第十章电渣焊

第十章电渣焊

内容提示电渣焊是能够一次焊成厚度很大工件的熔焊方法，从理论上，能焊接的工件厚度是无限的（实际上受设备、电源容量和操作技术等方面限制）。电渣焊不仅是一种优质、高效、低成本的焊接方法，还为生产、制造大型构件和重型设备开辟了新途径，一些外形尺寸和重量受到生产技术条件限制的大型铸造和锻造构件，可借助于电渣焊方法，用铸－焊、锻－焊或轧－焊结构来代替，大大提高生产能力。本章重点讲述电渣焊的基本原理、工艺过程及热源特点、冶金特点和丝极电渣焊工艺方法，并简要介绍了板极电渣焊，熔嘴电渣焊、管极电渣焊和带极电渣堆焊等方法特点。

第一节电渣焊的特点及应用

一、电渣焊的方法原理及其基本过程

是借助电流通过液态熔渣时产生电阻热来作为热源的一种熔化焊接方法。如图所示，焊前焊件是垂直放置，在两工件间留有一定间隙(一般为20～40mm)。焊件上下两端分别装有引出板和起焊槽，两侧安装有强迫成形滑块，焊接电源分别接在电极的导电嘴和焊件上。

电渣焊接过程可分为三个阶段。

1．引弧造渣阶段

开始时先将电极与引弧板短路起弧，并且不断加入固体焊剂，利用电弧热量使之熔化，形成液态熔渣。当渣池达到一定深度时将电极插入渣池，电弧熄灭。由于液态熔渣具有一定的导电性，利用电流通过时产生的电阻热来熔化焊剂和被焊工件，即转入电渣焊接过程。

由于电渣焊过程尚不稳定，渣池温度不高，焊缝金属与母材熔合不好，因此焊后应把起焊部分割除。

2．正常焊接阶段

当电渣过程稳定后，焊接电流通过渣池产生的电

阻热可使渣池温度达到1600～2000℃。同时由于渣池

内部剧烈的涡流作用，迅速把热量带到熔池四周，从

而使电极和焊件边缘熔化并同时渐渐地沉积到熔池下

面，形成金属熔池。随着电极送进，金属熔池和渣池

逐渐上升，而远离热源的液体金属则冷却凝固形成焊

缝。由于熔渣始终浮在熔池上部，不仅保证了电渣焊

过程的顺利进行，而且对熔池起到了保护作用。随着

熔池不断上升和焊缝的形成，电极送进机构和强迫成形装置也随之向上移动，从而保证了焊接过程的继续进行。

3．引出阶段在被焊工件上部装有引出板，以使在焊接终止时易产生缩孔和裂纹的那部分焊缝金属引出焊件。在引出阶段，为了减少产生缩孔和裂纹，应逐渐降低电流和电压，焊后应将引出部分割除。

二、电渣焊特点

（一）电渣焊热源特点

焊剂在熔融状态时，其电导率大小与温度有关。当熔渣温度低于1200～1300℃时，其导电性差，但与温度变化关系不明显；当熔渣温度高于1400℃时，

其导电性则随温度上升而剧增。经测试得知，由于电渣焊渣池体

积较大，其温度分布也是不均匀的。渣池下部与金属熔池接近及

接触，故温度较高，导电性也好，而上部导电性差。另外，当熔

池内流过的电流越大时，产生的电阻热也就越多，温度也就越高，

电导率越大，从而使得电流也就更容易通过。这样相互作用并达

到动态平衡状态时，从电极末端经熔池底部向熔池的电流约为焊

接电流的60％以上，而从电极四周侧边流向渣池的电流是很少的。根据测量得知：自电极末端向上靠近工件断面处的渣池温度约为1400～1500℃，而自电极末端向下靠近金属熔池助渣池温度约为1700～2000℃。可见，电渣焊热源的温度比一般电弧焊低得多，且其分布也是不均匀的。

电渣焊热源的温度虽然较低，但由于焊接速度缓慢，高温停留时间长，焊接线能量大，母材在较长时间内逐渐升温；而当热源移开后，又使母材缓慢冷却。因此加热和冷却速度比电弧焊低得多，热影响区大。

（二）电渣焊结晶过程特点

线能量大，加热和冷却速度低，高温停留时间长，所以焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝状组织（可以得到0～1级的粗大组织），HAZ也严重过热。在焊接低碳钢时焊缝和近缝区会产生粗大的魏氏组织。为了改善接头力学性能，焊后要进行热处理。

三、焊接材料和冶金特点

（一）焊接材料

电渣焊时所用的焊接材料包括电极（焊丝、熔嘴、板极、管极等）、焊剂及管极涂料。

1．电极材料

焊缝化学成分和力学性能主要是通过调整焊接材料的合金成分来实现。此外，还要考虑到母材的稀释作用。

在焊接碳钢和低合金钢时，为使焊缝具有良好的抗裂和抗气孔能力，电极材料不仅要限制硫、磷等杂质的含量，通常还应具有低于母材的含碳量（一般控制在0.1％左右）。如果由此引起力学性能降低，可通过选择含猛、硅和其他合金元素较高的电极材料来进行补偿。

在丝极电渣焊中，焊接含碳量低于0.18％曲低碳钢，可采用H08A或H08MnA焊丝；焊接含碳量为0.18％～0.45％的碳钢及低合金钢时，可采用H08bMnMoA或H10Mn2焊丝。

板极和熔嘴电渣焊电极材料也可按上述原则选用。

管极电渣焊所用的电极—管状焊条，由焊芯和涂料层（药皮）组成。焊芯一般选用10、15或20号冷拔无缝钢管。

2．焊剂

同埋弧焊焊剂不同，电渣焊焊剂的主要作用是在熔融状态时具有适当的电阻，并使电能转化成熔化电极和母材的热能。同时还起到了预热焊件、延长金属熔池存在时间和使缓冷的作用。对焊缝金属的渗合金作用是比较微弱的。因此，电渣焊一般不通过焊剂来向焊缝金属过渡合金。对焊剂有如下要求：

（1）熔渣电导率其高低影响到焊接区域内热输入的多少。太低会导致焊接过程无法进行；太高，将会增加电流向电极周围的分流，从而减弱了高温锥体区内液流的对流作用，这将导致焊缝熔宽减小，甚至产生未焊透。

（2）熔渣粘度太稠将会在焊缝金属中产生夹渣和咬肉现象；太稀时则会从焊件边缘与滑块之间缝隙流失，严重时会破坏焊接过程而中断焊接。

（3）焊剂的蒸发温度焊剂的组分不同，其沸点也不相同。熔渣开始蒸发的温度取决于熔渣中最易蒸发的成分。Si、Ti、Al、Na和K的氟化物沸点最低，它们将降低熔渣开始蒸发温度，使熔渣产生飞溅和增加发弧的可能性，影响电渣过程的稳定性。

电渣焊用焊剂一般由硅、锰、钛、钙、镁、和铝的复合氧化物组成。

3．管极涂料

采用管状电极时，其钢管的外常涂2～3mm厚涂料。管极涂料应具有一定的绝缘性能，以防止管极与焊件发生电接触。为细化晶粒，提高综合力学性能，涂料中可适当加入合金元素如锰、硅、钼、钛、钒等，加入量可根据工件材质与采用的焊丝成分而定。

（二）电渣焊的冶金过程特点