埋弧焊

埋弧焊是目前广泛使用的一种电弧焊方法。它利用电弧作为热源，焊接时电弧掩埋在焊 剂层下燃烧，电弧光不外露，埋弧焊由此得名。本章首先介绍埋弧焊的过程、特点及应用范 围；然后介绍埋弧焊的冶金特点和焊接工艺；最后再简要介绍埋弧焊的其它方法。

第一节概 述

一、埋弧焊过程

所说的埋弧焊，在无说明情况下均指通常说的埋弧自动焊，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2-1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，由电流经过导电嘴、焊丝与焊件构成焊接回路。

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暴： 图2-1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 一焊剂漏斗10—送丝滚轮11 一导电嘴

当焊丝和焊件之间引燃电弧后，电弧的热量使周围的焊剂熔化形成熔渣，部分焊剂分解、 蒸发成气体，气体排开熔渣形成一个气泡，电弧就在这个气泡中燃烧。连续送人电弧的焊丝 在电弧高温作用下加热熔化，与熔化的母材混合形成金属熔池。金属熔池上覆盖着一层液态 熔渣，熔渣外层是未熔化的焊剂，它们一起保护着金属熔池，使其与周围空气隔离，并使有

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碍操作的电弧光辐射不能散射出来。电弧向前移动时，电弧力将熔池中的液态金属排向后方， 则熔池前方的金属就暴露在电弧的强烈辐射下而熔化，形成新的熔池，而电弧后方的熔池金 属则冷却凝固成焊缝，熔渣也凝固成渣壳（焊渣）覆盖在焊缝表面。由于熔渣的凝固温度低 于液态金属的结晶温度，熔渣总是比液态金属凝固迟一些。这就使混人熔池的熔渣、熔解在 液态金属中的气体和冶金反应中产生的气体能够不断地逸出，使焊缝不易产生夹渣和气孔等 缺陷。

二、埋弧焊的特点 1. 埋弧焊的主要优点 (1) 焊缝质量高这是因为：

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相保护之中， 保护效果较气渣保护的焊条电弧焊为好。

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。

(2) 生产率高这是因为：

1) 电流从导电嘴导人焊丝，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止，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。在特定条 件下，可实现10〜20mm钢板一次焊透双面成形。焊接速度已可达60〜150m/h。

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 焊成为电弧焊方法中操作条件较好的一种方法。

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，而且埋弧焊熔池也比焊条电 弧焊大得多，为保证焊剂、熔池金属和熔渣不流失，埋弧焊通常只适用于平焊位置的焊接。其 它位置焊接需采用特殊措施以保证焊剂能覆盖焊接区。

(2) 难以焊接易氧化的金属材料这是由于焊剂的主要成分为Mn0、Si02等金属和非金 属氧化物，具有一定的氧化性，故难以煶接铝、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。因此，埋弧焊时焊件装配必 须保证接口中间隙均勻、焊件平整无错边现象。

(4) 不适合焊接薄板和短焊缝这是由于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。另外，埋弧焊由于受焊车的，机动灵活性 差，一般只适合焊接长直焊缝或大圆焊缝；对于焊接弯曲、不规则的焊缝或短焊缝则比较困 难。

三、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。

I4/ 埋弧焊可焊接的焊件厚度范围很大。除了厚度在5mm以下的焊件由于容易烧穿，埋弧焊 用得不多外，较厚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650mm9

(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 巳从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及某些有色金属，如镍基合金、铜 合金等。此外，埋弧焊还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。

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、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。

可以看出，适且于埋弧焊的范围是很广的。最能发挥埋弧焊快速、高效特点的生产领域， 是造船、锅炉、化工容器、大型金属结构和工程机械等工业制造部门，是当今焊接生产中最 普遍使用的焊接方法之一。

埋弧焊还在不断发展之中，如多丝埋弧焊能达到厚板一次成形；窄间隙埋弧焊可使厚板 焊接提高生产效率，降低成本；埋弧堆焊，能使焊件在满足使用要求的前进下节约贵重金属 或提高使用寿命。这些新的、高效率的埋弧焊方法的出现，更进一步拓展了埋弧焊的应用范 围。

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渣保护，有效地防止了空: 气的人侵，使焊缝金属中含氧量及含氮量均极低，因而焊缝金属塑性良好。 ..2)利用渣相反应能有效地控制焊缝金属的化学成分„

①渗锰渗硅：当焊剂中MnO、Si02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 + (Si02 )^=^2 (FeO )+Si Fe + (MnO)^==^(FeO ) +Mn

②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。因此，埋弧焊用焊丝的含碳量必须严加控制。

③脱氢：母材、焊丝表面的锈污及焊剂的吸潮水分是埋弧焊产生氢气的主要原因。：为防 止氢气孔，除杜绝氢的来源外，还可利用高温冶金反应时所生成的不溶于熔池的HF和OH来 达到去氢的目的。

3)焊剂中含硫、磷量稍高时，会造成焊缝金属含硫、磷量的增加而导致冷裂、热裂倾向 增强，为此焊剂中含硫（Ws)、磷量（wP)均应严格控制在0.10%以下。

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。焊丝根据其成分和用途通常分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三大类vi具

4/, 体见相关国家标准规定。

埋弧焊焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08、H08A、Hl5Mn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。对 合金结构钢或不锈钢等含合金元素较高的材料焊接时，则应考虑材料的化学成分和其它方面 的要求选用成分相似或性能上可满足材料要求的焊丝。

为适应焊接不同厚度材料的要求，同一牌号的焊丝可加工成不同的直径。埋弧焊常用的 煤丝直径有2mm、3mm、4mm、5mm和6mm五种。使用时_，要求将得丝表面的油、锈等清 理干净，以免影响焊接质量。有些焊丝表面镀有一薄层铜，可防止焊丝生锈并使导电嘴与焊 丝间的导电更为可靠，提高电弧的稳定性。

焊丝一般成卷供应，使用前要盘卷到焊丝盘上，在盘卷及清理过程中，要防止焊丝产生 局部小弯曲或在焊丝盘中相互套叠。否则，会影响焊接时正常送进焊丝，破坏焊接过程的稳 定，严重时会迫使焊接过程中断。

(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。同时， 考虑到实施焊接工艺的需要，还要求焊剂具有良好的稳弧性能，形成的熔渣应具有合适的密 度、粘度、熔点和透气性，以保证焊缝获得良好的成形，最后熔渣凝固形成的渣壳具有良好 的脱渣性能。

埋弧焊的焊剂按制造方法可分为熔炼焊剂、烧结焊剂二大类。熔炼焊剂是按配方比例将丨 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，都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。所不同的是烧结焊剂是在400〜1000°C的较低温度下烘干而成的。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 '中无法加人脱氧剂和铁合金，因为熔炼过程中烧损十分严重所致。非熔炼焊剂由于制造过程 中未经高温熔炼，焊剂中加人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。

(3) 焊丝、焊剂的选用与配合焊丝与焊剂的正确选用及二者之间的合理配合，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等强度，同时要满足其它力学性能指标要求。在此前提下，即可 选用下面两种配合方式中的任何一种：用高锰高硅焊剂（如HJ430、HJ431)配合相应钢种焊 丝。焊接低温钢、耐热钢和耐蚀钢时，选择的焊丝、焊剂首先要保证焊缝具有与母材相同或 相近的低温或耐热、耐腐烛性能，为此可选用中硅或低硅型焊剂与相应的合金钢焊丝配合。焊 接奥氏体不锈钢等高合金钢时，主要是保证焊缝与母材有相近的化学成分，同时满足力学性 能和抗裂性能等方面的要求。由于在焊接过程中，铬相等主要合金元素会烧损,应选用合金 含量比母材高的焊丝；焊剂要选用碱度高的中硅或低硅焊剂:> 防止焊缝增硅而使性能下降。如 果只有合金成分较低的焊丝，也可以配用专门的烧结焊剂焊接，依靠焊剂过渡必要的合金元 素，同样可以获得满意的焊缝成分和性能。

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常用埋弧焊焊剂的用途及配用的焊丝见表2-1。

表2-1常用埋弧焊焊剂用途及配用焊丝 焊剂 焊型号 类别 剂 成分类型 无Mn高Si低F 无Mn髙Si低F 无Mn中Si中F 低Mn高Si低F 低Mn中Si中F 中Mn高Si低F 中Mn中Si中F 高Mn高Si低F 用 途 低碳钢、普低钢® Ni基合金 奥氏体不锈钢 低碳钢、普低钢 低合金高强度钢 重要低碳钢、普低钢 重要低合金高强度钢. 重要低碳钢、普低钢 重要低碳钢、普低钢 HlOMn2 Ni基焊丝 配用焊丝 使用前焙烘 适用电 (hX。C) 流种类 交直流 交直流 直流 ‘ HJ130 HJ131 HJ151 HJ230 HJ250 2X250 2X250 2X300 2X250 2X350 2X250 2X400 2X250 ‘ 2X250 2X250 2X350 2X350 2X250 2X350 1X300 相应钢种焊丝 H08MnA、HlOMn2 相应钢种焊丝 H08MnA、HlOMn2SiA、HlOMnSi MnMo、MnSi及含Ni高强钢焊丝 H08A、H08MnA H08A、H08MnA 熔 炼 交直流 直流 交直流 交直流 交直流 交直流 交直流 交直流 交直流 交直流 交直流 交直流 HJ330 型 HJ350 HJ430 HJ431 HJ432 SJ101 SJ301 SJ401 SJ501 SJ502 高Mn高Si低F 高Mn高Si低F 重要低碳钢、普低钢（薄板） H08A H08MnA、H08MnMoA、 H08Mn2MoA、HlOMn2 碱性（氟碱型） 重要普低钢 中性（硅钙型） 低碳钢、锅炉钢 酸性（锰硅型) 低碳钢、普低钢 酸性（铝钛型） 低碳钢、普低钢 酸性（铝钛型） 低碳钶、普低钢 烧 结 型 H08MnA、+HlOMn2、H08MnMoA H08A H08A、H08MnA H08A ①系指低合金高强度结构钢，下同。 第三节埋弧焊工艺

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一、焊前准备

埋弧焊的焊前准备包括焊件的坡口加工、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SB/ T 986—1988 的规定。

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。

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焊件装配时必须保证接缝间隙均匀，高低平整不错边，特别是在单面焊双面成形的埋弧 焊中更应严格控制。装配时，焊件必须用夹具或定位焊缝可靠地固定。定位焊使用的焊条要 与焊件材料性能相符，其位置一般应在第一道焊缝的背面，长度一般不大于30mm。定位焊缝 应平整，且不允许有裂纹、夹渣等缺陷。

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。

焊剂在运输及储存过程中容易吸潮，所以使用前应经烘干去除水分。一般焊剂须在250°C 温度下烘干，并保温1〜2h。限用直流的焊剂使用前必须经350〜400°C烘干，并保温2h，烘 干后立即使用。回收使用的焊剂要过筛清除渣壳等杂质后才能使用。

4.

焊机的检查与调试

焊前应检査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，一定要检査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。对于弧压反馈式埋弧焊机或在滚轮架上焊 接的其它焊机，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。

起动焊机前，应再次检査焊机和辅助装置的各种开关、旋钮等的位置是否正确无误，离 合器是否可靠接合。检查无误后，再按焊机的操作顺序进行焊接操作。

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.工艺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。

增大焊接电流使电弧的热功率和电弧力都增加，因而焊缝熔深增大，焊丝熔化量增加，有 利于提高焊接生产率。焊接电流对焊缝形状的影响如图2-2所示。在给定焊接速度的条件下， 如果焊接电流太大，焊缝会因熔深过大而熔宽变化不大造成成形系数偏小。这样的焊缝不利 于熔池中气体及杂物的上浮和逸出，’容易产生气 及裂纹等缺陷，严重时还可能烧穿焊件。 电流也使焊丝消耗增加，导致焊缝余高过

700A

850A

1000A

孔、夹渣太大的大。电流大焊

太大还使焊缝热影响区增大并可能引起 接变形。焊接电流减小时，焊缝熔深减小， 降低。如果电流太小，就可能造成未焊透，

图2-2焊接电流对焊缝形状的影响 较

电弧也不稳定。

生产率

电流种类和极性对焊接过程和焊缝成形也有影响。当使用含氟焊剂进行埋弧焊时，焊接 电弧阴极区的产热量将大于阳极区，因此采用直流正接比采用直流反接时焊丝获得的热量多， 因而熔敷速度比反接时快，使焊缝的余高较大而熔深较浅；采用直流反接时，则与前述相反， 可使焊件得到较大熔深。所以从应用的角度来看，直流正接宜用于薄板焊接、堆焊及防止熔 合比过大的场合；直流反接适宜于厚板焊接，以使焊件熔透。交流电源对熔深的影响介于直

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流

正

接

与

反

接

之

间

。

..23

(2)电弧电压电弧电压与电弧长度成正比。’电弧电压主要决定焊缝熔宽，因而对焊缝 横截面形状和表面成形有很大影响。

提高电弧电压时弧长增加，电弧斑点的移动范围增大，熔宽增加。同时，焊缝余高和熔 深略有减小，焊缝变得平坦，如图2-3所示。电弧斑点的移动范围增大后，使焊剂熔化量增多， 因而向焊缝过渡的合金元素增多，可减小由焊件 或氧化皮引起的气孔倾向。当装配间隙较

27V

34V

45V

上的锈大时，

提高电弧电压有利于焊缝成形。如果电弧 图2-3电弧电压对焊缝形状的影响 增的

加液

态，金

电属

弧失

会去

保突护

破而

焊与

剂空

气的接

覆触

盖，

，造

成使密

电压继续熔集

化 气

孔。降低电弧电压可增强电弧的刚直性，：能改善焊缝熔深，并提高抗电弧偏吹的能力》但电 弧电压过低时，会形成髙而窄的焊缝，影响焊缝成形并使脱渣困难；有极端情况下，熔滴会 使焊丝与熔池金属短路而造成飞溅。

因此，埋弧焊时适当增加电弧电压，对改善焊缝形状、提高焊缝质量是有利的，但应与

焊接电流/A 电弧电压/V 520〜600 34 〜36 600〜700 36 〜38 700〜850 38 〜40 850- -1000 40- -42 1000〜1200 42 〜44 焊接电流相匹配，见表2-2。

■■丨

表2-2埋弧焊电流与电弧电压的配合关系

(3) 焊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 量的重要工艺参数。不管焊接电流与电弧电压如何匹配，焊接速度对焊缝成形的影响都有着 一定的规律。在其它参数不变的条件下，焊接速度增大时，电 弧对母材和焊丝的加热减少，熔宽、余高明显减小；与此同 时，电弧向后方推送金属的作用加强，电弧直接加热熔池底 的母材，使熔深有所增加。当焊接速度增大到40m/h以上 由于焊缝的线能量明显减少，则熔深随焊接速度增大而 小。焊接速度对焊缝形状的影响如图2-4所示。

焊接速度的快慢是衡量焊接生产率高低的重要指标。从提高生产的

角

度

考

虑

，

总

是

希

23m/h 45ra/h 92m/h 图焊

2缝-4形

焊状

接的速

度影

部时，减

对 响 率

望

焊接速度越快越好；但焊接速度过快，电弧对焊件的加热不足，使熔合比减小，还会造成 咬边、未焊透及气孔等缺陷。减小焊接速度，使气体易从正在凝固的熔化金属中逸出，能降 低形成气孔的可能性;但焊速过低，则将导致熔化金属流动不畅，易造成焊缝波纹粗糙和夹 渣，甚至烧穿焊件。

(4) 焊丝直径与伸出长度焊丝直径主要影响熔深。在同样的焊接电流下，直径较细的 焊丝电流密度较大，形成的电弧吹力大，熔深大。焊丝直径也影响熔敷速度。电流一定时，细 焊丝比粗焊丝具有更高的熔敷速度；但粗焊丝比细焊丝能承载更大的电流，因此，粗焊丝在 较大的焊接电流下使用也能获得较高的熔敷速度。焊丝越粗，允许使用的焊接电流越大，生 产率越高。当装配不良时，粗焊丝比细焊丝的操作性能好，有利于控制焊缝成形。

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

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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2-3。

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表2-3不同直径焊丝适用旳焊接电流 焊接电流/A 焊丝直径/mm 200〜400 2 350〜600 3 500〜800 4 700〜1000 ,5 800〜1200 6 在焊丝伸出长度上存在一定电阻，埋弧焊的焊接电流很大，因而在这部分焊丝上产生的 电阻热很大。焊丝受到电阻热的预热，熔化速度增大，焊丝直径越细、电阻率越大以及伸出 长度越长时，这种预热作用的影响越大。所以，焊丝直径小于3mm或采用不锈钢焊丝等电阻 率较大的材料时，要严格控制焊丝伸出长度；焊丝直径较粗时/伸出长度的影响较小，但也 应控制在合适的范围内，伸出长度一般应为焊丝直径的6〜10倍。

(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。稳弧性好的 焊剂含有易电离的元素，所以电弧的电场强度较低，热功率较小，焊缝熔深较浅；而含氟的 焊剂则相反，它的稳弧性差，但有较高的电场强度，电弧的热功率大，所以焊接时可得到较 大的熔深。

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，使焊缝成形变羞，并可能产生气孔。

除上述工艺参数外，埋弧焊时还有一些参数如焊剂、焊丝的种类和合理配合，焊丝和焊 件的倾斜角度，焊件的材质、厚度、装配间隙和坡口形状等也对焊缝的成形和质量有着重要 影响。

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。计算法是通过 对焊接热循环的分析计算以确定主要工艺参数的方法。查表法是查阅与所焊产品类似焊接条 件下所用的焊接各种工艺参数表格，从中找出所需参数的方法。试验法是将计算或査表所得 的工艺参数，或人们根据经验初步估算的工艺参数，结合产品的实际状况进行试验，以确定 恰当的工艺参数的方法。但不论用哪种方法确定的工艺参数，都必须在实际生产中加以修正， 最后确定出符合实际情况的工艺参数。

(2) 工艺参数之间的配合按上述方法选择工艺参数时，：必须考虑各种工艺参数之间的 配合。通常要注意以下兰方面：

1) 焊缝的成形系数。成形系数大的焊缝，其熔宽较熔深大；成形系数小的焊缝，熔宽相 对熔深较小。焊缝成形系数过小，则焊缝深而窄，熔池凝固时柱状结晶从两侧向中心生长，低 熔点杂质不易从熔池中浮出，积聚在结晶交界面上形成薄弱的结合面，在收缩应力和外界拘 束力作用下很可能在焊缝中心产生结晶裂纹。因此，选择埋弧焊工艺参数时，要注意控制成 形系数，一般以1.3〜2为宜。

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2-2.。

2) 熔合比。熔合比是指被熔化的母材金属在焊缝中所占的百分比。熔合比越大，焊缝的 化学成分越接近母材本身的化学成分。所以在埋弧焊工艺中，特别是在焊接合金钢和有色金 属时，调整焊缝的熔合比常常是控制焊缝化学成分、防止焊接缺陷和提高焊缝力学性能的主

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要手段。

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人过多的母材而降 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。

，

，

减小熔合比的措施主要有：减小焊接电流：增大焊丝伸出长度；开坡口丨采用下坡焊或 焊丝前倾布置；用正接法焊接；用带极代替丝极堆焊等。

3)热输入。焊接接头的性能除与母材和焊缝的化学成分有关外，还与焊接时的热输人有 关。热输人增大时，热影响区增大，过热区明显增宽，晶粒变粗，使焊接接头的塑性和韧性 下降。对于低合金钢，这种影响尤其显著。埋弧焊时如果用大热输人焊接不锈钢，会使近缝 区在“敏化区”范围停留时间增长，降低焊接接头抗晶间腐烛能力。焊接低温钢时，大热输 入会造成焊接接头冲击韧度明显降低。

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，热输人越小。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，能满足不同焊件对焊接热输人的要求。 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勻与否。图2-5为焊剂垫上焊接示意图。

1 2

乂 >i y vvsAX VNAX. I ♦ TTTT

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a)

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b)

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v'

图2-5焊剂垫上焊接示意图

a)软管式b)橡胶膜式

1一工件2—燥剂3—帆布4一充气软管5—橡皮膜6—压板7—气室

• , - . ■ - < ■ 、 . ；二 .. ；• ... .. . -： tj • - .. - v; -• . - ■ ^ •./' .二- ：- _, ；；•. ；‘ •；；- (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。焊接时这 部分焊剂起到焊剂垫的作用，同时又保护铜垫板，免受电弧直接作用。沟槽起焊缝背面成形 作用。这种工艺对工件装配质量及垫板上焊剂托力均匀与否均较不敏感。板料可用电磁平台

27

固

定

，

也

可

用

龙

门

压

力

架

固

定

。

28

i(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。垫板必须紧贴在待焊板缘上，垫板与工件板面间的 间隙不得超过1mm。

厚度大于10mm的工件，可采用锁底接头焊接的方法，如图2-6所示。此法用于小直径厚 壁圆筒形工件的环缝焊接，效果很好。

(4)

采用柔性的

热固化焊剂衬垫贴合在接缝背面进行焊接。这种衬垫需 要专门制造或由焊接材料制造部门供应。近年来，还有 采用陶瓷_職_垫請__施。

在临时性的衬垫上焊接这种方法

ra2fi

(5) 悬空焊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。 用这种方法进行单面焊时，工件不能完全熔透。一般的熔深不超过2/3板厚，否则容易烧穿。 这种方法只用于不要求完全焊透的接头。

2.对接接头双面焊

工件厚度12〜14mm的对接接头，通常采用双面焊。这种方法对焊接工艺参数的波动和 工件装配质量都较不敏感，一般都能获得较好的焊接质量。

焊接第一面时，所用技术与上述单面焊相似。但焊接第一面时不要求完全焊透，而是由 反面焊接保证完全焊透。焊接第一面采用的工艺方法有：悬空焊、在焊剂垫上焊、在临时垫 板上焊等。

(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)。第一面焊接达到的 熔深一般小于工件厚度的一半。反面焊接的熔深要求达到工件厚度的60%〜70%，以保证工 件完全焊透。

(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。第一面 的焊接参数应保证熔深超过工件厚度的60%〜70% a焊完第一面后翻转工件，进行反面焊接， 其参数可以与正面的相同以保证工件完全焊透。预留间隙双面的焊接条件，依工件的不同而 异。 .

(3) 一

般

都

要

求

接

头

处

留

在临时衬垫上焊接采用此法焊接第一面时，有

一

定

间

隙

，

以

保证焊剂能填满其中。临时衬垫的作用是托住间隙中的焊剂。平板对接接头的临时衬垫常用 厚3〜4mm，mm的薄钢采用石棉

a )

b

)

图2-7在临时衬垫上焊接

a)薄钢带垫b)石棉绳垫c)石棉板垫

c )

宽30〜50带；也可绳或石棉

板，如图2-7所示。

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用的一种焊接形式，它一般是先在专用的焊剂垫上焊

29

焊

深均达板厚60%〜70%。

完

第

。

一

面 <

后，去除临时衬垫及间隙中的焊剂和焊缝根部的渣壳，用同样参数焊接第二面。要求每面熔

30

接内环缝，如图2-8所示，然后再在滚轮转胎上焊接外环缝，如图2-9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。

为了防止熔池中液态金属和熔渣从转动的焊件表面流失，无论焊接内环缝还是外环缝，焊 丝位置都应逆焊件转动方向偏离中心线一定距离，使焊接熔池接近于水平位置，以获得较好

30-80

旋转方向

成形。焊丝偏置距离随所焊筒体直径而变，一般为30〜80mm，如图2-9所示。

旋转方

向

30-80

30 〜80

图2-9环缝自动焊 焊丝偏移位置示意图

图2-8内环缝焊接示意图

1 一偉丝2—工件3—辊轮4 一焊剂垫5—皮带

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横角焊两种方法。 (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2-10所示，可为焊缝 成形提供最有利的条件。这种焊接法要求接头的装配间隙不超1. 5mm;否则，必须采取措施， 防止液态金属流失。

45。

4

5。

b)

图2-10船形焊

31

__ a-) T形接头b)搭接接头

(2)横角焊当工件不可能或不便于采用船形焊时，可采用横角焊来焊接角焊缝，如图 2-11所示。这种焊接方法对接头装配间隙较不敏感，即使间隙达到2〜3mm也不必采取防止

32

液态金属流失的措施。焊丝与焊缝的相对位置，对横角焊的质量有重大影响。焊丝偏角〃一般 在20°〜30°之间。实际焊丝位置应视接头具体情况确定。每一单道横角焊缝的断面积为40〜 50mm，即焊脚长度超过8X8mm时，会产生金属溢流和咬边。

焊丝

=20°

2

底板

k划、

焊脚

流溢

a) b)

图2-11横角焊

c)

a)示意图b)焊丝与立板间距过大c)焊丝与立板间距过小

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2-4中。

表2-4埋弧焊常见缺陷的产生原因及防止方法

缺陷名称 防止方法

宽度 不均勻

产生

和焊接速度） 原因焊缝速度不均勻

焊丝给送速度不

燥缝金

焊丝导电不良 1. 2. 3. 2. 3. 4. 5.

找出原因排除故障 找出原因排除故障 更换导电嘴衬套（导电块）电压过大 下坡焊时倾角过大 环缝焊接位置不当 焊接时前部焊剂过少

均勻

电流太大而电压过低

属满溢

上坡焊时倾角过大

环缝焊接位置不当（相对于焊件的直径 1.

焊接速度过慢

33

6.

焊丝向前弯曲 1. 调节工艺参数 2. 调整上坡焊倾角

3. 相对于一定的焊件直径和焊接速度，确位置

定

适

当

的

焊

接

1. 调节焊速. 2. 调节电压 3. 调整下坡焊倾角

4. 相对一定的焊件直径和焊接速度，确定适当的焊接位 5. 调整焊剂覆盖状况 6. 调

节焊丝矫直部分

1. 接头未清理干净 2. 焊剂潮湿

3. 焊剂（尤其是焊剂垫）中混有垃圾 4. 焊剂覆盖层厚度不当或焊剂斗阻塞 5. 焊丝表面清理不够 6. 电压过高 1. 接头必须清理干净 2. 焊剂按规定烘干

3. 焊剂必须过筛、吹灰、烘干 4. 调节焊剂覆盖层高度，疏通焊剂斗 5. 焊丝必须清理，清理后应尽快使用 6.

调整电压

堆积高

度过大

置

捍缝表面成形不良 34

(续） 缺陷名称 产生原因 防止方法 1. 焊件、焊丝、焊剂等材料配合不当 1. 合理选配焊接材料 2. 选用合格焊丝 3. 适当降低焊速以及焊前预热和焊后缓冷 4. 焊前适当预热或减小电流，降低焊速（双面焊适用） 5. 调整焊接参数和改进坡口 6. 调整焊接参数和改变极性（直流） 7. 合理安排焊接顺序 8. 焊前预热及焊后缓冷 2. 焊丝中含碳、硫量较高 3. 焊接区冷却速度过快而致热影响区硬 化 裂缝 4. 多层焊的第一道焊缝截面过小 5. 焊缝形状系数太小 6. 角焊缝熔深太大 7. 焊接顺序不合理 8. 焊件刚度大 焊穿 咬边 焊接参数及其它工艺因素配合不当 1. 焊丝位置或角度不正确 2. 焊接参数不当 1. 焊丝未对准 2. 焊缝局部弯曲过甚 1. 焊接参数不当（如电流过小、电弧电压 选择适当焊接参数 1. 调整焊丝 2. 调节焊接参数 1. 调整焊丝 2. 精心操作 1. 调整焊接参数 2. 修正坡口 3. 调节焊丝 1. 层间清渣彻底 2. 每层焊后发现咬边夹渣必须清除修复 未熔合 未焊透 过高） 2. 坡口不合适 3. 焊丝未对准 1. 多层焊时，层间清渣不干净 2. 多层分道焊时，焊丝位置不当 内部夹渣 第四节埋弧焊的其它方法

埋弧焊是一种传统的焊接方法，为适应工业生产发展的需要，在长期的应用中不断改进， 在现有普通埋弧焊的基础上又研究、发展了一些新的、高效率的埋弧焊方法。

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2-12所示。从焊缝的成形看，纵列式的焊缝深而窄；横列式的焊缝浅而宽； 直列式的焊缝熔合比小。双丝焊可以合用一个焊接电源，也可以用两个的捍接电源。前 者设备简单，但要单独调节每一个电弧的功率较困难；后者设备较复杂，但两个电弧都可以 单独地调节功率，而且还可以采用不同的电流种类和极性，以获得更理想的焊缝成形。

双丝埋弧焊应用较多的是纵列式。用这种方法焊接时，前列电弧可用足够大的电流以保

35

证熔深；后随电弧则采用较小电流和稍高电压，主要用来改善焊缝成形。这种方法不仅可大 大提高焊接速度，而且还因熔池体积大，存在时间长，冶金反应充分而使产生气孔的倾向大 大减小。此外，这种方法还可通过改变 焊

丝

之

间

的

距

离

及

倾

角

来

调

整

焊

缝

形

状。当焊丝间距小于35mm时，两根焊 丝在电弧作用下合并形成一个单熔池； 焊弧

丝中

间，

距后

大随

于电

1弧

0必

0须m

m冲

时开

，巳

两被

根前

焊一

丝电

在 弧

分列电弧作用下形成双熔池。在分列电 熔化而尚未凝固的熔渣层。这种方法适 合于水平位置平板拼接的单面焊双面成 形工艺。

多丝埋弧焊主要用在厚壁钢管、H

形钢梁及厚壁压力容器的生产中，最多的焊丝可达8〜12根，使焊接速度提高到120m/h以 上。可见，随焊丝数目的增加，焊接生产率大为提高。

二、带极埋弧焊

带极埋弧焊是由多丝（横列式）埋弧焊发展而成的。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2-13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 宽滴成

度过焊

上渡道

。到。

带熔由

极池于

熔中带

化，极

后冷伸

形凝出

成后部

熔 形 分

的刚性较差，因此要配用专 门的带极送进装置，使得焊 接过程中带极能顺畅、均匀 地连续送进，以保证焊接过 程的稳定进行。 带极埋弧焊用于堆焊 时面些

，的低

常磨合

用损金

来部

钢

修分

制

复，

造

一也

的些可

设以化

备在工

表 一 容

器、核反应堆等容器的表面上堆焊耐磨、耐烛的不锈钢层，以代替整体不锈钢的结构，这样 既可以保证工件耐磨、耐腐烛的要求，又可以节省不锈钢材料，降低成本。

三、窄间隙埋弧焊

36

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、涡轮机转了等的焊接。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

电源

电源

电源

b)

图2-12双丝埋弧焊示意图 a)纵列式b)横行式c)直列式

焊接方向

a)

图2-13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 一电源2—带极3—带极送进装置4 一导电嘴5—焊剂

6—渣壳7—焊道8—工件

37

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。采用窄伺隙 埋弧焊时，坡口形状为简单的I型，不仅可以大大减小坡口的加工量，而且由于坡口截面积小， 焊接时可减小焊缝的线能量和熔敷金属量，节省焊接材料和电能，并且易实现自动控制。 窄间隙埋弧焊一般为单丝焊，间隙大小取决于所焊 •焊剂输送焊件的厚度。当焊件厚度为50〜200mm时，间隙宽度为 管

14〜20mm左右；当焊件厚度在200〜350mm时，间隙宽 度为20〜30mm。由于窄间隙焊的装配间隙窄，在底层焊 接时焊渣不易脱落，故需采用具有良好脱渣性的专用焊 剂。另外，窄间隙埋弧焊时，为使焊嘴能伸进窄而深的 间隙中，须将焊嘴的主要组成部分（导电嘴、焊剂喷嘴 垫板

等）制成窄的扁形结构，如图2-14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须涂上耐热 焊剂 的绝缘陶瓷层，导电嘴内部还要有水冷却系统。-窄间隙 喷嘴 埋弧焊所用的焊接电源，根据所焊材料不同，可选择交 流电源，也可用直流电源。

窄间隙埋弧焊是一种高效、省时、节能的焊接方法。 为

进一步提高焊接质量，目前已在窄间隙埋弧焊中应用 了焊接过程自动检测、|焊嘴在焊接间隙内自动跟踪导向 图2-14窄间隙理弧焊 及焊丝伸出长度自动调整等技术，以保证焊丝和电弧在 焊嘴结构示意图

窄间隙中的正确位置及焊接过程的稳定。这些措施已大 大扩展了窄间隙埋弧焊的应用范围。

复习思考题

1. 埋弧焊有哪些特点？有哪些局限性？

2. 为什么埋弧焊时允许使用比焊条电弧焊大得多的电流和电流密度？ 3. 与焊条电弧焊相比，埋弧焊的冶金过程有哪些特点？ 4. 埋弧焊时焊前应做些什么准备工作？其目的是什么？ 5. 简要说明焊接参数对埋弧焊焊缝质量的影响。

6. 使用细焊丝或不锈钢焊丝时，为什么应特别注意焊丝伸出长度的稳定？ 7. 电流种类和极性对埋弧焊过程和焊缝质量有何影响？ 8. 选择焊接工艺参数时应注意些什么问题？： 9. 带极埋弧焊有何特点？适用于什么场合？ 10.

窄间隙埋弧焊有哪些优点？适用于什么场合？

[实验]埋弧焊工艺实验

一、实验目的

1- 了解MZ —1000型埋弧焊机各组成部分、机构结构特点及焊接参数调节方法。 2.初步掌握其操作方法。： ：.

i i 38

3. 了解主要规范参数对焊缝几何形状的影响。 二、实验设备与器材

1. MZ —1000型埋弧焊机一台。 2. H08焊丝一盘。 3. HJ431焊剂若干千克。 4. 低碳钢试板若干块。 5. 钢印。 6. 断口钳。. 7. 钳流表。 8. 焊接检验尺。 三、实验内容和方法步骤 1. 2. 3. 1)

对照实物，了解MZ—1000焊机的各个组成部分，了解焊车的结构、各部分的工作情 复习埋弧焊方法的原理、应用特点。 按照下列程序和要求进行练习操作。

合上焊接变压器和控制电源的闸刀开关，控制电源的转换开关扭到“通”：：的位置（接

况、调整范围和方法。

(1) 焊前准备

通控制电源）。按照预先选择好的焊接参数在控制盘上进行调整（根据板厚，大致选一组焊接 参数，进行试焊），为启动焊接作好准备工作。

2) 3) 1) 2) 3)

按“焊丝向上，或“焊丝向下”按钮使焊丝回抽和下送，调节到焊丝端头与工作表面 打开焊剂漏斗开关，预送焊剂到引弧区。

按下“启动按钮”主接触器动作，焊接电源接通，开始引燃电弧（可观察引弧过程中 待电弧稳定后，合上焊车的离合器，焊车开始沿焊接方向行走，正常焊接过程开始。 在预调的基础上进行记录：

的轻轻接触顶住，既不太松又不太紧（可用移动焊车的方法检査接触情况）。

(2) 焊接

送丝速度和方向变化）。

①单独改变焊接电流，试焊两次，进行记录。 ②单独改变电弧电压，试焊两次，进行记录。 单独改变焊接速度，试焊两次，进行记录。 (3) 停得 1) 2) 3) 4)

按下“停止”按钮的一半（“停止”是两次按钮），送丝电动机断电停转，焊丝停止 将“停止”按钮送到底，主接触器断开，切断焊接电源，小车停止，焊接工作停止。 关闭焊剂开关，将焊丝稍稍回抽后移开焊车，清理焊剂、焊渣。 若不再继续焊接逐级切断电源。

送进，电弧逐渐烧长自然熄灭。

操作时要特别注意，不要将“停止”按钮一下按到底，否则由于送丝马达的惯性，焊丝 将会继续下送一段，容易插到熔池中去“粘住”。若发生这种情况，剪断焊丝后移动焊车。

4.

测

量

并

将

结

果

记

人

下

面

实

验

表

中

。

i 39

i ( •‘ (■ 数 1 内容 焊丝直径/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/m • h- 溶深///mm 溶宽jB/mm 余高A/mm ■ 12 3 4 5 6 7 8 注：1.每种规范对应的焊缝长度选取100mm为宜。

2.试板的尺寸r为便于横向切开测量//值，所以试板的宽度要窄。.

.：

‘ ... ,；'3

四、注意事项

1. 按照实验指导书的要求和教师的指导进行实验，禁止随便动手以防发生事故。 2. 注意焊剂回收，实验结束后应进行整理打扫，以保持场地清洁。 五、实验报告要求

1. 实验目的、器材及设备。 2. 简述埋弧焊操作过程。

3. 整理记录数据，讨论主要焊接参数对焊缝几何形状的影响（根据实验的情况做几项讨 论几项）。

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