第一節(jié) 埋弧焊的工作原理及特點(diǎn)

埋弧焊也是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時(shí)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(jìn)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(hù)，不與空氣接觸。電弧向前移動(dòng)時(shí)，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(jī)械保護(hù)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(xué)成分。埋弧焊時(shí)，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(dòng)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(jìn)，以保持焊接過程的穩(wěn)定進(jìn)行。焊絲的送進(jìn)速度應(yīng)與焊絲的熔化速度相平衡。焊絲一般由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的送絲滾輪送進(jìn)。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(shí)心焊絲，或是用鋼帶代替焊絲。

圖1

埋弧焊有自動(dòng)埋弧焊和半自動(dòng)埋弧焊兩種方式。前者的焊絲送進(jìn)和電弧移動(dòng)都由專門的機(jī)頭自動(dòng)完成，后者的焊絲送進(jìn)由機(jī)械完成，電弧移動(dòng)則由人工進(jìn)行。焊接時(shí)，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(dòng)回收，或由人工清理回收。

二、埋弧焊的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

(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(dá)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(shí)間進(jìn)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(bǔ)充一些合金元素，提高焊縫金屬的力學(xué)性能。

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

(5)自動(dòng)焊接時(shí)，焊接參數(shù)可通過自動(dòng)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(dòng)條件較好。

2．埋弧焊的主要缺點(diǎn)

(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(dòng)跟蹤裝置，則容易焊偏。

(3)埋弧焊電弧的電場強(qiáng)度較大，電流小于100A時(shí)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(jī)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(jī)械、鐵路車輛、工程機(jī)械、重型機(jī)械和冶金機(jī)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(dāng)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(xì)焊絲焊薄板時(shí)，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(jī)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(shí)，不同的極性將產(chǎn)生不同的工藝效果。當(dāng)采用直流正接(焊絲接負(fù)極)時(shí)，焊絲的熔敷率最高；采用直流反接(焊絲接正極)時(shí)，焊縫熔深最 大。采用交流電源時(shí)，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(shí)磁偏吹嚴(yán)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(dòng)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(shí)焊接電源的選用及聯(lián)接有多種組合。

二、埋弧焊機(jī)

埋弧焊機(jī)分為自動(dòng)焊機(jī)和半自動(dòng)焊機(jī)兩大類。

(一)半自動(dòng)埋弧焊機(jī)

半自動(dòng)埋弧焊機(jī)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(dòng)和停止；

(4)向焊接區(qū)鋪施焊劑。因此它主要由送絲機(jī)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(dòng)埋弧焊機(jī)兼有自動(dòng)埋弧焊的優(yōu)點(diǎn)及手工電弧焊的機(jī)動(dòng)性。在難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)進(jìn)行焊接。

(二)自動(dòng)埋弧焊機(jī)

自動(dòng)埋弧焊機(jī)的主要功能是；

(1)連續(xù)不斷地向焊接區(qū)送進(jìn)焊絲；

(2)傳輸焊接電流；

(3)使電弧沿接縫移動(dòng)；

(4)控制電弧的主要參數(shù)；

(5)控制焊接的起動(dòng)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(dòng)埋弧焊機(jī)有等速送絲和變速送絲兩種。它們一般都由機(jī)頭、控制箱、導(dǎo)軌(或支架)以及焊接電源組成。等速送絲自動(dòng)埋弧焊機(jī)采用電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)；變速送絲自動(dòng)埋弧焊機(jī)采用電弧電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自動(dòng)埋弧焊機(jī)按照工作需要，做成不同的形式。常見的有：焊車式、懸掛式、機(jī)床式、懸臂式、門架式等。使用最普遍的是MZ—1000焊機(jī)，該焊機(jī)為焊車式。MZ—1000焊機(jī)采用電弧電壓自動(dòng)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(shí)，為了調(diào)整焊接機(jī)頭與工件的相對位置，使接縫處于最 佳的施焊位置或?yàn)檫_(dá)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(jī)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(zhǔn)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(shí)為了達(dá)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(dá)到提高生產(chǎn)率、改善焊接質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)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(jī)等。

(三)焊機(jī)變位設(shè)備

這種設(shè)備的主要功能是將焊接機(jī)頭準(zhǔn)確地送到待焊位置，焊接時(shí)可在該位置操作；或是以一定速度沿規(guī)定的軌跡移動(dòng)焊接機(jī)頭進(jìn)行焊接。這種設(shè)備也叫做焊接操作機(jī)。它們大多與工件變位機(jī)、焊接滾輪架等配合使用，完成各種工件的焊接?；拘问接衅脚_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(shí)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(dòng)回收并輸送焊劑，以提高焊接自動(dòng)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(shí)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(xué)成分和物理特性都會(huì)影響焊接的工藝過程，并通過焊接過程對焊縫金屬的化學(xué)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(xiàng)重要內(nèi)容。

一、焊絲

埋弧焊所用焊絲有實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲兩類。目前在生產(chǎn)中普遍使用的是實(shí)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(dòng)埋弧焊用的焊絲較細(xì)，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(huì)因焊絲的剛度而感到困難。自動(dòng)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(diǎn)。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(shí)，可獲得加大焊縫熔深、減小熔寬的效果。當(dāng)工件裝配不良時(shí)，宜選用較粗的焊絲。

焊絲表面應(yīng)當(dāng)干凈光滑，焊接時(shí)能順利地送進(jìn)，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(jìn)行并減少焊接輔助時(shí)間，焊絲應(yīng)當(dāng)用盤絲機(jī)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(dāng)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(dāng)?shù)暮附庸に噥肀ＷC焊縫金屬獲得所需的化學(xué)成分和力學(xué)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(xué)成分、化學(xué)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(jìn)行熔化，隨后注入冷水中或激冷板上使之?；俳?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(diǎn))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(xué)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(xué)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(gè)阿拉伯?dāng)?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(shí)，在細(xì)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(gè)阿拉伯?dāng)?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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)

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(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)法、計(jì)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(dá)到最 佳效果時(shí)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(dòng)焊。在焊接對接焊縫時(shí)，為了防止熔渣和熔池金屬的泄漏，采用焊劑墊作為襯墊進(jìn)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(dá)到雙面成形。

2)手工焊封底埋弧自動(dòng)焊。對無法使用襯墊的焊縫，可先行用手工焊進(jìn)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(yán)格。為了保證焊透，正面焊時(shí)要焊透工件厚度的40％～50％，背面焊時(shí)必須保證焊透60％～70％。在實(shí)際操作中一般很難測出熔深，經(jīng)常是靠焊接時(shí)觀察熔池背面顏色來判斷估計(jì)，所以要有一定的經(jīng)驗(yàn)。

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(shí)，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(cuò)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(shí)，在筒體外，上平焊處進(jìn)行施焊。

(3)角接焊縫焊接技術(shù)

埋弧自動(dòng)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(dòng)焊

埋弧半自動(dòng)焊主要是軟管自動(dòng)焊，其特點(diǎn)是采用較細(xì)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(dòng)是靠手工來完成，而焊絲的送進(jìn)是自動(dòng)的。半自動(dòng)焊可以代替自動(dòng)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(dòng)焊機(jī)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(jī)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(qiáng)烈弧光裸露灼傷眼睛。所以，焊工作業(yè)時(shí)應(yīng)戴普通防護(hù)眼鏡。

(4)半自動(dòng)埋弧焊的焊把應(yīng)有固定放置處，以防短路。

(5)埋弧自動(dòng)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(shí)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(diǎn)最好有局部的抽氣通風(fēng)設(shè)備。