第一節(jié) 埋弧焊的工作原理及特點

埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧不外露，埋弧焊由此得名。所用的金屬電極是不間斷送進的光焊絲。

一、工作原理

圖1是埋弧焊焊縫形成過程示意圖。焊接電弧在焊絲與工件之間燃燒，電弧熱將焊絲端部及電弧附近的母材和焊劑熔化。熔化的金屬形成熔池，熔融的焊劑成為溶渣。熔池受熔渣和焊劑蒸汽的保護，不與空氣接觸。電弧向前移動時，電弧力將熔池中的液體金屬推向熔池后方。在隨后的冷卻過程中，這部分液體金屬凝固成焊縫。熔渣則凝固成渣殼，覆蓋于焊縫表面。熔渣除了對熔池和焊縫金屬起機械保護作用外，焊接過程中還與熔化金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，從而影響焊縫金屬的化學成分。埋弧焊時，被焊工件與焊絲分別接在焊接電源的兩極。焊絲通過與導(dǎo)電嘴的滑動接觸與電源聯(lián)接。焊接回路包括焊接電源、聯(lián)接電纜、導(dǎo)電嘴、焊絲、電弧、熔池、工件等環(huán)節(jié)，焊絲端部在電弧熱作用下不斷熔化，因而焊絲應(yīng)連續(xù)不斷地送進，以保持焊接過程的穩(wěn)定進行。焊絲的送進速度應(yīng)與焊絲的熔化速度相平衡。焊絲一般由電動機驅(qū)動的送絲滾輪送進。隨應(yīng)用的不同，焊絲數(shù)目可以有單絲、雙絲或多絲。有的應(yīng)用中采用藥芯焊絲代替實心焊絲，或是用鋼帶代替焊絲。

圖1

埋弧焊有自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種方式。前者的焊絲送進和電弧移動都由專門的機頭自動完成，后者的焊絲送進由機械完成，電弧移動則由人工進行。焊接時，焊劑由漏斗鋪撒在電弧的前方。焊接后，未被熔化的焊劑可用焊劑回收裝置自動回收，或由人工清理回收。

二、埋弧焊的優(yōu)點和缺點

(1)所用的焊接電流大，相應(yīng)輸入功率較大。加上焊劑和熔渣的隔熱作用，熱效率較高，熔深大。工件的坡口可較小，減少了填充金屬量。單絲埋弧焊在工件不開坡口的情況下，一次可熔透20mm。

(2)焊接速度高，以厚度8～10mm的鋼板對接焊為例，單絲埋弧焊速度可達50～80cm／min，手工電弧焊則不超過10～13cm/min。

(3)焊劑的存在不僅能隔開熔化金屬與空氣的接觸，而且使熔池金屬較慢凝固。液體金屬與熔化的焊劑間有較多時間進行冶金反應(yīng)，減少了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。焊劑還可以向焊縫金屬補充一些合金元素，提高焊縫金屬的力學性能。

(4)在有風的環(huán)境中焊接時，埋弧焊的保護效果比其他電弧焊方法好。

(5)自動焊接時，焊接參數(shù)可通過自動調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定。與手工電弧焊相比，焊接質(zhì)量對焊工技藝水平的依賴程度可大大降低。

(6)沒有電弧光輻射，勞動條件較好。

2．埋弧焊的主要缺點

(1)由于采用顆粒狀焊劑，這種焊接方法一般只適用于平焊位置。其他位置焊接需采用特殊措施以保證焊劑能覆蓋焊接區(qū)。

(2)不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，如果沒有采用焊縫自動跟蹤裝置，則容易焊偏。

(3)埋弧焊電弧的電場強度較大，電流小于100A時電弧不穩(wěn)，因而不適于焊接厚度小于1mm的薄板。

三、埋弧焊的適用范圍

由于埋弧焊熔深大，生產(chǎn)率高，機械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長焊縫。在造船、鍋爐與壓力容器、橋梁、起重機械、鐵路車輛、工程機械、重型機械和冶金機械、核電站結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)等制造部門有著廣泛的應(yīng)用，是當今焊接生產(chǎn)中最普遍使用的焊接方法之一。

埋弧焊除了用于金屬結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的連接外，還可在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。隨著焊接冶金技術(shù)與焊接材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，埋弧焊能焊的材料已從碳素結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展到低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼等以及某些有色金屬，如鎳基合金、鈦合金、銅合金等。

第二節(jié) 埋弧焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、埋弧焊電源

一般埋弧焊多采用粗焊絲，電弧具有水平的靜特性曲線。按照前述電弧穩(wěn)定燃燒的要求，電源應(yīng)具有下降的外特性。在用細焊絲焊薄板時，電弧具有上升的靜特性曲線，宜采用平特性電源。埋弧焊電源可以用交流(弧焊變壓器)、直流(弧焊發(fā)電機或弧焊整流器)或交直流并用。要根據(jù)具體的應(yīng)用條件，如焊接電流范圍、單絲焊或多絲焊、焊接速度、焊劑類型等選用。一般直流電源用于小電流范圍、快速引弧、短焊縫、高速焊接，所采用焊劑的穩(wěn)弧性較差及對焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定性有較高要求的場合。采用直流電源時，不同的極性將產(chǎn)生不同的工藝效果。當采用直流正接(焊絲接負極)時，焊絲的熔敷率最高；采用直流反接(焊絲接正極)時，焊縫熔深最 大。采用交流電源時，焊絲熔敷率及焊縫熔深介于直流正接和反接之間，而且電弧的磁偏吹最小。因而交流電源多用于大電流埋弧焊和采用直流時磁偏吹嚴重的場合。一般要求交流電源的空載電壓在65V以上。為了加大熔深并提高生產(chǎn)率，多絲埋弧自動焊得到越來越多的工業(yè)應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的是雙絲焊和三絲焊。多絲焊的電源可用直流或交流，也可以交、直流聯(lián)用。雙絲埋弧焊和三絲埋弧焊時焊接電源的選用及聯(lián)接有多種組合。

二、埋弧焊機

埋弧焊機分為自動焊機和半自動焊機兩大類。

(一)半自動埋弧焊機

半自動埋弧焊機的主要功能是：

(1)將焊絲通過軟管連續(xù)不斷地送入電弧區(qū)；

(2)傳輸焊接電流；

(3)控制焊接起動和停止；

(4)向焊接區(qū)鋪施焊劑。因此它主要由送絲機構(gòu)、控制箱、帶軟管的焊接手把及焊接電源組成。軟管式半自動埋弧焊機兼有自動埋弧焊的優(yōu)點及手工電弧焊的機動性。在難以實現(xiàn)自動焊的工件上(例如中心線不規(guī)則的焊縫、短焊縫、施焊空間狹小的工件等)，可用這種焊機進行焊接。

(二)自動埋弧焊機

自動埋弧焊機的主要功能是；

(1)連續(xù)不斷地向焊接區(qū)送進焊絲；

(2)傳輸焊接電流；

(3)使電弧沿接縫移動；

(4)控制電弧的主要參數(shù)；

(5)控制焊接的起動與停止；

(6)向焊接區(qū)鋪施焊劑；

(7)焊接前調(diào)節(jié)焊絲端位置。常用的自動埋弧焊機有等速送絲和變速送絲兩種。它們一般都由機頭、控制箱、導(dǎo)軌(或支架)以及焊接電源組成。等速送絲自動埋弧焊機采用電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)；變速送絲自動埋弧焊機采用電弧電壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自動埋弧焊機按照工作需要，做成不同的形式。常見的有：焊車式、懸掛式、機床式、懸臂式、門架式等。使用最普遍的是MZ—1000焊機，該焊機為焊車式。MZ—1000焊機采用電弧電壓自動調(diào)節(jié)(變速送絲)系統(tǒng)，送絲速度正比于電弧電壓。

三、埋弧焊輔助設(shè)備

埋弧焊時，為了調(diào)整焊接機頭與工件的相對位置，使接縫處于最 佳的施焊位置或為達到預(yù)期的工藝目的，一般都需有相應(yīng)的輔助設(shè)備與焊機相配合。埋弧焊的輔助設(shè)備大致有以下幾種類型：

(一)焊接夾具

使用焊接夾具的目的在于使工件準確定位并夾緊，以便于焊接。這樣可以減少或免除定位焊縫并且可以減少焊接變形。有時為了達到其他工藝目的，焊接夾具往往與其他輔助設(shè)備聯(lián)用，如單面焊雙面成型裝置等。

(二)工件變位設(shè)備

這種設(shè)備的主要功能是使工件旋轉(zhuǎn)、傾斜、翻轉(zhuǎn)以便把待焊的接縫置于最 佳的焊接位置，達到提高生產(chǎn)率、改善焊接質(zhì)量、減輕勞動強度的目的。工件變位設(shè)備的型式、結(jié)構(gòu)及尺寸因焊接工件而異。埋弧焊中常用的工件變位設(shè)備有滾輪架、翻轉(zhuǎn)機等。

(三)焊機變位設(shè)備

這種設(shè)備的主要功能是將焊接機頭準確地送到待焊位置，焊接時可在該位置操作；或是以一定速度沿規(guī)定的軌跡移動焊接機頭進行焊接。這種設(shè)備也叫做焊接操作機。它們大多與工件變位機、焊接滾輪架等配合使用，完成各種工件的焊接。基本形式有平臺式、懸臂式、伸縮式、龍門式等幾種。

(四)焊縫成形設(shè)備

埋弧焊的電弧功率較大，鋼板對接時為防止熔化金屬的流失和燒穿并促使焊縫背面成形，往往需要在焊縫背面加襯墊。最常用的焊縫成形設(shè)備除前面已提到的銅墊板外，還有焊劑墊。焊劑墊有用于縱縫的和用于環(huán)縫的兩種基本型式。

(五)焊劑回收輸送設(shè)備

用來在焊接中自動回收并輸送焊劑，以提高焊接自動化的程度。采用壓縮空氣的吸壓式焊劑回收輸送器可以安裝在小車上使用。

第三節(jié) 埋弧焊的焊接材料

埋弧焊時焊絲與焊劑直接參與焊接過程中的冶金反應(yīng)，因而它們的化學成分和物理特性都會影響焊接的工藝過程，并通過焊接過程對焊縫金屬的化學成分、組織和性能發(fā)生影響。正確地選擇焊絲并與焊劑配合使用是埋弧焊技術(shù)的一項重要內(nèi)容。

一、焊絲

埋弧焊所用焊絲有實芯焊絲和藥芯焊絲兩類。目前在生產(chǎn)中普遍使用的是實芯焊絲。焊絲的品種隨所焊金屬種類的增加而增加。目前已有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高合金鋼和各種有色金屬焊絲以及堆焊用的特殊合金焊絲。焊絲直徑的選擇依用途而定。半自動埋弧焊用的焊絲較細，一般直徑為1．6、2、2．4mm，以便能順利地通過軟管，并且使焊工在操作中不會因焊絲的剛度而感到困難。自動埋弧焊一般使用直徑3～6mm的焊絲，以充分發(fā)揮埋弧焊的大電流和高熔敷率的優(yōu)點。對于一定的電流值可能使用不同直徑的焊絲。同一電流使用較小直徑的焊絲時，可獲得加大焊縫熔深、減小熔寬的效果。當工件裝配不良時，宜選用較粗的焊絲。

焊絲表面應(yīng)當干凈光滑，焊接時能順利地送進，以免給焊接過程帶來干擾。除不銹鋼焊絲和有色金屬焊絲外，各種低碳鋼和低合金鋼焊絲的表面最好鍍銅。鍍銅層既可起防銹作用，也可改善焊絲與導(dǎo)電嘴的電接觸狀況。為了使焊接過程能穩(wěn)定地進行并減少焊接輔助時間，焊絲應(yīng)當用盤絲機整齊地盤繞在焊絲盤上。每盤鋼焊絲應(yīng)由一根焊絲繞成。

二、焊劑

埋弧焊使用的焊劑是顆粒狀可熔化的物質(zhì)，其作用相當于焊條的涂料。

1．對焊劑的基本要求

(1)具有良好的冶金性能。與選用的焊絲相配合，通過適當?shù)暮附庸に噥肀ＷC焊縫金屬獲得所需的化學成分和力學性能以及抗熱裂和冷裂的能力。

(2)具有良好的工藝性能。即要求有良好的穩(wěn)弧、焊縫成形、脫渣等性能，并且在焊接過程中生成的有毒氣體少。

2．焊劑的分類

埋弧焊焊劑除按其用途分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑外，通常按制造方法、化學成分、化學性質(zhì)、顆粒結(jié)構(gòu)等分類。

(1)按制造方法可分為三大類

1)熔煉焊劑。按配方比例稱出所需原料，經(jīng)干混均勻后進行熔化，隨后注入冷水中或激冷板上使之粒化，再經(jīng)干燥、搗碎、過篩等工序而成。熔煉焊劑按其顆粒結(jié)構(gòu)又可分為玻璃狀焊劑(呈透明狀顆粒)、結(jié)晶狀焊劑(顆粒具有結(jié)晶體特點)和浮石狀焊劑(顆粒呈泡沫狀)。

2)燒結(jié)焊劑。將各種粉料組分按配方比例混拌均勻，加水玻璃調(diào)成濕料，在750～1000℃溫度下燒結(jié)，再經(jīng)破碎，過篩而成。

3)陶質(zhì)焊劑。將各種粉料組分按配方比例混拌均勻，加水玻璃調(diào)成濕料，將濕料制成一定尺寸的顆粒，經(jīng)350～500℃溫度烘干即可使用。

(2)按化學成分分類

1)按堿度分為堿性焊劑、酸性焊劑和中性焊劑。

2)按主要成分含量分類如表4—1所示。

(3)按焊劑化學性質(zhì)分類，

1)氧化性焊劑 含大量SiO2、MnO或FeO的焊劑。

2)弱氧化性焊劑 含SiO2、MnO、FeO等氧化物較少。

3)惰性焊劑 含Al2O3、CaO、MgO、CaF2等，基本上不含SiO2、MnO、FeO等。

3．焊劑型號編制方法

(1)熔煉焊劑 由HJ表示熔煉焊劑，后加三個阿拉伯數(shù)字組成。

1)第一位數(shù)字表示焊劑中氧化錳的含量，1、2、3、4代表無錳、低錳、中錳、高錳焊劑。

2)第二位數(shù)字表示焊劑中二氧化硅、氟化鈣的含量，1～9依次代表低硅低氟、中硅低氟、高硅低氟、低硅中氟、中硅中氟、高硅中氟、低硅高氟、中硅高氟和其它類型焊劑。

3)第三位數(shù)字表示同一類型焊劑的不同牌號，按0、1、2、?9的順序排列。

4)對同一牌號焊劑生產(chǎn)兩種顆粒度時，在細顆粒焊劑牌號后面加“X”字。

(2)燒結(jié)焊劑 由SJ表示燒結(jié)焊劑，后加三個阿拉伯數(shù)字組成。第一位數(shù)字表示焊劑熔渣的渣系，1～6依次代表氟堿型、高鋁型、硅鈣型、硅錳型、鋁鈦型和其它型焊劑。第二位、第三位數(shù)字表示同一渣系類型焊劑中的不同牌號的焊劑，按01、02、?09順序排列。

三、焊劑和焊絲的選配

欲獲得高質(zhì)量的埋弧焊焊接接頭，正確選用焊劑與焊絲是十分重要的。

低碳鋼的焊接可選用高錳高硅型焊劑，配合H08MnA焊絲，或選用低錳、無錳型焊劑配H08MnA、H10Mn2焊絲。低合金高強度鋼的焊接可選用中錳中硅或低錳中硅型焊劑配合與鋼材強度相匹配的焊絲。

耐熱鋼、低溫鋼、耐蝕鋼的焊接可選用中硅或低硅型焊劑配合相應(yīng)的合金鋼焊絲。鐵素體、奧氏體等高合金鋼，一般選用堿度較高的熔煉焊劑或燒結(jié)、陶質(zhì)焊劑，以降低合金元素的燒損及摻加較多的合金元素。不同鋼種焊接用的焊劑與焊絲配用見表4—2。

第四節(jié) 埋弧焊的操作技術(shù)和安全特點

一、埋弧焊操作技術(shù)

(一)埋弧焊工藝參數(shù)

埋弧焊焊接規(guī)范主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑等。

工藝參數(shù)主要有：焊絲伸出長度、電源種類和極性、裝配間隙和坡口形式等。

選擇埋弧焊焊接規(guī)范的原則是保證電弧穩(wěn)定燃燒，焊縫形狀尺寸符合要求，表面成形光潔整齊，內(nèi)部無氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、焊瘤等缺陷。常用的選擇方法有查表法、試驗法、經(jīng)驗法、計算法。不管采用哪種方法所確定的參數(shù)，都必須在施焊中加以修正，達到最 佳效果時方可連續(xù)焊接。

(二)操作技術(shù)

(1)對接直焊縫焊接技術(shù)

對接直焊縫的焊接方法有兩種基本類型，即單面焊和雙面焊。根據(jù)鋼板厚度又可分為單層焊、多層焊，又有各種襯墊法和無襯墊法。

1)焊劑墊法埋弧自動焊。在焊接對接焊縫時，為了防止熔渣和熔池金屬的泄漏，采用焊劑墊作為襯墊進行焊接。焊劑墊的焊劑與焊接用的焊劑相同。焊劑要與焊件背面貼緊，能夠承受一定的均勻的托力。要選用較大的焊接規(guī)范，使工件熔透，以達到雙面成形。

2)手工焊封底埋弧自動焊。對無法使用襯墊的焊縫，可先行用手工焊進行封底，然后再采用埋弧焊。

3)懸空焊。懸空焊一般用于無破口、無間隙的對接焊，它不用任何襯墊，裝配間隙要求非常嚴格。為了保證焊透，正面焊時要焊透工件厚度的40％～50％，背面焊時必須保證焊透60％～70％。在實際操作中一般很難測出熔深，經(jīng)常是靠焊接時觀察熔池背面顏色來判斷估計，所以要有一定的經(jīng)驗。

4)多層埋弧焊。對于較厚鋼板，一次不能焊完的，可采用多層焊。第一層焊時，規(guī)范不要太大，既要保證焊透，又要避免裂紋等缺陷。每層焊縫的接頭要錯開，不可重疊。

(2)對接環(huán)焊縫焊接技術(shù)

圓形簡體的對接環(huán)縫的埋弧焊要采用帶有調(diào)速裝置的滾胎。如果需要雙面焊，第一遍需將焊劑墊放在下面簡體外壁焊縫處。將焊接小車固定在懸臂架上，伸到筒體內(nèi)焊下平焊。焊絲應(yīng)偏移中心線下坡焊位置上。第二遍正面焊接時，在筒體外，上平焊處進行施焊。

(3)角接焊縫焊接技術(shù)

埋弧自動焊的角接焊縫主要出現(xiàn)在T形接頭和搭接接頭中。一般可采取船形焊和斜角焊兩種形式。

(4)埋弧半自動焊

埋弧半自動焊主要是軟管自動焊，其特點是采用較細直徑(2mm或2mm以下)的焊絲，焊絲通過彎曲的軟管送入熔池。電弧的移動是靠手工來完成，而焊絲的送進是自動的。半自動焊可以代替自動焊焊接一些彎曲和較短的焊縫，主要應(yīng)用于角焊縫，也可用于對接焊縫。

二、埋弧焊的安全操作技術(shù)

(1)埋弧自動焊機的小車輪子要有良好絕緣，導(dǎo)線應(yīng)絕緣良好，工作過程中應(yīng)理順導(dǎo)線，防止扭轉(zhuǎn)及被熔渣燒壞。

(2)控制箱和焊機外殼應(yīng)可靠的接地(零)和防止漏電。接線板罩殼必須蓋好。

(3)焊接過程中應(yīng)注意防止焊劑突然停止供給而發(fā)生強烈弧光裸露灼傷眼睛。所以，焊工作業(yè)時應(yīng)戴普通防護眼鏡。

(4)半自動埋弧焊的焊把應(yīng)有固定放置處，以防短路。

(5)埋弧自動焊熔劑的成分里含有氧化錳等對人體有害的物質(zhì)。焊接時雖不像手弧焊那樣產(chǎn)生可見煙霧，但將產(chǎn)生一定量的有害氣體和蒸氣。所以，在工作地點最好有局部的抽氣通風設(shè)備。