埋弧焊

一、教学目的：

掌握埋弧焊的原理及特点 理解埋弧焊的两种自动调节系统 了解埋弧焊的相关设备 掌握埋弧焊的冶金过程

了解埋弧焊工艺的内容及编制方法 能正确认识埋弧焊焊接工艺参数的选择 掌握埋弧焊相关的操作技术

了解埋弧焊的四种其他焊接方法的原理

二、教学重点：

埋弧焊的原理及特点

埋弧焊的自动调节系统的原理 埋弧焊的冶金过程 埋弧焊相关的操作技术

三、教学难点：

埋弧焊的自动调节系统调节过程 埋弧焊的冶金过程 埋弧焊焊接工艺参数的选择

四、参考学时数：

24学时，其中实训课时8课时

五、主要教学内容：

第一节 埋弧焊的原理及特点 一、埋弧焊的焊接过程及原理:

概念：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。

原理：焊接时电弧掩埋在焊焊剂层下燃烧,电弧光不外露，焊接时电源的两极分别接在导电嘴和焊件上，焊丝通过导电嘴和焊丝的接触，在焊丝周围撒上焊剂，然后接通电源，则电流通过导电嘴、焊丝与焊件构成焊接回路。

当焊丝和焊件之间引燃电弧后，电弧的热量使周围的焊剂融化形成焊渣，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。连续送入电弧的焊丝在电弧高温作用下加热融化，与融化的母材混合形成金属熔池。 二、埋弧焊的特点

1、埋弧焊的主要优点： （1）焊接生产率高 （2）焊接质量好 （3）焊接成本较低

（4）劳动条件好 2 埋弧焊的主要缺点 （1）难以在空间位置施焊 （2）对焊接装配质量要求高 （3）不适合焊接薄板和短焊缝 三、埋弧焊的分类及应用范围

1 分类 2、应用

（1）焊接类型和焊件厚度

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。

埋弧焊可焊接的焊件厚度范围很大。除了厚度5mm以下的焊件容易烧穿，埋弧焊用的不多外，较厚的焊件都适于用埋弧焊焊接。

（2）焊接材料种类

适合埋弧焊的材料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。埋弧焊还可在基体表面堆焊耐磨腐蚀的合金层。铸铁、铝、镁、铅、锌等低熔点金属材料都不适合用埋弧焊焊接。

第二节 埋弧焊的自动调节原理 一、埋弧焊的自动调节

1、埋弧焊稳定工作的基本概念：

在埋弧焊过程中，维持电弧稳定燃烧和保持焊接参数基本不变是保证焊接质量的基本要求。埋弧焊时，一般应选用具有下降外特性的焊接电源，才能保证电弧的稳定燃烧。

2、埋弧焊自动调节的必要性

焊接过程中某些外界因素常会使工艺参数偏离预定值，导致焊接过程不稳定。焊接过程的外界干扰主要来自自弧长波动和网压波动两个方面。弧长波动是焊接过程中，由于焊件不平整，装配不良或遇到定位焊点以及送丝速度不均匀等原因引起的。网压波动是因焊机供电网络中负载突变，如附近其他电焊机等大容量用电设备突然启动或停止造成的网压突变等。

3、埋弧焊自动调节的目标和方法

弧长变化对焊接电流和电弧电压稳定性的影响最为严重。当外界干扰使电弧长度发生变化时，可通过两种方法使电弧长度自动恢复到原来的长度。一种方法是自动调节焊丝的熔化速度，另一种方法是自动调节焊丝的送进速度。只要使焊丝的送进速度与熔化速度相等，焊接过程就能保持平衡状态，电弧长度不变，从而达到稳定焊接电流和电弧电压的目的。 二、熔化极电弧的自身调节系统

这种系统的调节作用是基于等速送丝时弧长变化导致焊接电流变化，进而导致焊丝熔化速度变化使弧长得以恢复的，并且电弧自身调节系统的调节能力不消除网络电压波动对焊接参数的影响。

三、电弧电压反馈自动调节系统

这种系统的调节作用是弧长变化后主要通过电弧电压的变化而改变焊丝的送进速度，从而应用于变速送丝式埋弧焊机。为了防止因网路电压波动引起焊接电流波动过大，这种调节系统宜配用具有陡降外特性的焊接电源。同时，为了易于引弧和使电弧燃烧稳定，焊接电源

应有较高的空载电压。

第三节 埋弧焊设备 一、埋弧焊机的功能和分类

1、埋弧焊机的主要功能

1）建立焊接电弧，并向电弧供给电能

2）连续不断地向焊接区送进焊丝，并自动确定的弧长和焊接工艺参数不变，使电弧稳定燃烧。

3）使电弧沿接缝移动，并保持确定的行走速度。 4）在电弧前方不断的向焊接区铺撒焊剂. 5）控制焊机的引弧,焊接和熄弧停机的操作过程. 2、埋弧焊机的分类

常用的埋弧焊机有等速送丝式和变速送丝式两种类型。埋弧焊机主要由送丝机构、机头调整机构、焊接电源和控制系统等部分组成。 二、埋弧焊机的结构特点

埋弧焊机主要由送丝机构、行走机构、机头调整机构、焊接电源和控制系统等部分组成。

第四节 埋弧焊的焊接材料与冶金过程 一、埋弧焊的焊接材料及选用

埋弧焊的焊接材料主要包括焊丝和焊剂。 1、焊丝

焊丝在埋弧焊中是作为填充金属的,也是焊缝金属的组成部分,所以对焊缝质量有直接影响。根据焊丝的成分和用途可将其分为碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝和不锈钢焊丝三大类。在选择埋弧焊用焊丝时,最主要的是考虑焊丝中锰和硅的含量。埋弧焊常用的焊丝直径有2mm、3mm、4mm、5mm和6mm五种。使用时，要求将焊丝表面的油、锈等清理干净，以免影响焊接质量。

2、焊剂

焊剂在埋弧焊种的主要作用是造渣，以隔绝空气对熔池金属的污染，控制焊缝金属的化学成分，保证焊缝金属的力学性能，防止气孔，裂纹和夹渣缺陷的产生。要求焊剂具有良好的稳弧性能，获得良好的成形。

我国目前主要是按制造方法和化学成分分类。按制造方法可将焊剂分为熔炼焊剂、烧结焊剂和粘结焊剂三大类。

3、焊剂和焊丝的选用与配合

焊剂和焊丝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，也是埋弧焊工艺过程的重要环节。

（1）在焊接低碳钢和强度较低的合金钢时，选配焊剂和焊丝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，同时要满足其他力学性能指标要求。

（2）焊接低合金高强度钢时，除要使焊缝与母材等强度外，还要特别注意提高焊缝的塑性和韧性。

（3）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。

在进行埋弧焊焊剂与焊丝的选配时，还应该考虑埋弧焊的工艺特点和冶金特性。 首先是稀释率高的影响。 其次是热输入高的影响。 第三还应考虑焊接速度快的影响。 二、埋弧焊的冶金过程

（一）冶金过程的特点

埋弧焊的冶金过程是指液态熔渣与液态金属以及电弧气氛之间的相互作用。 其冶金特点有： 1、空气不易侵入焊接区 2、冶金反应充分

3、焊缝金属的合金成分易于控制 4、焊缝金属纯度较高且成分均匀 （二）低碳钢埋弧焊时的主要冶金反应 1、焊缝中硅、锰的还原反应

2[Fe]＋(SiO2)＝(FeO)＋[Si] [Fe]＋(MnO)＝(FeO)＋[Mn]

2、埋弧焊时碳的氧化烧损

C＋O＝CO

3、硫、磷杂质的

硫、磷在金属中都是有害杂质，焊缝含硫量增加时会造成偏析形成低温共晶，使产生热裂纹的倾向变大；焊缝含磷量增加时会引起金属的冷脆性，降低其冲击韧度。

目前控制的方法主要还是冶炼时原材料中的硫、磷含量。 4、熔池中的去氢反应

氢是埋弧焊时产生气孔和冷裂纹的主要原因。去氢的途径主要有两条：一是杜绝氢的来源，这就是要求清除焊丝和焊件表面的水分、铁锈、油和其他污物，并按要求烘干焊剂；二是通过冶金手段取出已混入熔池中的氢，主要是用氟化物或氧元素来氧化H元素，使之生成HF和OH化合物来加以去除。

第五节 埋弧焊工艺

一、焊接工艺参数的影响及选择

1、焊接工艺参数对焊缝质量的影响

埋弧焊的工艺参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度等。 （1）焊接电流

焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。其他条件不变时，焊接电流增大，焊缝的熔深H及余高a均增加，而焊缝的宽度变化不大。正常情况下，焊接电流与熔深间成正比关系：

H = kmI

km为电流系数，决定于电流种类、极性及焊丝直径等。表4-2给出了各种条件下的km

值。

表3-1 焊丝直径/mm

各种条件下的km值

电流种类

焊剂牌号

km值（mm/100A）

T形焊缝及开坡口的对接焊缝

5 2 5 5 5

交流 交流 直流正接 直流正接 交流

HJ431 HJ431 HJ431 HJ431 HJ430

1.5 2.0 1.75 1.25 1.55

堆焊及不开坡口的对接焊缝

1.1 1.0 1.1 1.0 1.15

因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。增大焊接电流可提高生产率，但焊接电流过大时，焊接热影响区宽度增大，并易产生过热组织，从而使接头韧性降低；此外电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。焊接电流过小时，易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷，使焊缝成形变坏。

（2）电流种类与极性

采用直流反接时，熔敷速度稍低，熔深较大。焊接时一般情况下都采用直流反接。 采用直流正接时，熔敷速度比反接高30%~50%，但熔深较浅，降低了熔敷金属中母材的百分比。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时，为了防止热裂，也可采用直流正接。

采用交流进行焊接时，熔深处于直流正接与直流反接之间。 （3）电弧电压

电弧电压对熔深的影响很小，主要影响熔宽，随着电弧电压的增大，熔宽增大，而熔深及余高略有减小。为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成形系数，电弧电压应与焊接电流保持适当的关系。焊接电流增大时，应适应提高电弧电压，与每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不超过10V（图中阴影部分）。当电弧电压取下限时，焊道窄；取上限时，焊道宽。若电弧电压超出该合适范围，焊缝成形将变差。

电弧电压除对焊缝成形有影响外，还会改变熔敷金属的化学成分。当电弧电压增加时，焊剂的熔化量增加，熔渣和液态金属重量间的比值增大，过渡到熔敷金属中的合金元素会有所增加。

（4）焊接速度

焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时，熔深、熔宽均减小。因此，为了保证焊透，提高焊接速度时，应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。

（5）焊丝直径及干伸长度

电流一定时，焊丝直径越细，熔深越大，焊缝成形系数减小。然而对于一定的焊丝直径，使用的电流范围不宜过大，否则将使焊丝因电阻热过大而发红，影响焊丝的性能及焊接过程的稳定性。不同直径焊丝的许用电流范围见表4-3。

表4-3 不同直径焊丝的焊接电流范围 焊丝直径/mm

-2

2 200~400

3 50~85

4 40~63

5 35~50

6 28~42 800~1200

电流密度Amm 63~125 焊接电流/A 种影响越大。

350~600 500~800 700~1000

干伸长度越大，焊丝熔化量增大，余高增大，而熔深略有减小。焊丝的电阻率越大，这（6）坡口及间隙的形状及尺寸

其他条件不变时，坡口及间隙尺寸越大，余高越小，熔合比越小。因此，可通过开坡口或留间隙来调整余高及熔合比。此外，通过开坡口还可改善熔池的结晶条件。 二、焊接工艺参数的选择方法

（1）焊接工艺参数的选择依据

1）焊件形状和尺寸；接头的钢材种类和厚度。 2）焊缝的种类和焊缝的位置。 3）接头的形式和坡口形式。

4）对接头性能的技术要求，其中包括焊后无损探伤方法，抽查比例以及对接头强度、冲击韧度、弯曲、硬度和其他理化性能的合格标准。

5）焊接结构（产品）的生产批量和进度要求。 （2）焊接工艺参数的选择程序

首先可选定埋弧焊工艺方法，同时依据焊件的形状和尺寸可选定细丝埋弧焊，选择使用的焊剂和焊丝的牌号。第三，根据所焊钢材的焊接性试验报告，选定预热温度、层间温度、后热温度以及焊后热处理温度和保温时间。最后根据板厚，坡口形式和尺寸选定焊接参数（焊接电流、电弧电压和焊接速度）并配合其他次要工艺参数。 三 埋弧焊技术

（一）埋弧焊的焊前准备

1、坡口选择与加工 其中尤以Y型、X型、U型坡口最为常见。坡口常用气割或机械加工方法制备。

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腐蚀、油污、氧化物、水分等清理干净。焊件装配时必须保证接缝间隙均匀，高低平整不错边，对直缝的焊件装配，须在接缝两端加装引弧板和引出板。

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、锈及拔丝用的润滑油都要清理干净，以免污染焊缝造成气孔。

4、焊机的检查与调试 （二）埋弧焊使用技术

第六节 埋弧焊的其他方法 一、附加填充金属的埋弧焊

在满足焊接接头力学性能的前提下，提高熔敷速度就可以提高生产率。其基本做法是在坡口中预先加入一定数量的填充金属再进行埋弧，所加的填充金属可以是金属粉末，也可以是金属颗粒或切断的短焊丝。

附加填充金属的方法不仅可以提高生产率，还可以用来获得特定成分的焊缝金属。 二、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。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形的焊接工艺。目前生产中应用最多的是双丝埋弧焊和三丝埋弧焊。 三、带极埋弧焊

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，而且可增大焊缝成形系数，即在熔深较小的条件下大增加焊道宽度，很适合于多层焊时表层焊缝的焊接，尤其适合于埋弧堆焊，因而具有很大实用价值。

带极埋弧焊主要特点归纳如下： （1）使用焊接电流大； （2）熔敷金属量大； （3）易控制焊道成形。 四、窄间隙埋弧焊

窄间隙埋弧焊是近年新发展起来的一种高效率焊接方法。采用窄间隙埋弧焊时坡口形状为简单的I型，不仅可大大减小坡口加工量，而且由于坡口截面积小，焊接时可减小焊缝的热输入和熔敷金数量，节省焊接材料和电能，并且易实现自动控制。

 埋弧焊实训（8课时），没有埋弧焊设备的情况下，组织学生去工厂参观实习