第五章-埋弧焊(土木)...ppt

1,第五章埋弧焊,电弧在焊剂层下燃烧而进行的电弧焊方法，生产效率高，有效功率系数0.800.90;,2,第一节埋弧焊的特点和应用埋弧焊的电弧是掩埋在颗粒状焊剂下面的，当焊丝与工件之间引燃电弧时，电弧热会使焊件、焊丝以及焊剂熔化以至于部分蒸发，金属与焊剂的蒸发气体形成一个气泡，电弧就在这个气泡中燃烧。气泡上部被一层烧化了的焊剂熔渣所构成的外膜包围，这层外膜不仅很好的隔离了空气与电弧、熔池的接触，而且使有碍操作的弧光辐射不再散射出来。如图4-2所示；,3,1焊剂2焊丝3电弧4熔池金属5熔渣6焊缝7焊件8渣壳,图42埋弧焊时焊缝的形成过程,4,1、埋弧焊的工艺特点：如图4-1所示；,1.1优点：A)熔深大，生产效率高，有效功率系数较大；B)焊缝质量高；C)劳动条件好；1.2局限性：A)主要适用于平焊；B)只适于长焊缝，并且不适于形状复杂的焊缝的焊接；C)对于装配间隙、坡口加工要求严格；D)难以焊接氧化性强的金属与合金；E)当焊接电流小于100A时，电弧的稳定性差，所以不适于焊接厚度小于1mm的薄板；,5,1焊件2焊剂3焊剂漏斗4焊丝5送丝滚轮6导电嘴7焊缝8渣壳,图41埋弧焊的焊接过程,6,2、应用范围：主要应用于各种钢结构的焊接：在造船、锅炉、化工容器、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中广泛应用；适用材料：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等等；,3、埋弧自动焊的分类及应用：,表埋弧自动焊分类及应用范围,8,第二节埋弧焊的冶金特点1、埋弧焊用的焊剂和焊丝及其配合：1.1焊剂：A）焊剂的作用及对焊剂的要求：作用：保护作用（气渣联合保护）；脱氧、渗合金；要求：a.稳弧性好；b.含P、S低；c.对锈、油、杂质敏感性小；d.熔渣应有合适的熔点和粘度；脱渣性好；不析出有害气体；吸湿性小；有合适的颗粒度、强度；,9,B)焊剂的分类：按照制造方法分为：熔炼型焊剂和非熔炼型焊剂；常用焊剂书P93表4-4；焊剂在使用前需烘干（250），保温12小时；例如：焊剂431：成分类型：高锰高硅低氟；（4044SiO2、34.538%MnO、36.5%CaF2）用途：焊接重要的低碳钢和普低钢；配用焊丝：H08A、H08MnA；适用电流种类：交直流；,10,1.2焊丝：书P94表4-5所示；H08Mn、H08MnA；焊丝直径：1.66mm；焊前需对焊件进行清理：去除铁锈、油污、氧化皮，防止产生气孔等缺陷；,1.3焊丝与焊剂的选配：低碳钢、低合金高强钢按等强度原则选焊丝；耐热钢、不锈钢按化学成分（等成分原则）选焊丝；书P95表4-6常用埋弧焊焊剂用途及其配用焊丝；,11,12,2、埋弧焊的冶金特点：,2.1冶金过程的一般特点：A)保护作用好，空气不易进入焊接区，焊缝含氮量少，韧性好；B)冶金反应充分，气孔、夹渣易析出；C)焊缝金属的化学成分稳定；2.2冶金反应及其影响因素：以低碳钢为例：对于低碳钢，Mn、Si是焊缝中的重要合金元素，所以焊接低碳钢用的焊剂都含有较多的MnO、SiO2，例如：焊剂430、焊剂431;,13,2.2.1主要冶金反应MnO、SiO2的还原反应；,Fe+(MnO)=(FeO)+Mn;生成的Mn可以起到防止热裂、提高焊缝机械性能的作用；2Fe+(SiO2)=2(FeO)+Si;生成的Si可以起到镇静熔池，保证组织致密的作用；通过以上两个反应，Si、Mn从焊剂中向焊缝中过渡；,14,2.2.2影响Si、Mn过渡的因素：p101,A)焊剂成分的影响：当焊剂中MnO、SiO2的含量都增加时，则SiMn;如图4-4、4-5所示；从图4-5中还可以看出，SiO2Mn；B)焊丝和母材中Si、Mn原始浓度的影响：熔池中Si、Mn原始浓度SiMn；C)焊剂碱度的影响(强碱性氧化物CaO)：碱度SiMnD)焊接规范的影响：焊接电流：当I较小时，ISiMn;当I较大时，ISiMn;,15,16,焊接电压：USiMn;在上述诸多因素的影响下，高Mn高Si低F焊剂焊接低碳钢时:Si0.11.3%;Mn0.10.4%2.2.3埋弧焊时碳的烧损：C+OCO;产生CO的后果：缺点：焊缝中的含碳量下降，影响机械性能；CO气孔的可能性增加；优点：在C生成CO的过程中，对熔池有一个搅拌作用，有利于CO、H2的析出；,17,2.3.4脱氢：埋弧焊时，氢气孔的可能性较大；,A)加强清理，杜绝氢的来源；（去除铁锈、油污、有机物；焊剂、焊丝使用前应烘干）B)焊剂中含适量的CaF2进行脱氢；生成HF，不溶于熔池而析出；2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3;,F+H=HF,生成OH析出，高温时OH较稳定，不溶于熔池；MnO+HMn+OH;MgO+HMg+OH;CO2+HCO+OH;SiO2+HSiO+OH;,18,2.3.5限制S、P的含量：S引起热脆；P引起冷裂；所以应严格限制S、P的含量；S0.1%、P0.1%;,也可用一些冶金的方法减少S、P：Mn+FeS=Fe+(MnS);(MnO)+FeS=FeO+(MnS);2Fe3P+5(FeO)=P2O5+11Fe3(CaO)+P2O5=(P2O5(CaO)3);4(CaO)+P2O5=(P2O5.(CaO)4);,19,埋弧焊的冶金特点的总结：向焊缝中补充一定的Si、Mn；保证一部分碳的烧损；减少S、P含量；防止气孔的产生；,20,第三节埋弧焊的自动调节,1.1焊接过程的稳定性及外界干扰：为得到优质的焊缝，首先应正确的选择焊接规范参数（I、U、Vw），其次应保证所选参数的稳定；1.1.1电弧的稳定性：电弧稳定燃烧时，两个最主要的规范参数I、U是由焊接电源的外特性和电弧的静特性所决定的，即电弧的稳定燃烧点是这两条曲线的交点；,埋弧焊自动调节是所有自动焊自动调节的基础；自动调节是指当外界干扰使选定的规范参数变化时，自动调节可使之迅速恢复到预定值；1、自动调节的基本原理：,21,如图所示：O点为稳定燃烧点(即电源的外特性T与电弧的静特性L的交点)，所对应的I、U即为选定的I、U；,T,L,T,L,外界干扰：外特性变化：由TT,则稳定工作点O沿着静特性变到O2;所以II2、UU2;,I,U,I2,U2,I1,U1,22,静特性的变化：由LL，则稳定工作点由O沿着外特性变到O1点，同时II1、UU1;总之：最突出的外界干扰是弧长的波动，当弧长变化时，静特性就会变化（当弧长增长时静特性曲线平行上移；当弧长缩短时静特性曲线平行下移），一般弧长的波动在12mm之内；,2、埋弧焊的自动调节：埋弧焊生产中，弧长的控制方法有两种：等速送丝时的电弧自身调节系统、变速送丝时的电弧电压反馈自动调节系统；2.1等速送丝自身调节系统：在焊接过程中，焊丝等速送进，利用电源的固有的电特性来调节焊丝的熔化速度，以控制电弧长度保持不变，从而达到焊接过程的稳定；,23,2.1.1熔化极电弧焊等速送丝自身调节系统的静特性：,A)方程式：等熔化曲线方程；实践证明：Vm（焊丝的熔化速度）与I、U有关：IVm;UVm;用公式表达：VmKiI-KuUKi：电流系数，Vm随电流变化的系数，其值取决于、S、L干；单位：cm/A.SKu:电压系数：Vm随电压变化的系数，其值取决于弧长的数值；单位：cm/V.S,24,若送丝速度Vf为常数，则电弧稳定燃烧时必有：Vf=Vm=KiI-KuU,此式表示在等速送丝的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与焊接电压之间的关系，叫做等速送丝电弧自身调节系统的静特性，即等熔化曲线方程；,25,B)系统静特性曲线：如图所示；,26,曲线上的每一点都有Vf=Vm,即为稳定燃烧点；综上所述：等速送丝电弧自身调节系统的稳定工作点应为三条曲线的交点：电弧静特性L、电源的外特性T、等熔化曲线C三条曲线的交点；C)曲线的特点：只有在此曲线上，才有Vf=Vm，电弧才能稳定燃烧，保证L不变；在曲线左边，VmVf；在曲线右边，VmVf；在其他条件固定不变的情况下，改变Vf，则可以得到一系列曲线，Vf曲线平行右移；Vf曲线平行左移；改变干伸长、弧长、焊丝直径时，曲线也改变；,27,2.1.2弧长变化时电弧的自身调节过程和恢复速度：,A)调节过程：如图所示：,O0为稳定工作点,是外特性T、静特性L、C曲线的交点；当系统受到外界干扰，使弧长变化时：如：弧长缩短，静特性曲线由l0l1,则稳定点O0沿着外特性T变到O1,则I0I1、U0U1;,T,C,28,由公式：Vm0=KiI0-KuU0;Vm1=KiI1-KuU1;I1I0;U0U1;所以：Vm1Vm0=Vf;即熔化速度弧长，很快O1沿着外特性曲线变回到O0;同理：当弧长增长时，电弧也会自动调节使弧长减少，恢复到原来的长度；B)调节的灵敏度：当弧长波动时，如果电弧自动调节能使之迅速恢复到稳定工作点，就认为调节过程灵敏；Vm灵敏度；VmKiI-KuU;而其中I的影响大，所以：VmI；为此IVm恢复速度,29,影响I的因素：（即影响调节灵敏度的因素）电源的外特性形状：当电弧的静特性为平特性时，采用缓降的外特性调节灵敏度大；（埋弧焊基本为此种情况）当电弧的静特性为上升特性时，采用平直、上升的外特性灵敏度大;（细丝CO2、MIG为此种情况）2.焊接电流：II灵敏度；3.焊丝直径：KiVm灵敏度；4.电场强度：EVm灵敏度;5.弧长：短弧焊时，电弧的自调节较灵敏；,30,总结：对于埋弧焊，采用缓降的外特性电源，大电流，较细焊丝（13.2mm），则电弧的自调节作用最有效；（对于电弧极短的短弧焊，必要时可采用陡降或垂直下降的外特性）；对于气保焊，采用细丝、大电流，平或上升的电源外特性，自身调节作用最显著；,31,2.2电弧电压反馈自动调节系统：,主要用于粗焊丝的焊接；（因为焊丝直径增加，自身调节作用不灵敏，所以发展了电弧电压反馈的自动调节系统；）电弧电压反馈自动调节系统：当弧长波动时，利用电弧电压为反馈量，并通过一个专门的自动调节装置强迫送丝速度发生变化，从而使弧长恢复到原来的值，以保证焊接过程的稳定性的一种调节系统，叫做电弧电压反馈自动调节系统；,32,2.2.1电弧电压自动调节系统的静特性：,A)系统静特性方程：稳定工作时，有Vm=Vf;Vf=K(Ua-Ug);Vm=KiIa-KuUa;Vm=Vf;所以：,其中：K：反馈调节器的灵敏度，为常数；Ug:反馈过程中给定的电压；Ki:电流系数；Ku:电压系数；,33,B)静特性曲线c：如图所示：,b,所以：Ua=U0+tgIa稳定工作点O是电源的外特性T、电弧的静特性L、以及系统静特性C三条曲线的交点,U0,34,C)系统静特性曲线的特点：,此曲线代表在Ug固定而电弧稳定燃烧时，这种调节机构的电流与电压之间的变化关系，也叫等熔化曲线，也叫C曲线；在C曲线上，也有Vm=Vf;离开了C曲线，则VmVf;改变Ug:UgC曲线平行上移；改变焊丝直径或干伸长：减小焊丝直径或增大干伸长RKitg;,35,2.2.2弧长变化时，电弧电压反馈调节系统的调节过程和调节灵敏度：如图所示：,在稳定工作点O0上，Vm=Vf；当外界因素干扰使弧长变化：如：使弧长缩短，l0l1,则稳定点O0沿着外特性T变到O1,同时I0I1、U0U1，此时调节作用有两个方面：,36,主要：U0U1,则Ua,而Vf=K(Ua-Ug),所以Vf弧长l;辅助：I0I1Vml;通过以上两个过程，工作点又从O1沿着外特性变回到O0;同理：当弧长增长时，过程也与上述相似；调节灵敏度：Vf=K(Ua-Ug)Vf=KUa;Vf越大，则调节灵敏度越大；K调节灵敏度；但K过大，则会产生振荡；E调节灵敏度;,37,总结：,电弧电压自动调节系统适于采用陡降的电源外特性；自身调节适用于较细的焊丝，当焊丝直径大于4mm时，弧长的恢复速度较慢，故采用电弧电压反馈的自动调节；两种调节系统的比较见下表：,38,39,第四节埋弧自动焊机,1、分类：1.1按用途分为通用和专用焊机：通用焊机：广泛用于各种结构的对接、角接、环缝的焊接生产；专用焊机：用来焊接某些特定的金属结构或焊缝，例如：T形梁焊机、埋弧堆焊机；1.2按送丝方式分：等速送丝式和电弧电压调节式焊机（如：MZ1000型，如图所示），前者适用于细焊丝或高电流密度的情况，后者适用于粗焊丝或低电流密度的情况；,40,41,1.3按行走机构形式分为：焊车式、门架式、悬臂式，通用埋弧自动焊机大多采用焊车式行走机构；,42,1.4按焊丝的数量分：单丝、双丝和多丝焊机；1.5按焊缝的成形特点分：自由成形和强制成形；2、埋弧焊机结构特点：埋弧焊机是由机械、电源和控制系统三个主要部分组成；2.1机械结构：以焊接小车为例：由送丝机构、行走小车、机头调节机构、导电嘴和焊剂回收器组成；如图所示,43,送丝机构,送丝机构一般都包括送丝电动机、传动系统、送丝滚轮、矫直滚轮等。拖动方式有直流电动机拖动和交流电动机拖动两种,44,2焊车行走机构,焊车行走机构右电动机、传动机构、行走轮、离合器、车架等组成；交流电动机驱动的焊车行走机构如图。它与送丝机构合用一台电动机；,45,2焊车行走机构,机头调节机构的作用是使焊机能适应各种不同类型焊缝的焊接，并使焊丝对准焊缝，因此送丝机头应有足够的调节自由度。例如，MZ-100型埋弧焊机的机头有x、y两个方向的移动调节，调节行程分别为60mm和80mm，还有三个方向的手工转动角度调节。如图所示。,46,4导电嘴,图512是常用的三种导电嘴形式其中滚轮式和夹瓦式导电嘴均用螺钉压紧弹簧，使导电嘴与焊丝之间有良好的接触，适用于3mm以上粗焊丝的焊接。夹瓦式在有效地导引焊丝方向和允许有较大的磨损方面优点比较突出。偏心式导电嘴亦称为管式导电嘴适用2mm以下的细焊丝焊接。,47,2.2电源：可以采用交流或直流电源进行焊接,如图所示；,一般碳素钢及低合金结构钢配用“焊剂430”或“焊剂431”时，应优先考虑采用交流电源，埋弧焊电源的额定电流一般力5002000A；电源的外特性：下降型，空载电压要求在7080V以上；2.3控制系统：电源外特性控制、送丝和小车拖动控制和程序自动控制（主要是引弧和熄弧自动控制）。引弧一般为回抽引弧；,48,3.常见的埋弧自动焊机：MZ-1000（发电机电动机系统弧压反馈调节式焊机）、MZ1-1000（交流异步电动机等速送丝式焊机）。SW-81型自动焊机：采用大阪变压器厂生产的系列埋弧焊机中的一种轻型焊机，可配用交流焊接，也可配用直流焊接；特点：送丝机头体积小，可用于焊接小直径容器或管道内缝；,49,A6T型自动埋弧焊机：瑞典A6系列埋弧焊机有悬挂式、横梁行走式和小车式多种，可配用气体保护焊机，是一种功能较为齐全的组合式的焊接设备；其辅助机械设施较为先进，如：配用导向灯，利用强光聚焦对准焊缝；,50,第五节埋弧焊工艺和常见缺陷及其防止措施,1、埋弧焊工艺：1.1焊前准备：1.1.1厚焊件的坡口加工：14mm，不开坡口；14mm22mm，开V型坡口；22mm50mm，开X型坡口；对于要求高的焊件，开U性坡口；1.1.2清理：1.1.2装配：加引弧板、引出板；,51,1.2埋弧焊工艺及规范参数的选择：,1.2.1平板对接焊缝：多采用双面焊；原则：第一面既要有一定的熔深，又要防止熔化金属的下流或烧穿；所以第一面的电流不要太大，间隙也不宜太大；A)悬空焊法：间隙要小，一般小于1mm；要点：第一面（正面）电流小，H50%;第二面（反面）电流可增大，H6070%;以保证焊透；书P129表4-13不开坡口不留间隙的悬空双面焊法,52,B)焊剂垫法：如图所示：,要点：依工件的厚度可留一定的间隙，焊剂在全长上要与工件贴紧且压力均匀；第一面电流应大一些，H6070%；第二面电流与第一面相同或稍小；厚度大的工件（14mm）可开坡口；书P130表4-14、4-15此种焊法的规范参数：,53,54,1.2.2角接焊缝：一般出现在T字接头或搭接接头，可采用船形焊和斜角焊；,船形焊：将接头翻转在一定的位置，使焊丝保持垂直状态，熔池处于水平位置，以保证焊接质量；但当间隙大于1.5mm时，易产生焊穿或流淌；斜角焊：当焊件不易翻转时，采用焊丝倾斜的焊接方法，叫做斜角焊；优点：对间隙的敏感性小；缺点：单道焊角K8mm，当K8mm时，只能采用多道焊；焊丝与腹板之间的夹角应保持2030,焊丝的倾角不当时，易产生咬肉或腹板未熔合；,55,2、埋弧焊常见的缺陷及其防止措施：,缺陷：气孔、裂缝、夹渣、未焊透、咬边、成形不良等；它们的产生原因及防除方法见书P131表4-17;,56,第六节高效埋弧焊及埋弧堆焊,1、单面焊双面成形：仅在焊缝的一面施焊，两面同时成形完成整道焊缝的焊接方法；常采用大电流、匹配适当的间隙，一般采用强制成形；根据辅助设备的不同，单面焊双面成形可分为：A、龙门压力架焊剂铜垫法；通过压力架上的汽缸通入压缩空气后带动压紧装置将焊件压紧在焊剂铜垫上进行焊接；B、移动式水冷滑块铜垫法；用一短的铜滑块装在焊件接缝的背面，位于电弧下方，随同电弧一起移动，强制焊缝反面成形；,57,C、热固化焊剂衬垫法；适用于