第10章电渣焊

10.2 电渣焊热过程和结晶组织的特点
• 10.2.1 电渣焊热源及热过程的特点 • (1)熔渣的电导率与温度相关 电渣焊热源的温 度比一般电弧焊低得多，分布也不均匀。 • (2)热源区呈锥体 由于电流主要是通过电极末端 经过熔渣流到金属熔池，而电极末端截面积小， 金属熔池面积较大，所以焊接电流比较集中流过 的区域呈锥形。 • (3)高温停留时间长，热影响区宽 由于大厚度焊 件是一次焊成，焊接速度缓慢，焊接热输人大， 且母材是在较长时间内逐渐升温，因此电渣焊时 的高温停留时间长，加热及冷却速度比电弧焊低 的多。
图l0一l 电渣焊原理示意图 a)立体示意图b)断面图 1一焊件2一金属熔池3一渣池4一导电嘴 5一焊丝 6一强迫成形装置7一引出板 8一金属熔滴9一焊缝10一引弧槽
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10.1.2 电渣焊的特点 与其他熔化焊方法比，电渣焊有如下特点 1．适宜垂直位置焊接 2．厚大焊件能一次焊接成形 3．生产率高 4．焊缝成形系数和熔合比调节范围大 5．渣池对焊件有较好的预热作用 6．焊缝和热影响区昌粒粗大
• 3．引弧槽与引出板 焊件底部应装有引弧槽，在引弧槽内建立渣池。引弧槽 应有一定的高度。在焊缝结尾处应装引出板，用以将渣池 引出，并避免在收尾处产生缩孔、裂缝等缺陷。 • 4．焊接过程 电渣焊过程一旦开始之后就应连续进行，直到结束。焊 前应作好一切准备。 (1)引弧造渣引弧造渣是从引弧开始到形成稳定渣池的过程。 建立渣池可利用固态导电焊剂或依靠电弧熔化焊剂。 (2)正常焊接严格按照工艺进行控制，保持焊接参数稳定在预 定值，保持焊丝在间隙中的正确位置，注意检测渣池深度， 均匀添加焊剂，保持电渣过程稳定。 (3)收尾阶段进入收尾阶段后，应逐渐降低焊接电压和焊接电 流，焊接结束后应立即割去定位板、引弧槽、引出板，表 面缺陷要尽快清理、焊补。
• 10.3.2 电极材料 • 电渣焊过程中，向焊缝金属掺加合金 一般不通过焊剂，而主要是通过调整电极 材料的合金成分来实现对焊缝金属化学成 分和力学性能的控制。 • 在选择电渣焊电极时应考虑到母材对焊缝 的稀释作用
10．4丝极电渣焊设备
• 10.4.1丝极电渣焊设备的组成 • 丝极电渣焊设备由焊接电源、机械机构和 控制系统三部分组成，其中，机械机构为 焊接执行机构，包括机头、水冷成形滑块、 导轨、焊丝盘等。 • 如图l0-8所示。 • 图l0—9是丝极电渣焊示意图。
第10章 电渣焊
• 电渣焊(ElectroslagWelding) • 是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热 进行焊接的熔焊方法。 • 根据使用的电极形状，电渣焊可以分为丝 极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊等， 其中，丝极电渣焊应用最普遍。 • 本章将讲述电渣焊的原理及特点、焊接材 料，重点介绍了丝极电渣焊设备及焊接工 艺，并简要介绍板极电渣焊、熔嘴电渣焊、 管极电渣焊、电渣压力焊等方法。
• 10.1.3 电渣焊的类型及其应用 • 电渣焊是一种高效的焊接方法，适宜于 大壁厚、大断面的各类箱形、筒形等重型 结构，通过．焊、锻．焊或铸一焊等结构 可取代整锻、整铸结构，可克服铸、锻设 备吨位的限制和不足。 • 根据所采用电极的形状和电极是否固定， 电渣焊的类型： 丝极电渣焊、 熔嘴电渣焊、 板极电渣焊、 管极电渣焊 电渣压力焊等。
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对电渣焊用焊剂的要求是： (1)必须能容易、迅速地形成熔渣熔渣要有适当的导电 性，但导电性也不能过高，否则将增加焊丝周围的电流分 流而减弱高温区内熔渣的对流作用，导致熔宽减小甚至产 生未焊透。 (2)液态熔渣应具有适当的粘度 粘度过大时，易在焊缝 金属中产生夹渣和咬肉现象；粘度太小时，熔渣易从焊件 与滑块之间的缝隙中流失，严重时会导致焊接中断。 电渣焊焊剂一般由硅、锰、钛、钙、镁和铝的复合氧化 物组成，不要求通过焊剂向焊缝掺合金。 电渣焊焊剂见表l0-l。HJ360较HJ431适当提高了CaF：的 含量，而降低了Si02的含量，使熔渣的导电性和电渣过程 的稳定性得到改善。 HJl70中Ti02的含量大，焊剂在固态下具有导电性，属导 电焊剂，在电渣焊造渣阶段，利用其电阻热使焊剂加热熔 化，完成造渣过程，待渣池建立后再根据需要添加其他焊 剂。
• 10.6.3 管极电渣焊 • 管极电渣焊是熔嘴电渣 焊的一个特例。其不同点是 用一根涂有药皮的管子代替 熔嘴板，如图l0-22所示。 管极涂料具有一定的绝缘性 能，用以防止管极与焊件发 生电接触。 • 由于管极与焊件绝缘，装配 间隙可以缩小，因而管极电 渣焊可节省焊接材料，提高 焊接生产率。
• 10.4.2焊接电源 • 电渣焊多采用交流电源。为保持稳定的电渣过程 及减小网路电压波动的影响，电渣焊电源应避免 出现电弧放电过程或电渣一电弧混合过程，否则 将破坏正常的电渣过程。 • 10.4.3机头 • 丝极电渣焊机头包括送丝机构、摆动机构及升降 机构。 • 10.4.5控制系统 • 丝极电渣焊的控制系统，主要由送丝电动机、送 丝速度控制器、机头摆动控制器、升降机构控制 器以及电流表、电压表等组成，以完成焊接过程 的自动调节及对焊接参数的控制。
• 1．主要焊接参数的影响 • (1)焊接电流(或焊丝送进速度) 在电渣焊过程 中，焊接电流与焊丝送进速度成严格的正比关系， 如图l0．14所示。 • 焊丝送进速度q增大，熔池变深，熔宽增大；当”， 超过一定数值时熔宽反而减小。熔池变深和熔宽 减小对结晶方向不利，抗热裂性能降低，飞溅亦 增加。 • (2)焊接电压U U增大，熔宽增大；U过小，易 产生未焊透，渣池温度降低，焊丝 • 易与熔池短路，飞溅增加；U过大，焊丝易与渣池 表面发生电弧
• 3．电渣过程 • 随着电弧过程的延续，两钢筋端部熔化量增加， 熔池和渣池加深，待达到一定深度时，加快上钢 筋的下送速度，使其端部直接与渣池接触，这时， 电弧熄灭，电弧过程变为电渣过程。 • 4．顶压过程 • 待电渣过程产生的电阻热使上下两钢筋的端部达 到整个断面均匀加热的时候，迅速将上钢筋向下 顶压，液态金属和熔渣全部挤出，随即切断电源， 焊接结束。冷却后打掉渣壳，露出带金属光泽的 接头，如图l0-26所示。
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1．引弧过程 上、下钢筋分别与电源的两个输出端相接，钢筋端部埋 于焊剂之中，两端面之间留有一定间隙。 引弧方法有两种： 一是直接引弧法，将上钢筋下压，使其与下钢筋接触并立 即上提产生电弧； 另一种方法是铁丝圈引弧法，在两钢筋的间隙中预先安放 一个高10mm的引弧铁丝圈或者一个高约lOmm的焊条芯， 焊接电流通过时，由于铁丝(或焊条芯)细，电流密度大， 能立即熔化、蒸发，产生电离而引弧。 2．电弧过程 焊接电弧在两钢筋之间燃烧时。熔化的金属形成熔池， 熔融的焊剂形成熔渣(渣池)覆盖于熔池之上。熔池受到熔 渣和焊剂蒸汽的保护，隔绝了与空气的接触。为了保持电 弧的稳定，上钢筋应不断下送，送进速度应与钢筋熔化速 度相适应。
• (3)渣池深度h h减小，熔宽增大，h过浅，焊丝在渣池 表面易发生电弧；h过深，焊丝易与金属熔 池短路，发生熔渣飞溅，也易产生未焊透、 未熔合等缺陷。 • (4)装配间隙c c增大，熔宽增大，渣池易于稳定；c过 小，渣池难于控制，电极易与工件短路， 电渣过程稳定性差，易产生缺陷。
• 2．一般焊接参数的影响 • (1)焊丝直径d d增大，熔宽增加，生产率提高， 但操作困难，易产生缺陷；d过小，电渣过程稳定 性较差。一般采用的焊丝直径为3mm。 • (2)焊丝数目n 焊丝数目增多,熔宽均匀性好,生 产率高，但操作复杂，准备时间长。 • (3)焊丝间距 焊丝间距对熔宽均匀性影响大， 选取不当时易产生裂纹或未焊透。 • (4)焊丝伸出长度 L增大,电流略有减小,可通过 调节l来少量调节焊接电流；L过长，会降低焊丝 在间隙中位置的准确性，影响熔宽的均匀性，严 重时会产生未焊透；L过短，飞溅易堵塞导电嘴， 一般选用50-60mm。 • (5)焊丝摆动速度 摆动速度增加，熔深略减小， 熔宽均匀性好。
10.6.4 电渣压力焊
• 电渣压力焊主要用于钢筋混凝土建筑工程中竖 向钢筋的连接，所以也叫钢筋电渣压力焊，其原 理如图10-25所示。 • 它具有电弧焊、电渣焊和压力焊的特点，属于熔 化压力焊的范畴。钢筋电渣压力焊时，将两钢筋 安放在竖直位置，采用对接形式，利用焊接电流 通过端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣 过程，产生的电弧热和电阻热熔化钢筋端部，最 后加压完成连接。 • 焊接过程包括引弧过程、电弧过程、电渣过程、 顶压过程四个阶段。
10.3 电渣焊用焊接材料
• 10.3.1 焊剂 • 电渣焊用焊剂的主要作用与一般埋弧焊用 焊剂不同。 • 电渣焊过程中焊剂熔化形成熔渣后，依靠 其电阻使电能转化成熔化填充金属和母材 的热能，该热能还起到预热焊件、延长金 属熔池存在时间和使焊缝金属缓冷的作用， 而不像埋弧焊用焊剂那样还要具有对焊缝 金属合金化的作用。
10．1 电渣焊的原理、特点及应用
• 10．1．1电渣焊的工作原理 • 以丝极电渣焊为例，工作原理如图l0-1所示。 • 焊前先把焊件垂直放置．两焊件问预留一定问隙 焊件上、下两端分别装好引弧槽板 和引出板，焊 件两侧表面装强迫成形装置。焊接开始时，焊丝 与引弧板短路起弧，然后加入适量的焊剂，电弧 的热量使焊剂熔化形成液态熔渣，熔渣温度16002000℃，渣池深度达到一定时，增加焊丝送进速 度并降低焊接电压，焊丝插人渣池，电弧熄灭， 转入电渣焊接过程。随着熔池的不断上升，焊丝 送进装置和强追成形装置亦随之不断提升，焊接 过程因而得以持续进行。
• 10.4.4 水冷成形滑块 • 水冷成形滑块又称强迫成形装置。水冷成形滑块 一Baidu Nhomakorabea用纯铜板制成。图l0-l0至图10-12是3种不同 形式的成形滑块。
10.5 丝极电渣焊工艺
• 10.5.2 焊接参数的选择 • 丝极电渣焊的主要焊接参数有：焊接电流，、焊 接电压U、渣池深度和装配间隙。等； • 焊接参数有：焊丝直径d、焊丝根数n、焊丝伸出 长度f、焊丝摆动速度、焊丝在水冷成形滑块附近 的停留时间和距水冷成形滑块距离等。 • 这些参数中焊丝直径d、焊丝根数n对焊接生产率 有较大影响，焊丝距水冷成形滑块距离对焊透及 焊缝外观成形有较大影响，其余参数影响不大。
10.6 其他电渣焊简介
• 10.6.1板极电渣焊 • 板极电渣焊采用金属 板条为电极，焊接时板极 经送进机构不断地向熔池 中送进。根据被焊件的厚 度，可采用一块或数块金 属板作电极进行焊接，如 图l0-l9所示。 • 板极在焊接过程中无需作 横向摆动，因而板极电渣 焊设备及工艺简单。
• 10.6.2 熔嘴电渣焊 • 熔嘴电渣焊的电极为固定在接头间隙中的 熔嘴(通常由钢板和钢管点焊而成)和不断 向熔池中送进的焊丝构成，图l0-20所示。 • 根据焊接厚度的不同，可采用单个或多个 熔嘴。 • 由于熔嘴不用送进，可以制成与焊接断面 相似的形状，因而使这种方法适宜于焊接 变截面的工件。
10.7 电渣焊常见的缺陷及其防止
• 1．电渣焊常见的缺陷 • 电渣焊接头常见缺陷有热裂纹、冷裂纹、未焊 透、未熔合、气孔、夹渣等，如图10-27所示。 • (I)热裂纹 热裂纹一般不伸展到焊缝表面，多数 分布在焊缝中心,也有的分布在等轴晶区与柱状晶 区交界处。热裂纹表面多呈氧化色彩,有的裂纹中 有夹渣。 • (2)冷裂纹 冷裂纹多存在于母材或热影响区,有的 冷裂纹由热影响区或母材向焊缝中延伸,冷裂纹在 焊接结构表面即可发现,裂纹表面有金属光泽。 • (3)未焊透 母材没有熔化,与焊缝之间有一定的缝 隙,内部有夹渣,在焊缝表面即可发现。
10.5.3 焊接操作工艺
• 1．接头制备 • 焊件待焊边缘的加工质量、表面状态和装配时错边量的 大小对接头质量有重要影响。 • 2．焊接工卡具准备 • 每次电渣焊前都要对水冷成形滑块进行认真检查。首先 检查水冷成形滑块与焊件间是否有明显的缝隙，保证焊接 过程中不产生漏渣。此外应检查进出水方向，确保水冷成 形滑块下端进水，上端出水。防止焊接时水冷成形滑块内 产生蒸汽，造成爆渣、伤人事故。