材料成形装备及自动化 第3版 课件 第四章 2 埋弧焊设备

华中科技大学材料学院材料成形及控制工程专业核心课程华中科技大学精品课及责任教授课程材料成形装备及自动化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess2024-2025学年第二学期EAMP

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2目录第一章

绪

论（2学时）

第二章金属液态成形装备及自动化（10学时）

第三章

金属塑性成形装备及自动化（10学时）第四章

金属连接成形装备及自动化（10学时）第五章

高分子材料成形设备及自动化（2学时）

第六章

快速成形装备及控制（6学时）第七章

其它材料成形装备（4学时）第八章热处理工业炉及其控制（2学时）第九章材料加工中的环境保护装备（2学时）4.1概述4.2电弧焊设备及自动化4.2.2埋弧焊设备4.3电阻焊装备及自动化4.4激光焊接设备（自学、不考试）4.5焊接机器人（自学、不考试）第四章

金属连接成形装备及自动化EAMP

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44.2.2埋弧焊设备1.埋弧焊的工作原理(SubmergedArcWelding)图4-7埋弧焊过程示意图一、埋弧焊的工作原理及应用埋弧焊属熔化极弧焊，由于电弧被掩埋在由颗粒状焊剂熔化后所形成的气泡内燃烧，故称为埋弧焊EAMP

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5埋弧焊的主要优点：焊缝质量好电弧被掩埋在颗粒状焊剂及其熔渣之下，电弧及熔池均处在渣相保护下，对外界的隔离作用好。实现了焊接过程的自动化，操作简便，大大降低了焊接过程对焊工操作技能的依赖程度，焊接过程稳定，焊缝化学成分和力学性能的稳定性较好。生产率高焊接电流可达1000A以上，电流密度也很大。节省焊接材料和电能可获得较大熔深，工件可不开或少开坡口，减少了焊缝中焊丝的填充量，也节省了因加工坡口而消耗掉的焊件金属。改善劳动条件电弧被掩埋在颗粒状焊剂及其熔渣之下，弧光不可见。4.2.2埋弧焊设备EAMP

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6埋弧焊的主要缺点：施焊位置受到限制依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，而且熔池体积大，液态金属和熔渣的量多，在非平焊位置时焊剂不易保持，液态金属和熔渣也易流淌。不适于焊接易氧化的金属材料使用的焊剂主要成分为MnO、SiO2等金属及非金属氧化物，具有一定氧化性，故难以焊接铝、镁等氧化敏感性强的金属及其合金。不适于焊接薄板和短焊缝埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，当电流小于100A时电弧稳定性较差，不适于焊接厚度在1mm以下的薄板。由于埋弧自动焊机比较复杂，灵活性差，焊接短焊缝的生产率还不及焊条电弧焊，因此埋弧自动焊只适于长焊缝的焊接。4.2.2埋弧焊设备2.埋弧焊的应用埋弧焊采用自动送丝和电弧自动行走，称为埋弧自动焊，是应用最早的自动焊方法之一。具有生产效率高、焊接质量好以及劳动条件好等优点。在桥梁、船舶、锅炉等行业中得到广泛应用。经历80多年的发展，从单丝埋弧焊演变到双丝、多丝埋弧焊。适合平焊、长直焊缝、大直径焊缝，不适合薄板、曲线焊缝。4.2.2埋弧焊设备EAMP

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8二、埋弧自动焊机分类1）按电源分类交流（弧焊变压器）直流（弧焊发电机和弧焊整流器）交流与直流两用（交直流两用方波弧焊电源）2）按用途分类通用：多种结构的对接、角接、环缝、纵缝等的焊接生产专用：特定金属结构或焊缝，角焊机、T形梁焊机、堆焊机等3）按送丝方式分类等速送丝式：细丝或大电流密度焊接变速送丝式：粗丝或小电流密度焊接4.2.2埋弧焊设备4）按行走机构形式分类小车式：通用埋弧焊机门架式：专用埋弧焊机悬臂式：专用埋弧焊机4.2.2埋弧焊设备EAMP

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95）按焊丝数目和形状分类单丝多丝带状电极分类特征分类名称应用范围按送丝方式等速送丝埋弧焊细焊丝、大电流密度变速送丝埋弧焊粗焊丝、小电流密度按送丝数目或形状单丝埋弧焊常规对接、角接、筒体纵缝、环缝双丝埋弧焊高生产率对接、角接多丝埋弧焊螺旋焊管等超高生产率对接带极埋弧焊耐磨、耐蚀合金堆焊按焊缝成形条件双面埋弧焊单面焊双面一次成型埋弧焊常规对接焊高生产率对接、难以双面焊的对接焊4.2.2埋弧焊设备EAMP

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10新型号NZA-1000MZ-1000MZ1-1000MZ2-1500MZ-1-1000MZ-1-1250MZ6-2×500MU-2×300MU1-1000旧型号GM-1000EA-1000EK-1000EK-1500----EH-2×500EP-2×300--送丝形式弧压自动调节弧压自动调节等速送丝等速送丝弧压自动调节弧压或电流反馈调节等速送丝等速送丝弧压自动调节焊机结构特点埋弧、明弧两用小车式小车式小车式悬挂小车式小车式小车式小车式堆焊专用堆焊专用焊接电流/A200~1200400~1200200~1000400~1500200~1000250~1250200~60060~300400~1000焊丝直径/mmφ3~5φ3~6φ1.6~5φ3~6φ3~6φ3~6φ1.6~2φ1.6~2焊带宽30~80,厚0.5~1送丝速度/m·h-130~360(弧压反馈控制)30~120(弧压35V)52~40328.5~22530~120≤270150~60096~32415~60焊接速度/m·h-12.1~7815~7016~1263.4~11215~7012~1508~6019.5~357.5~35焊接电流种类直流直流或交流直流或交流直流或交流直流直流直流直流直流送丝速度调整方法用电位器无级调速(用改变晶闸管导通角来改变直流电机转速)用电位器无级调整直流电机转速调换齿轮调换齿轮用电位器无级调速(晶闸管系统)用电位器无级调速(晶体管PWM系统)用自耦变压器无级调整直流电机转速调换齿轮用电位器无级调整直流电机转速表4-1国产埋弧自动焊机的主要技术数据EAMP

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11典型的埋弧焊机由以下部分组成：机械系统送丝机构、行走小车、导电嘴、焊丝盘、焊剂漏斗等。埋弧焊电源控制系统辅助装备夹具、变位机、焊缝成型装置（陶瓷衬垫）、焊剂回收装置等。三、埋弧焊机的结构4.2.2埋弧焊设备EAMP

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图4-8MZ-1-1000型自动焊小车1-送丝电机2-杠杆3、4-送丝滚轮5、6-矫直滚轮7-圆柱导轨8-螺杆9-导电嘴9a-螺丝(压紧导电块用)10-螺丝(接电极用)11-螺钉12-旋转螺钉13-弹簧14-小车电机15-小车滚轮1.机械部分送丝机构和行走机构，由送丝机头、行走小车、机头调节机构、导电嘴、焊丝盘、焊剂斗等部件构成，还装有控制系统的控制盒。4.2.2埋弧焊设备EAMP

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图4-9焊丝送给机构传动系统

1－电动机2－杠杆3、4－送丝滚轮

16、圆柱齿轮17－蜗轮蜗杆18－圆柱齿轮图4-10小车行走机构传动系统14－行走电动机15－行走轮19、20－蜗轮蜗杆21－手柄22－离合器送丝机构、小车行走机构4.2.2埋弧焊设备EAMP

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14埋弧焊可采用交流或直流电源，应根据工件材质及焊剂型号选定：碳素钢或低合金结构钢若配用高锰高硅低氟焊剂（HJ430、HJ431），因电弧稳定，应优先考虑采用交流电源（廉价）。若配用低锰低硅高氟焊剂，因为氟含量高易导致电弧不稳定，应选用直流电源，且电极采用反极性接法（工件接正极），以保证电弧稳定并使焊缝熔深较大。外特性要求等速送丝调节式（电弧自身调节），采用缓降外特性电源。变速送丝调节式（弧压反馈自动调节），采用陡降外特性电源。焊弧柱电场强度高，要求电源空载电压较高，一般在70～90V。常用埋弧焊电源：BX2-1000交流电源，ZXG-1000R直流电源。2.电源4.2.2埋弧焊设备EAMP

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15通用小车式埋弧自动焊机的控制系统包括：送丝与行走驱动控制引弧和熄弧程序控制电源外特性控制门架式、悬臂式等专用埋弧焊机还包括：悬臂伸缩和升降控制立柱旋转控制焊剂回收控制3.控制系统4.2.2埋弧焊设备EAMP

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16四、埋弧焊机举例MZ-1-1000型埋弧自动焊机：直流弧压反馈自动调节小车式，送丝速度由电位器无级调速（晶闸管系统）。系统组成：焊接电源＋焊接小车系统电路：主电路＋控制电路1.主电路

焊接电源电路（图4-11中虚线框所示），配用ZXG-1000R型弧焊整流器。三相降压变压器：将电网电压降低到焊接所需要的整流器交流侧电压。磁放大器：饱和电抗器，控制焊接所需要的下降外特性和调节焊接电流的大小。硅整流器，将交流变成直流。2.控制电路送丝驱动电路

弧压负反馈自动调节变速送丝方式。小车行走驱动电路直流电枢电压调速。焊接程序控制电路焊前小车行走速度调整、焊丝位置调整以及焊接启动和停止等控制环节。4.2.2埋弧焊设备EAMP

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172MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图1.主电路主要指焊接电源电路（图4-11中虚线框所示），本机配用ZXG-1000R型弧焊整流器。三相降压变压器：将电网电压降低到焊接所需要的整流交流侧电压磁放大器：饱和电抗器，控制焊接所需要的下降外特性和调节焊接电流的大小硅整流器，将交流变成直流焊接回路控制电路电源EAMP

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182电弧电压检测电路电弧电压比较电路2.控制电路送丝驱动电路

弧压负反馈自动调节变速送丝方式小车行走驱动电路直流电枢电压调速焊接程序控制电路焊前小车行走速度调整、焊丝位置调整以及焊接启动和停止等控制环节EAMP

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19MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图2送丝驱动电路2.控制电路送丝驱动电路

弧压负反馈自动调节变速送丝方式小车行走驱动电路直流电枢电压调速焊接程序控制电路焊前小车行走速度调整、焊丝位置调整以及焊接启动和停止等控制环节小车驱动电路M1、M2电枢电流和励磁绕组电流供电电路EAMP

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20MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图2送丝驱动电路1）送丝驱动电路

采用电弧电压负反馈自动调节送丝，即变速送丝方式。直流电机M1的电枢电压和激磁绕组M1F的电流由整流器VC7提供送丝速度由晶体管V3、单结晶体管V4、脉冲变压器TP1和晶闸管VT1等组成的电枢电压调速电路调节VC5为VT1触发电路中的V4和TP1组成的支路供电；VC4为V3提供电源及基极偏置电压EAMP

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212送丝驱动电路反馈电压由92号控制线引入，加到R4、R5、R3构成的支路上，取R4上的电压UR4与电弧电压调节电位器RP1上的给定电压URP1反向串联后，送到VC4的输入端，使得VC4的输入电压U入=URP1－UR4当电弧电压为0，即焊丝与工件接触时，UR4=0，VC4输入端的电压U入为上正下负，V1导通，V2截止，继电器K4释放，其常闭触头接通M1的电枢（反向抽丝）同时，VC4输出端电压U出使V3导通，触发电路单结晶体管V4、脉冲变压器TP1工作，VT1导通，M1电枢得电反转，使焊丝上抽，电弧引燃U入U出EAMP

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22MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图2送丝驱动电路当电弧电压上升，R4上的电压UR4增加到等于URP1时，则有U入=0，U出=0，V3截止，VT1关断，M1（反向抽丝）停转（U入=URP1－UR4）同时，V1截止，V2导通，K4吸合，其常开触头接通M1正转电流方向（正向送丝）由于电弧电压继续升高，当UR4>URP1时，则U入<0，VC4输入端电压为上负下正，仍使V1截止，V2导通，K4保持吸合同时，VC4的输出端电压U出也随之升高，V3又开始导通，VT1导通，M1电枢得电正转，使焊丝向下输送U入U出EAMP

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23MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图2送丝驱动电路随着弧压升高，送丝速度加快，直至送丝速度与焊丝熔化速度相等时，电弧电压就稳定在预定电压值上上述引弧过程称为“短路—反抽”引弧方法。调节RP1可改变送丝速度，从而改变电弧电压（U入=URP1－UR4）焊接过程中当电弧电压发生瞬变时，瞬变电压使送丝速度自动变化，促使弧压自动恢复到原值U入U出EAMP

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24MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图22）小车行走驱动电路小车行走，即电弧自动行走，由直流电机M2驱动，其电枢电压和激磁绕组M2F的电流也由整流器VC7提供行走速度由晶体管V5、单结晶体管V6、脉冲变压器TP2和晶闸管VT2以及电位器RP2等组成的电枢电压调速电路调节为了增强小车的负载能力，驱动电路的触发电路中引入了由R50、RP51、R52、C21等元件组成的电枢电流正反馈环节，以补偿因负载增加而导致电动机转速减慢的现象EAMP

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25MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图23）焊接程序控制电路

焊前小车行走速度调整、焊丝位置调整以及焊接启动和停止等控制环节小车行走速度调整：电源开关S1合上，变压器T2得电，各控制电路电源工作。将小车调试开关S2合上，晶闸管VT2的控制极回路接通，调节RP2，即可调节M2的运转速度M2的运转方向由开关S5控制，当转动S5时，可改变M2电枢电流的方向，从而改变M2的正、反转方向，即小车的前进或后退当速度和方向调试好后，将S2断开，等待焊接EAMP

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262焊丝位置调整：焊丝位置调整控制电路由VC3、晶体管V2、继电器K4、“焊丝向下”按钮SB3和“焊丝向上”按钮SB4等元件组成当电源开关S1合上，VC3为焊丝位置调整电路供电，晶体管V2导通，K4吸合EAMP

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27MZ－1－1000型埋弧自动焊机控制线路原理图2焊丝位置调整：若按下SB3，V4触发极得电，C6充电到V4的峰值电压时，V4导通，TP1发出脉冲，VT1触发导通，电流由K4的常开触头经M1电枢流通，M1正转，焊丝下送若按下SB4，V4触发极仍得电，使VT1触发导通，同时使K4释放，电流由K4的常闭触头经M1电枢流通，M1反转，焊丝上抽点动SB3或SB4使焊丝上抽或下送，直至焊丝与工件轻轻接触