电弧焊方法及设备：埋弧焊.pdf

第三篇! 电弧焊方法及设备 第三章!埋!弧!焊 第一节!概!述 一、 基本原理 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。图 “ # “ # $ 为最常见的埋弧焊接 装置的示意图。各组成部分的工作是： 焊剂漏斗 $ 在焊接区前方不断输送焊剂 % 于焊件 .交流或直流 ) * 以上)“# . 9$,交流 ! !注： )563 678 (/%/)/5/ 焊枪与焊缝垂 直方向调节距 离2 88 二极同时(/ 后丝单独%/ 前后丝沿焊缝方向调节角度2 （?）-)/?/? 前后丝调节距离2 88./ :)/) :5/(/ :-/#-/ 小车外形尺寸 （长,宽,高） 2 88%/ ,7/ ,- %/ (/ ,5%/ ,- /(/ -/ ,/ ,-./ 配用电源 直流- 台+- /-+- /-+- )/ 交流- 台a-.%/a- / 特点与用途 !前 丝 直 流， 等速 送 丝： 后 丝交 流， 变 速 送丝， 盖 面 适 于厚板拼接 （! b%/88 左右） ! 用于焊 c 型 钢或其他金属 结构角焊缝 !用 于 堆 焊 （修补） 轧辊的 专用设备 !螺旋管带钢 对接焊专用设 备前丝用直流 电， 后 丝 用 交 流 电， 变 速 送丝 ! !用不同的焊接电流和电压， 就可以控制焊缝成形。通常使前导电弧获得足够大的熔 深， 使后随电弧获得所需的缝宽， 对于厚板大熔深的焊接十分有利。 /( 第三篇! 电弧焊方法及设备 “# 第三篇! 电弧焊方法及设备 总之， 多丝埋弧焊可以通过调节焊丝之间的排列方式与间距、 各焊丝的倾角和电弧 功率等， 就可以获得所需焊缝形状和尺寸。焊接生产率随焊丝的增加而提高。 “# 带极埋弧焊 带极埋弧焊是利用金属带作电极的一种埋弧焊接的方法， 其主要目的是提高焊缝金 属的熔敷率和改善焊缝成形。熔敷速度高达 $% &%()* +， 熔化系数可达 $%)* （,+） ， 比 丝极埋弧焊高 “ &- 倍。宽的金属带用于表面堆焊， 如图 - .- .$/ 所示。窄的金属带多 用于接缝的焊接。 图 - .- .$/! 带极埋弧焊装置示意图 （/） 特点 /） 与丝极埋弧焊对比， 可使用更大的焊接电流。用丝极焊时， 电流加大则熔深增加 而缝宽变窄， 即焊缝形状系数减小， 容易产生裂纹。用带极焊时， 电弧在电极端面上往返 快速运动， 使热量分散， 焊缝形状系数得以提高， 焊缝抗裂纹能力强； “） 熔深浅、 稀释率低， 熔敷率高， 熔敷面积大， 焊缝边缘平整， 熔合线整齐、 焊剂耗量 小等， 很适于表面堆焊。 -） 焊接时， 熔融的金属与电极宽度方向成直角流动， 如图 - . - . $“ 所示， 将电极偏 转一个角度， 就可使焊道移位， 用此法可控制焊道的形状和熔深。在坡口中多层焊时， 交 替地和对称地改变电极偏转角 !， 有可能获得均匀分布的焊缝。 （“） 设备 带极埋弧焊所用设备与丝板埋弧焊几乎相同， 只须对送丝装置、 导电嘴等作适于带 极需要的修改即可。可以使用直流或交流焊接电源， 用直流电焊接时多用直流平特性电 源， 利用反接以减少夹渣和咬边等缺陷， 但有磁偏吹问题。使用交流电时， 电弧不大稳 定， 但磁偏吹小。 （-） 带极堆焊工艺 /） 焊接材料堆焊用带极的厚度一般在 %# 0 & /# %11 范围， 宽度常用 “2 & /%11 之 间， 亦有用到 /2%11 以上的。带极材料由堆焊层的化学成分和性能要求决定， 而且要和 焊剂合理组配。带极埋弧堆焊主要采用烧结焊剂， 因为烧结焊剂可以很容易地加入堆焊 “00 第三篇! 电弧焊方法及设备 图 “ #“ #$%! 带极埋弧焊熔融金属流动方向 层所需的合金元素， 焊时再通过焊剂过渡到堆焊层中去。带极材料与焊剂组配原则与丝 极埋弧焊相同。 %） 堆焊工艺参数! 表 “ #“ #%$ 提供不锈钢带极埋弧堆焊典型的工艺参数。从表中 看出各种电极尺寸除电流外， 其余工艺参数大体相同， 焊接电流由带极的宽度来决定， 电 流过高熔深增加， 反之， 过低则发生未焊透等缺陷， 焊接速度随堆焊厚度而变化。大厚 度， 在重叠部位易产生未焊透； 小厚度则易产生咬边。每层厚度可控制在“ &( ) 范围 内， 以“( &*( ) 为最好。带极堆焊焊道宽度大， 由于磁偏吹会产生焊道偏移， 为此， 可 采用多位置接焊接地线等办法解决。发生咬边现象主要是熔池涡流电所产生磁场力作 用的结果， 可以采取磁控法解决。 焊接位置采用微上坡焊较为理想。若升角太大， 则焊道凸起， 边缘易咬边； 反之， 用 下坡焊会因熔渣先流动， 将产生未焊透。 （*） 接缝的带极埋弧焊工艺 主要用于普通碳钢和低合金结构钢的坡口焊缝和角焊缝的埋弧焊接。带极的厚度 一般为 +( , &%( ,)， 宽度常用 - & %) 之间。随着带极厚度增加， 熔深加大， 缝宽减 小， 缝宽则随带板宽度的增加而增宽。其焊接电流按带极尺寸确定， 可参照表 “ #“ #%.。 表 “ #“ #%- 为对接接头焊接工工参数实例。角焊缝在船形位置焊， 一次可焊焊缝厚度 （喉厚） * &+$)。 表 “ #“ #%$! 带极埋弧堆焊典型工艺参数 带极尺寸 / ) 焊接电流/ 0 （直流反接） 电弧电压 / 1 焊接速度 / 2)34 #+ 焊道重叠度 / ) 带极伸出长度 / ) ,( * 5%“, &*,%* &%-+ &%“ &+,“ &* ,( * 5“.( , &$,%* &%-+ &%“ &+,“ &* “* 第三篇! 电弧焊方法及设备 带极尺寸 “ # 焊接电流“ $ （直流反接） 电弧电压 “ % 焊接速度 “ &#( )* “ #“ # +, - ./+0/+ 12/+34 132*/ 134/ 1*+4/ 1-/ +, - .0/* 3+ 1* 4+3- 132*/ 134/ 1*+4/ 1-/ ! !表 4 )4 )30! 窄带极埋弧焊的适用焊接电流 带极尺寸“ #*, 3 .2*, 3 .*, 3 .*/*, 3 .3+*, 3 .3/ 焊接电流“ $/+ 12+0+ 1* 3+2+ 1* 0+* *+ 13+* 3+ 133+ ! !表 4 )4 )32! 窄带极埋弧埋 （对接坡口焊缝） 焊工艺参数 板厚 “ # 坡口形状与尺寸 坡口示意图$56 焊序 焊接电流 “ $ 电弧电压 “ % 焊接速度 “ &#( )* *7 3- 43 0-/ !* 3+43/+ “* +-+4*/ 222 !* -+44/+ “* 4+43/+ *+ *3 *+ !* /+4-3 “* /+4/-3 ! ! 4, 窄间隙埋弧焊 窄间隙埋弧焊是由窄间隙气电立焊演变而成， 是近年发展起来的一种高效、 省时和 节能的厚板焊接的方法。焊接时， 采用 8 形或接近 8 形坡口单面焊， 其间隙在 3+ 14+# 之间， 比普通埋弧焊接同样厚板须采用 9 形或双 9 形坡口， 可节省大量填充金属和焊接 时间。 这种焊接方法的优点除缩短焊接时间和减少焊接材料消耗或费用外， 还有焊接热输 入小， 改善接头韧性和减少焊接变形， 从而提高焊接质量。但是， 窄问隙埋弧焊要求高的 焊接技能， 装配质量要求高， 要有精确的焊丝位置 （能自动对中） 。对焊剂的脱渣性要求 高， 当出现缺陷， 进行焊接修补困难。 目前工业上大型和重要的焊接结构， 如厚壁容器和管道的焊接以及重型机械中的厚 板结构的焊接， 常常因焊件背面不可达， 或者翻转有困难要求单面焊， 就可以采用这种焊 接方法。 窄间隙埋弧焊使用的是普通埋弧焊机， 但需安装一套特殊的导电嘴， 它能插入到窄 间隙中去， 和一套能自动监控的跟踪装置保证焊丝的位置与对中。 采用窄间隙埋弧焊要注意解决好如下几个技术关键： *） 在窄而深的坡口中进行多层埋弧焊， 脱渣是个重要问题。一般须采用具有良好脱 渣性的焊剂。 - 第三篇! 电弧焊方法及设备 “） 每层焊缝是采用单焊道或是双焊道， 都要保证焊道与间隙侧壁的良好焊透。因 此， 要保持焊丝端部与侧壁的距离一定， 以及焊丝伸出长度一定。这就要求焊机应具有 横向及高度方向的跟踪系统， 以保证焊丝的精确定位。通常是使用传感器。目前以接触 式的机械 # 电气系统传感器较可靠。 $） 在筒体环缝焊接时， 为保证焊接热输入一致， 随着焊接层次增加， 焊件转速应能自 动地降低； 同时要严格控制工件的轴向窜动， 例如使用具有反馈控制系统的防轴向窜动 的滚轮架。 %） 焊接中途发现缺陷， 要有适当的清除和修补缺陷的手段。 窄间隙埋弧焊常用的坡口形式与焊缝背面清根的可能性有关， 图 $ # $ # &$ 是常用 的几种形式。图中 和 ( 带固定衬垫和陶瓷衬垫的坡口， 主要用于直缝对接； 容器环缝 多采用图 ) 和 * 的坡口。装配时， 对坡口两侧壁的距离沿缝要均匀一致， 允差不应超过 $+， 否则很难保证焊缝的高质量。 上述接头根据板厚不同， 有三种不同焊接工艺方案， 见图 $ #$ #&%。 图 $ #$ #&$! 窄间隙埋弧焊常用几种坡口形式 每层单道焊 （图 $ #$ #&%） 适用于板厚 ,- ./0-+ 的焊件， 但须严格控制坡口精度 和焊接工艺参数， 否则焊道根部易产生热裂纹。特别当焊接含碳量较高的钢材时， 宜用 较低的焊接电流和焊接速度， 以获得较大的焊缝宽深比。 每层双道焊 （图 $ #$ #&%(） 适用于板厚 1/0- .$-+， 双道焊易焊透也易清渣， 工 艺参数允许范围大， 热输入小， 因而焊缝韧性更好。板厚 1$-+ 宜用每层三道焊 （图 $ #$ #&%)） 。 丝壁间距是影响焊缝质量与性能的重要参数， 通常最佳丝壁间距等于所用焊丝的直 径， 允差为 2-3 0+。为此， 须采用高精度的机头跟踪装置， 焊环缝时须严格控制轴向 窜动。 表 $ #$ #“4 为窄间隙埋弧焊接工艺参数。 0% 第三篇! 电弧焊方法及设备 第七节!埋弧焊常见缺陷及防止 埋弧焊常见缺陷有焊缝成形不良、 咬边、 未熔合、 未焊透、 气孔、 裂纹和夹渣等， 它们 产生的原因、 防止与清除方法见表 “ #“ #“$。 图 “ #“ #%&! 窄间隙埋弧焊的三种工艺方案 表 “ #“ #(! 窄间隙埋弧焊接工艺参数 方法焊道数焊丝数焊接电流) *焊接电压) + 焊接速度 ) ,-./ #0 热输入 ) 12,- #0 中心 单道焊 0 # 单! 丝 3$“$“4 $ 30“$ 533$“ 5“&3 5“$“4 $ 5&4 ( # 双丝 63$%&$ 53$04 5&4 ( 73$%0 &$ 53$“04 5&4 ( 每层 双道焊 04 单! 丝3$83“4 & # 双丝 633$(3$“%4 ( 733$83$“%4 $ ! !表 “ #“ #“$! 埋弧焊常见缺陷的产生原因及其防除方法 缺陷名称产生原因防除方法 焊缝表面 成形不良 宽度不均匀 ! 04 焊接速度不均匀 ! 4 焊丝给送速度不均匀 ! “4 焊丝导电不良 防止： 04 找出原因排除故障 4 找出原因排除故障 “4 更换导电嘴衬套 （导电块） 消除： 酌情部分用手工焊焊补修整并磨光 堆积高 度过大 ! 04 电流太大而电压过低 ! 4 上坡焊时倾角过大 !“4 环缝焊接位置不当 （相对于焊件的直径和焊 接速度） 防止： 04 调节焊速 4 调整上坡焊倾角 “4 相对于一定的焊件直径和焊接速度， 确定适当的焊接位置 消除： 去除表面多余部分， 并打磨圆滑 %& 第三篇! 电弧焊方法及设备 缺陷名称产生原因 焊缝表面 成形不良 !焊缝金 属满溢 ! “# 焊接速度过慢 ! $# 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 ! (# 焊丝向前弯曲 防止： “# 调节工艺参数 $# 调节电压 %# 调整下坡焊倾角 &# 相对一定的焊件直径和焊接速度， 确 定适当的焊接位置 # 调整焊剂覆盖状况 (# 调节焊丝矫直部分 消除： 去除后适当刨槽并重新覆盖 !中间凸 起而两边 凹陷 ! 药粉圈过低并有粘渣， 焊接时熔渣被粘渣拖压 防止： 提高药粉圈， 使焊剂覆盖高度达 %) *&)+ 消除： “# 提高药粉圈， 去除粘渣 $# 适当焊补或去除重焊 咬! ! 边 !“# 焊丝位置或角度不 正确 ! $# 焊接工艺参数不当 防止： “# 调整焊丝 $# 调节工艺参数 消除： 去除夹渣补焊 未熔合 ! “# 焊丝未对准 ! $# 焊缝局部弯曲过甚 防止： “# 调整焊丝 $# 精心操作 消除： 去除缺陷部分后补焊 未焊透 !“# 焊接工艺参数不当 （如电流过小， 电弧电压过 高） ! $# 坡口不合适 ! %# 焊丝未对准 防止： “# 调整工艺参数 $# 修正坡口 %# 调节焊丝 消除： 去除缺陷部分后补焊， 严重的需整条 退修 内部夹渣 ! “# 多层焊时， 层间清渣 不干净 ! $# 多层分道焊时， 焊丝 位置不当 防止： “# 层间清渣彻底 $# 每层焊后发现咬边夹渣必须清除修复 消除： 去除缺陷补焊 气! ! 孔 ! “# 接头未清理干净 ! $# 焊剂潮湿 ! %# 焊剂 （尤其是焊剂垫） 中混有垃圾 ! &# 焊剂覆盖层厚度不当 或焊剂斗阻塞 ! # 焊丝表面清理不够 ! (# 电压过高 防止： “# 接头必须清理干净 $# 焊剂按规定烘干 %# 焊剂必须过筛、 吹灰、 烘干 &# 调节焊剂覆盖层高度， 疏通焊剂斗 # 焊丝必须清理， 清理后应尽快使用 (# 调整电压 消除： 去除缺陷后补焊 ,& 第三篇! 电弧焊方法及设备 缺陷名称产生原因 裂! ! 纹 ! “# 焊件、 焊丝、 焊剂等材 料配合不当 !$# 焊 丝 中 含 碳、硫 量 较高