埋弧焊的有关问题

埋弧焊
埋弧焊是目前广泛使用的一种生产效率较高的机械化焊接方法。

它与焊条电弧焊相比，虽然灵活性差一些，但焊接质量好、效率高、成本低，劳动条件好。

1 埋弧焊的原理及特点
一、埋弧焊的过程及原理
埋弧焊是利用焊丝与工件之间在焊剂层下燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材金属而形成焊缝的熔化极电弧焊方法。

由于焊接时电弧掩埋在焊剂层下燃烧，电弧光不外露，因此被称为埋弧焊。

二、埋弧焊的特点
1．埋弧焊的主要优点：（1）焊接生产率高；（2）焊缝质量好；（3）焊接成本较低；（4）劳动条件好；
2．埋弧焊的主要缺点：（1）难以在空间位置施焊；（2）对工件装配质量要求高；（3）不适合焊接薄板和短焊缝。

三、埋弧焊的分类及应用范围
埋弧焊的应用范围
（1）焊缝类型和焊件厚度凡是焊缝可以保持在水平位置、或倾斜度不大的工件，不管是对接、角接和搭接接头，都可以用埋弧焊焊接，如平板的拼接缝、圆筒形工件的纵缝和环缝、各种焊接结构中的角缝和搭接缝等。

埋弧焊可焊接的焊件厚度范围很大。

除了厚度在5mm以下的焊件由于容易烧穿，埋弧焊用得不多外，较厚的焊件都适于用埋弧焊焊接。

目前，埋弧焊焊接的最大厚度已达650mm。

（2）焊接材料种类随着焊接冶金技术和焊接材料生产技术的发展，适合埋弧焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及某些有色金属，如镍基合金、铜合金等。

此外，埋弧焊还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。

2 埋弧焊的焊接材料与冶金过程
一、埋弧焊的焊接材料及选用
1．焊丝
根据焊丝的成分和用途可将其分为碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝和不锈钢焊丝三大类，随着埋弧焊所焊金属种类的增加，焊丝的品种也在增加，目前生产中已在应用高合金钢焊丝、各种有色金属焊丝和堆焊用的特殊合金焊丝等新品种焊丝。

焊丝选用原则:
埋弧焊焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08、H08A、H15Mn等，其中以H08A的应用最为普遍。

当工件厚度较大或对力学性能的要求较高时，则可选用含Mn量较高的焊丝。

在对合金结构钢或不锈钢等合金元素较高的材料焊接时，则应考虑材料的化学成分和其它方面的要求，选用成分相似或性能上可满足材料要求的焊丝。

为适应焊接不同厚度材料的要求，同一牌号的焊丝可加工成不同的直径。

埋弧焊常用的焊丝直径有2mm、3mm、4mm、5mm和6mm五种。

2．焊剂
焊剂在埋弧焊中的主要作用是造渣，以隔绝空气对熔池金属的污染，控制焊缝金属的化学成分，保证焊缝金属的力学性能，防止气孔、裂纹和夹渣等缺陷的产生。

同时，考虑实施焊接工艺的需要，还要求焊剂具有良好的稳弧性能，形成的熔渣应具有合适的密度、粘度、熔点、颗粒度和透气性，以保证焊缝获得良好的成形，最后熔渣凝固形成的渣壳具有良好的脱渣性能。

按制造方法可将焊剂分为熔炼焊剂、烧结焊剂和陶质焊剂三大类。

埋弧焊熔炼焊剂化学成分
3．焊剂和焊丝的选用与配合
焊剂和焊丝的正确选用及二者之间的合理配合，是获得优质焊缝的关键，也是埋弧焊工艺过程的重要环节。

所以必须按工件的成分、性能和要求，正确、合理地选配焊剂和焊丝。

在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时，选配焊剂和焊丝通常以满足力学性能要求为主，使焊缝强度达到与母材等强度，同时要满足其它力学性能指标要求。

可选用下面两种配合方式中的任何一种：用高锰高硅焊剂（如HJ430、HJ431）配合低碳钢焊丝（如 H08A ）或含锰焊丝（如 H08MnA ）；用无锰高硅或低锰中硅焊剂（如HJ130、HJ250）配合高锰焊丝（如H10Mn2）。

焊接低合金高强度钢时，除要使焊缝与母材等强外，要特别注意提高焊缝的塑性和韧性，一般选用中锰中硅或低锰中硅焊剂（如HJ350、HJ250）配合相应钢种焊丝。

焊焊接低温钢、耐热钢和耐蚀钢时，可选用中硅或低硅型焊剂与相应的合金钢焊丝配合。

焊接奥氏体不锈钢等高合金钢时，应选用合金含量比母材高的焊丝；焊剂要选用碱度高的中硅或低硅焊剂，如果只有合金成分较低的焊丝，也可以配用专门的烧结焊剂或陶质焊剂焊接，依靠焊剂过渡必要的合金
无法加入脱氧剂和铁合金水冷粒化、烘干、加入粘结剂调制湿料，再经烘
～℃的较熔炼焊剂烧结焊剂
元素，同样可以获得满意的焊缝成分和性能。

3 埋弧焊工艺
一、埋弧焊工艺的内容和编制
1．埋弧焊工艺的主要内容
埋弧焊工艺主要包括焊接工艺方法的选择；焊接工艺装备的选用；焊接坡口的设计；焊接材料的选定；焊接工艺参数的制定；工件组装工艺编制；操作技术参数及焊接过程控制技术参数的制定；焊缝缺陷的检查方法及修补技术的制定；焊前预处理与焊后热处理技术的制定等内容。

2．编制焊接工艺的原则和依据
首先要保证接头的质量完全符合工件技术条件或标准的规定；其次是在保证接头质量的前提下，最大限度的降低生产成本，即以最高的焊接速度，最低的焊材消耗和能量消耗以及最少的焊接工时完成整个焊接过程。

编制焊接工艺的依据是工件材料的牌号和规格，工件的形状和结构，焊接位置以及对焊接接头性能的技术要求等。

3．埋弧焊工艺规程及实例
埋弧焊工艺参数对焊缝成形的影响（用交流电焊接）
2．工艺参数的选择方法
(1) 工艺参数的选择依据焊接工艺参数的选择是针对将要投产的焊接结构施工图上标明的具体焊接接头进行的。

根据产品图纸和相应的技术条件，下列原始条件是已知的：
1)工件的形状和尺寸(直径，总长度)；接头的钢材种类与板厚；2)焊缝的种类(纵缝、环缝)和焊缝的位置(平焊、横焊、上坡焊、下坡焊)；3)接头的形式(对接、角接、搭接)和坡口形式（“Y”形、“X”形、“U”形坡口）；4)对接头性能的技术要求；5)焊接结构(产品)的生产批量和进度要求。

(2) 焊接工艺参数选择程序
选定埋弧焊工艺方法：•选择适用的焊剂和焊丝的牌号•选定预热温度、层间温度、后热温度以及焊后
热处理温度和保温时间•选定焊接参数（焊接电流、电弧电压和焊接速度）并配合其它次要工艺参数
二、埋弧焊工艺
1．坡口的选择与加工
2．焊件的清理与装配
4．焊机的检查与调试
3．焊丝表面清理与焊剂烘干
➢1—引弧板2—工件3—焊接试板4—引出板
（一）对接接头的焊接工艺
1. 对接接头双面埋弧焊
表3－17 不留间隙双面埋弧焊的焊接工艺
预留间隙双面埋弧焊的焊接工艺
焊剂垫结构
a）软管式b）橡皮膜式
1—工件2—焊剂3—帆布4—充气软管5—橡皮膜6—压板7—气室
临时工艺垫结构
1—薄钢带垫2—石棉绳垫3—石棉板垫
➢（3）开坡口双面焊
➢（4）焊条电弧焊封底双面焊
➢对无法使用衬垫或不便翻转的工件，也可采用焊条电弧焊先仰焊封底，再用埋弧焊焊正面焊缝的方法。

这类焊缝可根据板厚情况开或不开坡口。

保证封底厚度大于8mm，以免埋弧焊时烧穿。

由于焊条电弧焊熔深浅，所以在正面进行埋弧焊时必须采用较大的焊接参数，以保证焊件熔透。

➢厚板工件焊条电弧焊封底多层埋弧焊典型坡口
厚板工件多层埋弧焊的焊接工艺
2．对接接头单面埋弧焊
在对接接头中采用单面埋弧焊，可用强迫成形的方法实现单面焊双面成形，因而可免除工件翻转带来的问题，大大提高生产率，减轻劳动强度，降低生产成本。

但用这种方法焊接时，电弧功率和线能量大，接头的低温韧性较差，通常适用于中、薄板的焊接。

（1）在铜衬垫上焊接
➢铜衬垫截面尺寸
固定式铜衬垫顶紧机构
1—压板2—工件3—铜衬垫4—顶杆5—橡胶帆布
移动式水冷铜铜滑块结构
1—铜滑块2—工件3—拉片4—拉紧滚轮架
5—滚轮6—夹紧调节装置7—顶杆
➢（2）在焊剂垫上焊接
➢在电磁平台—焊剂垫上单面埋弧焊的焊接工艺
热固化焊剂垫构造和装配示意图
a）构造b）装配示意图
1—双面粘贴带2—热收缩薄膜3—玻璃纤维布4—热固化焊剂5—石棉布6—弹性垫7—工件8—焊剂垫9—磁铁10—托板11—调节螺钉➢热固化焊剂垫单面埋弧焊的焊接工艺
➢（3）在永久性垫板或锁底上焊接
对接用的永久钢垫板
3．对接接头环缝埋弧焊
环缝埋弧焊是制造圆柱形容器最常用的一种焊接形式，它一般先在专用的焊剂垫上焊接内环缝，然后再在滚轮转胎上焊接外环缝。

由于筒体内部通风较差，为改善劳动条件，环缝坡口通常不对称布置，将主要焊接工作量放在外环缝，内环缝主要起封底作用。

焊接时，通常采用机头不动，让工件匀速转动的方法进行焊接，工件转动的切线速度
内环缝埋弧焊焊接示意图
1—焊丝2—工件3—辊轮4—焊剂垫5—皮带
➢环缝埋弧焊焊丝偏移位置示意图
（二）T形接头和搭接接头的埋弧焊
T形接头和搭接接头的焊缝均是角焊缝，用埋弧焊时可采用船形焊和横角焊两种形式。

小工件及工件易翻转时多用船形焊；大工件及不易翻转时则用横角焊。

船形焊的焊接工艺(交流电源)
2．横角焊缝埋弧焊
➢当采用T形接头和搭接接头工件太大，不便翻转或因其它原因不能进行船形焊时，可采用焊丝倾斜布置的横角焊来完成，横角焊时焊丝与工件的相对位置对焊缝成形影响很大，当焊丝位置不当时，易产生咬边或使立板产生未熔合。

为保证焊缝的良好成形，焊丝与立板的夹角α应保持在15°～45°范围内（一般为20°～30°）。

横角焊焊缝埋弧焊示意图
a）示意图b）焊丝与立板间距过大c) 焊丝与立板间距过小横角焊焊的焊接工艺(交流电源)
四、埋弧焊的常见缺陷及防止方法
➢§6-4 埋弧焊的其它方法
➢一、附加填充金属的埋弧焊
附加填充金属的埋弧焊的基本做法是在坡口中预先加入一定数量的填充金属再进行埋弧焊，在常规埋弧焊中，只有10％一20％电弧能量用于填充焊丝的熔化，其余的能量消耗于熔化焊剂和母材以及使焊接熔池的过热。

因此，可以将过剩的能量用于熔化附加的填充金属，以提高焊接生产率。

是一种既能提高熔敷速度，又不使接头性能变差的一种有效方法，这种方法使用的焊接设备和焊接工艺与普通埋弧焊基本相同。

单丝埋弧焊时熔敷速度可提高60％～100％；深坡口焊接时，可减少焊接层数，减小热影响区，降低焊剂消耗。

附加填充金属的埋弧焊接法，由于熔敷率高，稀释率低，很适宜于表面堆焊和厚壁坡口焊缝的填充层焊接。

１-辅加填充金属
２-熔池
３-焊剂
４-渣壳
５-焊缝
附加填充金属埋弧焊的焊接工艺
➢二、多丝埋弧焊
多丝埋弧焊是一种既能保证合理的焊缝成形和良好的焊接质量，又可以提高焊接生产率的有效方法。

采用多丝单道埋弧焊焊接厚板时可实现一次焊透，其总的热输入量要比单丝多层焊时少。

因此，多丝埋弧焊与常规埋弧焊相比具有焊速高、耗能省、填充金属少等优点。

主要用于厚板材料的焊接，通常采用在工件背面使用衬垫的单面焊双面成形的焊接工艺。

双丝埋弧焊示意图
a）纵列式b）横列式c) 直列式
纵列式双丝埋弧焊示意图
a）单熔池b）双熔池（分列电弧）
双丝埋弧焊应用较多的是纵列式。

前列电弧可用足够大的电流以保证熔深；后随电弧则采用较小电流和稍高电压，主要用来改善焊缝成形。

这种方法不仅可大大提高焊接速度，而且还因熔他体积大，存在时间长，冶金反应充分而使产生气孔的倾向大大减小。

此外，这种方法还可通过改变焊丝之间的距离及倾角来调整焊缝形状。

双丝埋弧焊单面焊双面成形的焊接工艺
带极埋弧焊主要特点：
（1）使用的焊接电流大用带状电极焊时，电弧在电极端面上快速往返移动，使热量分散，焊缝的成形系数得以提高，焊缝产生裂纹的可能性较小。

因此，与丝极埋弧焊相比，带极埋弧焊可以采用更大的焊接电流。

（2）熔敷金属量大，效率高这一方面是由于电弧热分布在整个电极宽度上使其熔化，熔敷面积大；另一方面也是由于使用的电流大，带状电极熔化快，因而熔敷金属量大，熔敷效率高。

（3）易控制焊道成形带极埋弧焊时，熔化的金属向与电极宽度方向成直角流动，将电极偏转一个角度，就可以使焊道移位，因此，可用这种方法可以控制焊道的形状和熔深。

在坡口中多层焊时，交替地、对称地改变电极偏转角，有可能获得均匀分布的焊道。

四．窄间隙埋弧焊
窄间隙埋弧焊是近年来新发展起来的一种高效率的焊接方法。

坡口形状为简单的I型，不仅可大大减小坡口加工量，而且由于坡口截面积小，焊接时可减小焊缝的线能量和熔敷金属量，节省焊接材料和电能，并且易实现自动控制。

主要适用于一些厚板结构，如厚壁压力容器、原子能反应堆外壳、涡轮机转子等的焊接。

焊接时可采用“中间一道”法或“两道一层”法。

“两道一层”法容易保证焊缝侧壁熔合良好，得到质量优良的焊接接头，因此应用较多。

窄间隙埋弧焊示意图
a）“中间一道”法b）两道一层”法
窄间隙埋弧焊时，将焊嘴的主要组成部分（导电嘴、焊剂喷嘴等）制成窄的扁形结构。

为了保证焊嘴与焊缝间隙的绝缘及焊接参数在较高的温度和长时间的焊接过程中保持恒定，铜导电嘴的整个外表面须涂上耐热的绝缘陶瓷层，导电嘴内部还要有水冷却系统。

窄间隙埋弧焊所用的焊接电源，根据所焊材料不同，可选择交流电源，也可用直流电源。