埋弧焊与气体保护焊

焊接方法分类熔化焊接压力焊钎焊电弧焊气焊铝热焊电渣焊电子束焊激光焊熔化极非熔化极手工焊CO2焊埋弧焊MAG焊MIG焊TIG焊等离子弧焊一埋弧焊1.埋弧焊的焊接过程和特点(1)简介埋弧焊（submergedarcwelding）是利用在焊剂层下燃烧的电弧进行焊接的方法。埋弧焊分为自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种。它适于大量生产的焊接，广泛用于焊接各种碳钢、低合金钢和合金钢，也用于不锈钢和镍合金的焊接和表面堆焊。•自动埋弧焊（埋弧自动焊）定义：埋弧自动焊接时，引燃电弧、送丝、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾等过程完全由机械来完成。埋弧自动焊的主要优点是：•（1）生产率高埋弧焊的焊丝伸出长度（从导电嘴末端到电弧端部的焊丝长度）远较手工电弧焊的焊条短，一般在50mm左右，而且是光焊丝，不会因提高电流而造成焊条药皮发红问题，即可使用较大的电流（比手工焊大5－10倍），因此，熔深大，生产率较高。对于20mm以下的对接焊可以不开坡口，不留间隙，这就减少了填充金属的数量。•（2）焊缝质量高对焊接熔池保护较完善，焊缝金属中杂质较少，只要焊接工艺选择恰当，较易获得稳定高质量的焊缝。•（3）劳动条件好除了减轻手工操作的劳动强度外，电弧弧光埋在焊剂层下，没有弧光辐射，劳动条件较好。埋弧自动焊至今仍然是工业生产中最常用的一种焊接方法。适于批量较大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接。广泛应用于化工容器、锅炉、造船、桥梁等金属结构的制造。•这种方法也有不足之处，如不及手工焊灵活，一般只适合于水平位置或倾斜度不大的焊缝；工件边缘准备和装配质量要求较高、费工时；由于是埋弧操作，看不到熔池和焊缝形成过程，因此，必须严格控制焊接规范。埋弧半自动焊埋弧半自动焊主要是软管自动焊，其特点是采用较细直径(2mm或2mm以下）的焊丝，焊丝通过弯曲的软管送入熔池。电弧的移动是靠手工来完成，而焊丝的送进是自动的。半自动焊可以代替自动焊焊接一些弯曲和较短的焊缝，主要应用于角焊缝，也可用于对接焊缝。（2）焊接过程埋弧焊的焊接过程可概括为：•自动送丝；•引弧；•焊剂自动下料；•焊机匀速运动；•电弧在焊剂下燃烧。如下图所示埋弧焊的特点•主要优点(1)熔深大，生产率高。由于可以使用大电流，增大了单位时间内焊丝熔化量，显著地提高了生产效率。若同手工电弧焊比较，板厚为12mm时，埋弧焊速度可达50～80cm／min，手工电弧焊则不超过10～13cm／min，埋弧焊速度是手工电弧焊速度的3～4倍，特别是双丝(或多丝)以及带状电极的采用，更加提高了埋弧焊的生产效率。•(2)焊接质量稳定，表面美观。焊缝的质量不受焊工的情绪及其疲劳程度的影响，焊缝的质量主要取决于自动焊机调整的优劣以及原材料(即焊件、焊丝和焊剂)的质量，所以在正确的工艺参数下，就可以获得化学成分均匀、表面光滑、平直的优质焊缝。•(3)节省焊接材料和电能。埋弧自动焊电弧熔透力强，对一定厚度的焊件，不开坡口也可焊透，单丝埋弧焊一次可熔透20mm，同时没有飞溅损失，从而减少了焊接材料和电能的损耗。•(4)改善了工人劳动条件。机械化的焊接改善了工人劳动强度，电弧焊剂层下燃烧，消除了弧光及烟尘对焊工的有害影响。••主要缺点（5）由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于平焊位置。其他位置焊接需采用特殊措施以保证焊剂能覆盖焊接区。•(6)坡口精度要求高。由于是机械化焊接，对坡口精度、组对间隙等的要求就比较严格。•（7）埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，电流小于100A时，电弧稳定性较差，因此不适宜焊厚度小于1mm的薄件2.埋弧焊焊剂•(1)埋弧焊焊剂的作用•①保护作用。焊剂熔化后，形成熔渣，保护熔池，防止氧、氮侵入，同时还起到减少元素烧损和蒸发的作用。•②渗合金作用。焊接过程中，焊剂和液态金属进行冶金反应，向熔池过渡有益的合金元素，从而改善焊缝性能。•③成形作用。焊剂熔化覆盖在熔池表面，使焊缝具有良好的成形。•④稳弧作用。焊剂中有部分电离物质可起到稳定电弧燃烧作用。•(2)焊剂的分类埋弧焊焊剂按制造方法可分为熔炼焊剂和陶质焊剂两大类。•熔炼焊剂是将原材料配好后在炉中熔炼而成。呈玻璃状，颗粒强度高、化学成分均匀、不吸收水分，适于大量生产。按化学成分不同又可分为高锰、中锰、低锰、无锰几种。目前已广泛用于一般碳钢和低合金结构钢的焊接。•陶质焊剂是非熔炼焊剂，是用矿石、钛合金及粘接剂按一定比例配置成颗粒状，经300-400摄氏度干燥固结而成。使用这类焊剂，便于向焊缝金属补充或添加合金元素，但颗粒强度较低，易吸潮。•埋弧焊工艺•焊前准备：埋弧焊在焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的装配以及焊丝表面的清理、焊剂的烘干等。•①坡口加工•坡口加工要求按GB986—1988执行，以保证焊缝根部不出现未焊透或夹渣，并减少填充金属量。坡口的加工可使用刨边机、机械化或半机械化气割机、碳弧气刨等。•②待焊部位的清理•焊件清理主要是去除锈蚀、油污及水分，防止气孔的产生。一般用喷砂、喷丸方法或手工清除，必要时用火焰烘烤待焊部位。在焊前应将坡口及坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮、油污等清理干净。•③焊件的装配•装配焊件时要保证间隙均匀，高低平整，错边量小，定位焊缝长度一般大于30mm，并且定位焊缝质量与主焊缝质量要求一致。必要时采用专用工装、卡具。•对直缝焊件的装配，在焊缝两端要加装引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接头的始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面，而且还可除去引弧和收尾容易出现的缺陷。•④焊接材料的清理•埋弧焊用的焊丝和焊剂对焊缝金属的成分、组织和性能影响极大。因此焊接前必须清除焊丝表面的氧化皮、铁锈及油污等。焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定的温度烘干待用。•埋弧焊的应用范围目前主要用于焊接各种钢板结构。可焊接的钢种包括碳素结构钢，不锈钢，耐热钢及其复合钢材等。埋弧焊在造船，锅炉，化工容器，桥梁，起重机械及冶金机械制造业中应用最为广泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蚀合金或用于焊接镍基合金，铜合金也是较理想的。•埋弧焊的新技术埋弧焊是一种传统的焊接方法，在长期的应用中，为适应工业生产发展的需要，在不断改进常规埋弧焊的基础上，又研究、发展了一些新的、高效率的埋弧焊方法。现在介绍几种较为重要的埋弧焊新方法。•一、附加填充金属的埋弧焊•二、多丝埋弧焊•多丝埋弧焊是一种既能保证合理的焊缝成形和良好的焊接质量，又可以提高焊接生产率的有效方法。采用多丝单道埋弧焊焊接厚板时可实现一次焊透，其总的热输入量要比单丝多层焊时少。因此，多丝埋弧焊与常规埋弧焊相比具有焊接速度快、耗能省、填充金属少等优点。•三、带极埋弧焊•带极埋弧焊是由多丝（横列式）埋弧焊发展而成的。它用矩形截面的钢带取代圆形截面的焊丝作电极，不仅可提高填充金属的熔化量，提高焊接生产率，而且可增大焊缝成形系数，即在熔深较小的条件下大大增加焊道宽度，很适合于多层焊时表层焊缝的焊接，尤其适合于埋弧堆焊，因而具有很大的实用价值。•四、窄间隙埋弧焊•窄间隙埋弧焊是近年来新发展起来的一种高效率的焊接方法。它主要适用于一些厚板结构，如厚壁压力容器、原子能反应堆外壳、涡轮机转子等的焊接。这些焊件壁厚很大，若采用常规埋弧焊方法，需开U形或双U形坡口，这种坡口的加工量及焊接量都很大，生产效率低且不易保证焊接质量。采用窄间隙埋弧焊时，坡口形状为简单的I形，不仅可大大减小坡口加工量，而且由于坡口截面积小，焊接时可减小焊缝的热输入和熔敷金属量，节省焊接材料和电能，并且易实现自动控制。气体保护焊的定义：用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称气体保护焊。常用的保护气体：二氧化碳气（CO2）、氩气（Ar）、氦气（He）及它们的混合气体:CO2+Ar、CO2+Ar+He、……。气体保护电弧焊二.气体保护焊(一)氩弧焊1.氩弧焊简介氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术，由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化，因此可以焊接铜、铝、合金钢等有色金属。2.氩弧焊分类氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。1．非熔化极氩弧焊工作原理及特点：非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件之间燃烧，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(常用氩气)，形成一个保护气罩，使钨极端头，电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触，能防止氧化和吸收有害气体。从而形成致密的焊接接头，其力学性能非常好。2．熔化极氩弧焊工作原理及特点：焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电极，并被不断熔化填入熔池，冷凝后形成焊缝；另一个是采用保护气体，随着熔化极氩弧焊的技术应用，保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用，如以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊（在国际上简称为MIG焊）；以惰性气体与氧化性气体(O2,CO2)混合气为保护气体时，或以CO2气体或CO2+O2混合气为保护气时，或以CO2气体或CO2+O2混合气为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊（在国际上简称为MAG焊）。从其操作方式看，目前应用最广的是半自动熔化极氩弧焊和富氩混合气保护焊，其次是自动熔化极氩弧焊。•3.氩弧焊示意图4.氩弧焊特点主要优点1、氩气保护可隔绝空气中氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，以得到致密、无飞溅、质量高的焊接接头；2、氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，焊接生产效率高，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小；3、氩弧焊为明弧施焊，操作、观察方便；4、电极损耗小，弧长容易保持，焊接时无熔剂、涂药层，所以容易实现机械化和自动化；5、氩弧焊几乎能焊接所有金属，特别是一些难熔金属、易氧化金属，如镁、钛、钼、锆、铝等及其合金；6、受焊件位置限制，可进行全位置焊接。缺点1.氩弧焊因为热影响区域大，工件在修补后常常会造成变形、硬度降低、砂眼、局部退火、开裂、针孔、磨损、划伤、咬边、或者是结合力不够及内应力损伤等缺点。尤其在精密铸造件细小缺陷的修补过程在表面突出。在精密铸件缺陷的修补领域可以使用冷焊机来替代氩弧焊，由于冷焊机放热量小，较好的克服了氩弧焊的缺点，弥补了精密铸件的修复难题。2.氩弧焊与焊条电弧焊相比对人身体的伤害程度要高一些，氩弧焊的电流密度大，发出的光比较强烈，它的电弧产生的紫外线辐射，约为普通焊条电弧焊的5～30倍，红外线约为焊条电弧焊的1～1.5倍，在焊接时产生的臭氧含量较高，因此，尽量选择空气流通较好的地方施工,不然对身体有很大的伤害。5.氩弧焊应用氩弧焊适用于焊接易氧化的有色金属和合金钢（目前主要用Al、Mg、Ti及其合金和不锈钢的焊接）；适用于单面焊双面成形，如打底焊和管子焊接；钨极氩弧焊还适用于薄板焊接。6.课外小知识氩弧焊危害及安全防范技术一、氩弧焊的有害因素氩弧焊影响人体的有害因素有三方面：(1)放射性钍钨极中的钍是放射性元素，但钨极氩弧焊时钍钨极的放射剂量很小，在允许范围之内，危害不大。如果放射性气体或微粒进入人体做为内放射源，则会严重影响身体健康。(2)高频电磁场采用高频引弧时，产生的高频电磁场强度在60～110V/m之间，超过参考卫生标准(20V/m)数倍。但由于时间很短，对人体影响不大。如果频繁起弧，或者把高频振荡器做为稳弧装置在焊接过程中持续使用，则高频电磁场可成为有害因素之一。(3)有害气体——臭氧和氮氧化物氩弧焊时，弧柱温度高。紫外线辐射强度远大于一般电弧焊，因此在焊接过程中会产生大量的臭氧和氧氮化物；尤其臭氧其浓度远远超出参考卫生标准。如不采取有效通风措施，这些气体对人体健康影响很大，是氩弧焊最主要的有害因素。二、安全防护措施(1)通风措施氩弧焊工作现场要有良好的通风装