1、埋弧焊工艺参数及焊接技术1.3 埋弧焊工艺参数及焊接技术131影响焊缝形状、性能的因素埋弧焊主要适用于平焊位置焊接，如果采用一定工装辅具也可以实现角焊和横焊位置的焊接。埋弧焊时影响焊缝形状和性能的因素主要是焊接工艺参数、工艺条件等。本节主要讨论平焊位置的情况。(1) 焊接工艺参数的影响 影响埋弧焊焊缝形状和尺寸的焊接工艺参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊丝直径等。1焊接电流 当其他条件不变时，增加焊接电流对焊缝熔深的影响(如图1所示)，无论是 Y 形坡口还是 I 形坡口，正常焊接条件下，熔深与焊接电流变化成正比，即状的影响，如图2所示。电流小，熔深浅，余高和宽度缺乏；电流过大，熔深大，余高
2、过大，易产生高温裂纹图1 焊接电流与熔深的关系4.8mm图2 焊接电流对焊缝断面形状的影响a)I形接头 b)形接头2电弧电压 电弧电压和电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的焊剂不同， 电弧空间电场强度不同，那么电弧长度不同。如果其他条件不变，改变电弧电压对焊缝形状的影响如图3所示。电弧电压低，熔深大，焊缝宽度窄，易产生热裂纹：电弧电压高时，焊缝宽度增加，余高不够。埋弧焊时，电弧电压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧，所以电弧电压的变化范围是有限的图3电弧电压对焊缝断面形状的影响a)I形接头 b)形接头3)焊接速度焊接速度对熔深和
3、熔宽都有影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大，随着焊接速度增加，焊缝熔深和熔都将减小，即熔深和熔宽与焊接速度成反比，如图 4 所示。焊接速度对焊缝断面形状的影响，如图 5 所示。焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差：焊接速度较大时，熔化金属量缺乏，容易产生咬边。实际焊接时，为了提高生产率，在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证焊缝质量。图4 焊接速度对焊缝形成的影响熔深熔宽图焊接速度对焊缝断面形状的影响a)I形接头 b)形接头4)焊丝直径焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时，焊丝直径不同，焊缝形状会发生变化。表 1 所示的电流密度对焊缝形状尺寸的影响，从表中可见，其他
4、条件不变，熔深与焊丝直径成反比关系，但这种关系随电流密度的增加而减弱，这是由于随着电流密度的增加，熔池熔化金属量不断增加，熔融金属后排困难，熔深增加较慢，并随着熔化金属量的增加，余高增加焊缝成形变差，所以埋弧焊时增加焊接电流的同时要增加电弧电压， 以保证焊缝成形质量。表 1 电流密度对焊缝形状尺寸的影响 U=30-32V，Uw =33cmmin项 目 焊接电流A 700750 10001100 13001400 焊丝直径mm 6 5 4 6 5 4 6 5 平均电流密度Amm-226 36 58 38 52 84 48 68 熔深Hmm 70 85 115 105 120 165 175 19
5、0 熔宽 Bmm 22 21 19 26 24 22 27 24 形状系数 BH 31 25 17 25 20 13 15 1，3 (2) 工艺条件对焊缝成形的影响1对接坡口形状、间隙的影响 在其他条件相同时，增加坡口深度和宽度，焊缝熔深增加，熔宽略有减小，余高显著减小，如图6所示。在对接焊缝中，如果改变间隙大小，也可以调整焊缝形状，同时板厚及散热条件对焊缝熔宽和余高也有显著影响，如表2所示。表2 焊缝间隙对对接焊尺寸的影响工艺参数 熔深mm 熔宽mm 余高mm 熔合比() 板厚 mm 电流A 电弧电压V 焊接速度 cmmin -1 间隙mm 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 1
6、2 700-750 3234 50 134 7.5 5.6 8.0 6.0 7.5 5.5 20 10 21 11 20 10 2.5 2.0 2.0 - 1.0 - 74 71 64 61 57 46 20 800-850 3638 20 33.4 134 10.0 11.0 65 9.5 11.5 7.0 10.0 11.0 7.0 27 23 11 27 22 11 27 22 10 3.0 3.5 2.5 2.0 2.5 2.5 1.5 60 63 72 57 58 61 52 49 45 30 900-1000 40-42 20 33.4 134 10.5 12.0 7.5 11.0
7、 12.0 7.5 10.5 11.0 7.5 34 30 12 33 29 12 35 30 12 3.5 3.0 1.5 3.0 2.0 2.5 1.561 67 72 59 63 72 55 59 60 2) 焊丝倾角和工件斜度的影响 焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾两种，见图7。倾斜的方向和大小不同，电弧对熔池的吹力和热的作用就不同，对焊缝成形的影响也不同。图7a为焊丝前倾，图7b为焊丝后倾。焊丝在一定倾角内后倾时，电弧力后排熔池金属的作用减弱，熔池底部液体金属增厚，故熔深减小。而电弧对熔池前方的母材预热作用加强，故熔宽增大。图7c是后倾角对熔深、熔宽的影响。实际工作中焊丝前倾只在某些特殊
8、情况下使用，例如焊接小直径圆筒形工件的环缝等。图7 焊丝倾角对焊缝形成的影响 a)前倾b)后倾c)焊丝后倾角度对焊缝形成的影响工件倾斜焊接时有上坡焊和下坡焊两种情况，它们对焊缝成形的影响明显不同，见图8。上坡焊时(图8a、b)，假设斜度角612，那么焊缝余高过大，两侧出现咬边，成形明显恶化。实际工作中应防止采用上坡焊。下坡焊的效果与上坡焊相反，见图8c)、d)。图8 工件斜度对焊缝形成的影响a)上坡斜b)上坡斜工件斜度的影响c)下坡斜d)下坡斜工件斜度的影响 工件斜度3) 焊剂堆高的影响 埋弧焊焊剂堆高一般在2540mm，应保证在丝极周围埋住电弧。当使用粘结焊剂或烧结焊剂时，由于密度小，焊剂堆
9、高比熔炼焊剂高出 2050。焊剂堆高越大，焊缝余高越大，熔深越浅。3焊接工艺条件对焊缝金属性能的影响 当焊接条件变化时，母材的稀释率、焊剂熔化比率(焊剂熔化量焊丝熔化量)均发生变化，从而对焊缝金属性能产生影响，其中焊接电流和电弧电压的影响较大。图9图11给出了焊接电流、电弧电压和焊接速度对焊剂熔化比率的影响。由于焊剂熔化比率的变化，焊缝金属的化学成分、力学性能均发生变化，特别是烧结焊剂中合金元素的参加对焊缝金属化学成分的影响最大。图 12 图 14 给出各种焊接条件变化时对焊缝金属 Mn、Si 含量的影响。图9 焊接电流对焊剂熔化比率的影响图10 电弧电压对焊剂熔化比率的影响图11 焊接速度对
10、焊剂熔化比率的影响图12 焊接电流对焊缝金属化学成分的影响图13 电弧电压对焊缝金属化学成分的影响图14 焊接速度对焊缝金属化学成分的影响1.3.2 埋弧焊实施方法及工艺参数选择(1) 焊前准备 1)坡口设计及加工 同其他焊接方法相比，埋弧焊接母材稀释率较大，母材成分对焊缝性能影响较大，埋弧焊坡口设计必须考虑到这一点。依据单丝埋弧焊使用电流范围，当板厚小于 14mm ，可以不开坡口，装配时留有一定间隙：板厚为 14 22mm ，一般开 V 形坡口；板厚 22 -50mm 时开 X 形坡口。对于锅炉汽包等压力容器通常采用 U 形或双 U 形坡口，以确保底层熔透和消除夹渣。埋弧焊焊缝坡口的根本形式
11、和尺寸设计时，请查阅 GBT986 1988 。坡口加工方法常采用刨边机和气割机，加工精度有一定要求。2)装配点固 埋弧焊要求接头间隙均匀无错边，装配时需根据不同板厚进行定间距、定位焊，如表 3 所示。另外直缝接头两端尚需加引弧板和熄弧板，以减少引弧和引出时产生缺陷。表 3 埋弧焊装配标准板厚 t/mm 焊缝长度 /mm 定位长度 /mm 25 300 500 50 70 25 200 500 70 100 3) 焊前清理 坡口内水锈、夹杂铁末，点焊后放置时间较长而受潮氧化等焊接时容易产生气孔，焊前需提高工件温度或用喷砂等方法进行处理。 (2) 对接接头单面焊 对接接头埋弧焊时，工件可以开坡口
12、或不开坡口。开坡口不仅为了保证熔深，而且有时还为了到达其他的工艺目的。如焊接合金钢时，可以控制熔合比；而在焊接低碳钢时，可以控制焊缝余高等。在不开坡口的情况下，埋弧焊可以一次焊透 20mm 以下的工件，但要求预留 5 6mm 的间隙，否那么厚度超过 1416mm 的板料必须开坡口才能用单面焊一次焊透。对接接头单面焊可采用以下几种方法：在焊剂垫上焊，在焊剂铜垫板上焊，在永久性垫板或锁底接头上焊，以及在临时衬垫上焊和悬空焊等。分述如下：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与否，以及装配间隙的均匀与否。图 14 说明焊剂垫托力与焊缝成形的关系。板厚 2 8
13、mm 的对接接头在具有焊剂垫的电磁平台上焊接所用的参数列于表 4 。电磁平台在焊接中起固定板料的作用。图15 在焊剂垫上对焊接a)焊接情况 b)焊剂托力缺乏 c)焊剂拖力很大 d)焊剂拖力过大表 4 对接接头在电磁平台焊剂垫上单面焊的焊接条件板厚/mm 装配间隙/mm 焊丝直径/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/cmmin-1 电流种类焊剂垫中焊剂颗粒 焊接垫软管中的空气压力/kPa 201.01.6120242873直流反接细小81301.51.6275300283056.7交流细小812275300283056.734004252528117401.52375400283066.
14、7交流细小1011524525550283083.3101502.52425450323458.3交流细小1011524575625283076.7603.02475323450交流正常1011524600650283267.5703.04650700303461.7交流正常101152803.54725775303656.7交流正常101152板厚1020mm的I形坡口对接接头预留装配间隙并在焊剂垫上进行单面焊的焊接参数，见表5。所用的焊剂垫应尽可能选用细颗粒焊剂。表5 板厚/mm装配间隙/mm 焊接电流/A 电弧电压/V焊接速度/cmmin-1 交流直流103470075034363234
15、50124575080036403436451445850900364034364216569009503842363833185695010004044364028205695010004044364025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，这局部焊剂起焊剂垫的作用，同时又保护铜垫板免受电弧直接作用。沟槽起焊缝反面成形作用。这种工艺对工件装配质量、垫板上焊剂托力均匀与否均不敏感。板料可用电磁平台固定，也可用龙门压力架固定。铜垫板的尺寸见图16和表6。在龙门架焊剂铜垫板上的焊接参数见表7。表 6 铜垫板断面尺寸1 ( 单位：mm)焊件厚度 槽宽 b 槽深 h
16、 沟槽曲率半径 r 4 6 10 2.5 7.0 6 8 12 3.0 7.5 8 10 14 3.5 9.5 12 14 18 4.0 12 表 7 在龙门架焊剂铜垫板上单面焊的焊接条件1板厚/mm 装配间隙/mm 焊丝直径/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/cmmin-13 2 3 380 420 27 29 78.3 4 2 3 4 450 500 29 31 68 5 2 3 4 520 560 31 33 63 6 3 4 550 600 33 35 63 7 3 4 640 680 35 37 58 8 3 4 4 680 720 35 37 53.3 9 3 4 4 7
17、20 780 36 38 46 10 4 4 780 820 38 40 46 12 5 4 850 900 39 41 38 14 5 4 880 920 39 41 36 3) 在永久性垫板或锁底接头上焊接 当焊件结构允许焊后保存永久性垫板时，厚10mm以下的工件可采用永久性垫板单面焊方法。永久性钢垫板的尺寸如表 8 所示。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0.51mm。表 8 对接用的永久性钢垫板1(单位：mm)板厚 垫板厚度 垫板宽度 26 0.5 4+5 610 0.30.4 厚度大于 10mm 的工件，可采用锁底接头焊接方法，如图17所示详见 GB/T986-
18、1988 。此法用于小直径厚壁圆筒形工件的环缝焊接，效果很好。4)在临时性的衬垫上焊接 这种方法采用柔性的热固化焊剂衬垫贴合在接缝反面进行焊接。衬垫材料需要专门制造或由焊接材料制造部门供给。另外还有采用陶瓷材料制造的衬垫进行单面焊的方法。5) 悬空焊 当工件装配质量良好并且没有间隙的情况下，可以采用不加垫板的悬空焊。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，否那么容易烧穿。这种方法只用于不要求完全焊透的接头。(3) 对接接头双面焊 一般工件厚度从 10 40mm 的对接接头，通常采用双面焊。接头形式根据钢种、接头性能要求的不同，可采用图 18 所示的 I 形、 Y
19、形、 X 形坡口。这种方法对焊接工艺参数的波动和工件装配质量都不敏感，其焊接技术关键是保证第一面焊的熔深和熔池的不流溢和不烧穿。焊接第一面的实施方法有悬空法、加焊剂垫法以及利用薄钢带、石棉绳、石棉板等做成临时工艺垫板法进行焊接。1) 悬空焊 装配时不留间隙或只留很小的间隙 ( 一般不超过 lmm) 。第一面焊接到达的熔深一般小于工件厚度的一半。反面焊接的熔深要求到达工件厚度的 60 70 ，以保证工件完全焊透。不开坡口的对接接头悬空焊的焊接参数，如表 9 所示。表 9 不开口对接接头悬空双面焊的焊接条件工件厚度 /mm 焊丝直径 /mm 焊接顺序 焊接电流 /A 电弧电压 /V 焊接速度 /c
20、m.min -1 6 4 正 380 420 30 58反 430 470 30 558 4 正 440 480 30 50反 480 530 31 5010 4 正 530 570 31 46反 590 640 33 4612 4 正 620 660 35 42反 680 720 35 4114 4 正 680 720 37 41反 730 770 40 38 16 5 正 800 850 34 6 63 反 850 900 36 8 43 17 5 正 850 900 35 37 60 反 900 950 37 39 48 18 5 正 850 900 36 38 60 反 900 950
21、 38 40 40 20 5 正 850 900 36 38 42 反 900 1000 38 40 40 22 5 正 900 950 37 39 453 反 1000 1050 38 40 40 2) 在焊剂垫上焊接 如图 19 所示，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 。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。预留间隙双面焊的焊接条件依工件的不同而异，表 10a 、 b 分别为两组数据，可供参考。在预留间隙的重形坡口内，焊前均匀塞填干净焊剂，然后在焊剂垫上施焊，可减少产生夹渣的可能，并
22、可改善焊缝成形。第一面焊道焊接后，是否需要清根，视第一道焊缝的质量而定。图 19 焊剂垫的结构实例a) 软管气压式 b) 皮膜气压式 ) 平带张紧式1 焊件 4 充气软管 7 气室2 焊剂 5 橡皮膜 8 平带3 帆布 6 压板 9 带轮表 10a 对接接头预留间隙双面焊的焊接条件 采用交流电， HJ431 ，第一面在焊剂焊剂垫上焊工件厚度 /mm 装配间隙 /mm 焊丝直径 /mm 焊接电流 /A 焊接电压 /V 焊接速度 /cm.min -1 14 3 4 5 700 750 34 36 50 16 3 4 5 700 750 34 36 45 18 4 5 5 750 800 36 40
23、 45 20 4 5 5 850 900 36 40 45 24 4 5 5 900 950 38 42 42 28 5 6 5 900 950 38 42 33 30 6 7 5 950 1000 40 44 27 40 8 9 5 1100 1200 40 44 20 50 10 11 5 1200 1300 44 48 17 表 10b 对接接头预留间隙双面焊的焊接条件 根据上海锅炉厂提供的资料。工件厚度 /mm 装配间隙 /mm 焊丝直径 /mm 焊接电流 /A 焊接电压 /V 焊接速度 /cm.min -1 6 0+1 3 380 400 30 32 57 60 4 400 550
24、28 32 63 73 8 0+1 3 400 420 30 32 53 57 4 500 600 36 40 63 67 10 2 1 4 500 600 34 38 50 60 5 600 700 38 40 58 67 12 2 1 4 550 580 34 38 50 57 5 600 700 34v38 58 67 14 3 0.5 4 550 720 38 42 50 53 5 650 750 36 40 50 57 16 3 0.5 5 650 850 36 40 50 57 如果工件需要开坡口，坡口形式按工件厚度决定。工件坡口形式及焊接条件，见表 11表11 开坡口工件的双面焊
25、的焊接条件工件厚度 /mm 坡口形式焊丝直径 /mm 焊接顺序 破口尺寸 焊接电流 /A 电弧电压 /V 焊接速度 /cm.min -1 ( ) h/mm g/mm 14 5 正 70 3 3 830 850 36 38 42 反 600 620 36 38 75 16 5 正 70 3 3 830 850 36 38 33 反 600 620 36 38 75 18 5 正 70 3 3 830 860 36 38 33 反 600 620 36 38 75 22 6 正 70 3 3 1050 1150 38 40 30 5 反 600 620 36 38 75 24 6 正 70 3 3 1100 38 40 40 5 反 800 36 38 47 30 6 正 70 3 3 1000 36 40 30 反 900 1000 36 38 33 3) 在临时衬垫上焊接 采用此法焊接第一面时，一般都要求接头处留
