埋弧焊

第二章埋弧焊

埋弧焊是目前广泛使用的一种电弧焊方法。它利用电弧作为热源，焊接时电弧掩埋在焊 剂层下燃烧，电弧光不外露，埋弧焊由此得名。本章首先介绍埋弧焊的过程、特点及应用范 围；然后介绍埋弧焊的冶金特点和焊接工艺；最后再简要介绍埋弧焊的其它方法。

第一节概 述

一、埋弧焊过程

所说的埋弧焊，在无说明情况下均指通常说的埋弧自动焊，它的电弧引燃、焊丝送进和 使电弧沿焊接方向移动等过程都是由机械装置自动完成的。埋弧焊的焊接过程如图2-1所示。 焊接时电源的两极分别接在导电嘴和焊件上，焊丝通过导电嘴与焊件接触，在焊丝周围撒上 焊剂，然后起动电源，由电流经过导电嘴、焊丝与焊件构成焊接回路。

I II

_____ —_Q 0

■=?

=

暴： 图2-1埋弧焊焊接过程 a)焊接过程b)纵向剖面c)横向剖面

1—焊剂2—焊丝3—电弧4—金属熔池5—熔渣6—焊缝 7—工件8—渣壳9 一焊剂漏斗10—送丝滚轮11 一导电嘴

当焊丝和焊件之间引燃电弧后，电弧的热量使周围的焊剂熔化形成熔渣，部分焊剂分解、 蒸发成气体，气体排开熔渣形成一个气泡，电弧就在这个气泡中燃烧。连续送人电弧的焊丝 在电弧高温作用下加热熔化，与熔化的母材混合形成金属熔池。金属熔池上覆盖着一层液态 熔渣，熔渣外层是未熔化的焊剂，它们一起保护着金属熔池，使其与周围空气隔离，并使有

17

碍操作的电弧光辐射不能散射出来。电弧向前移动时，电弧力将熔池中的液态金属排向后方， 则熔池前方的金属就暴露在电弧的强烈辐射下而熔化，形成新的熔池，而电弧后方的熔池金 属则冷却凝固成焊缝，熔渣也凝固成渣壳（焊渣）覆盖在焊缝表面。由于熔渣的凝固温度低 于液态金属的结晶温度，熔渣总是比液态金属凝固迟一些。这就使混人熔池的熔渣、熔解在 液态金属中的气体和冶金反应中产生的气体能够不断地逸出，使焊缝不易产生夹渣和气孔等 缺陷。

二、埋弧焊的特点 1. 1) 2) 较好。

(2) 生产率高这是因为： 1)

电流从导电嘴导人焊丝，与焊条电弧焊的焊条导电位置相比，导电的焊丝长度（伸出

长）短而稳定，又不存在焊条药皮成分受热分解的限止，因此埋弧焊时焊接电流和电流密度 均较焊条电弧焊明显提高，使其电弧功率、熔深能力、焊丝熔化速度都相应增大。在特定条 件下，可实现10?20mm钢板一次焊透双面成形。焊接速度已可达60?150m/h。

2)

焊剂和熔渣的隔热保护作用使电弧热辐射散失极小，飞溅损失也受到有效制约，电弧

热效率大大提高，因此，埋弧焊的焊接效率明显高于焊条电弧焊。

(3) 劳动条件好这是因为埋弧焊无弧光辐射，焊工的主要作用只是操纵焊机，使埋弧 焊成为电弧焊方法中操作条件较好的一种方法。

2.

埋弧焊的主要缺点

(1) 难以在空间位置施焊这主要是因为采用颗粒状焊剂，而且埋弧焊熔池也比焊条电 弧焊大得多，为保证焊剂、熔池金属和熔渣不流失，埋弧焊通常只适用于平焊位置的焊接。其 它位置焊接需采用特殊措施以保证焊剂能覆盖焊接区。

(2) 难以焊接易氧化的金属材料这是由于焊剂的主要成分为Mn0、Si02等金属和非金 属氧化物，具有一定的氧化性，故难以煶接铝、镁等对氧化性敏感的金属及其合金。

(3) 对焊件装配质量要求高由于电弧埋在焊剂层下，操作人员不能直接观察电弧与坡 口的相对位置，当焊件装配质量不好时易焊偏而影响焊接质量。因此，埋弧焊时焊件装配必 须保证接口中间隙均勻、焊件平整无错边现象。

(4) 不适合焊接薄板和短焊缝这是由于埋弧焊电弧的电场强度较高，电流小于100A时 电弧稳定性不好，故不适合焊接太薄的焊件。另外，埋弧焊由于受焊车的限制，机动灵活性 差，一般只适合焊接长直焊缝或大圆焊缝；对于焊接弯曲、不规则的焊缝或短焊缝则比较困 难。

三、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焊件，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、圆筒形焊件的纵缝和环缝、 各种焊接结构中的角接缝和搭接缝等。

埋弧焊的主要优点

埋弧焊的电弧被掩埋在颗粒状焊剂及其熔渣之下，电弧及熔池均处在渣相保护之中， 大大降低了焊接过程对焊工操作技能的依赖程度，焊缝化学成分和力学性能的稳定性 (1) 焊缝质量高这是因为： 保护效果较气渣保护的焊条电弧焊为好。

I4/ 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，较厚的焊件都适用于埋弧焊焊接。目前，埋弧焊焊接的最大厚度已达650mm9

(2)材料焊接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 巳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。

铸铁一般不能用埋弧焊焊接。因为埋弧焊电弧功率大，产生的热收缩应力很大，铸铁焊 后很容易形成裂纹。铝、钛及其合金因还没有适当的焊剂，目前还不能使用埋弧焊焊接。铅、 锌等低熔点金属材料也不适合用埋弧焊焊接。

可以看出，适且于埋弧焊的范围是很广的。最能发挥埋弧焊快速、高效特点的生产领域， 是造船、锅炉、化工容器、大型金属结构和工程机械等工业制造部门，是当今焊接生产中最 普遍使用的焊接方法之一。

埋弧焊还在不断发展之中，如多丝埋弧焊能达到厚板一次成形；窄间隙埋弧焊可使厚板 焊接提高生产效率，降低成本；埋弧堆焊，能使焊件在满足使用要求的前进下节约贵重金属 或提高使用寿命。这些新的、高效率的埋弧焊方法的出现，更进一步拓展了埋弧焊的应用范 围。

第二节埋弧焊的冶金过程特点及焊接材料

一、冶金过程特点

1)电弧和焊接熔池在熔化了的焊剂所形成熔渣包围下获得可靠渣保护，有效地防止了空: 气的人侵，使焊缝金属中含氧量及含氮量均极低，因而焊缝金属塑性良好。 ..2)利用渣相反应能有效地控制焊缝金属的化学成分?

①渗锰渗硅：当焊剂中MnO、Si02含量足够高时，下列冶金反应可使焊缝金属的Mn、Si 含量明显提高，因而焊缝的抗裂性和力学性能提高。

2Fe + (Si02 )^=^2 (FeO )+Si Fe + (MnO)^==^(FeO ) +Mn

②脱碳：由于焊剂中不含碳的成分，高温下碳与氧的亲和力介于锰与硅之间，因此埋弧 焊冶金过程会造成一定量碳元素烧损，且随焊丝中含碳量的增大而加剧，过量时会导致产生 CO气孔。因此，埋弧焊用焊丝的含碳量必须严加控制。

③脱氢：母材、焊丝表面的锈污及焊剂的吸潮水分是埋弧焊产生氢气的主要原因。：为防 止氢气孔，除杜绝氢的来源外，还可利用高温冶金反应时所生成的不溶于熔池的HF和OH来 达到去氢的目的。

3)焊剂中含硫、磷量稍高时，会造成焊缝金属含硫、磷量的增加而导致冷裂、热裂倾向 增强，为此焊剂中含硫（Ws)、磷量（wP)均应严格控制在0.10%以下。

二、焊接材料及选用

埋弧焊的焊接材料包括焊丝和焊剂。正确地选择焊丝、焊剂并合理地配合使用，是埋弧 焊技术的一项重要内容。

(1)焊丝焊丝在埋弧焊中是作为填充金属而成为焊缝金属的组成部分，所以对焊缝质 量有直接影响。焊丝根据其成分和用途通常分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三大类vi具

4/, 体见相关国家标准规定。

埋弧焊焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08、H08A、Hl5Mn等，其中以H08A的应 用最为普遍。当焊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。对 合金结构钢或不锈钢等含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 煤丝直径有2mm、3mm、4mm、5mm和6mm五种。使用时_，要求将得丝表面的油、锈等清 理干净，以免影响焊接质量。有些焊丝表面镀有一薄层铜，可防止焊丝生锈并使导电嘴与焊 丝间的导电更为可靠，提高电弧的稳定性。

焊丝一般成卷供应，使用前要盘卷到焊丝盘上，在盘卷及清理过程中，要防止焊丝产生 局部小弯曲或在焊丝盘中相互套叠。否则，会影响焊接时正常送进焊丝，破坏焊接过程的稳 定，严重时会迫使焊接过程中断。

(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，保护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， 考虑到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。

埋弧焊的焊剂按制造方法可分为熔炼焊剂、烧结焊剂二大类。熔炼焊剂是按配方比例将丨 原料干混均匀后入炉熔炼，然后经过水冷粒化、烘干、筛选而成为成品的焊剂；烧结焊剂属 于非熔炼焊剂，都是将原料粉按配方比例混拌均匀后，加入粘结剂调制湿料，再经烘干、粉 碎、筛选而成。所不同的是烧结焊剂是在400?1000°C的较低温度下烘干而成的。熔炼焊剂成 分均匀、颗粒强度高、吸水性小易储存，是国内生产中应用最多的一类焊剂。其缺点是焊剂 '中无法加人脱氧剂和铁合金，因为熔炼过程中烧损十分严重所致。非熔炼焊剂由于制造过程 中未经高温熔炼，焊剂中加人的脱氧剂和铁合金等几乎没有损失，可以通过焊剂向焊缝过渡 大量合金成分，补充焊丝中合金元素的烧损。国外非熔炼焊剂，特别是烧结焊剂的应用较多， 常用来焊接高合金钢和进行堆焊。另外，烧结焊剂脱渣性能好，所以大厚度焊件窄间隙埋弧 焊时均用烧结焊剂。

(3) 焊丝、焊剂的选用与配合焊丝与焊剂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，所以必须按工件的成分、性能和要求正确、合理地选配焊丝和焊剂。

在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时，.选配焊丝、焊剂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。在此前提下，即可 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)配合相应钢种焊 丝。焊接低温钢、耐热钢和耐蚀钢时，选择的焊丝、焊剂首先要保证焊缝具有与母材相同或 相近的低温或耐热、耐腐烛性能，为此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，主要是保证焊缝与母材有相近的化学成分，同时满足力学性 能和抗裂性能等方面的要求。由于在焊接过程中，铬相等主要合金元素会烧损,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:> 防止焊缝增硅而使性能下降。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焊接，依靠焊剂过渡必要的合金元 素，同样可以获得满意的焊缝成分和性能。

20

常用埋弧焊焊剂的用途及配用的焊丝见表2-1。

表2-1常用埋弧焊焊剂用途及配用焊丝 焊剂 焊类别 型号 剂 成分类型 用 途 HlOMn2 Ni基焊丝 配用焊丝 适用电 使用前焙烘 (hX。C) 流种类 交直流 交直流 直流 ? HJ130 HJ131 HJ151 HJ230 HJ250 HJ330 无Mn高Si低F 低碳钢、普低钢? 无Mn髙Si低F Ni基合金 无Mn中Si中F 奥氏体不锈钢 低Mn高Si低F 低碳钢、普低钢 低Mn中Si中F 低合金高强度钢 中Mn高Si低F 重要低碳钢、普低钢 中Mn中Si中F 重要低合金高强度钢. 高Mn高Si低F 2X250 2X250 2X300 2X250 2X350 2X250 2X400 2X250 ? 2X250 2X250 2X350 2X350 2X250 2X350 1X300 相应钢种焊丝 H08MnA、HlOMn2 相应钢种焊丝 熔 炼 型 交直流 直流 H08MnA、HlOMn2SiA、HlOMnSi 交直流 MnMo、MnSi及含Ni高强钢焊丝 交直流 H08A、H08MnA H08A、H08MnA 交直流 交直流 交直流 交直流 HJ350 HJ430 HJ431 HJ432 SJ101 SJ301 SJ401 SJ501 SJ502 重要低碳钢、普低钢 高Mn高Si低F 重要低碳钢、普低钢 高Mn高Si低F 重要低碳钢、普低钢（薄板） H08A 碱性（氟碱型） 重要普低钢 中性（硅钙型） 低碳钢、锅炉钢 酸性（锰硅型) 低碳钢、普低钢 H08MnA、H08MnMoA、 H08Mn2MoA、HlOMn2 烧 结 型 H08MnA、+HlOMn2、H08MnMoA 交直流 H08A H08A、H08MnA H08A 交直流 交直流 交直流 酸性（铝钛型） 低碳钢、普低钢 酸性（铝钛型） 低碳钶、普低钢 ①系指低合金高强度结构钢，下同。 第三节埋弧焊工艺

.?:、 ... ,； “ v ？ ?卜. 3 ? <■ ?. ：. \? ?\产,.'-H.

一、焊前准备

埋弧焊的焊前准备包括焊件的坡口加工、焊件的清理与装配、焊丝表面清理及焊剂烘干、 焊机检查与调整等工作。

1. 坡口的选择

由于埋弧焊可使用较大的电流焊接，电弧具有较强穿透力，所以当焊件厚度不太大时，一 般不开坡口也能将焊件焊透。但随着焊件厚度的增加，不能无限地提高焊接电流，为了保证 焊件焊透，并使焊缝有良好的成形，应在焊件上开坡口，坡口可用气割或机械加工方法制备。 埋弧焊焊缝坡口的基本形式已经标准化，各种坡口适用的厚度、基本尺寸和标注方法见SB/ T 986—1988 的规定。

2. 焊件的清理与装配

焊件装配前，需将坡口及附近区域表面上的锈蚀、油污、氧化物、水分等清理干净。大 量生产时可用喷丸处理方法?，批量不大时也可用手工清理，即用钢丝刷、风动、电动砂轮或 钢丝轮等进行清除；必要时还可用氧乙炔火焰烘烤焊接部位，以烧掉焊件表面的污垢和油漆， 并烘干水分。机械加工的坡口容易在坡口表面污染切削用油或其它油脂，焊前也可用挥发性 溶剂将污染部位清洗干净。

26

要手段。

埋弧焊的熔合比通常为30%?60%，单道焊或多层焊中的第一层焊缝熔合比较大，随焊 接层数增加，熔合比逐渐减小。由于一般母材中碳的含量和硫、磷杂质的含量比焊丝高，所 以熔合比大的焊缝，由母材带入焊缝的碳量及杂质量较多^对焊缝的塑性、韧性有一定影响。 因此，对要求较高的多层焊焊缝应设法减小熔合比，以防止第一层焊缝熔人过多的母材而降 低焊缝的抗裂性能。此外，埋弧堆焊时为了减少堆焊层数和保证堆焊层成分，也必须减小熔 合比。

，

，

减小熔合比的措施主要有：减小焊接电流：增大焊丝伸出长度；开坡口丨采用下坡焊或 焊丝前倾布置；用正接法焊接；用带极代替丝极堆焊等。

3)热输入。焊接接头的性能除与母材和焊缝的化学成分有关外，还与焊接时的热输人有 关。热输人增大时，热影响区增大，过热区明显增宽，晶粒变粗，使焊接接头的塑性和韧性 下降。对于低合金钢，这种影响尤其显著。埋弧焊时如果用大热输人焊接不锈钢，会使近缝 区在“敏化区”范围停留时间增长，降低焊接接头抗晶间腐烛能力。焊接低温钢时，大热输 入会造成焊接接头冲击韧度明显降低。

所以，埋弧焊时必须根据母材的性能特点和对焊接接头的要求选择合适的热输入。而热 输入与焊接电流和电弧电压成正比，与焊接速度成反比。即焊接电流、电弧电压越高，热输 入越大；焊接速度越大，热输人越小。由于埋弧焊的焊接电流和焊接速度能在较大范围内调 节，故热输入的变化范围比焊条电弧焊大得多，能满足不同焊件对焊接热输人的要求。 三、埋弧焊技术

1.对接接头单面焊

对接接头单面焊可采用以下几种焊接技术：

(1)在焊剂垫上焊接用这种方法焊接时，焊缝成形的质量主要取决于焊剂垫托力的大 小和均匀度以及装配间隙的均勻与否。图

2-5为焊剂垫上焊接示意图。

1 2

乂 >i y vvsAX VNAX. \\SWWSW \\NNSN'

I ? TTTT

??

：

a)

\\

b)

■ i-,

v'

图2-5焊剂垫上焊接示意图

a)软管式b)橡胶膜式

1一工件2—燥剂3—帆布4一充气软管5—橡皮膜6—压板7—气室

? ■<■、；二；? ... .. . -： tj ? - .. - v;二：；；；；；(2)在焊剂铜垫板上焊接这种方法采用带沟槽的铜垫板，沟槽中铺撒焊剂。焊接时这 部分焊剂起到焊剂垫的作用，同时又保护铜垫板，免受电弧直接作用。沟槽起焊缝背面成形 作用。这种工艺对工件装配质量及垫板上焊剂托力均匀与否均较不敏感。板料可用电磁平台

27

固

定

，

也

可

用

龙

门

压

力

架

固

定

。

28

i

(3) 在永久性垫板或锁底上焊接当焊件结构允许焊后保留永久性垫板时，厚10mm以 下的工件可采用永久性垫板单面焊方法。垫板必须紧贴在待焊板缘上，垫板与工件板面间的 间隙不得超过1mm。

厚度大于10mm的工件，可采用锁底接头焊接的方法，如图2-6所示。此法用于小直径厚 壁圆筒形工件的环缝焊接，效果很好。

(4) 采用柔性的

热固化焊剂衬垫贴合在接缝背面进行焊接。这种衬垫需 要专门制造或由焊接材料制造部门供应。近年来，还有 采用陶瓷_職_垫請__施。

在临时性的衬垫上焊接这种方法

ra2fi

(5) 悬空焊当工件装配质量良好并且没有间隙的情况下，可以采用不加垫托的悬空焊。 用这种方法进行单面焊时，工件不能完全熔透。一般的熔深不超过2/3板厚，否则容易烧穿。 这种方法只用于不要求完全焊透的接头。

2.对接接头双面焊

工件厚度12?14mm的对接接头，通常采用双面焊。这种方法对焊接工艺参数的波动和 工件装配质量都较不敏感，一般都能获得较好的焊接质量。

焊接第一面时，所用技术与上述单面焊相似。但焊接第一面时不要求完全焊透，而是由 反面焊接保证完全焊透。焊接第一面采用的工艺方法有：悬空焊、在焊剂垫上焊、在临时垫 板上焊等。

(1) 悬空焊装配时不留间隙或只留很小的间隙（一般不超过1mm)。第一面焊接达到的 熔深一般小于工件厚度的一半。反面焊接的熔深要求达到工件厚度的60%?70%，以保证工 件完全焊透。

(2) 在焊剂垫上焊接焊接第一面时，采用预留间隙不开坡口的方法最为经济。第一面 的焊接参数应保证熔深超过工件厚度的60%?70% a焊完第一面后翻转工件，进行反面焊接， 其参数可以与正面的相同以保证工件完全焊透。预留间隙双面的焊接条件，依工件的不同而 异。 .

(3) 一厚30

般3??

a )

b)

图2-7在临时衬垫上焊接

a)薄钢带垫b)石棉绳垫c)石棉板垫

c )

在临时衬垫上焊接采用此法焊接第一面时，

都

要

求

接

头

处

留

有

一

定

间

隙

，

以

保证焊剂能填满其中。临时衬垫的作用是托住间隙中的焊剂。平板对接接头的临时衬垫常用

4mm，宽50mm的也可采用

薄钢带；

石棉绳或石棉板，如

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，它一般是先在专用的焊剂垫上焊

29

图

2-7

所

示

。

焊

。

完

第

一

面 <

后，去除临时衬垫及间隙中的焊剂和焊缝根部的渣壳，用同样参数焊接第二面。要求每面熔 深均达板厚60%?70%。

30

接内环缝，如图2-8所示，然后再在滚轮转胎上焊接外环缝，如图2-9所示。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，让焊件匀速转动的方法进行焊接。焊件转 动的切线速度即是焊接速度。环缝埋弧焊的焊接条件可参照平板双面对接的焊接条件选取，焊 接操作技术也与平板对接时的基本相同。

为了防止熔池中液态金属和熔渣从转动的焊件表面流失，无论焊接内环缝还是外环缝，焊 丝位置都应逆焊件转动方向偏离中心线一定距离，使焊接熔池接近于水平位置，以获得较好

30-80

成形。焊丝偏置距离随所焊筒体直径而变，一般为30?80mm，

旋转方向

如图2-9所

旋转方向

30-80

30 ?80

图2-9环缝自动焊 焊丝偏移位置示意图

示。

图2-8内环缝焊接示意图

1 一偉丝2—工件3—辊轮4 一焊剂垫5—皮带

4.角焊缝焊接

焊接“T”形接头或搭接接头的角焊缝时，通常可采用船形焊和横角焊两种方法。 (1)船形焊将工件角焊缝的两边置于垂直线各成45°的位置，如图2-10所示，可为焊缝 成形提供最有利的条件。这种焊接法要求接头的装配间隙不超1. 5mm;否则，必须采取措施， 防止液态金属流失。

45

。

45。

b)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/b55h.html