埋弧焊

锰和硅均是低碳钢埋弧 焊焊缝中的基本成分。 其中，锰可以提高焊缝 金属的强度和韧度，并 能提高焊缝的抗热裂性 能；硅能镇静熔池，有 利于获得致密的焊缝。
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第五章 埋弧焊
(2) 影响锰、硅过渡的因素 焊剂的成分:焊剂中SiO2量增大，ΔSi（过渡的Si量）增大，ΔMn降低
第五章 埋弧焊
⑶ 劳动条件好 埋弧自动焊时，没有刺眼的 弧光，也不需要焊工手工操作。这既能改善作 业环境，也能减轻劳动强度。 ⑷ 节约金属及电能 对于20～25mm厚以下 的焊件可以不开坡口焊接，这既可节省由于 加工坡口而损失的金属，也可使焊缝中焊丝 的填充量大大减少。同时，由于焊剂的保护， 金属的烧损和飞溅也大大减少。由于埋弧焊 的电弧热量能得到充分的利用，单位长度焊 缝上所消耗的电能也大大降低。
埋弧焊用的焊接材料是焊剂和焊丝。
起着隔离空气、保护焊接金属不受空气侵害的作用
对熔化金属进行冶金处理的作用 焊丝的作用 焊接时熔化进入熔池，起到填充和合金化的作用
焊剂的作用
尚未熔化的焊丝还起着导电的作用
当被焊材料确定以后，焊缝的化学成分在很大程度 上取决于焊剂和焊丝的选配，因此，正确选配焊剂和焊 丝是埋弧焊工艺的一项重要内容。
焊剂中MnO量增大，ΔMn（过渡的Mn量)增大。 （SiO2）+2[Mn] = [Si]+2（MnO）
锰、硅的原始浓度:焊丝中Si含量增大，ΔSi减小，ΔMn增大
焊丝中Mn含量增大，ΔMn减少，ΔSi增大 焊剂碱度:碱度增大，自由态MnO含量增大，ΔMn↑
碱度增大，自由态SiO2含量减小，ΔSi↓ 焊接参数: a）Ia：Ia↑，熔滴存在时间短，ΔSi↓ ΔMn↓
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第五章 埋弧焊
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第五章 埋弧焊
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第五章 埋弧焊
2.焊丝
⑵ 焊接质量好 一方面由于埋弧焊的焊接参数 通过电弧自动调节系统的调节能够保持稳定，对 焊工操作技术要求不高，因而焊缝成形好、成分 稳定；另一方面也与采用熔渣进行保护，隔离空 气的效果好有关。
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第五章 埋弧焊
3.埋弧焊的应用
广泛应用于锅炉、压力容器、 埋弧焊具有生 船舶、桥梁、起重机械、工程 产效率高、焊缝质 机械、冶金机械以及海洋结构、 量好、焊接熔深大、 核电设备等制造，特别是当用 机械化程度高等特 于中厚板、长焊缝的焊接时具 点 有明显的优越性。
焊丝主要是按 照被焊材料的种类 进行分类，可以分 为碳素结构钢焊丝、 合金结构钢焊丝、 不锈钢焊丝、有色 金属焊丝和堆焊用 的特殊合金焊丝等。 焊丝除要求其化学成 分符合要求外，还要求其 外观质量满足要求，即焊 丝直径及其偏差应符合相 应标准规定，焊丝表面应 无锈蚀、氧化皮等。此外， 为了便于机械送丝，焊丝 还应具有足够的挺度。
2、中Si焊剂：
3、低Si焊剂：
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合金结构钢
高合金钢（不锈钢，热强钢）
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第五章 埋弧焊 5.2埋弧焊的冶金特点
1.冶金特点 埋弧焊方法的特殊性，也使埋弧焊的冶金具有许 多自己的特点。
（1）机械保护作用好
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第五章 埋弧焊
埋弧焊具有的缺点：
⑴ 焊接适用的位臵受到限制 由于采用颗粒 状的焊剂进行焊接，因此一般只适用于平焊 位臵（俯位）的焊接，如平焊位臵的对接接 头、平焊位臵和横焊位臵的角接接头以及平 焊位臵的堆焊等。对于其它位臵，则需要采 用特殊的装臵以保证焊剂对焊缝区的覆盖。
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第五章 埋弧焊
（4）焊缝的组织易粗化
这与埋弧焊时使用的焊接电流大，因而热输 入大有关。热输入大，使得熔池的体积大，熔池 金属高温停留时间长，冷却速度慢，这些因素都 使得埋弧焊焊缝晶粒容易长大，因此，在许多情 况下需要考虑通过焊接材料向焊缝中渗入微量合 金元素（如Ti、B等）以抑制组织粗化，获得比 较好的韧性。
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第五章 埋弧焊
⑵ 焊接厚度受到限制 由于埋弧焊时，当焊 接电流小于100A时电弧的稳定性通常变差，因 此不适于焊接厚度小于1mm以下的薄板。 ⑶ 对焊件坡口加工与装配要求较严 因为埋 弧焊不能直接观察电弧与坡口的相对位臵， 故必须保证坡口的加工和装配精度，或者采 用焊缝自动跟踪装臵，才能保证不焊偏。
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第五章 埋弧焊
（3）焊缝的化学成分稳定
在母材一定的情况下，焊缝的化学成分主要受两 方面因素影响：一个是焊接材料，即焊丝和焊剂，能 够决定焊缝的合金系统；另一个是焊接参数。当焊接 参数变化时，一方面要影响熔合比，使母材熔入的量 变化，进而影响焊缝的化学成分；另一方面能够影响 焊剂的熔化率，影响化学冶金反应进行的程度，从而 使焊缝的化学成分受到影响。由于埋弧焊时的焊接参 数稳定，因此当焊接材料、母材和焊接参数确定以后， 焊缝的化学成分波动较小。
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第五章 埋弧焊 材 第二章 焊 接
1.焊剂
非 熔 炼 焊 剂 氧化物性质
酸性 中性
料
碱性
化 学 成 分
按SiO2含量
高硅（大于３０％） 中硅（１０％－３０％） 低硅（小于１０％）
按MnO含量
熔 炼 焊 剂
高锰（大于３０％） 中锰（１５％－３０％） 低锰（２％－１５％） 无锰（小于２％） 高氟（大于３０％）
按CaF2含量
中氟（１０％－３０％） 低氟（小于１０％）
化学性质：氧化性；弱氧化性；惰性 颗粒结构：玻璃状；结晶状
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第五章 埋弧焊
第五章 埋弧焊
埋弧焊（Submerged Arc Welding）是电弧在焊剂 下燃烧以进行焊接的熔焊方 法。 按照机械化程度，可 以分为自动焊和半自动焊两 种。两者的区别是：前者焊 丝送进和电弧相对移动都是 自动的，而后者仅焊丝送进 是自动的，电弧移动是手动 的。由于自动焊的应用远比 半自动焊广泛，因此，通常 所说的埋弧焊一般指的是自 动埋弧焊。
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第五章 埋弧焊
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第五章 埋弧焊
3.焊剂与焊丝的选配 1.高Si焊剂 焊接低碳钢或某些合金钢 （a）高Si低Mn或无Mn焊剂/高Mn焊丝（Mn=1.5%1.9%） （b）高Si中Mn焊剂/含Mn焊丝（Mn=0.8%1.1%） （c）高Si高Mn焊剂/低碳钢焊丝或含Mn焊丝 应用最广泛的配合方式
可焊接的钢种有：碳素结构钢、低合金 结构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢等。此 外，用埋弧焊堆焊耐热、耐腐蚀合金或焊接 镍基合金、铜基合金等也能获得很好的效果。
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第五章 埋弧焊 5.3 埋弧焊用焊接材料
b）Ua：Ua↑，熔渣量增大，ΔSi↑ ΔMn↑
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第五章 埋弧焊
2)碳的氧化烧损
[C]+O = CO↑
[C]+[FeO] = [Fe]+CO↑ 2[C]+（SiO2） = Si+2CO↑ 由于熔滴的温度高，因此，在熔滴形成和过渡过程 中氧化最为剧烈，熔池中氧化弱一些。 影响因素： ①焊丝母材中的含碳量 ②[Si]↑抑制烧损，镇静熔池
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焊接方向
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熔 透 深度
第五章 埋弧焊 5.1 埋弧焊原理、特点及应用
1. 埋弧焊工作原理 焊接电源的两极分别接至 导电嘴和焊件。焊接时，颗粒 状焊剂由焊剂漏斗经软管均匀 地堆敷到焊件的待焊处，焊丝 由焊丝盘经送丝机构和导电嘴 送入焊接区，电弧在焊剂下面 的焊丝与母材之间燃烧。
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第五章 埋弧焊
2.低碳钢埋弧焊时主要的化学冶金反应 埋弧焊焊接时在电弧热的作用下，焊剂熔化 形成液态熔渣，焊丝熔化后要形成熔滴，母材局 部熔化后要形成熔池，此外，在电弧空间还有由 金属和焊剂的蒸气以及在冶金过程中析出的气体 组成的气相。因此，埋弧焊时的化学冶金反应也 是在液态金属，液态熔渣和气相三者之间进行。
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第五章 埋弧焊
2.埋弧焊的特点
埋弧焊有以下优点：
⑴ 生产效率高 埋弧焊所用的焊接电流可大到 1000A以上，因而电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率 都比较大。
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3)去氢反应
减少的措施主要有两方面： 一是焊前清除铁锈、水分和有机物等，以杜绝 氢的来源； 二是通过冶金反应将氢结合成不溶于熔池的化 合物，并排出熔池。
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第五章 埋弧焊
以低碳钢埋弧焊为例，主要发生以下反应：
1).锰、硅的还原反应
（1）锰、硅的还原反应
[Fe]+(MnO) ⇌ [Mn]+(FeO) 2[Fe]+(SiO2) ⇌ [Si]+2(FeO)
焊接时，焊剂在电弧的作用下发生熔化，并 围绕电弧空间形成一个由液态熔渣膜构成的天然 屏障，能有效地阻止空气侵入电弧空间。其保护 作用好于焊条电弧焊时由焊条药皮提供的气－渣 联合保护，这可以从焊缝中的含氮量得到证明。
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第五章 埋弧焊
电弧热使焊丝、焊 剂及母材局部熔化和部分 蒸发。金属蒸汽、焊剂蒸 气和冶金过程中析出的气 体在电弧的周围形成一个 空腔，熔化的焊剂在空腔 上部形成一层熔渣膜。这 层熔渣膜如同一个屏障， 使电弧、液体金属与空气 隔离，而且能将弧光遮蔽 在空腔中。在空腔的下部， 母材局部熔化形成熔池； 空腔的上部，焊丝熔化形 成熔滴，并以渣壁过渡的 形式向熔池中过渡，只有 少数熔滴采取自由过渡。
第五章 埋弧焊
（2）冶金反应充分 这主要与埋弧焊使用的焊接热输入大有关。 焊接热输入大，使焊接区的金属处于液态的时间 长（比焊条电弧焊时长几倍），因而使得液态金 属、液态熔渣和气相之间的化学冶金反应更充分， 有利于焊缝得到预期的化学成分。同时熔池中的 气体、夹杂物容易逸出，有利于消除气孔、夹杂 等缺陷。