焊前準(zhǔn)備:埋弧焊在焊接前必須做好準(zhǔn)備工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的裝配以及焊絲表面的清理、焊劑的烘干等。

坡口加工要求按GB 986-1988執(zhí)行，以保證焊縫根部不出現(xiàn)未焊透或夾渣，并減少填充金屬量。坡口的加工可使用刨邊機(jī)、機(jī)械化或半機(jī)械化氣割機(jī)、碳弧氣刨等。

焊件清理主要是去除銹蝕、油污及水分，防止氣孔的產(chǎn)生。一般用噴砂、噴丸方法或手工清除，必要時(shí)用火焰烘烤待焊部位。在焊前應(yīng)將坡口及坡口兩側(cè)各20mm區(qū)域內(nèi)及待焊部位的表面鐵銹、氧化皮、油污等清理干凈。

裝配焊件時(shí)要保證間隙均勻，高低平整，錯(cuò)邊量小，定位焊縫長(zhǎng)度一般大于30mm，并且定位焊縫質(zhì)量與主焊縫質(zhì)量要求一致。必要時(shí)采用專用工裝、卡具。

對(duì)直縫焊件的裝配，在焊縫兩端要加裝引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接頭的始端和末端獲得正常尺寸的焊縫截面，而且還可除去引弧和收尾容易出現(xiàn)的缺陷。

埋弧焊用的焊絲和焊劑對(duì)焊縫金屬的成分、組織和性能影響極大。因此焊接前必須清除焊絲表面的氧化皮、鐵銹及油污等。焊劑保存時(shí)要注意防潮，使用前必須按規(guī)定的溫度烘干待用。

(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(guò)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(guò)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(duì)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(jiàn)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。

1.材料

母材板厚為18 mm，試板尺寸為300 mm×500 mm，焊絲直徑為4.0 mm，焊劑粒度為8~60目，合金粉末粒度為80~200目。化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 木材、焊絲和合金表面的化學(xué)成分 單位:%

2.焊接工藝

對(duì)接，焊接規(guī)范見(jiàn)表2。焊機(jī)為MZ-1000，DCRP。V型坡口，SAW角度為60~65°，鈍邊為4 mm;SAW-AMP角度為40°~45°，鈍邊為2 mm。

表2 焊接工藝規(guī)范

二、試驗(yàn)結(jié)果及討論

1.焊縫化學(xué)成分

采用SAW和SAW-AMP技術(shù)焊接的20G、16MnR鋼焊縫化學(xué)成分見(jiàn)表3。結(jié)果表明，用SJ301焊接的焊縫，C、Si和Mn元素增加，P含量與HJ431焊縫相當(dāng)，S含量卻沒(méi)有減少。由于SJ301和HJ431本身的S、P含量對(duì)其焊縫中的S和P含量有相當(dāng)顯著的影響，而不同廠家生產(chǎn)的焊劑S、P含量有很大差別，故可以理解本文的成分分析結(jié)果。SAW-AMP焊縫的S含量與SAW焊縫相當(dāng)，P含量顯著減少，但均低于0.030%，焊縫的成分完全符合GB6654-86的要求。添加合金粉末有利于焊縫脫S和脫P(yáng)。

表3 焊縫的化學(xué)成分 單位:%

2.焊縫和HAZ的顯微組織

SAW的線能量一般為1.6 kJ/mm，焊接18 mm厚的鋼板需要5~6道焊滿，未經(jīng)再熱的焊縫組織細(xì)小，針狀鐵素體較多，先共析鐵素體少且窄，柱狀晶方向性不明顯，HAZ粗晶區(qū)晶粒尺寸較小。如果采用大線能量，線能量達(dá)到3.6 kJ/mm，18 mm厚的鋼板2道即可焊滿，但是焊縫組織粗大，幾乎無(wú)針狀鐵素體，先共析鐵素體寬，HAZ粗晶區(qū)晶粒尺寸較大，有較多的魏氏組織。

用大線能量、SAW-AMP技術(shù)，18 mm厚的鋼板一道就可焊滿，但是，合金粉末的成分對(duì)焊縫抗裂性和組織有顯著影響。合金粉末中Mn、Ti等合金元素含量非常少，其成本較低，但焊接過(guò)程中電弧燃燒不穩(wěn)定，焊道忽寬忽窄，焊縫組織中幾乎沒(méi)有針狀鐵素體，先共析鐵素體連成一片，焊縫與HAZ在熔合區(qū)明顯分開(kāi)。采用含有較少M(fèi)n、Ti元素的合金粉末焊接，焊縫中針狀鐵素體細(xì)小且多，

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一種高效焊接技術(shù)--添加合金粉末埋弧焊

蘭州理工大學(xué) 夏天東 周游 李浩河

采用普通埋弧焊和添加合金粉末埋弧焊技術(shù)，焊接了20G和16MnR鋼，結(jié)果表明，添加合金粉末埋弧自動(dòng)焊技術(shù)能夠采用大線能量(因?yàn)樘砑拥暮辖鸱勰└纳屏撕缚p組織，焊縫深寬比顯著提高，而焊縫及HAZ組織晶粒沒(méi)有粗化)，焊接工藝性能良好，焊接熔敷速率是傳統(tǒng)埋弧焊的2倍，接頭角變形明顯減小，焊接接頭的力學(xué)性能滿足要求。

埋弧焊 合金粉末 低碳鋼 低合金高強(qiáng)鋼

在滿足焊接接頭力學(xué)性能要求的前提下，提高熔敷速率可以提高生產(chǎn)率。用常規(guī)的埋弧焊(SAW)焊接中厚板結(jié)構(gòu)，如果提高熔敷速率，就要加大焊接線能量，其結(jié)果是焊接熔池變大，母材熔化量增加，焊縫化學(xué)成分變差，焊縫組織粗化，焊接熱影響區(qū)擴(kuò)大并且性能變壞。添加合金粉末的埋弧焊(submerged arc welding with alloyed metal powders，SAW-AMP)是一種能夠提高熔敷速率，又不使焊接接頭性能變差的高效焊接技術(shù)?；咀龇ㄊ窃谄驴谥蓄A(yù)先鋪放一層金屬粉末(或金屬細(xì)粒、切斷的短焊絲等)，然后進(jìn)行埋弧焊。國(guó)外從60年代末期至今一直在研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用這種技術(shù)，已研究了系列合金粉末、焊劑和合金粉末添加裝置，廣泛用于造船、壓力容器、重型機(jī)器、橋梁、建筑和海洋石油平臺(tái)等領(lǐng)域。

筆者用該技術(shù)焊接了Q235鋼和16MnR鋼，并應(yīng)用于實(shí)際焊接生產(chǎn)。

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(guò)彎曲的軟管送入熔池。電弧的移動(dòng)是靠手工來(lái)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(duì)接焊縫。

埋弧自動(dòng)焊接時(shí)，引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動(dòng)及焊接收尾等過(guò)程完全由機(jī)械來(lái)完成。

埋弧自動(dòng)焊過(guò)程如圖2-11所示。

焊劑2由漏斗3流出后，均勻地堆敷在裝配好的工件1上，焊絲4由送絲機(jī)構(gòu)經(jīng)送絲滾輪5和導(dǎo)電嘴6送入焊接電弧區(qū)。焊接電源的兩端分別接在導(dǎo)電嘴和工件上。送絲機(jī)構(gòu)、焊劑漏斗及控制盤通常都裝在一臺(tái)小車上以實(shí)現(xiàn)焊接電弧的移動(dòng)。

焊接過(guò)程是通過(guò)操作控制盤上的按鈕開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。焊接過(guò)程中，在工件被焊處覆蓋著一層30-50mm厚的粒狀焊劑，連續(xù)送進(jìn)的焊絲在焊劑層下與焊件間產(chǎn)生電弧，電弧的熱量使焊絲、工件和焊劑熔化，形成金屬熔池，使它們與空氣隔絕。隨著焊機(jī)自動(dòng)向前移動(dòng)，電弧不斷熔化前方的焊件金屬、焊絲及焊劑，而熔池后方的邊緣開(kāi)始冷卻凝固形成焊縫，液態(tài)熔渣隨后也冷凝形成堅(jiān)硬的渣殼。如圖2-12所示。未熔化的焊劑可回收使用。

焊絲和焊劑在焊接時(shí)的作用與手工電弧焊的焊條芯、焊條藥皮一樣。焊接不同的材料應(yīng)選擇不同成分的焊絲和焊劑。如焊接低碳鋼時(shí)常用H08A焊絲，配用高錳高硅型焊劑HJ431等。焊接電源通常采用容量較大的弧焊變壓器。

埋弧自動(dòng)焊的主要優(yōu)點(diǎn)是:

(1)生產(chǎn)率高 埋弧焊的焊絲伸出長(zhǎng)度(從導(dǎo)電嘴末端到電弧端部的焊絲長(zhǎng)度)遠(yuǎn)較手工電弧焊的焊條短，一般在50mm左右，而且是光焊絲，不會(huì)因提高電流而造成焊條藥皮發(fā)紅問(wèn)題，即可使用較大的電流(比手工焊大5-10倍)，因此，熔深大，生產(chǎn)率較高。對(duì)于20mm以下的對(duì)接焊可以不開(kāi)坡口，不留間隙，這就減少了填充金屬的數(shù)量。

(2)焊縫質(zhì)量高 對(duì)焊接熔池保護(hù)較完善，焊縫金屬中雜質(zhì)較少，只要焊接工藝選擇恰當(dāng)，較易獲得穩(wěn)定高質(zhì)量的焊縫。

(3)勞動(dòng)條件好 除了減輕手工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度外，電弧弧光埋在焊劑層下，沒(méi)有弧光輻射，勞動(dòng)條件較好。 埋弧自動(dòng)焊至今仍然是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種焊接方法。適于批量較大，較厚較長(zhǎng)的直線及較大直徑的環(huán)形焊縫的焊接。廣泛應(yīng)用于化工容器、鍋爐、造船、橋梁等金屬結(jié)構(gòu)的制造。

這種方法也有不足之處，如不及手工焊靈活，一般只適合于水平位置或傾斜度不大的焊縫;工件邊緣準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求較高、費(fèi)工時(shí);由于是埋弧操作，看不到熔池和焊縫形成過(guò)程，因此，必須嚴(yán)格控制焊接規(guī)范。

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目前主要用于焊接各種鋼板結(jié)構(gòu)。可焊接的鋼種包括碳素結(jié)構(gòu)鋼，不銹鋼，耐熱鋼及其復(fù)合鋼材等。埋弧焊在造船，鍋爐，化工容器，橋梁，起重機(jī)械，冶金機(jī)械制造業(yè)，海洋結(jié)構(gòu)，核電設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蝕合金或用于焊接鎳基合金，銅合金也是較理想的。

埋弧焊是當(dāng)今生產(chǎn)效率較高的機(jī)械化焊接方法之一，它的全稱是埋弧自動(dòng)焊,又稱焊劑層下自動(dòng)電弧焊。優(yōu)點(diǎn):

這是因?yàn)?，一方面焊絲導(dǎo)電長(zhǎng)度縮短，電流和電流密度提高，因此電弧的熔深和焊絲熔敷效率都大大提高。(一般不開(kāi)坡口單面一次熔深可達(dá)20mm)另一方面由于焊劑和熔渣的隔熱作用，電弧上基本沒(méi)有熱的輻射散失,飛濺 也少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但總的熱效率仍然大大增加。

熔渣隔絕空氣的保護(hù)效果好，焊接參數(shù)可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，對(duì)焊工技術(shù)水平要求不高,焊縫成分穩(wěn)定，機(jī)械性能比較好。

除了減輕手工焊操作的勞動(dòng)強(qiáng)度外，它沒(méi)有弧光輻射，這是埋弧焊的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)焊絲確定以后(通常取決于所焊的鋼種)，配套用的焊劑則成為關(guān)鍵材料，它直接影響焊縫金屬的力學(xué)性能(特別是塑性及低溫韌性)、抗裂性能、焊接缺陷發(fā)生率及焊接生產(chǎn)率等。焊絲與焊劑的配用重量比為焊絲:焊劑=1.1~1.6，視焊接接頭類型、所用焊劑種類、焊接規(guī)范參數(shù)而定。與熔煉焊劑相比，燒結(jié)焊劑用量較為節(jié)省，約可少用20%左右。

我國(guó)采用焊劑量在5萬(wàn)噸左右波動(dòng)，其中70%約為熔煉焊劑，余為非熔煉焊劑。歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家以非熔煉型焊劑為主，約在80%、90%以上，但仍然有熔煉型焊劑生產(chǎn)銷售，熔煉焊劑這種持久的生產(chǎn)力與其固有的一些特點(diǎn)有關(guān)。

近年來(lái)，在我國(guó)出現(xiàn)了一種鋼筋的新的焊接方法，即豎向鋼筋電弧--電渣壓力焊。與以前的鋼筋搭接手工電弧焊法相比，可節(jié)約鋼材15%以上，生產(chǎn)率大大提高，焊接材料消耗費(fèi)用也有所降低，確有取代后者的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用日益廣泛。該方法主要使用熔煉焊劑，它起到維弧、電渣加熱、金屬凝固模體等作用。目前我國(guó)熔煉焊劑的五分之一左右用于豎向鋼筋的焊接。

我國(guó)的錳礦資源比較缺乏，特別是適于生產(chǎn)熔煉焊劑的品位高、磷含量低、鐵含量低的錳礦就更少了。全國(guó)僅在廣西、云南、湖南等省有錳礦礦脈，經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采，符合生產(chǎn)焊劑的錳礦商品日漸緊張。為取代高錳渣系焊劑，研制、推廣中錳、低錳焊劑已成為客觀需要的緊迫任務(wù)。隨著含適量錳焊絲的生產(chǎn)供應(yīng)的擴(kuò)大，中錳、低錳渣系焊劑應(yīng)該有廣闊的市場(chǎng)。

關(guān)于商品焊劑的技術(shù)性能說(shuō)明，目前在行業(yè)上的通常作法是，熔煉焊劑給出其化學(xué)成分及配一種焊絲的熔敷金屬力學(xué)性能，燒結(jié)焊劑只給出其渣系構(gòu)成及配一種焊絲的熔敷金屬力學(xué)性能。這似乎實(shí)用性不夠。很少有用戶對(duì)焊劑的化學(xué)成分逐批進(jìn)行化學(xué)成分分析，因?yàn)槌朔治龇椒霸O(shè)備上的難度外，其結(jié)果與用戶的使用要求之間尚相距甚遠(yuǎn)。

建議焊劑生產(chǎn)商在產(chǎn)品說(shuō)明中提供含如下技術(shù)內(nèi)容的信息。

首先是焊劑的堿度，可按IIW的推薦公式來(lái)計(jì)算。在焊接低合金高強(qiáng)度鋼用焊劑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)此亦有說(shuō)明，參見(jiàn)GB12470，《低合金鋼埋弧焊用焊劑》。焊劑堿度是標(biāo)志焊劑冶金性能、工藝性能、電流種類及可焊鋼材等級(jí)等的第一位的技術(shù)指標(biāo)。其次是提供最適合于匹配使用的幾種焊絲熔敷金屬的力學(xué)性能，使用戶選材有較大的空間。

要特別推薦焊劑生產(chǎn)商提供焊劑的冶金行為圖，即結(jié)構(gòu)鋼用焊劑對(duì)合金元素的燒損--過(guò)渡圖(簡(jiǎn)指增硅量、焊絲含錳量中性點(diǎn)百分含量)，不銹鋼用焊劑的增碳傾向及鉻含量的燒損--過(guò)渡圖。這樣，用戶可根據(jù)所選用焊絲的化學(xué)成分、焊劑對(duì)含金元素的燒損--過(guò)渡影響，接頭類型及焊接規(guī)范參數(shù)等因素，預(yù)測(cè)出所焊焊縫金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能，與其待焊產(chǎn)品的技術(shù)要求作比較，具有直接的參考作用，就目前焊劑業(yè)生產(chǎn)廠家的技術(shù)能力而言，完成這樣的工作確實(shí)有一定的難度，建議他們與科研單位、大型用戶合作，形成能反映本企業(yè)焊劑產(chǎn)品特點(diǎn)、技術(shù)內(nèi)容含量高的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。進(jìn)一步說(shuō)，科研單位可開(kāi)發(fā)出這樣的軟件，供用戶使用或補(bǔ)充已有的焊接技術(shù)計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)。

本文引用地址:http://www.weldr.net/simple/skill/html/content_1055.htm

埋弧焊的焊接參數(shù)主要有:焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑和伸出長(zhǎng)度等。

當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，焊接電流對(duì)焊縫形狀和尺寸的影響如圖所示。

一般焊接條件下，焊縫熔深與焊接電流成正比。

隨著焊接電流的增加，熔深和焊縫余高都有顯著增加，而焊縫的寬度變化不大。同時(shí)，焊絲的熔化量也相應(yīng)增加，這就使焊縫的余高增加。隨著焊接電流的減小，熔深和余高都減小。

電弧電壓的增加，焊接寬度明顯增加，而熔深和焊縫余高則有所下降。但是電弧電壓太大時(shí)，不僅使熔深變小，產(chǎn)生未焊透，而且會(huì)導(dǎo)致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產(chǎn)生咬邊等缺陷。所以在增加電弧電壓的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加焊接電流。

當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊接速度增加時(shí)，焊接熱輸入量相應(yīng)減小，從而使焊縫的熔深也減小。焊接速度太大會(huì)造成未焊透等缺陷。為保證焊接質(zhì)量必須保證一定的焊接熱輸入量，即為了提高生產(chǎn)率而提高焊接速度的同時(shí)，應(yīng)相應(yīng)提高焊接電流和電弧電壓。

當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲直徑增加時(shí)，弧柱直徑隨之增加，即電流密度減小，會(huì)造成焊縫寬度增加，熔深減小。反之，則熔深增加及焊縫寬度減小。

當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲長(zhǎng)度增加時(shí)，電阻也隨之增大，伸出部分焊絲所受到的預(yù)熱作用增加，焊絲熔化速度加快，結(jié)果使熔深變淺，焊縫余高增加，因此須控制焊絲伸出長(zhǎng)度，不宜過(guò)長(zhǎng)。

焊絲的傾斜方向分為前傾和后傾。傾角的方向和大小不同，電弧對(duì)熔池的力和熱作用也不同，從而影響焊縫成形。當(dāng)焊絲后傾一定角度時(shí)，由于電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了預(yù)熱作用，電弧對(duì)熔池的液態(tài)金屬排出作用減弱，而導(dǎo)致焊縫寬而熔深變淺。反之，焊縫寬度較小而熔深較大，但易使焊縫邊緣產(chǎn)生未熔合和咬邊，并且使焊縫成形變差。

a.坡口形狀 b.根部間隙 c.焊件厚度和焊件散熱條件。

多絲埋弧焊可以分為:多電源串聯(lián)多絲埋弧焊，單電源并聯(lián)多絲埋弧焊，多電源串并聯(lián)多絲埋弧焊等類型。