埋弧自动焊焊接工艺参数对焊缝成型影响一 埋弧焊接

目录

一、目录················································1

二、序言················································2

三、焊接材料与设备······································3

四、焊接过程及原理······································4

五、焊接工艺参数的选择方法······························6

1、焊接工艺参数的选择方法······································6

2、焊接工艺参数的选择程序······································6

六、焊接工艺参数的选择及确定····························7

七、焊接工艺参数对焊缝成型的影响························9

1、焊接电流I及电流极性对焊缝成形的影响························9

2、电弧电压的影响··············································11

3、焊接速度V的影响············································12

4、焊丝直径与干伸长的影响······································13

5、焊丝倾角a的影响············································14

6、焊件位置的影响··············································14

7、装配间隙与坡口角度的影响····································14

8、焊剂的影响··················································15

八、影响焊接过程的因素分析·····························16

九、焊接缺陷及其产生原因分析及预防措施·················18

十、中厚板埋弧自动焊接工艺参数的确定···················26

序言

焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。在短短的几十年中焊接已在许多工业部门中为工业经济的发展作出了重要贡献，在各个重要的领域如航空航天、造船、汽车、桥梁、电子信息、海洋钻探、高层建筑金属结构中都广泛应用，使焊接成为一种重要制造技术和材料科学的一个重要专业学科，开创了连接技术的新篇章。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项生产尺寸精确的产品的生产手段。因此，保证焊接产品质量的稳定性和提高劳动生产率已成为焊接生产发展的急待解决的问题。

在机械制造业中不少过去一直用整铸整锻方法生产的大型毛坯改成了焊接结构，这大大简化了生产工艺，降低了成本。许多尖端技术如宇航、核动力等如果不采用焊接结构，实际上是不可能实现的。焊接在整个工业中的地位还可以从这样一个事实来判断，即世界主要工业国家每年生产的焊接结构约占钢产量的45%左右，焊接结构之所以有如此迅速的发展是因为它具有一系列优点。（一）与铆接相比它可以节省大量金属材料，大约可减轻15-20%的金属材料，因为它不需要辅助材料。其次焊接结构生产不需打孔，划线的工作量也比较少，因此比较省工、省时间，工作效率当然就要高多了。（二）与铸件相比焊接结构生产不需要制作木模和砂型，也不需要专门熔炼，浇铸，工序简单，生产周期短。

焊接产品质量的稳定性和提高劳动生产率已成为焊接生产发展亟待解决的问题。使得实现对焊接过程的自动控制、焊接工艺制造的自动化的需求越来越迫切。另外，计算机技术、控制理论、人工智能、电子技术及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中，取得了很多成果，焊接过程自动化已成为焊接技术的生长点之一。从焊接技术发展来看，焊接自动化、机器人化以及智能化已成为趋势。经过总结焊工的智能经验并把它们运用到现在很先进的高科技中，能够快速、灵活、安全的实现自动化焊接，现在在发达国家焊接自动化控制已经获得了满意的效果，对于宏观焊接质量（如熔透控制，接头尺寸等）的控制已取得了较大的进展，对于微观焊接质量（焊缝的金相组织及机械性能）的控制也已经起步。焊接过程正由宏观向微观、由简单控制向系统的智能控制发展。

埋弧自动焊焊接工艺参数对焊缝成型影响

一、焊接材料及设备

1、Q235Q钢板

2、H08MnA焊丝

3、HJ431高锰高硅焊剂

4、埋弧自动焊焊接平台焊接行走小车埋弧自动焊送丝机构

5、埋弧自动焊机MZ630

输入电源：三相　380V／50HZ　　　　

额定输入功率：46KVA　　　

最大输入电流：67A

空载电压：79V　　　　　　　

电流调节范围：120A／24.8V-630A／44V

额定负载持续率：60％　　　　　　　　

适用焊丝直径：φ2／2.5／3　　　　　

送丝速度：20－755cm／min　　　　　　　　　　　　　

焊接速度：15－150cm／min

二、焊接原理及过程

埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行的焊接方法，这种方法是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的。焊丝作为填充金属而焊剂则对焊接区域起保护和合金化作用，由于焊接时电弧掩埋在焊剂层下燃烧，电弧不外露，因此称为埋弧焊。

埋弧焊的焊接过程与焊条电弧焊的基本一样，热源也是电弧，但把焊丝上的药皮改变成了颗粒状的焊剂。焊接前先把焊剂铺撒在焊缝上，大约40～60毫米厚,如图1所示为焊缝的形成过程。

图1埋弧焊时焊缝的形成

1-焊丝；2-焊件；3-焊剂；4-液态金属；5-液态焊剂；6-焊缝；7-焊渣

焊接时，焊丝与焊件之间的电弧，完全淹埋在40～60毫米厚的焊剂层下燃烧。靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被熔化，这样，颗粒状焊剂、熔化的焊剂把电弧和熔池金属严密的包围住，使之与外界空气隔绝。焊丝不断地送进到电弧区，并沿着焊接方向移动。电弧也随之移动，继续熔化焊件与焊剂，形成大量液态金属与液态焊剂。待冷却后，便形成了焊缝与焊渣。由于电弧是埋在焊剂下面的，故称埋弧焊（又称焊剂层下电弧焊）。

当上述过程中的焊丝送进和焊丝沿焊缝向前移动两种操作均由焊机自动完成时，这就是埋弧自动焊。埋弧自动焊的焊接过程如图2所示。焊件接口开坡口（30毫米以下可不开坡口）后，先进行定位焊，并在焊件下面垫金属板，以防止液态金属的流出。接通焊接电源开始焊接时，送丝轮由电机传动，将焊丝从焊丝盘中拉出，并经导电器而送向电弧燃烧区。焊剂也从焊剂斗送到电弧区的前面。在焊剂的两侧装有挡板以免焊剂向两面散开。焊完后便形成焊缝与焊渣。部分未熔化的焊剂，由焊剂回收器吸回到焊剂斗中，以备继续使用。

图2埋弧自动焊的焊接过程

1-焊件；2-V形坡口；3-垫板；4-焊剂；5-焊剂斗；6-焊丝　7-送丝轮；

8-导电器；9-电缆；10-焊丝盘；11-焊剂回收器；12-焊渣；13-焊缝；

三、焊接工艺参数的选择方法

（1）焊接工艺参数的选择依据

焊接工艺参数的选择是针对将要投产的焊接结构施工图上标明的具体焊接接头进行的根据产品和相应的技术条件，下列原始条件是已知的:

1）焊件形状和尺寸(直径、总长度)；接头的钢材种类和厚度。

2）焊缝的种类（纵缝、环缝）和焊缝的位置（平焊、横焊、上坡焊、下坡焊）。

3）接头的形式（对接、角接、搭接）和坡口形式（Y形、X形、U形坡口等）。

4）对接头性能的技术要求，其中包括焊后无损探伤方法，抽查比例以及对接头强度、冲击韧度、弯曲、硬度和其他理化性能的合格标准。

5）焊接结构（产品）的生产批量和进度要求

（2）焊接工艺参数的选择程序

首先可选定埋弧焊工艺方法，单丝焊还是多丝焊或其他工艺方法。同时依据焊件的形状和尺寸可选定细丝埋弧焊还是粗丝埋弧焊。例如小直径圆筒的内外环缝应采用φ2mm焊丝的细丝埋弧焊，厚板破口对接接头纵缝和环缝采用φ4mm焊丝的埋弧焊，船形位置厚板角接接头通常采用φ5mm、φ6mm焊丝的粗丝埋弧焊。

焊接工艺方法选定后，即可按照钢材、板厚和对接头性能的要求选择适合的焊剂和焊丝牌号，对于厚板深坡口或窄间隙埋弧焊接头，应选择既能满足接头性能要求又具有良好工艺性和脱渣性的焊剂。

第三根据所焊钢材的焊接性试验报告，选定预热温度、层间温度、后热温度以及焊后热处理温度和保温时间。最后根据板厚，坡口形式和尺寸选定焊接参数（焊接电流、电弧电压和焊接速度）并配合其他次要工艺参数。

四、焊接工艺参数的选择及确定

埋弧焊的工艺参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度等

（1）焊接电流

焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。其他条件不变时，焊接电流增大，焊缝的熔深H及余高a均增加，而焊缝的宽度变化不大。正常情况下，焊接电流与熔深间成正比关系：

H=kmI

km为电流系数，决定于电流种类、极性及焊丝直径等。表1给出了各种条件

下的km值。

表1 各种条件下的km值

因此，焊接电流应根据熔深要求首先选定。增大焊接电流可提高生产率，但焊接电流过大时，焊接热影响区宽度增大，并易产生过热组织，从而使接头韧性降低；此外电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。焊接电流过小时，易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷，使焊缝成形变坏。

（2）电流种类与极性

采用直流反接时，熔敷速度稍低，熔深较大。焊接时一般情况下都采用直流反接。

采用直流正接时，熔敷速度比反接高30%－50%，但熔深较浅，降低了熔敷金属中母材的百分比。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时，为了防止热裂，也可采用直流正接。

采用交流进行焊接时，熔深处于直流正接与直流反接之间。

（3）电弧电压

电弧电压对熔深的影响很小，主要影响熔宽，随着电弧电压的增大，熔宽增大，而熔深及余高略有减小。为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成形系数，电弧电压应与焊接电流保持适当的关系。焊接电流增大时，应适应提高电弧电压，

与每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不超过10V。当电弧电压取下限时，焊道窄；取上限时，焊道宽。若电弧电压超出该合适范围，焊缝成形将变差。

电弧电压除对焊缝成形有影响外，还会改变熔敷金属的化学成分。当电弧电压增加时，焊剂的熔化量增加，熔渣和液态金属重量间的比值增大，过渡到熔敷金属中的合金元素会有所增加。

（4）焊接速度

焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时，熔深、熔宽均减小。因此，为了保证焊透，提高焊接速度时，应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。

（5）焊丝直径及干伸长度

电流一定时，焊丝直径越细，熔深越大，焊缝成形系数减小。然而对于一定的焊丝直径，使用的电流范围不宜过大，否则将使焊丝因电阻热过大而发红，影响焊丝的性能及焊接过程的稳定性。不同直径焊丝的许用电流范围见表2。

表2不同直径焊丝的焊接电流范围

干伸长度越大，焊丝熔化量增大，余高增大，而熔深略有减小。焊丝的电阻率越大，这种影响越大。

（6）坡口及间隙的形状及尺寸

其他条件不变时，坡口及间隙尺寸越大，余高越小，熔合比越小。因此，可通过开坡口或留间隙来调整余高及熔合比(即是指单道焊时,在焊缝横截面上母材熔化部分所占的面积与焊缝全部面积只之比)。此外，通过开坡口还可改善熔池的结晶条件。

五、焊接工艺参数对焊缝成型的影响

埋弧焊的工艺参数主要是焊接电流、电弧电压和焊接速度。它们对焊缝的形状和尺寸有较大的影响。其他参数还有焊丝直径、焊丝伸出长度、焊丝倾角、电流种类和极性等。

(1)焊接电流I及电流极性对焊缝成形的影响。

1）焊接电流I的影响。当其他工艺参数不变时，焊接电流对焊缝成形的影响如图3所示。

图3焊接电流对焊缝成形的影响

焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。在一定范围内，焊接电流增加时，焊缝的熔深H和余高h都增加，而焊缝的宽度增加不大。增加焊接电流能提高生产率，但在一定的焊速下，若焊接电流过大，会使热影响区宽度B增大，并产生过热组织，使接头韧性降低；此外还会使焊缝产生咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。若焊接电流过小，则熔深不足，易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷，使焊缝成形变坏，有时甚至像一条爬在钢板上的小肉虫。

2）电流种类与极性的影响。采用直流正接时，熔敷速度比反接高30%～50%，但熔深较浅，降低了熔敷金属中母材的百分比，常用于堆焊，或为防止母材熔合比过大而产生热裂纹。

采用直流反接时，熔深较大，但熔敷速度较低。一般情况下都采用直流反接。

例如用直径5mm的焊丝，焊接电流为600A直流电，以30m/h速度施焊时，直流反接的熔深为8mm，而正接的熔深只有5mm。采用交流电施焊时，熔深和熔敷

速度介于直流正、反接之间。

3）焊接电流与电压及焊速的关系。为保证合适的熔深和美观的焊缝，除选择合适的焊接电流外，还需保持焊接电流、电弧电压和焊接速度三个工艺参数的合适匹配关系,焊接电流与电弧电压的匹配关系见图4。

为保证焊缝成形美观，焊接电流增大时，应适当提高焊接电压，与每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不能超过lOV(合适的焊接电压的最大值与最小值之差)。当电弧电压取下限时，焊道窄；取上限时，焊道宽。若电弧电压超出最大范围，焊缝成形变坏。焊接电流与焊接速度的关系见图5

图4焊接电流与电弧电庄的匹配关系图5焊接电流与焊接速度的关系

与焊接电流有一个对应的焊接速度范围，在此范围内焊缝成形美观，当焊接速度超过与焊接电流匹配的对应值时，焊缝出现咬边缺陷

(2)电弧电压的影响。

当其他参数不变时，电弧电压对焊缝成形的影响见图6。

图6电弧电压对焊缝成形的影响

电弧电压是决定熔宽的主要因素。电弧电压增加时，弧长增加，熔深减小，焊缝变宽，余高减小。焊接电压过大时，电弧不稳，严重时会产生咬边和气孔等缺陷。

请注意：电弧电压除对焊缝成形有影响外，还会改变熔敷金属的化学成分。当电弧电压增加时，焊剂的熔化量增加，熔渣和液态金属重量的比值增加，过渡到熔敷金属中的合金元素会增加。图7给出了采用高锤、高硅焊剂进行埋弧焊时，焊缝中的硅、锺含量与电弧电压的关系。

图7电弧电压对熔敷金属中Si、Mn含量的影响

(3)焊接速度v的影响。

1）对焊缝成形的影响。当其他参数不变时，焊接速度对焊缝成形的影响见图8。

焊接速度增加时，熔深H和熔宽B都减小，但焊接速度过高时，会产生咬边、未焊透、电弧偏吹和气孔等缺陷，焊缝余高大而窄，成形不好。焊接速度太慢，则焊缝余高大，熔池浅而宽，焊缝表面粗糙，容易产生满溢、焊瘤或烧穿等缺陷。

若焊速过慢，焊接电压又太高时，焊缝截面呈蘑菇形，容易产生裂纹。

2）焊接速度对熔合比的影响。其他条件不变时，焊接速度越高，熔合比越大，详见图9

图8焊接速度对熔合比的影响

图9焊接速度对焊缝成形的影响

1—堆焊和I形坡口对接j=70～100A/m㎡；

2—堆焊和I形坡口对接j=40～50A/m㎡；

3角焊缝j=70～lO0A/m㎡；

4角焊缝J=斗40～50A/m㎡；

(4)焊丝直径与干伸长的影响。

1）焊丝直径的影响：当其他参数不变，减小焊丝直径时，因电流密度增加，熔深增大，焊缝成形系数减小，详见表3。

表3焊丝直径对焊缝成形的影响

还有一点请注意：当其他工艺参数不变时，为保证相同的熔深，采用直径5mm和2mm的焊丝施焊时，需要的焊接电流的数值见表4。

表4不同直径焊丝的焊接电流范围

2）焊丝干伸长的影响：当其他因素不变时，焊丝干伸长增加，由于电阻热的预热作用加强，焊丝的熔化速度增加，焊缝余高增大J此外，由于干伸长增加，焊接电流会稍减小，使熔深稍降低，从而使熔合比稍降低。

试验证明：采用直径5mm焊丝施焊时，干伸长在60～150mm内变化，对焊缝成形的影响不大。在实际工作中，干伸长的变化范围很小(20～40mm)，故用直径4～6mm的焊丝施焊时，干伸长的影响可忽略不计。

当焊丝直径小于3mm时，干伸长的变化范围应控制在10～30mm，否则影响焊接效果

(5)焊丝倾角α的影响。

1）焊接时电弧永远指向已焊部分叫后倾焊，焊丝后倾时，熔深与余高增大，熔宽明显减小，焊缝成形不好，如图10(a)所示，一般只用于多丝焊的前导焊丝。

2）单丝焊时，通常将焊件放在水平位置，焊丝与工件垂直，如图10(b)所示。

图10焊丝倾斜对焊缝成形的影响

焊接时焊丝相对焊件倾斜，使电弧始终指向待焊部分的焊接操作叫前倾焊，左向焊就是前倾焊。焊丝前倾时，焊缝成形系数增加，焊缝宽，熔深浅，如图10(c)所示。适于焊薄板。

(6)焊件位置的影响。

工件与水平面呈一定角度，焊缝处于斜置位置施焊时叫倾斜焊，根据焊接方向不同，又可分为上坡焊和下坡焊，它们对焊缝成形的影响和焊丝倾斜时一致，见图11

（7）装配间隙与坡口角度的影响

在其他工艺参数不变的条件下，装配间隙与坡口角度增大时，熔合比与余高减小，熔深增大，但焊缝厚度大致保持不变，如图12所示。

图11焊件位置对焊缝成形的影响图图12装配间隙与坡口形式对焊缝成形的影响

（8）焊剂的影响

在其他条件相同时，使用高硅酸性焊剂焊接比用低硅碱性焊剂能得到更光滑平整的焊缝，因为在金属凝固温度区间，酸性焊剂的黏度和黏度随温度的变化都能有利于焊缝的成形。另外，埋弧自动焊使用细颗粒焊剂，由于焊剂堆积密度大，能得到较大的熔深和较小的熔宽，但焊剂过细且堆积厚度过大时，易出现气

孔等缺陷，埋弧焊剂粒度对焊缝的影响规律是：焊剂粒度增大，熔深略减小，熔宽大增大，余高略减小。焊剂粒度要求见表5

表5焊剂粒度要求

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