埋弧焊工艺参数及焊接技术

11.3埋弧焊工艺参数及焊接技术1．3．1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，余高和宽度不足；电流过大，熔深大，余高过大，易产生高温裂纹图1焊接电流与熔深的关系（φ4.8mm）2图2焊接电流对焊缝断面形状的影响a)I形接头b)Ｙ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，则电弧长度不同。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)Ｙ形接头3)焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响，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，3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，熔化金属量不足，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Ｈ－熔深Ｂ－熔宽图５焊接速度对焊缝断面形状的影响a)I形接头b)Ｙ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=33cm／min）项目焊接电流／A700——7501000～11001300—1400焊丝直径／mm65465465平均电流密度／26365838528448684A·mm-2熔深H／mm7．08．511．510．512．016．517．519．0熔宽B／mm2221192624222724形状系数B／H3．12．51．72．52．01．31．51，3(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／cm．min-1间隙／mm02402402402412700-75032~34501347.55.68.06.07.55.52010211120102.52.02.0---1.0---74716461574620800-85036~382033.413410.011.06．59.511.57.010.011.07.02723112722112722103.03.52.52.02.52.51.560637257586152494530900-100040-422033.413410.512.07.511.012.07.510.511.07.53430123329123530123.53.01.53.02.02.51.56167725963725559602)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5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)，若斜度β角6°～12°，则焊缝余高过大，两侧出现咬边，成形明显恶化。实际工作中应避免采用上坡焊。下坡焊的效果与上坡焊相反，见图8c)、d)。6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β－工件斜度3)焊剂堆高的影响埋弧焊焊剂堆高一般在25～40mm，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，焊剂堆高比熔炼焊剂高出20％～50％。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加入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。7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焊接速度对焊剂熔化比率的影响8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9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。埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸设计时，请查阅GB／T986～1988。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/mm25300～50050～7025200～50070～1003)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10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，工件可以开坡口或不开坡口。开坡口不仅为了保证熔深，而且有时还为了达到其他的工艺目的。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，否则厚度超过14—16mm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2～8mm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)焊剂托力不足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/cm·min-1电流种类焊剂垫中焊剂颗粒焊接垫软管中的空气压力/kPa20～1.01.612024～2873直流反接细小8130～1.51.6275～30028～3056.7交流细小81112275～30028～3056.73400～42525～2811740～1.52375～40028～3066.7交流细小101～1524525～55028～3083.310150～2.52425～45032～3458.3交流细小101～1524575～62528～3076.760～3.0247532～3450交流正常101～1524600～65028～3267.570～3.04650～70030～3461.7交流正常101～15280～3.54725～77530～3656.7交流正常101～152板厚10—20mm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/cm·min-1交流直流103～4700～75034～3632～3450124～5750～80036～4034～3645144～5850～90036～4034～3642165～6900～95038～4236～3833185～6950～100040～4436～4028205～6950～100040～4436～4025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、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。12表6铜垫板断面尺寸[1](单位：mm)焊件厚度槽宽b槽深h沟槽曲率半径r4～6102.57.06～8123.07.58～10143.59.512～14184.012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/cm·min-1323380～42027～2978.342～34450～50029～316852～34520～56031～3363634550～60033～3563734640～68035～375883～44680～72035～3753.393～44720～78036～38461044780～82038～40461254850～90039～41381454880～92039～41363)在永久性垫板或锁底接头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。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0.5～1mm。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2～60.5δ4δ+56～10（0.3～0.4）δ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13GB/T986-1988）。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背面进行焊接。衬垫材料需要专门制造或由焊接材料制造部门供应。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