埋弧焊教案

第五章埋弧焊一基本要求1了解埋弧焊特点及应用2熟练掌握埋弧焊的治金特点3掌握自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法4了解埋弧焊焊机的分类及基本原理5熟练掌握埋弧焊工艺二基本概念固有自调节自调节弧压反馈调节C曲线等三重点1埋弧焊的治金特点3自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法4埋弧焊焊机的分类及基本原理5掌握埋弧焊工艺四难点1自动焊的焊接焊接参数自动调节原理及方法2埋弧焊焊机电气工作原理七辅助资料中国机械工程学会焊接学会焊接手册第一卷北京机械工业出版社1992曾乐现代焊接技术手册上海上海科学技术出版社1993殷树言张九海气体保护焊工艺哈尔滨工业大学出版社1989五学时数7学时六参考资料姜焕中等编电弧焊及电渣焊北京机械工业出版社1994七辅助资料中国机械工程学会焊接学会焊接手册第一卷北京机械工业出版社1992曾乐现代焊接技术手册上海上海科学技术出版社1993殷树言张九海气体保护焊工艺哈尔滨工业大学出版社1989八本章要点51埋弧焊的特点及应用一埋弧焊的特点焊剂下燃烧依靠熔渣保护效果好1优点1生产率高因为a电流密度大b大2焊缝质量好因为a熔渣的保护效果好b焊接参数稳定3劳动条件好劳动强度低无弧光辐射2缺点仅用于平焊不能焊AlTi等活泼金属只能焊长焊缝只适于厚板E大电流小时电弧不稳二应用1适用的材料低碳钢HSLAstst耐热钢Cu等2部门造船锅炉压力容器机车等52埋弧焊的冶金特点一焊剂焊丝及其配合一焊剂1作用1保护2稳弧3冶金脱氧及合金化2要求1良好的冶金性能2良好的工艺性能a稳定燃烧b易脱渣c成形好3焊剂的分类及常用焊剂1按制造方法分类a熔炼焊剂b非熔炼烧结陶质2按成分分类MnO无锰焊剂MnO低锰焊剂MnO215中锰焊剂MnO1530高锰焊剂MnO30SiO2低硅焊剂SiO2中硅焊剂SiO21030高硅焊剂SiO230焊剂牌号焊剂XXX焊剂431高锰高硅低氟焊剂二焊丝一般用焊接用钢丝与焊条钢芯相同d166mm对于低碳钢H08MnH08MnA三焊剂和焊丝的选用合适匹配才能保证焊缝化学成分保证性能低碳钢高锰高硅焊剂H08Mn或H08MnA低锰或五锰焊剂H08MnA或H10Mn2HSLA中锰中硅焊剂与母材等强度的焊丝低锰中硅焊剂耐热钢不锈钢中硅焊剂与母材成分相当的焊丝或低硅焊剂二埋弧焊的冶金反应冶金反应指熔渣与液金及气体之间的反应以低碳钢为例讨论冶金反应选用H08MnA及焊剂4311SiMn还原反应SiO22Fe2FeOSiGMnOFeFeOMnGG0即反应为吸热反应FeO大部分进入渣SiMn进入熔池合金化1反应方向熔池前部焊丝端部熔滴过渡中的熔滴这三个区域均向右进行反应程度依次加强熔池尾部温度低反应向左进行总反应结果为还原因为a尾部存在时间短b温度低速度快c熔池中FeO很少2影响因素焊剂成分焊剂中SiO2量增大Si过渡的Si量增大Mn降低焊剂中MnO量增大Mn过渡的Mn量增大SiO22MnSi2MnO焊丝中的SiMn含量焊丝中Si含量增大Si减小Mn增大焊丝中Mn含量增大Mn减少si增大焊剂碱度碱度增大自由态MnO含量增大Mn碱度增大自由态SiO2含量减小Si焊接规范aIaIa熔渣量减少SiMnbUaUa熔渣量增大SiMn2碳的烧损埋弧焊焊接区内为弱氧化性C被氧化COCOCFeOFeCO2CSiO2Si2COCO逸出时对熔池有搅拌作用有利于H折出影响因素焊丝母材中的含碳量Si抑制烧损镇静熔池3杂质SP的限制严格限制焊剂中SP含量S热裂纹由共晶FeFeSP降低低温韧性4去除熔池中的H工艺措施去除油污水分铁锈冶金措施结合成HF利用CaF2CaF2CaFF2CaF22SiO22CaSiO3SiF4SiF4SiF3FFHHF结合成OH利用MnOMgOSiO2等MnOHMnOHMgOHMgOHSiO2HSiOHCO2HCOOH53埋弧焊的自动调节系统自动焊引弧焊接熄弧均自动实现的焊接方法自动焊的基本特征1自动送丝自动抽丝送丝电机拖动滚轮自动抽丝2电弧自动行走小行电机拖动3焊接参数自动调节IaVanw本节讨论的重点一焊接速度的自动调节任何自动化焊接方法均是利用电机拖动焊接小车胎夹具或工件来进行焊接的焊接速度直接由拖动电机决定因此焊接速度的自动调节问题就是电机转速自动调节问题自动弧焊机一般采用直流拖动系统而直流拖动系统几乎都是采用转子调压式调速方法引起电机转速波动的主要因素是电网电压波动及拖动负载的波动为了克服这两个干扰因素维持转速恒定通常采用电枢电压负反馈电势负反馈电枢电流正反馈测速发电机负反馈等进行控制二焊接电流及电弧电压的自动调节一影响IaVa的因素IaVa由静态工作点决定即由电弧静特性与电源外特性决定凡影响这两个特性曲线的因素均影响IaVa1电弧静特性影响因素1弧长波动a送丝速度波动b焊距工件间距变化2弧柱气氛变化E变化2电源外特性的影响因素网压波动元件的性能变化以上因素中弧长变化影响最大原因1La本身很短10mm左右2易发生波动3E较大因此IaVa恒值控制转化为弧长的恒值控制问题弧长的自动调节方式有两种等速送丝调节系统的自身调节及均匀送丝系统的电弧电压反馈调节二电弧自身调节电弧自身调节调节作用适用于细丝采用这种调节作用进行调节时焊丝以恒定的速度送进弧长波动时熔化速度发生变化依靠熔化速度的变化调节弧长使其恢复到原来的长度弧长调节原理如图41所示1弧长减小时电弧静特性曲线下移电弧的工作点由稳态的O0变为瞬态工作点O1焊接电流增大焊丝熔化速度加快从而使弧长逐渐增大回到原来的数值显然这种调节的灵敏度取决于单位弧长变化所引起的焊丝熔化速度变化量该变化量越大灵敏度越大电弧稳定燃烧时熔化速度um等于送丝速度uf而且弧长保持稳定熔化速度送丝速度与电流及电压之间的关系如图42所示该曲线被称为等熔化曲线也称为等速送丝系统的静特性曲线在不同的弧长范围熔化速度与电流及电压的关系不同其调节原理也由所不同图133弧长波动时电弧工作点的移动2图134等熔化曲线1弧长较大AB段时熔化速度仅与电弧电流有关umkiIki为熔化速度随电流变化的系数取决于焊丝的电阻率干伸长度及直径弧长波动引起的熔化速度变化量为DumkiDI在这种情况下弧长波动引起的熔化速度的变化主要是由电弧电流的变化引起的调节灵敏度主要决定于ki及弧长发生波动时引起的DI采用平特性或缓降特性的电源时同样的弧长波动引起的DI较大调节灵敏度较大而且采用平特性或缓降特性的电源时弧长自动调节的精度也较高因此弧长较大时等速送丝系统通常匹配平特性或缓降特性电源由于焊接电流一定时ki随焊丝直径的增大而减小焊丝直径较粗时电弧自身调节灵敏度很小因此弧长自动调节仅适用于细丝不适用于粗丝弧长较短BC段时熔化速度与电弧电流及电弧电压均有关umkiIkuUku为熔化速度随电压变化的系数弧长波动引起的熔化速度变化量DumkiDIkuDU由于弧长较短时ku非常大因此即使采用恒流特性的电源DI0弧长波动时仍能引起足够大的Dum具有足够大的灵敏度而且采用恒流特性电源时具有很好的焊接工艺性能因此短弧时等速送丝系统通常匹配恒流特性电源在这种情况下熔化速度的变化是由弧长波动本身引起的对电源的外特性无任何要求因此这种调节作用称为固有自调节作用它是自调节作用的一种特殊形式值得指出的是钢焊丝的等熔化曲线没有BC段因此没有固有自调节作用只有以铝焊丝作电极的气体保护电弧才有自调节作用铝焊丝MIG焊的亚射流过渡正是采用了这种调节作用埋弧焊电弧没有这种固有自调节作用2弧压反馈调节焊丝较粗时电弧自调节灵敏度很低不能保证弧长稳定此时应采用弧压反馈调节系统这种调节方式通过弧压反馈来控制送丝速度利用送丝速度作为调节量来调节弧长送丝速度uf与电弧电压的关系为ufkUaUg其中k为弧压反馈深度Ua为电弧电压Ug为给定电压当弧长增大时送丝速度增大单位时间内送出的焊丝长度大于熔化的焊丝长度从而迫使弧长逐渐缩短恢复到原来的长度反之如果弧长变短电弧电压减小送丝速度减小甚至回抽单位时间内送出的焊丝长度小于熔化的焊丝长度弧长逐渐变长回到原来的长度显然弧压反馈灵敏度取决于单位弧长变化量所引起的送丝速度变化量而弧长的变化量可用下式表示DufkDUa弧压反馈深度k越大弧压反馈调节的灵敏度越大电弧电场强度越大时同样的弧长波动引起DUa的越大调节灵敏度就越高采用陡降特性的电源时同样的弧长波动引起的DUa比也缓降特性电源引起的DUa大调节灵敏度较高因此弧压反馈调节系统通常采用陡降特性的电源54埋弧焊工艺埋弧焊工艺包括焊前准备选择与母材匹配的焊丝与焊剂选择正确的焊接工艺参数及热处理规范等一焊前准备焊前准备包括1坡口加工埋弧焊的坡口形式与尺寸可参照GB89688确定见表41表41坡口加工要求板厚小于14mm1244mm大于44mm坡口不开坡口V形或U形坡口双V形或双U形坡口坡口可用刨边机车床气割机等设备加工2待焊部位的清理焊前应将坡口以及坡口两侧2050mm区域内的铁锈氧化皮油污水分等清理干净对于小型焊件坡口及其附近的氧化皮及铁锈可用砂布钢丝刷角向磨光机打磨对于大型焊件通常采用喷砂抛丸等方法处理油污及水分一般用氧乙炔火焰烘烤3焊件的装配焊件的装配要求较高必须保证间隙均匀高低平整且不错边除此之外还应注意以下几点1定位焊缝采用手工电弧焊或气体保护焊进行焊接定位焊缝原则上应与母材等强且应平整无气孔夹渣等缺陷长度一般应大于30mm2直缝两端加装引弧板与熄弧板焊后再割掉其目的是使焊件上的焊缝截面尺寸保持稳定并去掉引弧和收弧位置处出现的缺陷4焊接材料的清理埋弧焊丝与焊剂参与焊接冶金反应对焊缝的成分组织和力学性能影响极大因此焊前应加强焊丝清理并烘干焊剂目前市售的焊丝一般有防锈铜镀层使用前应注意去除掉焊丝表面的油及其它污物以防止氢气孔如果所用的焊剂无防锈铜镀层焊前还应去除焊丝表面的铁锈及氧化皮等焊剂使用前应按要求烘干酸性焊剂应在250C下烘干并保温12小时限用直流的高氟焊剂必须在300C400C下烘干保温2小时烘干后应立即使用二焊接工艺参数的选择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HkmIkm为电流系数决定于电流种类极性及焊丝直径等表42给出了各种条件下的km值表42各种条件下的km值焊丝直径mm电流种类焊剂牌号km值mm100AT形焊缝及开坡口的对接焊缝堆焊及不开坡口的对接焊缝5交流HJ43115112交流HJ43120105直流正接HJ431175115直流正接HJ431125105交流HJ430155115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3050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图中阴影部分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43表43不同直径焊丝的焊接电流范围焊丝直径mm23456电流密度Amm2631255085406335502842焊接电流A20040035060050080070010008001200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此外通过开坡口还可改善熔池的结晶条件三成型工艺1平板对接平板对接时可采用单面焊双面成形也可采用双面焊1单面焊双面成形利用该方法可焊接厚度在20mm以下的工件一般不开坡口但需留有较大的间隙并利用铜衬垫焊剂垫或热固化焊剂垫承托熔池这种方法的优点是不用反转工件一次将工件焊好焊接生产率较高缺点是焊接热输入大焊缝及热影响区晶粒粗大接头韧性很差板厚越大该问题越严重因此这种方法一般不用于焊接12mm以上的钢板微合金钢除外单面焊双面成形的焊接工艺参数见表1326242双面焊1悬空焊接法工艺要点1工件背面不加衬垫不需要任何辅助设备和装置2严格控制间隙以防止液态金属从间隙中流失或烧穿一般不留间隙或间隙1mm3焊接正面的工艺参数应较小熔深小于焊件厚度的一半4翻转工件后再焊反面为保证焊透适当增大焊接电流保证熔深达到焊件厚度的60702I型坡口衬垫成形法工艺要点1焊前应根据工件厚度预留一定间隙以保证焊剂充分进入到间隙中2焊正面焊缝时可采用焊剂垫或临时工艺垫板以防止烧穿或焊漏工艺参数必须保证使熔深大于工件厚度的60703焊反面前应首先挑焊根采用与正面相同的规范或稍小的规范进行焊接采用焊剂垫法时要求工件下面的焊剂在整个焊缝长度上与工件紧密贴合并且压力均匀若背面的焊剂过松会引起漏渣或液态金属下淌采用临时工艺垫板法时焊接反面前需去除临时工艺垫板并挑焊根后再进行焊接3V形或X形坡口双面焊厚度较大时开V形或X形坡口采用焊剂垫铜衬垫等进行焊接工艺要点同上4薄板埋弧焊采用细焊丝细颗粒焊剂时可焊接30mm10mm厚的薄板应严格控制装配间隙且最好在装有焊接垫或铜衬垫的电磁平台上进行焊接如果装配间隙可控制的很小也可采用悬空法进行焊接2角接焊缝的焊接角接焊缝有两种焊接方法平角焊及船形焊平角焊时两个工件中有一个位于水平位置而熔池不在水平位置船形焊时熔池位于水平位置前者具有较好的工艺性能因此应尽可能利用该方法1船形焊船形焊时焊丝处于竖直位置熔池处于水平位置最有利于焊缝成形不易产生咬边或满溢等缺陷而且可通过调整工件的倾斜角度来控制腹板和翼板的焊脚尺寸要求焊脚相等时两个工件与垂直位置成45船形焊的工艺要求如下1将间隙尺寸控制在15mm以下否则易出现烧穿或焊漏现象如果无法控制间隙则应采用适当的防漏措施2电弧电压不宜太高以免产生咬边2斜角焊当由于某种原因工件不能反转至船形位置时才采用斜角焊法这种方法的优点是对间隙不敏感缺点是对单道焊焊脚及焊丝位置要求很严格该方法的工艺要求如下1单道焊焊脚不得大于8mm以防止咬边当要求焊脚大于8mm时应根据焊脚尺寸采用多层焊或多层多道焊2焊丝偏角a应适当一般应在2030之间否则易产生咬边及腹板未焊合缺陷3电弧电压不宜太高以防熔渣流溢3环缝的焊接锅炉及压力容器上的筒节与筒节以及筒节与封头间的对接环缝通常采用悬臂式埋弧焊机进行焊接焊接时焊头固定通过筒体在滚轮架上转动来完成整条焊缝的焊接一般采用双面焊环缝双面焊时通常先焊内环缝焊剂垫由滚轮和撑托焊剂的皮带组成利用圆筒形工件与焊剂间的摩擦力带动皮带不断向焊缝背面添加新焊剂由于在焊接过程中熔池的位置不断发生变化为了防止熔池金属的流溢保证焊缝成形焊丝应偏离通过圆筒中心的垂直面一段距离这个距离叫偏移量一般用e表示偏移量应与旋转方向相反其大小应能保证使熔池在旋转到水平位置时凝固成焊缝以反之溶池金属流溢偏移量的大小与工件的直径焊接速度工件转速及工件厚度有关工件的直径越大焊接速度越大偏移量也应越大应注意的是对厚壁圆筒形工件进行多层焊时虽然滚轮架的速度不变但随着焊缝厚度的增加焊内环缝时焊速逐层减小因此应逐层减小偏移量焊外环缝时焊速逐层递增因此应逐层加大偏移量