埋弧焊工艺参数及焊接技术

1、埋弧焊工艺参数及焊接技术1 .影响焊缝形状、性能的因素埋弧焊主要适用于平焊位置焊接，如果采用一定工装辅具也可以实现角焊和横焊位置的焊接。埋弧焊时影响焊缝形状和性能的因素主要是焊接工艺参数、工艺条件等。下面我们主要讨论平焊位置的情况。1.1 焊接工艺参数的影响影响埋弧焊焊缝形状和尺寸的焊接工艺参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊丝直径等。(1)焊接电流当其他条件不变时，增加焊接电流对焊缝熔深的影响(如图1所示)，无论是Y形坡口还是I形坡口，正常焊接条件下，熔深与焊接电流变化成正比，即状的影响，如图2所示。电流小，熔深浅，余高和宽度不足；电流过大，熔深大，余高过大，易产生高温裂纹。4030201

2、000400800120016002000电流/A图1焊接电流与熔深的关系（44.8mm）电流不足电流适当电流过大b)图2焊接电流对焊缝断面形状的影响a)I形接头b)丫形接头(2)电弧电压电弧电压和电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的焊剂不同，电弧空间电场强度不同，则电弧长度不同。如果其他条件不变，改变电弧电压对焊缝形状的影响如图3所示。电弧电压低，熔深大,焊缝宽度窄，易产生热裂纹：电弧电压高时，焊缝宽度增加，余高不够。埋弧焊时，电弧电压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧，所以电弧电压的变化范围是有限的。电压过小电压适当电压过大

3、b)图3电弧电压对焊缝断面形状的影响a)I形接头b)丫形接头(3)焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大，随着焊接速度增加，焊缝熔深和熔都将减小，即熔深和熔宽与焊接速度成反比，如图4所示。焊接速度对焊缝断面形状的影响，如图5所示。焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差：焊接速度较大时，熔化金属量不足，容易产生咬边。实际焊接时，为了提高生产率，在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证焊缝质量12r10-175100125150vw图4焊接速度对焊缝形成的影响H熔深B熔宽a)速度过小速度适当速度过大b)图5焊接速度对焊缝断面形状的影响a)I形接

4、头b)Y形接头(4)焊丝直径焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时，焊丝直径不同，焊缝形状会发生变化。表1所示的电流密度对焊缝形状尺寸的影响，从表中可见,其他条件不变，熔深与焊丝直径成反比关系，但这种关系随电流密度的增加而减弱，这是由于随着电流密度的增加，熔池熔化金属量不断增加，熔融金属后排困难，熔深增加较慢，并随着熔化金属量的增加，余高增加焊缝成形变差，所以埋弧焊时增加焊接电流的同时要增加电弧电压，以保证焊缝成形质量。项目焊接电流/A7007501000110013001400焊丝直径/mm615465465平均电流密度/Amm2636583852844868熔深H/mm7.08.5r11.51

5、0.512.016.5r17.519.01熔宽B/mm22121一192624222724形状系数B/H3.12.51.72.52.01.31.51,3表1电流密度对焊缝形状尺寸的影响(U=30-32V,Uw=33cm/min)1.2工艺条件对焊缝成形的影响(1)对接坡口形状、间隙的影响在其他条件相同时，增加坡口深度和宽度，焊缝熔深增加，熔宽略有减小，余高显著减小，如图6所示。在对接焊缝中,如果改变间隙大小，也可以调整焊缝形状，同时板厚及散热条件对焊缝熔宽和余高也有显著影响，如表2所示。图6坡口形状对焊缝成形的导响表2焊缝间隙对对接焊尺寸的影响（2）焊丝倾角和工件斜度的影响焊丝的倾斜方向分为前

6、倾和后倾两种，见图7。倾斜的方向和大小不同，电弧对熔池的吹力和热的作用就不同，对焊缝成形的影响也不同。图7a为焊丝前倾，图7b为焊丝后倾。焊丝在一定倾角内后倾时，电弧力后排熔池金属的作用减弱，熔池底部液体金属增厚，故熔深减小。而电弧对熔池前方的母材预热作用加强，故熔宽增大。图7c是后倾角对熔深、熔宽的影响。实际工作中焊丝前倾只在某些特殊情况下使用，例如焊接小直径圆筒形工件的环缝等。工件倾斜焊接时有上坡焊和下坡焊两种情况，它们对焊缝成形的影响明显不同，见图8。上坡焊时（图8a、b）,若斜度0角6°12。，则焊缝余高过大，两侧出现咬边，成形明显恶化。实际工作中应避免采用上坡焊。下坡焊的效

7、果与上坡焊相反，见图8c、do-焊接方向a)b)a=00Itf2tf3tf4tf550c）图7焊丝倾角对焊缝形成的影响a）前倾b）后倾c）焊丝后倾角度对焊缝形成的影响d)图8工件斜度对焊缝形成的影响a）上坡斜b）上坡斜工件斜度的影响c）下坡斜d）下坡斜工件斜度的影响3工件斜度（3）焊剂堆高的影响埋弧焊焊剂堆高一般在2540mm,应保证在丝极周围埋住电弧。当使用粘结焊剂或烧结焊剂时，由于密度小，焊剂堆高比熔炼焊剂高出20%50%。焊剂堆高越大，焊缝余高越大，熔深越浅。1.3焊接工艺条件对焊缝金属性能的影响当焊接条件变化时，母材的稀释率、焊剂熔化比率（焊剂熔化量/焊丝熔化量）均发生变化，从而对焊缝

8、金属性能产生影响，其中焊接电流和电弧电压的影响较大。图9图11给出了焊接电流、电弧电压和焊接速度对焊剂熔化比率的影响。由于焊剂熔化比率的变化，焊缝金属的化学成分、力学性能均发生变化，特别是烧结焊剂中合金元素的加入对焊缝金属化学成分的影响最大。图12图14给出各种焊接条件变化时对焊缝金属Mn、Si含量的影响。2.0L5L005焊接速度:40cm/min电弧电压：36V焊剂：G50焊丝，US-43(064mm)700800900100011001200焊接电流/AO5电看簸亮?t1.75L50.50.25152025303540455055焊接速度/cnvmiiri图10电弧电压对焊剂熔化比率的影

9、响25LO乃1»'1O*外M签星败图9焊接电流对焊剂熔化比率的影响1.75L0J0.2528303234363840电弧电压/V图11焊接速度对焊剂熔化比率的影响12焊接电流对焊缝金属化学成分的影响图电弧电压八/图13电弧电压对焊缝金属化学成分的影响图14焊接速度对焊缝金属化学成分的影响2埋弧焊实施方法及工艺参数选择2.1焊前准备(1)坡口设计及加工同其他焊接方法相比，埋弧焊接母材稀释率较大，母材成分对焊缝性能影响较大，埋弧焊坡口设计必须考虑到这一点。依据单丝埋弧焊使用电流范围，当板厚小于14mm,可以不开坡口，装配时留有一定间隙：板厚为1422mm,一般开V形坡口；板厚22

10、-50mm时开X形坡口。对于锅炉汽包等压力容器通常采用U形或双U形坡口，以确保底层熔透和消除夹渣。埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸设计时，请查阅GB/T9861988。坡口加工方法常采用刨边机和气割机，加工精度有一定要求。(2)装配点固埋弧焊要求接头间隙均匀无错边，装配时需根据不同板厚进行定间距、定位焊，如表3所示。另外直缝接头两端尚需加引弧板和熄弧板，以减少引弧和引出时产生缺陷。(3)焊前清理坡口内水锈、夹杂铁末，点焊后放置时间较长而受潮氧化等焊接时容易产生气孔，焊前需提高工件温度或用喷砂等方法进行处理。表3埋弧焊装配标准板厚t/mm焊缝长度/mm定位长度/mm<25300-550050

11、70>25200-50070-1002.2选择焊接工艺方法(1)对接接头单面焊对接接头埋弧焊时，工件可以开坡口或不开坡口。开坡口不仅为了保证熔深，而且有时还为了达到其他的工艺目的。如焊接合金钢时，可以控制熔合比；而在焊接低碳钢时，可以控制焊缝余高等。在不开坡口的情况下，埋弧焊可以一次焊透20mm以下的工件，但要求预留56mm的间隙，否则厚度超过1416mm的板料必须开坡口才能用单面焊一次焊透。对接接头单面焊可采用以下几种方法：在焊剂垫上焊，在焊剂铜垫板上焊，在永久性垫板或锁底接头上焊，以及在临时衬垫上焊和悬空焊等。分述如下：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

12、垫托力的大小和均匀与否，以及装配间隙的均匀与否。图15说明焊剂垫托力与焊缝成形的关系。板厚28mm的对接接头在具有焊剂垫的电磁平台上焊接所用的参数列于表4。电磁平台在焊接中起固定板料的作用。c>4）图15在焊剂垫上对焊接a）焊接情况b）焊剂托力不足c）焊剂拖力很大d）焊剂拖力过大表4对接接头在电磁平台-焊剂垫上单面焊的焊接条件板厚/mm装配间隙/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cm-min-1电流种奥焊剂垫中焊剂颗粒焊接垫软管中的空气压力/kPa201.01.6120242873直流反接细小81301.51.6275300283056.7交流细小81227530028

13、3056.73140042512528117401.52375400283066.7交流细小1011524525550283083.3101502.52425450323458.3交流细小101152415756251283076.7603.02475323450交流正常1011524600650283267.5703.04650700303461.7交流正常101152803.54725775303656.7交流正常101152板厚1020mm的I形坡口对接接头预留装配间隙并在焊剂垫上进行单面焊的焊接参数，见表5。所用的焊剂垫应尽可能选用细颗粒焊剂。表5在焊剂垫上进行单面焊的焊接参数板厚/m

14、m装配间隙/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cm-min-1交流直流103470075034363234501245750800364034364514458509003640343642165690095038423638331856P950100040443640:282056950100040443640252）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、垫板上焊剂托力均匀与否均不敏感。板料可用电磁平台固定，也可用龙门压力架固定。铜垫板的尺寸见图16

15、和表6。在龙门架焊剂铜垫板上的焊接参数见表7。表6铜垫板断面尺寸（单位：mm）焊件厚度槽宽b槽深h沟槽曲率半径r4、6102.57.068123.07.58八10143.59.51214184.012表7在龙门架焊剂铜垫板上单面焊的焊接条件板厚/mm装配间隙/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cm-min-1323380-4201272978.34234450-5002931685234520-560：313363634550-6001333563734640-6803537588344680-720：353753.39344720-78013638461044780-820

16、,3840461254850-900：3941381454880-920,3941363）在永久性垫板或锁底接头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。永久性钢垫板的尺寸如表8所示。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0.51mm。表8对接用的永久性钢垫板（单位：mm）板厚垫板厚度垫板宽度260.5646+5610(0.30.4)6厚度大于10mm的工件，可采用锁底接头焊接方法，如图17所示（详见GB/T986-1988）。此法用于小直径厚壁圆筒形工件的环缝焊接，效果很好。4）在临时性的衬垫上焊接这种方法采用柔性的热固化焊剂

17、衬垫贴合在接缝背面进行焊接。衬垫材料需要专门制造或由焊接材料制造部门供应。另外还有采用陶瓷材料制造的衬垫进行单面焊的方法。图17锁底对接接头5）悬空焊当工件装配质量良好并且没有间隙的情况下，可以采用不加垫板的悬空焊。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)对接接头双面焊一般工件厚度从1040mm的对接接头，通常采用双面焊。接头形式根据钢种、接头性能要求的不同，可采用图18所示的I形、Y形、X形坡口图18不同板厚的接头形式a)工形坡口对接焊b)丫形坡口对挎焊c)X形坡口对接焊这种方法对焊接工艺参数的波动和工件装

18、配质量都不敏感，其焊接技术关键是保证第一面焊的熔深和熔池的不流溢和不烧穿。焊接第一面的实施方法有悬空法、加焊剂垫法以及利用薄钢带、石棉纯、石棉板等做成临时工艺垫板法进行焊接。1)悬空焊装配时不留间隙或只留很小的间隙(一般不超过lmm)。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。不开坡口的对接接头悬空焊的焊接参数，如表9所小。表9不开口对接接头悬空双面焊的焊接条件工件厚度/mm焊丝直径/mm焊接顺序焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cm.min-164正3804203058反430470305584正反4404804805303

19、0315050104正5305703146反59064033467124正6206603542反6807203541144正6807203741反7307704038165正80085034663反850900368431175正850900353760反900950373948185正850900363860反900950384040205正850900363842反9001000384040225正9009503739453反100010503840402）在焊剂垫上焊接如图19所示，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%。焊完

20、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。预留间隙双面焊的焊接条件依工件的不同而异，表10a、b分别为两组数据，可供参考。在预留间隙的重形坡口内，焊前均匀塞填干净焊剂，然后在焊剂垫上施焊，可减少产生夹渣的可能，并可改善焊缝成形。第一面焊道焊接后，是否需要清根，视第一道焊缝的质量而定。c）图19焊剂垫的结构实例a）软管气压式b）皮膜气压式C）平带张紧式1焊件4充气软管7气室2焊剂5橡皮膜8平带3帆布6压板9带轮表10a对接接头预留间隙双面焊的焊接条件采用交流电，HJ431,第一面在焊剂焊剂垫上焊工件厚度/mm装配间隙/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接

21、速度/cm.min-1143-45700-75034365016131-45700-750343645184/-55750-800364045204/-55850-9003640451244/-55900-950384242285665900,、95038/-4233306-775950-100040-4427408-9951100120040-4420501011151200130044/-4817表10b对接接头预留间隙双面焊的焊接条件根据上海锅炉厂提供的资料。工件厚度/mm装配间隙/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/cm.min-160+1338040030325760

22、44005502832637380+1340042030325357450060036406367102±1450060034385060560070038405867122±1455058034385057560070034v385867143±0.5455072038425053565075036405057<163±0.5565085036405057如果工件需要开坡口，坡口形式按工件厚度决定。工件坡口形式及焊接条件,见表11。表11开坡口工件的双面焊的焊接条件工件厚度/mm歹口形式焊丝直径/mm焊接顺序破口尺寸焊接电流/A电弧电压/V焊接速

23、度/cm.min-1a(0)h/mr】g/mm145正7033830850363842反600620363875165正7033830850363833A乙反60062036387518nj115正7033830860363833反600620363875226正7033105011503840305反60062036387524w6正703311003840405反800363847306正703310001364030-反90010003638333)在临时衬垫上焊接采用此法焊接第一面时，一般都要求接头处留有一定间隙，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

24、时衬垫常用厚34mm、宽3050mm的薄钢带；也可采用石棉绳或石棉板，如图20所示。焊完第一面后，去除临时衬垫及间隙中的焊剂和焊缝底层的渣壳，用同样参数焊接第二面。要求每面熔深均达版厚韵60%70%。a)b)o)图20在临时衬垫上焊接a)薄钢带筌b)石棉缝筌0石棉板垫(4)多层焊当板厚超过4050mm时，往往需要采用多层焊。多层焊时坡口形状一般采用V形和X形，而且坡口角度比较窄。图21所示的焊道宽度比焊缝深度小的多，此时在焊缝中心容易产生梨形焊道裂纹。另外在多层焊结束时，在焊道端部需加衬板，由于背面初始焊道不能全部铲除造成坡口角度变窄，如图22所示，此时形成的梨形焊道更增加裂纹产生倾向，因而需

25、要特别引起注意。(5)角焊缝焊接焊接T形接头或搭接接头的角焊缝时，采用船形焊和平角焊两种方法。1)船形焊将工件角焊缝的两边置于与垂直线各成45。的位置(见图23),可为焊缝成形提供最有利的条件。这种焊接法接头的装配间隙不超过11.5mm,否则，必须采取措施，一以防止液态金属流失。船形焊的焊接参数，见表12b）图23船形焊a）T形接头b）搭接接头表12船形焊焊接条件焊脚长度度/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cm.min-162450-47034366783550-60034365010P4575-6253436503600-650343638124650-700343638

26、3600-6503436254725-7753638335775-8253638302）平角焊当工件不便于采用船形焊时，可采用平角焊来焊接角焊缝（见图24）。这种焊接方法对接头装配间隙较不敏感，即使间隙达到23mm,也不必采取防止液态金属流失的措施。焊丝与焊缝的相对位置，对平角焊的质量有重大影响；焊丝偏角一般在20。30°之间。每一单道平角焊缝的惭面积不得超过4050mm2,当焊脚长度超过8mmx8mm时，会产生金属溢流和咬边。平角焊的接条件，参照表13。表13平角焊焊接条件焊脚长度度/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/cm.min一电流种奥322002202528

27、100直流42280300283092交流335028309252375400303292交流3:45028309214450283010072375400303247交流3150030328014675323583用细颗粒HJ431.图24平角焊3）多丝角度焊接为了提高焊接效率和增加大焊角尺寸，可以采用申列多丝角焊，如图25所示。此时焊丝布置的位置、角度及距离必须设计好，其依据是前后熔池的确定。如果焊丝距离不大，前面熔池的渣会使后面电弧不稳定：距离太小又会使熔渣卷入后面的熔池。一般用列电弧焊接时，前面电极使用电流较大而后面较小，焊缝成形较好图25串列多丝角焊时焊丝的位置和角度例1.400t/

28、h锅炉超高压汽包下降管马鞍型焊缝的焊接。汽包设计参数如下：设计压力：9=16MPa；设计温度：T=350C；水压试验压力：pt=24MPa。(1)工件材料与接头形式；汽包筒身材料：BHW35厚93mm;下降管材料：BHW35厚75mm;BHW35成分及力学性能，见表18化学成份(质量分数)(%)力学性能/MPaCMnSiNiMoCrSPcb0-scb0-s<0.161.01.60.10.50.61.00.20.40.20.4<0.025<0.025>569>392>510>333下降管与筒身膝接接头坡口，见图3雪*3图34下降管马鞍缝坡口图(2)焊接工

29、艺(含热处理及检验)1)装配定位焊(内侧)预热温度：TPr>100焊条-E5015(J507),44.0mm定位焊层数：1层2)埋弧焊预热温度：TPr>180焊机：国产ZMZ-500马鞍形连接管埋弧焊丝：H08Mn2MoA,小3.0mm焊齐ij:HJ330;焊接工艺参数：底层焊道：电流350370A;电压2830V;焊接速度3昂40cm/min；坡口内焊道：电流430450A;电压，3234V;焊接速度3337cm/min；补强层焊道：电流350370A;电压2830V;焊接速度3740cm/min；表面补焊用E6015,（J607）,44.0mm呈条。3）内壁趁热或预热（Tpr1

30、80C）碳弧气刨泊根。4）立即进行中间（去应力）热处理：（530560C）。Mh。5）内壁底层打磨，进行100%的磁粉检验。6）内侧焊条电弧焊预热温度：TPR>180C;焊条：E6015（J607）,小5.0mm7）焊缝经100%的超声波检验和磁粉检验。8）去氢处理：350C乂12）h例2.4300kW电动机空心轴环缝焊接加1_2500图354300k曲动机空心轴结构图(材料：I-Q345(16Mn)II-2O&III-15CrMov)（1）工件结构与材料，如图35所示。（2）工件组装1）在可转动的立式工作台上，R段在下，I段在上。每条环缝圆周围上放4块工艺垫块，以保证坡口尺寸。

31、2）预热用工频感应加热，电源为400KVA可调变压器。预热至200250C,均可温12h。整个工件用玻璃棉包裹保温。3）焊条电弧焊封底焊条：E6016（J606）,小3.2MM,（|）4mm两人对称同步焊接，焊时工件转动。焊接工艺参数：封底焊共3层，第1层：小3.2mm,I=（100130）A;第2、3层:（|）4mm,I=（150170）A;焊完3层后，工件加热到300C,然后将工件移至卧式转胎上进行埋弧焊。（3）环缝埋弧焊1）预热温度：TPr>150C；2）焊机：MZ21500;3）焊丝：H08MnMoA,（|）5mm；4）焊齐【JHJ350:5）焊接工艺参数：直流反接,电流700750A;电压3640V:焊接速度4950cm/min：共焊8道，底层焊道电压取低值，焊接速度取高值。(4)焊后处理1)去氢处理：450cx(12)h,焊后立即进行。2)工件去应力处理(轴上其他部件全部焊完后进行)。处理参数如下：以小于(或等于)200C/h的速度升温至560600C；在此温度均温15h,然后保温2.5h;随之炉温冷至300c以下出炉。(5)焊后检验焊缝经100%的超声检验。例3厚板全焊特级吊车粱焊接d)图的厚板吊车梁结构图a)