电动机M供电。因此，它控制着电动机的转速和转向，即控制着焊丝送丝速度的快慢和方向。,直流发电机有磁通方向相反的两个励磁线圈W1与W2，励磁线圈W1由网路经降压、整流后再经给定电压调节电位器RP供电，因而1磁通的大小取决于给定电压；励磁线圈W2是引入焊接回路中电弧电压的反馈，则2磁通的大小由反馈的电弧电压的高低决定。当直流发电机中只有线圈W1工作时，M的转动方向使焊丝上抽，当线圈W2工作时，则促使焊丝下送。当两个线圈同时工作时，电动机M的转速、转向就由它们产生的合成磁通决定。当21时，直流电动机正转焊丝下送，2越大下送越快；当21时，电动机反转焊丝上抽。焊接启动时，焊丝与焊件之间在接触短路的条件下，电弧电压为零，因而励磁线圈W2不起作用，直流发电机只受到励磁线圈W1的作用，所以焊丝上抽，电弧被引燃。随着电弧的逐渐拉长，电弧电压不断增高，励磁线圈W2的作用也不断增强，当W2的磁通2大于W1的磁通1时，电动机的转向也相应改变，焊丝就下送，直至焊丝送给速度等于焊丝熔化速度时，电弧燃烧趋向稳定状态，进入正常的焊接过程。,(2)电弧电压自动调节作用如图3-14所示，曲线A为电弧电压自动调节静特性曲线，在该曲线上任意一点焊丝的熔化速度等于焊丝的送丝速度。由于变速送丝式焊机送丝速度不是恒定不变的，所以在曲线上的各个不同点，都有不同的焊丝送丝速度，但都分别对应着一定的焊丝熔化速度。,图3-14弧长变化时电弧电压自动调节过程,O1点是电源外特性曲线，电弧静特性曲线和电弧电压自动调节静特性曲线的三线相交点，是电弧稳定燃烧点，电弧在O1点燃烧，焊丝熔化速度等于送丝速度，焊接过程稳定。当受到某种外界干扰时，使电弧长度突然从l1拉长至l2，这时，电弧燃烧点从O1点移到O2点，电弧电压从U1增大到U2，一方面因电弧电压的反馈作用，使焊丝送丝速度加快；另一方面由于焊接电流由I1减小到I2，引起焊丝熔化速度减慢。由于焊丝送丝速度的加快，同时焊丝熔化速度又减慢，因此，电弧长度迅速缩短，电弧从不稳定燃烧的O2点，迅速恢复至平衡状态，恢复了原来的电弧长度。反之，则相反。在受到外界的干扰，使电弧长度发生改变时，会引起电弧电压变化，从而使焊丝送丝速度相应改变，以达到恢复原来的电弧长度而稳定燃烧的目的，这称为电弧电压自动调节作用。,图3-15网路电压波动 对焊接参数的影响,(3)影响电弧电压自动调节性能的因素 影响电弧电压自动调节性能的主要因素是网路电压波动。如图3-15所示，当网路电压升高时，电源外特性曲线相应上移，在网路电压变化瞬间，弧长尚未变动，使电弧从原来的稳定燃烧点O1暂时移到O1，由于电流增大，送丝速度小于熔化速度，电弧变长直至新的稳定燃烧点O2。由于O2点在电弧电压自动调节静特性曲线上，可满足送丝速度与熔化速度相等的要求，所以电弧不会再恢复到原来的稳定燃烧点O1，从而焊接参数不能恢复到原来稳定状态。,注意：由于电弧电压自动调节静特性曲线近似于水平，因此网路电压波动对电弧电压影响较小，而对焊接电流影响则较大。当网路电压波动时，缓降外特性电源引起的焊接电流的偏差比陡降外特性电源引起的大。因此，为避免网路电压波动而引起焊接电流的较大变化，变速送丝式焊机适宜采用陡降外特性的焊接电源。,2.MZ1000型埋弧焊机MZ1000型是典型的变速送丝式埋弧自动焊机，是根据电弧电压自动调节原理设计的。这种焊机的焊接过程自动调节灵敏度较高，而且对焊丝送丝速度和焊接速度的调节方便，但电气控制线路较为复杂。可使用交流和直流焊接电源，主要用于平焊位置的对接焊，也可用于船形位置的角焊。(1)MZ1000型埋弧焊机组成MZ1000型埋弧焊机由焊接小车、控制箱和焊接电源三部分组成。1)焊接小车如图3-16所示，小车的横臂上悬挂着机头、焊剂斗、焊丝盘和控制盘。机头的功能是送给焊丝，它由一只直流电动机、减速机构和送给轮组成。焊丝送给速度可在0.52m/min范围内调节。控制盘和焊丝盘安装在横臂的另一端，控制盘上有电流表、电压表，用来调节小车行走速度和焊丝送丝速度的电位器，控制焊丝上下的按钮、电流增大和减小按钮等。,2)控制箱内装有电动机发电机组，还有接触器、中间继电器、降压变压器、电流互感器等电气元件。3)可配用交流或直流焊接电源。配用交流电源时，一般用BX21000型弧焊变压器，配用直流电源时，可配用ZXG1000型或ZDG1000型弧焊整流器。,图3-16MZ1000型埋弧焊机小车,图3-17MZ1000型埋弧焊机使用交流电源时外部接线图,(2)MZ1000型埋弧焊机接线MZ1000型埋弧焊机使用交流焊接电源时，其接线如图3-17。MZ1000型埋弧焊机使用直流焊接电源时，其接线如图3-18。,图3-18MZ1000型埋弧焊机使用直流电源时外部接线图,表3-1MZ11000焊机与MZ1000焊机特性比较,四、等速送丝式埋弧焊机与变速送丝式埋弧焊机的比较MZ11000等速送丝式埋弧焊机与MZ1000变速送丝式埋弧焊机特性比较见表3-1。,第三节 埋弧焊的焊接材料一、焊丝和焊剂的作用及分类埋弧焊的焊接材料有焊丝和焊剂。1.焊丝焊接时作为填充金属同时用来导电的金属丝称为焊丝。埋弧焊的焊丝按结构不同可分为实芯焊丝和药芯焊丝两类，生产中普遍使用的是实芯焊丝，药芯焊丝只在某些特殊场合使用；埋弧焊的焊丝按被焊材料不同可分为碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝等。,2.焊剂 埋弧焊时，能够熔化形成熔渣和气体，对熔化金属起保护并进行复杂的冶金反应的颗粒状物质叫焊剂。(1)焊剂的作用1)焊接时熔化产生气体和熔渣，有效地保护了电弧和熔池。2)对焊缝金属渗入合金元素，改善焊缝的化学成分和提高其力学性能。3)改善焊接工艺性能，使电弧能稳定燃烧，脱渣容易，焊缝成形美观。(2)焊剂的分类,1)埋弧焊焊剂按制造方法不同分为熔炼焊剂、烧结焊剂和粘结焊剂。熔炼焊剂是由各种矿物原料混合后，在电炉中经过熔炼，再倒入水中粒化而成的焊剂。烧结焊剂是通过向一定比例的各种配料中加入适量的粘结剂，混合搅拌后在高温(4001000)下烧结而成的一种焊剂。粘结焊剂是通过向一定比例的各种配料中加入适量的粘结剂，混合搅拌后粒化并低温(400以下)烘干而制成的一种焊剂，以前也称为陶质焊剂。特点：熔炼焊剂，颗粒强度高，化学成分均匀，是目前应用最多的一类焊剂，其缺点是熔炼过程烧损严重，不能依靠焊剂向焊缝金属大量渗入合金元素。非熔炼焊剂(烧结焊剂和粘结焊剂)，化学成分不均匀，脱渣性好，可通过焊剂向焊缝金属中大量渗入合金元素，增大焊缝金属的合金化。非熔炼焊剂，特别是烧结焊剂现主要应用于焊接高合金钢和堆焊。,2)按化学成分分有高锰焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂等，并根据焊剂中氧化锰、二氧化硅和氟化钙的含量高低，分成不同的焊剂类型。三、焊丝和焊剂的型号及牌号1.焊丝的牌号根据GB/T 149571994熔化焊用钢丝、YB/T 50921996焊接用不锈钢丝规定，实芯钢焊丝的牌号表示方法为：字母“H”表示焊丝；“H”后的一位或两位数字表示含碳量；化学元素符号及其后的数字表示该元素的近似含量，当某合金元素的含量低于1%时，可省略数字，只记元素符号；尾部标有“A”或“E”时，分别表示为“优质品”或“高级优质品”，表明S、P等杂质含量更低。,2.焊剂型号依据埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂(GB/T 52931999)的规定，碳钢焊剂型号分类根据焊丝焊剂组合的熔敷金属力学性能、热处理状态进行划分。具体表示为：1)字母“F”表示焊剂。2)字母后第一位数字表示焊丝焊剂组合的熔敷金属抗拉强度的最小值，数值见表 3-3。,表3-3熔敷金属力学性能,3)第二位字母表示试件的热处理状态。“A”表示焊态，“P”表示焊后热处理状态。4)第三位数字表示熔敷金属冲击吸收功不小于 27J 时的最低试验温度，数值见表 3-4。5)短线“-”后面表示焊丝牌号,牌号按GB/T 149571994确定。,表3-4熔敷金属冲击试验,表3-5焊剂牌号与氧化锰的平均质量分数,表3-6焊剂牌号与二氧化硅、氧化钙的平均质量分数,2)第二位数字表示焊剂中二氧化硅、氟化钙的平均质量分数，见表3-6。,3.焊剂牌号(1)熔炼焊剂牌号表示法焊剂牌号表示为“HJXXX”，HJ后面有三位数字，具体内容是：1)第一位数字表示焊剂中氧化锰的平均质量分数，见表3-5。,3)第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号。对同一种牌号焊剂生产两种颗粒度，则在细颗粒产品后面加一“X”。(2)烧结焊剂的牌号表示方法焊剂牌号表示为“SJXXX”，SJ后面有三位数字，具体内容是：1)第一位数字表示焊剂熔渣的渣系类型，见表3-7。2)第二、第三位数字表示同一渣系类型焊剂中的不同牌号，按01、02、09顺序排列。,表3-7烧结焊剂牌号及其渣系,三、焊丝和焊剂的选用及保管1.焊丝和焊剂的选用焊接低碳钢和强度较低的低合金高强钢时，采用低锰或含锰焊丝，配合高锰高硅焊剂，或采用高锰焊丝配合无锰高硅或低锰高硅焊剂。焊接低温钢、耐热钢、耐蚀钢等，以满足焊缝金属的化学成分为主，要选用相应的合金钢焊丝，配合碱性较高的中硅、低硅型焊剂。常用焊剂与焊丝的选配及用途见表3-8。,表3-8常用焊剂与焊丝的选配及其用途,2.焊剂的使用和保管焊剂应正确保管和使用，应存放在干燥库房内，防止受潮。焊前应对焊剂进行烘干，熔炼焊剂要求200250下烘焙12h；烧结焊剂应在300400烘焙12h。使用回收的焊剂，应清除其中的渣壳、碎粉及其他杂物，并与新焊剂混匀后使用。,1.焊接电流焊接电流增加，则电弧吹力增强，焊缝厚度增大，同时，焊丝的熔化速度相应加快，焊缝余高稍有增加，但电弧的摆动小，所以焊缝宽度变化不大。电流过大，容易咬边或成形不良，热影响区增大，甚至烧穿；电流过小，焊缝厚度减小，易产生未焊透，电弧稳定性也差。,第四节 埋弧焊工艺 一、埋弧焊工艺参数 埋弧焊的焊接参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊件倾斜等。其中对焊缝成形和焊接质量影响最大的是焊接电流、电弧电压和焊接速度。,图3-19焊接电流对焊缝成形的影响 a)影响规律 b)焊缝成形的变化 H焊缝厚度 c焊缝宽度 h余高,焊接电流对焊缝成形的影响，如图3-19所示。,2.电弧电压 电弧电压增加，焊缝宽度显著增大，而焊缝厚度和余高减小，如图3-20所示。,图3-20电弧电压对焊缝成形的影响 a)影响规律 b)焊缝成形的变化H焊缝厚度 c焊缝宽度 h余高,表3-9焊接电流与电弧电压的匹配关系,注意：电流是决定焊缝厚度的主要因素，而电压则是影响焊缝宽度的主要因素。为了获得良好的焊缝成形，焊接电流必须与电弧电压进行良好的匹配，如表3-9所示。,3.焊接速度焊接速度对焊缝厚度和焊缝宽度有明显地影响，如图3-21所示。焊接速度增加，焊缝厚度和焊缝宽度都大为下降。焊速过大，易形成未焊透、咬边、焊缝粗糙不平等缺陷；焊速过小，则会形成易裂的“蘑菇形”焊缝或产生烧穿、夹渣、焊缝不规则等缺陷。,图3-21焊接速度对焊缝成形的影响,表3-10焊丝直径与焊接电流的关系,4.焊丝直径 焊接电流不变时，焊丝直径增大，电流密度减小，电弧吹力减弱，电弧的摆动作用加强，焊缝宽度增加、焊缝厚度减小；焊丝直径减小，电流密度增大，电弧吹力增大，使焊缝厚度增加。不同直径的焊丝所适用的焊接电流如表3-10。,5.焊丝伸出长度一般将导电嘴出口到焊丝端部的长度称为焊丝伸出长度。焊丝伸出长度增加，电阻热作用增大，焊丝熔化速度加快，焊缝厚度稍有减少，余高略有增加；伸出长度太短，则易烧坏导电嘴。焊丝伸出长度，随焊丝直径的增大而增大，一般在1540mm之间。6.焊丝倾斜角埋弧焊的焊丝位置通常垂直于焊件，但有时也采用焊丝倾斜方式。焊丝倾角对焊缝成形的影响如图3-22所示。,图3-22焊丝倾角对焊缝成形的影响a)焊丝后倾 b)焊丝前倾 c)焊丝后倾角对焊缝厚度及焊缝宽度的影响,7.焊件倾斜 焊件有时会处于倾斜位置，因而有上坡焊和下坡焊之分，如图3-23所示。上坡焊，焊缝厚度和余高增加，焊缝宽度减小，形成窄而高的焊缝，甚至产生咬边；下坡焊，焊缝厚度和余高都减小，焊缝宽度增大，易造成未焊透的缺陷。所以，无论是上坡焊或下坡焊，焊件的倾角都不得超过68，否则会破坏焊缝成形或引起焊接缺陷。,图3-23焊件倾斜对焊缝成形的影响 a)上坡焊 b)上坡焊工件斜度的影响 c)下坡焊 d)下坡焊工件斜度的影响,8.装配间隙与坡口角度 当其他焊接工艺条件不变时，焊件装配间隙与坡口角度的增大，使焊缝厚度增加，而余高减少，但焊缝厚度加上余高的焊缝总厚度大致保持不变。因此，为了保证焊缝的质量，埋弧焊对焊件装配间隙与坡口加工的工艺要求较严格。,二、埋弧焊技术1.对接焊缝焊接技术 埋弧焊主要应用于对接直焊缝焊接和对接环焊缝焊接。对接焊缝的焊接方法有两种基本类型，即单面焊和双面焊。它们又可分为有坡口和无坡口(I形坡口)，同时，根据钢板厚薄不同，又可分成单层焊和多层焊；根据防止熔池金属泄漏的不同情况，又可分为有衬垫法和无衬垫法。(1)I 形坡口预留间隙对接双面埋弧焊I 形坡口预留间隙对接双面埋弧焊,为保证焊透，必须预留间隙，钢板厚度越大，其间隙也应越大。焊接顺序是：先在焊剂垫(图3-24所示)上焊接第一面焊缝，且保证第一面焊缝的厚度达工件厚度的60%70%，然后在背面碳弧气刨清根后，再进行第二面焊缝焊接，第二面焊缝使用的焊接参数可与第一面焊缝相同或稍许减小。,图3-24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,为保证焊接质量，焊前需在焊件两端装焊引弧板和引出板，如图3-25所示。,图3-25 焊件两端装焊 引弧板和引出板 1引弧板 2焊件 3引出板,表3-11I 形坡口预留间隙双面自动焊焊接参数,I 形坡口预留间隙双面自动焊焊接参数的选用见表3-11。,表3-12开坡口预留间隙双面埋弧焊焊接参数,(2)开坡口预留间隙双面埋弧焊对于厚度较大的焊件，常采用开坡口焊接，坡口形式由板厚决定，表3-12为这类焊缝单道焊焊接常用的焊接参数。,(3)对接环焊缝焊接技术焊接圆形筒体结构的对接环焊缝时，可以用辅助装置和可调速的焊接滚轮架，在焊接小车固定，筒体转动的情况下进行埋弧焊。筒体内、外环缝的焊接一般先焊内焊缝，后焊外环焊缝。焊接内环焊缝时，焊机可放在筒体底部，配合滚轮架，或使用内伸式焊接小车配合滚轮架进行焊接，如图3-26所示。焊接操作时，一般要两人同时进行，一人操纵焊机，另一人负责清渣。,图3-26内伸式焊接小车配合滚轮架焊接1行车 2行车导轨 3悬架梁 4焊接小车 5小车导轨 6滚轮架,焊接环焊缝时，焊丝应逆筒体旋转方向相对于筒体圆形断面中心移动一个偏移量，如图3-27所示。焊接内环缝时，焊丝的偏移是使焊丝处于“上坡焊”的位置；焊接外环缝时，焊丝的偏移是使焊丝处于下坡焊的位置。环缝自动焊焊丝的偏移量与筒体焊件的直径、焊接速度有关。,图3-27环缝埋弧焊焊丝偏移量,表3-13焊丝偏移量的选用,一般筒体直径越大，焊接速度越大，焊丝偏移量越大。焊丝偏移量根据筒体直径选用见表3-13。,2.角焊缝焊接技术 埋弧焊的角焊缝主要出现在T形接头和搭接接头中。角焊缝的自动焊一般可采取船形焊和平角焊两种形式，当焊件易于翻转时多采用船形焊，对于一些不易翻转的焊件则都使用平角焊。,图3-28船形焊 a)T形接头 b)搭接接头,三、高效埋弧焊技术1.多丝埋弧焊使用二根以上焊丝完成同一条焊缝的埋弧焊称为多丝埋弧焊，是一种高生产率的焊接方法。按照所用焊丝数目有双丝埋弧焊、三丝埋弧焊等，在一些特殊应用中焊丝数目多达14根。目前工业中应用最多的是双丝埋弧焊、三丝埋弧焊。多丝埋弧焊按焊丝排列方式有纵列式、横列式和直列式三种，如图3-29所示。,图3-29双丝埋弧焊示意图 a)纵列式 b)横列式 c)直列式,图3-30多丝埋弧焊机在焊接,双丝埋弧焊多采用纵列式，即两根焊丝沿着焊接方向顺序排列。一般由前列的电弧获得足够的熔深，后列电弧调节熔宽或起改善成形作用。多丝埋弧焊主要用于厚板的焊接，通常采用在焊件背面使用衬垫的单面焊双面成型工艺，与常规埋弧焊相比具有焊接速度快、耗能低、填充金属少等优点。图3-30所示为多丝埋弧焊机在进行厚壁压力容器的焊接。,图3-31带极埋弧焊和带极形状 a)带极埋弧焊示意图 b)带极形状示意图 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焊件,2.带极埋弧焊带极埋弧焊是由横列式多丝埋弧焊发展而成的。特点是用矩形截面的钢带取代圆形截面的焊丝作电极。所以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，即在熔深较小的情况下大大增加焊道宽度，很适合多层焊时表面焊缝的焊接，尤其适合于埋弧焊堆焊。带极埋弧焊和带极形状如图3-31所示。,3.窄间隙埋弧焊 厚板对接时，焊前不开坡口或只开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，采用埋弧焊而完成整条焊缝的高效率焊接方法称为窄间隙埋弧焊。特点：避免了常规埋弧焊焊接厚板(如50mm以上)时须开V形或U形坡口，致使焊接层数多、填充金属量大、焊接时间长及焊接变形大且难以控制等缺点。上世纪80年代一出现，很快就被应用于工业生产，现主要应用领域是低合金钢厚壁容器及其他重型焊接结构的焊接。,