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。化學成分見表1。

表1 木材、焊絲和合金表面的化學成分 單位:%

2.焊接工藝

對接，焊接規范見表2。焊機為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 焊接工藝規范

二、試驗結果及討論

1.焊縫化學成分

采用SAW和SAW-AMP技術焊接的20G、16MnR鋼焊縫化學成分見表3。結果表明，用SJ301焊接的焊縫，C、Si和Mn元素增加，P含量與HJ431焊縫相當，S含量卻沒有減少。由于SJ301和HJ431本身的S、P含量對其焊縫中的S和P含量有相當顯著的影響，而不同廠家生產的焊劑S、P含量有很大差別，故可以理解本文的成分分析結果。SAW-AMP焊縫的S含量與SAW焊縫相當，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。

表3 焊縫的化學成分 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，未經再熱的焊縫組織細小，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粗晶區晶粒尺寸較小。如果采用大線能量，線能量達到3.6 kJ/mm，18 mm厚的鋼板2道即可焊滿，但是焊縫組織粗大，幾乎無針狀鐵素體，先共析鐵素體寬，HAZ粗晶區晶粒尺寸較大，有較多的魏氏組織。

用大線能量、SAW-AMP技術，18 mm厚的鋼板一道就可焊滿，但是，合金粉末的成分對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，但焊接過程中電弧燃燒不穩定，焊道忽寬忽窄，焊縫組織中幾乎沒有針狀鐵素體，先共析鐵素體連成一片，焊縫與HAZ在熔合區明顯分開。采用含有較少Mn、Ti元素的合金粉末焊接，焊縫中針狀鐵素體細小且多，

本文引用地址:http://www.weldr.net/simple/skill/html/content_1054.htm

一種高效焊接技術--添加合金粉末埋弧焊

蘭州理工大學 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，焊接了20G和16MnR鋼，結果表明，添加合金粉末埋弧自動焊技術能夠采用大線能量(因為添加的合金粉末改善了焊縫組織，焊縫深寬比顯著提高，而焊縫及HAZ組織晶粒沒有粗化)，焊接工藝性能良好，焊接熔敷速率是傳統埋弧焊的2倍，接頭角變形明顯減小，焊接接頭的力學性能滿足要求。

埋弧焊 合金粉末 低碳鋼 低合金高強鋼

在滿足焊接接頭力學性能要求的前提下，提高熔敷速率可以提高生產率。用常規的埋弧焊(SAW)焊接中厚板結構，如果提高熔敷速率，就要加大焊接線能量，其結果是焊接熔池變大，母材熔化量增加，焊縫化學成分變差，焊縫組織粗化，焊接熱影響區擴大并且性能變壞。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。基本做法是在坡口中預先鋪放一層金屬粉末(或金屬細粒、切斷的短焊絲等)，然后進行埋弧焊。國外從60年代末期至今一直在研究、開發和應用這種技術，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、重型機器、橋梁、建筑和海洋石油平臺等領域。

筆者用該技術焊接了Q235鋼和16MnR鋼，并應用于實際焊接生產。

埋弧半自動焊主要是軟管自動焊，其特點是采用較細直徑( 2mm或2mm以下)的焊絲，焊絲通過彎曲的軟管送入熔池。電弧的移動是靠手工來完成，而焊絲的送進是自動的。半自動焊可以代替自動焊焊接一些彎曲和較短的焊縫，主要應用于角焊縫，也可用于對接焊縫。

埋弧自動焊接時，引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動及焊接收尾等過程完全由機械來完成。

埋弧自動焊過程如圖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由送絲機構經送絲滾輪5和導電嘴6送入焊接電弧區。焊接電源的兩端分別接在導電嘴和工件上。送絲機構、焊劑漏斗及控制盤通常都裝在一臺小車上以實現焊接電弧的移動。

焊接過程是通過操作控制盤上的按鈕開關來實現自動控制的。焊接過程中，在工件被焊處覆蓋著一層30-50mm厚的粒狀焊劑，連續送進的焊絲在焊劑層下與焊件間產生電弧，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。隨著焊機自動向前移動，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始冷卻凝固形成焊縫，液態熔渣隨后也冷凝形成堅硬的渣殼。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。焊接不同的材料應選擇不同成分的焊絲和焊劑。如焊接低碳鋼時常用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。

埋弧自動焊的主要優點是:

(1)生產率高 埋弧焊的焊絲伸出長度(從導電嘴末端到電弧端部的焊絲長度)遠較手工電弧焊的焊條短，一般在50mm左右，而且是光焊絲，不會因提高電流而造成焊條藥皮發紅問題，即可使用較大的電流(比手工焊大5-10倍)，因此，熔深大，生產率較高。對于20mm以下的對接焊可以不開坡口，不留間隙，這就減少了填充金屬的數量。

(2)焊縫質量高 對焊接熔池保護較完善，焊縫金屬中雜質較少，只要焊接工藝選擇恰當，較易獲得穩定高質量的焊縫。

(3)勞動條件好 除了減輕手工操作的勞動強度外，電弧弧光埋在焊劑層下，沒有弧光輻射，勞動條件較好。 埋弧自動焊至今仍然是工業生產中最常用的一種焊接方法。適于批量較大，較厚較長的直線及較大直徑的環形焊縫的焊接。廣泛應用于化工容器、鍋爐、造船、橋梁等金屬結構的制造。

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;工件邊緣準備和裝配質量要求較高、費工時;由于是埋弧操作，看不到熔池和焊縫形成過程，因此，必須嚴格控制焊接規范。

本文引用地址:http://www.weldr.net/simple/skill/html/content_1026.htm

目前主要用于焊接各種鋼板結構。可焊接的鋼種包括碳素結構鋼，不銹鋼，耐熱鋼及其復合鋼材等。埋弧焊在造船，鍋爐，化工容器，橋梁，起重機械，冶金機械制造業，海洋結構，核電設備中應用最為廣泛。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。

埋弧焊是當今生產效率較高的機械化焊接方法之一，它的全稱是埋弧自動焊,又稱焊劑層下自動電弧焊。優點:

這是因為，一方面焊絲導電長度縮短，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。(一般不開坡口單面一次熔深可達20mm)另一方面由于焊劑和熔渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失,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效果好，焊接參數可以通過自動調節保持穩定，對焊工技術水平要求不高,焊縫成分穩定，機械性能比較好。

除了減輕手工焊操作的勞動強度外，它沒有弧光輻射，這是埋弧焊的獨特優點。

當焊絲確定以后(通常取決于所焊的鋼種)，配套用的焊劑則成為關鍵材料，它直接影響焊縫金屬的力學性能(特別是塑性及低溫韌性)、抗裂性能、焊接缺陷發生率及焊接生產率等。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、焊接規范參數而定。與熔煉焊劑相比，燒結焊劑用量較為節省，約可少用20%左右。

我國采用焊劑量在5萬噸左右波動，其中70%約為熔煉焊劑，余為非熔煉焊劑。歐美工業發達國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銷售，熔煉焊劑這種持久的生產力與其固有的一些特點有關。

近年來，在我國出現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，可節約鋼材15%以上，生產率大大提高，焊接材料消耗費用也有所降低，確有取代后者的發展趨勢，應用日益廣泛。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。目前我國熔煉焊劑的五分之一左右用于豎向鋼筋的焊接。

我國的錳礦資源比較缺乏，特別是適于生產熔煉焊劑的品位高、磷含量低、鐵含量低的錳礦就更少了。全國僅在廣西、云南、湖南等省有錳礦礦脈，經過多年開采，符合生產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。隨著含適量錳焊絲的生產供應的擴大，中錳、低錳渣系焊劑應該有廣闊的市場。

關于商品焊劑的技術性能說明，目前在行業上的通常作法是，熔煉焊劑給出其化學成分及配一種焊絲的熔敷金屬力學性能，燒結焊劑只給出其渣系構成及配一種焊絲的熔敷金屬力學性能。這似乎實用性不夠。很少有用戶對焊劑的化學成分逐批進行化學成分分析，因為除了分析方法及設備上的難度外，其結果與用戶的使用要求之間尚相距甚遠。

建議焊劑生產商在產品說明中提供含如下技術內容的信息。

首先是焊劑的堿度，可按IIW的推薦公式來計算。在焊接低合金高強度鋼用焊劑的國家標準中，對此亦有說明，參見GB12470，《低合金鋼埋弧焊用焊劑》。焊劑堿度是標志焊劑冶金性能、工藝性能、電流種類及可焊鋼材等級等的第一位的技術指標。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性能，使用戶選材有較大的空間。

要特別推薦焊劑生產商提供焊劑的冶金行為圖，即結構鋼用焊劑對合金元素的燒損--過渡圖(簡指增硅量、焊絲含錳量中性點百分含量)，不銹鋼用焊劑的增碳傾向及鉻含量的燒損--過渡圖。這樣，用戶可根據所選用焊絲的化學成分、焊劑對含金元素的燒損--過渡影響，接頭類型及焊接規范參數等因素，預測出所焊焊縫金屬的化學成分及力學性能，與其待焊產品的技術要求作比較，具有直接的參考作用，就目前焊劑業生產廠家的技術能力而言，完成這樣的工作確實有一定的難度，建議他們與科研單位、大型用戶合作，形成能反映本企業焊劑產品特點、技術內容含量高的產品說明書。進一步說，科研單位可開發出這樣的軟件，供用戶使用或補充已有的焊接技術計算機專家系統。

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

(1)埋弧自動焊機的小車輪子要有良好絕緣，導線應絕緣良好，工作過程中應理順導線，防止扭轉及被熔渣燒壞。

(2)控制箱和焊機外殼應可靠的接地(零)和防止漏電。接線板罩殼必須蓋好。

(3)焊接過程中應注意防止焊劑突然停止供給而發生強烈弧光裸露灼傷眼睛。所以，焊工作業時應戴普通防護眼鏡。

(4)半自動埋弧焊的焊把應有固定放置處，以防短路。

(5)埋弧自動焊熔劑的成分里含有氧化錳等對人體有害的物質。焊接時雖不像手弧焊那樣產生可見煙霧，但將產生一定量的有害氣體和蒸氣。所以，在工作地點最好有局部的抽氣通風設備。

焊前準備:埋弧焊在焊接前必須做好準備工作，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執行，以保證焊縫根部不出現未焊透或夾渣，并減少填充金屬量。坡口的加工可使用刨邊機、機械化或半機械化氣割機、碳弧氣刨等。

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

裝配焊件時要保證間隙均勻，高低平整，錯邊量小，定位焊縫長度一般大于30mm，并且定位焊縫質量與主焊縫質量要求一致。必要時采用專用工裝、卡具。

對直縫焊件的裝配，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的缺陷。

埋弧焊用的焊絲和焊劑對焊縫金屬的成分、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。焊劑保存時要注意防潮，使用前必須按規定的溫度烘干待用。

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

當其他參數不變時，焊接電流對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，焊絲的熔化量也相應增加，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，不僅使熔深變小，產生未焊透，而且會導致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產生咬邊等缺陷。所以在增加電弧電壓的同時，還應適當增加焊接電流。

當其他焊接參數不變而焊接速度增加時，焊接熱輸入量相應減小，從而使焊縫的熔深也減小。焊接速度太大會造成未焊透等缺陷。為保證焊接質量必須保證一定的焊接熱輸入量，即為了提高生產率而提高焊接速度的同時，應相應提高焊接電流和電弧電壓。

當其他焊接參數不變而焊絲直徑增加時，弧柱直徑隨之增加，即電流密度減小，會造成焊縫寬度增加，熔深減小。反之，則熔深增加及焊縫寬度減小。

當其他焊接參數不變而焊絲長度增加時，電阻也隨之增大，伸出部分焊絲所受到的預熱作用增加，焊絲熔化速度加快，結果使熔深變淺，焊縫余高增加，因此須控制焊絲伸出長度，不宜過長。

焊絲的傾斜方向分為前傾和后傾。傾角的方向和大小不同，電弧對熔池的力和熱作用也不同，從而影響焊縫成形。當焊絲后傾一定角度時，由于電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了預熱作用，電弧對熔池的液態金屬排出作用減弱，而導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:多電源串聯多絲埋弧焊，單電源并聯多絲埋弧焊，多電源串并聯多絲埋弧焊等類型。