埋弧焊专题讲座PPT.ppt

埋弧焊 saw 埋弧焊 一埋弧焊的原理及特点二埋弧焊的焊接材料与冶金过程三埋弧焊的设备四埋弧焊焊接工艺 埋弧焊 submergedarcwelding saw 是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法 这种方法是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量 熔化焊丝 焊剂和母材而形成焊缝的 焊丝作为填充金属 而焊剂则对焊接区起保护和合金化作用 由于焊接时电弧掩埋在焊剂层下燃烧 电弧光不外露 因此被称为埋弧焊 第一节埋弧焊的原理及特点 一 埋弧焊的原理 埋弧焊的原理示意图 埋弧焊 1 优点 1 焊接生产率高 2 焊缝质量好 3 劳动条件好 4 焊接成本较低 5 焊接范围广 2 缺点 1 只适用于平焊或倾斜度不大的位置及角焊位置焊接 难以在空间位置施焊 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 不能及时调整工艺参数 3 焊接设备比较复杂 维修保养工作量比较大 4 仅适用于直的长焊缝和环形焊缝焊接 二 埋弧焊的特点 1 分类 三 埋弧焊的分类及应用范围 2 应用 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 较厚的焊件适于用埋弧焊焊接 目前 埋弧焊焊接的最大厚度已达650mm 2 焊接材料种类适合埋弧焊的材料已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 铸铁一般不能用埋弧焊焊接 铝 镁及其合金因没有适用的焊剂 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 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 一 埋弧焊的焊接材料及选用二 埋弧焊的冶金过程 第二节埋弧焊的焊接材料与冶金过程 1 焊丝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 目前生产中已在应用高合金钢焊丝 各种有色金属焊丝和堆焊用的特殊合金焊丝等新品种焊丝 一 埋弧焊的焊接材料及选用 实芯焊丝牌号 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 埋弧焊焊接低碳钢时 选用的焊丝牌号有h08a h08e h08c h15mn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 如h10mn2 埋弧焊常用的焊丝直径有2mm 3mm 4mm 5mm和6mm五种 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 保证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 颗粒度和透气性 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 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 熔炼焊剂是按配方比例将原料干混均匀后入炉1500 1600 熔炼 然后经过水冷粒化 烘干 筛选而成为成品的焊剂 烧结焊剂和粘结焊剂都属于非熔炼焊剂 都是将原料粉按配方比例混拌均匀后 加入粘结剂调制成湿料 再经烘干 粉碎 筛选而成 烧结焊剂是在400 1000 温度下烘干 烧结 而成的 而粘结焊剂则是在350 400 的较低温度下烘干而成的 非熔炼焊剂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 常用来焊接高合金钢或进行堆焊 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 2 焊剂分类 按成分分类 mno 无锰焊剂mno30 sio2 低硅焊剂sio230 caf2 低氟焊剂caf230 2 焊剂 续 焊剂牌号焊剂xyzx 表示mno含量 1 无锰 2 低锰 3 中锰 4 高锰 y 表示caf2 sio2含量 1 2 3表示低f 1 低si 2 中si 3 高si 4 5 6表示中f 4 低si 5 中si 6 高si 7 8表示高f 7 低si 8 中si z 表示同一类型焊剂不同牌号 按1 2 9顺序排列 如焊剂431 高锰高硅低氟焊剂 2 焊剂 续 3 焊剂和焊丝的选用与配合在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时 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 用高锰高硅焊剂 如hj431 配合低碳钢焊丝 如h08a 或含锰焊丝 h08mna 用无锰高硅 hj130 或低锰中硅焊剂配合高锰焊丝 h10mn2 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 一般选用中锰中硅 hj350 或低锰中硅焊剂 hj250 配合相应钢种焊丝 焊接低温钢 耐热钢和耐蚀钢时 选择的焊剂和焊丝首先要保证焊缝具有与母材相同或相近的耐低温或耐热 耐腐蚀性能 为此可选用中硅或低硅型焊剂与相应的合金钢焊丝配合 3 焊剂和焊丝的选用与配合 续 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 钼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 3 焊剂和焊丝的选用与配合 续 一 冶金过程的特点1 焊缝保护效果好埋弧焊是焊剂熔化形成液态熔渣膜围绕电弧空间 可有效阻止空气侵入焊接区 故埋弧焊焊缝金属的塑性良好 具有较高的致密性和纯度 2 冶金反应充分气体和杂质易析出 不易产生气孔 夹渣等缺陷 3 焊缝化学成分稳定焊接参数相对稳定 焊接反应进行的程度比较一致 焊缝金属成分均匀 4 焊缝组织易粗化焊接电流大 热输入大 二 埋弧焊的冶金过程 二 低碳钢埋弧焊时的主要冶金反应对于低碳钢埋弧焊来说 最主要的冶金反应有 硅 锰的还原 碳的烧损 焊缝中氢和硫 磷含量的控制 1 焊缝中硅 锰的还原反应硅 锰是低碳钢焊缝金属中最重要的合金元素 锰可以降低焊缝中产生热裂纹的危险性 提高焊缝的强度和韧性 硅可镇静焊接熔池 加快其脱氧过程 并保证焊缝金属的致密性 因此 必须有效控制熔池的冶金过程 保证焊缝金属中适当的硅 锰含量 1 焊缝中硅 锰的还原反应低碳钢埋弧焊时 主要采用高锰高硅低氟型熔炼焊剂 hj430 和 hj431 并配用h08a型焊丝 焊剂的主要成分是mno和sio2 它们的渣系为mno sio2 因此焊接时在熔渣与液态金属间将会发生如下反应 2 fe sio2 2 feo si fe mno feo mn 2 埋弧焊时碳的氧化烧损低碳钢埋弧焊时 由于使用的熔炼焊剂中不含碳元素 因而碳只能从焊丝及母材进入焊接熔池 焊丝熔滴中的碳在过渡过程中发生非常剧烈的氧化反应 c o co 3 硫 磷杂质的限制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增大 焊缝含磷量增加时会引起金属的冷脆性 降低其冲击韧度 因此必须限制焊接材料中硫 磷的含量并控制其过渡 低碳钢用焊丝w p s 0 040 焊剂w p s 0 01 4 熔池中的去氢反应埋弧焊时对氢的敏感性比较大 氢是埋弧焊时产生气孔和冷裂纹的主要原因 防止气孔和冷裂纹的重要措施就是去除熔池中的氢 去氢的途径主要有两条 一是杜绝氢的来源 这就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 二是通过冶金手段去除已混入熔池中的氢 一种是形成hf 一种是形成oh 一 埋弧焊机的功能和分类二 埋弧焊机的结构特点 第三节埋弧焊的设备 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 并自动保持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 在电弧前方不断地向焊接区铺撒焊剂 5 控制焊机的引弧 焊接和熄弧停机的操作过程 一 埋弧焊机的功能和分类 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 常见的有小车式 悬挂式 车床式 悬臂式和门架式等 埋弧焊机的形式 小车式埋弧焊机 山大奥太逆变式埋弧焊机 门架式自动埋弧焊机 龙门式埋弧焊机 悬臂式埋弧焊机 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 二 埋弧焊机的结构特点 焊接电源 送丝机构 行走机构 控制系统 机头调整机构 1 送丝机构送丝机构包括送丝电动机及传动系统 送丝滚轮和矫直滚轮等 有直流电动机拖动和交流电动机拖动两种形式 2 焊车行走机构焊车行走机构包括行走电动机及传动系统 行走轮及离合器等 3 焊接电源埋弧焊机可配用交流或直流弧焊电源 采用直流电源焊接 能更好地控制焊道形状 熔深和焊接速度 也更容易引燃电弧 通常直流电源适用于小电流 快速引弧 短焊缝 高速焊接以及所采用焊剂的稳弧性较差和对焊接参数稳定性有较高要求的场合 采用直流电源时 正接时焊丝的熔敷效率高 反接时焊缝熔深大 采用交流电源时 焊丝熔敷效率及焊缝熔深介于直流正接与反接之间 而且电弧的磁偏吹最小 交流电源多用于大电流埋弧焊和采用直流时磁偏吹严重的场合 埋弧焊电源的额定电流在500 2000a之间 一般为1000a 负载持续率为100 4 控制系统常用的埋弧焊机控制系统包括 送丝拖动控制 行走拖动控制 引弧和熄弧的自动控制等 大型专用焊机还包括横臂升降 收缩 主柱旋转 焊剂回收等控制系统 埋弧焊机还有导电嘴 送丝滚轮 焊丝盘 焊剂漏斗及焊剂回收器 电缆滑动支承架 导向滚轮等易损件和辅助装置 1 焊前准备2 焊接参数的选择3 埋弧焊的其它焊接方法 第四节埋弧焊焊接工艺 1 焊前准备 1 坡口加工坡口加工要求按gb986 1988执行 以保证焊缝根部不出现未焊透或夹渣 并减少填充金属量 坡口的加工可使用刨边机 机械化或半机械化气割机 碳弧气刨等 2 待焊部位的清理焊件清理主要是去除锈蚀 油污及水分 防止气孔的产生 一般用喷砂 喷丸方法或手工清除 必要时用火焰烘烤待焊部位 在焊前应将坡口及坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈 氧化皮 油污等清理干净 1 焊前准备 续 3 焊接的装配装配焊件时要保证间隙均匀 高低平整 错边量小 定位焊缝长度一般大于30mm 并且定位焊缝质量与主焊缝质量要求一致 必要时采用专用工装 卡具 对直缝焊件的装配 在焊缝两端要加装引弧板和引出板 待焊后再割掉 其目的是使焊接接头的始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面 而且还可除去引弧和收尾容易出现的缺陷 4 焊接材料的处理埋弧焊用的焊丝和焊剂对焊缝金属的成分 组织和性能影响极大 因此焊接前必须清除焊丝表面的氧化皮 铁锈及油污等 焊剂保存时要注意防潮 使用前必须按规定的温度烘干待用 2 焊接参数的选择 1 焊接电流 是决定熔深的主要因素 在一定范围内 焊接电流增加 焊缝的熔深和余高都增加 而焊缝的宽度增加不大 一般在增大电流的同时要提高电弧电压 800a b 1200a c 1600a40v30cm min 2 焊接参数的选择 2 焊接电压 是决定熔宽的主要因素 电弧电压增加时 弧长增加 熔深减小 焊缝变宽 余高减小 焊接电压过大时 电弧不稳 严重时会产生咬边和气孔等缺陷 a 30v b 40v c 50v 平板焊接 焊丝直径4 8mm 熔炼型焊剂 1200a 30cm min 3 焊接速度焊接速度增加时 开始熔深略有增加 而熔宽相应减小 当速度增大到一定值后 熔深和熔宽都随速度增加而减小 但焊速过高会产生咬边 未焊透 电弧偏吹和气孔等缺陷 焊缝余高大而窄 成形不好 2 焊接参数的选择 a 30cm min b 60cm min c 90cm min焊接速度对焊缝形状的作用 平板焊接 焊丝直径4 8mm 熔炼型焊剂 1200a 40v 4 焊丝直径当其他参数不变时 焊丝直径增大 电流密度减小 电弧吹力减弱 电弧摆动加剧 使焊缝的熔宽增加而熔深略减小 焊丝直径减小时 电流密度增大 电弧吹力加强 使焊缝的熔探增大 所以采用相同的电流施焊时 小直径焊丝可获得较大的熔深 5 焊丝倾角 一般不使焊丝倾斜6 焊件位置 焊接倾角一般不宜大于6 8 2 焊接参数的选择 a 丝径3 2mm b 丝径4 8mm c 丝径6 4mm焊丝直径对焊缝形状的作用 平板焊接 800a 35v 30cm min 3 成型工艺 1 平板对接 可采用单面焊双面成形 也可采用双面焊 1 单面焊双面成形适于厚度为20mm以下的工件 一般不开坡口 留较大间隙 强制成型 利用铜衬垫 焊剂垫承托熔池 优点 不用反转工件 一次将工件焊好 焊接生产率较高 缺点 焊接热输入大 焊缝及热影响区晶粒粗大 接头韧性很差 板厚越大 该问题越严重 3 成型工艺 2 双面焊 1 悬空焊接法工艺要点 a 工件背面不加衬垫 不需要任何辅助设备和装置 b 严格控制间隙 以防止液态金属从间隙中流失或烧穿 一般不留间隙或间隙 1mm c 焊接正面的工艺参数应较小 熔深小于焊件厚度的一半 d 翻转工件后再焊反面 为保证焊透 适当增大焊接电流 保证熔深达到焊件厚度的60 70 3 成型工艺 2 双面焊 2 焊剂垫法 采用焊剂垫承托熔池工艺要点 a 焊前应根据工件厚度预留一定间隙或开坡口 b 焊正面焊缝时 工艺参数必须保证使熔深大于工件厚度的60 70 c 焊反面前应首先挑焊根 采用与正面相同的规范或稍小的规范进行焊接 d 工件下面的焊剂在整个焊缝长度上与工件紧密贴合 并且压力均匀 若背面的焊剂过松 会引起漏渣或液态金属下淌 b h 焊剂铜衬垫 临时工艺衬垫 气压式 自重式 3 成型工艺 2 双面焊 3 临时工艺垫板法 特点与焊接垫法类似 焊接反面前 需去除临时工艺垫板并挑焊根后再进行焊接 2 角接焊缝的焊接 角接焊缝有两种焊接方法 斜角焊 两个工件中有一个位于水平位置而熔池不在水平位置 船形焊 熔池位于水平位置 后者具有较好的工艺性能 因此 应尽可能利用该方法 2 角接焊缝的焊接 船形焊 焊丝处于竖直位置 熔池处于水平位置 最有利于焊缝成形 不易产生咬边或满溢等缺陷 焊脚相等时 两个工件与垂直位置成45 要求 1 将间隙尺寸控制在1 5mm以下 否则易出现烧穿或焊漏现象 如果无法控制间隙 则应采用适当的防漏措施 2 电弧电压不宜太高 以免产生咬边 船形焊工艺方案 2 角接焊缝的焊接 斜角焊 工件不能反转至船形位置时 才采用斜角焊法 这种方法的优点是对间隙不敏感 缺点是对单道焊焊脚及焊丝位置要求很严格 该方法的工艺要求如下 1 单道焊焊脚不得大于8mm 以防止咬边 当要求焊脚大于8mm时 应采用多层焊或多层多道焊 2 焊丝偏角 应适当 一般应在20 30 之间 否则易产生咬边及腹板未焊合缺陷 3 电弧电压不宜太高 以防熔渣流溢 20 300 3 环缝的焊接 锅炉及压力容器上的筒节与筒节以及筒节与封头间的对接环缝 焊接时焊头固定 通过筒体在滚轮架上转动来完成整条焊缝的焊接 一般采用双面焊 由于在焊接过程中熔池的位置不断发生变化 为了防止熔池金属的流溢 保证焊缝成形 焊丝应偏离通过圆筒中心的垂直面一段距离 这个距离叫偏移量 一般用e表示 偏移量应与旋转方向相反 其大小应能保证使熔池在旋转到水平位置时凝固成焊缝 以反之溶池金属流溢 偏移量的大小取决于 工件的直径 工件转速 工件厚度 3 环缝的焊接 工件的直径越大 焊接速度越大 偏移量也应越大 应注意的是 对厚壁圆筒形工件进行多层焊时 虽然滚轮架的速度不变 但随着焊缝厚度的增加 焊内环缝时焊速逐层减小 因此应逐层减小偏移量 焊外环缝时 焊速逐层递增 因此应逐层加大偏移量 e 一 多丝埋弧焊 multiplewiresubmergedarcwelding 利用多根焊丝 多个电弧进行焊接的一种方法 1 特点 焊接速度高 焊接质量好2 分类 根据所用焊丝的数量可分为 双丝埋弧焊应用最广泛 多丝埋弧焊 目前最多用到14根焊丝双丝埋弧焊时一般采用两个独立电源 有时也采用一个电源 前者较复杂 但两个电弧都可单独调节功率 且可采用不同的电流种类和极性 获理想的焊缝成形 后者设备简单 但每一个电弧功率难于单独调节 埋弧焊的其它焊接方法 一 多丝埋弧焊 multiplewiresubmergedarcwelding 根据焊丝排列方式 纵列即沿焊接方向纵向顺序排列 横列克服坡口的不均匀性 提高焊缝质量一般采用纵列 两个焊丝间的距离在10mm 30mm之间时 两个电弧形成一个熔池 一个气泡 大于该范围时 形成两个熔池 两个气泡 导前电弧 采用较大的电流及较小的电压 目的在于保证足够的熔深 后续电弧 采用较小的电流及较大的电压 目的在于焊缝具有适当的熔宽 改善焊缝成形 焊接缺陷 咬边 未熔合等 埋弧焊的其它焊接方法 纵列双弧 两个电弧的间距较大 大于100mm 时 形成两个熔池 每个电弧都形成各自的熔池 焊接时 后导电弧首先冲开已被前一电弧熔化而尚未凝固的熔渣层 然后作用在被前导电弧熔化并已凝固的焊道上 使其重新熔化 此方法适合于水平位置平板拼接的单面焊双面成型工艺 二 带极埋弧焊 stripelectrodesubmergedarcwelding 利用矩形截面钢带代替圆截面焊丝作电极 焊接时弧根沿带极的宽度方向快速往返运动 均匀加热带极 这种方法最初用于埋弧堆焊 后来也用于焊接 一 带极埋弧焊的特点1 熔敷速度大 效率高 圆截面焊丝 电流很大时 焊缝熔深增大 焊缝的形状系数减小 易导至裂纹 咬边等 带极 电弧的加热宽度增大 采用更大焊接电流 焊缝的形状系数也较高 2 熔深浅 稀释率低 特别适合于堆焊 3 易于控制焊缝成形熔化金属的过渡方向与电极宽度方向成直角 电极偏转一个较小角度 焊道就可产生较大移位 因此可方便地控制焊道的形状和熔深 带极堆焊示意图 二 带极埋弧焊工艺除了电流 电压外 影响因素还有 带极厚度 宽度 干伸长度带极宽度越大 熔深越小 熔宽越大 带极厚度增大时 熔深增大 熔宽减小 堆焊时 可通过焊接线能量来调节熔深 但由于线能量太小时 电弧不稳定 因此仅靠降低线能量来减小熔深并不是很有效 焊剂的成分对带极的熔化速度 焊缝的几何形状及成分具有重要的影响 实验证明 当焊剂中的氧化铁含量降低时 带极的熔化速度增大 熔深减小 三 窄间隙埋弧焊 narrow gapsubmergedarcwelding 窄间隙焊接是一种用于厚板对接接头焊接 焊前焊件不开坡口或只开小角度坡口而留有窄而深的间隙 采用多层埋弧焊进行焊接的高效率焊接方法 适用于压力容器 涡轮机转子 原子能反应堆外壳等厚板结构的焊接 窄间隙自动埋弧焊 saw ng 坡口角度一般为0 1 坡口宽度为20 30mm 窄间隙焊接的分类 窄间隙埋弧焊 saw ng 窄间隙熔化极气体保护焊 gmaw ng 窄间隙钨极气体保护焊 gtaw ng 等 一 saw ng的特点1 由于采用窄间隙 焊接厚板接头时无需采用u型或双u型坡口 因而大大节省了填充金属 2 在窄而深的坡口中进行多层焊 热输入较低 因而减小了残余应力及工件变形 同时可防止再热裂纹 3 由于采用了多层焊 后续焊道对前一焊道具有很好的回火作用 加之每层的厚度较薄 因此 焊缝金属晶粒细小 韧性好 4 与窄间隙气体保护焊相比 窄间隙埋弧焊的焊丝较粗 对跟踪控制系统的精度要求较低 因此不易产生未焊透及夹渣等缺陷 二 saw ng的技术要点1 每层焊道侧壁均要求完全焊透 因此焊丝端部与侧壁之间应保持适当的距离 并且焊丝伸出长度也应适当 这就要求焊机应配有横向及高度方向的跟踪系统 以保证焊丝的精确定位 2 由于saw ng是在很窄的间隙中进行多层焊 因此脱渣是一个重要问题 一般要求焊剂须有良好的脱渣性 3 焊接过程中 如发现缺陷 应及时利用合适的方法磨掉 并进行修补 三 saw ng工艺1 坡口 一般开0 1 的坡口 坡口的关键尺寸是坡口宽度 选择时考虑因素 焊件的厚度 焊丝直径 焊剂的脱渣难易程度 焊件的结晶裂纹敏感性 焊件厚度越大 或焊丝直径越大 或脱渣越难 或结晶裂纹敏感性越大 则坡口宽度应适当增大 而且要求坡口宽度具有良好的精度 在焊缝全长范围内 坡口宽度的误差应不超过3mm 否则将很难保证焊缝质量 窄间隙埋弧焊工艺有3种方案 如下图 窄间隙埋弧焊工艺方案 a b c 1 图a 每层一道焊缝 适用于70 150mm厚的工件 特点 省时省料 容易产生热裂纹 工艺要点 必须严格控制坡口精度 必须严格控制焊接工艺参数 当焊接含碳量较高的钢材时 应该采用较低的焊接电流和速度 从而获得较大的成形系数 减小裂纹倾向 2 图b 每层两道焊缝 适用于150 300