带极堆焊的技术

带极埋弧/电渣堆焊技术大连中集重化装备有限公司技术部2013年4月1日1.带极埋弧/电渣堆焊的起源带极埋弧堆焊由Campbell,H.C.andJohnson,W.C.发明，并于1956年取得了专利，开始应用。带极电渣堆焊1971年由德国人SeidelG和HessH发明，并开始逐步取代带极埋弧堆焊。2.带极堆焊与丝极堆焊的对比带极堆焊的原理与丝极堆焊基本相同。最主要的区别在于使用宽带极取代了丝极。同时，增加一套带极堆焊机头，机头通过拓宽导电嘴宽度来保证连续的焊带进给并提供有效的工作电流。带极相对丝极的主要的优势可以归纳为：非常均匀的焊道熔深更低的母材稀释率水平，允许以更少的堆焊层达到化学成分及性能要求更高的熔敷效率，意味着更高的生产率均匀的熔敷金属的化学成分因为堆焊层没有集中的凝固线，所以堆焊层具有更小的裂纹敏感性非常平滑的堆焊层表面，可减少堆焊焊道数量及搭接数量高的可重复生产力带极相对丝极，较少的一些不足如下：更高的焊接热输入工件的尺寸有限制（母材的厚度限制或者母材的内径要求）要求增加电源容量（更高的电流）。3.带极埋弧堆焊的原理焊带送进焊剂母材金属焊缝金属凝固渣壳液态熔渣导电嘴焊带通过电弧进给到熔池中，电弧所产生的热用来熔融焊带、焊剂及母材。在熔池上方熔融的焊剂形成一个保护渣壳.4.带极电渣堆焊的原理送进焊带焊剂母材金属焊缝金属凝固渣壳液态熔渣水冷导电嘴带极电渣堆焊非常类似于带极埋弧堆焊。但不需要电弧，焊带就进给到熔池中。而且，焊剂也形成了保护渣壳。与埋弧带极堆焊的渣壳不同，电渣带极堆焊的渣壳在液态时是可导电的。凝固状的渣壳电阻热效应提供该焊接方法所必需的热量。而仅当电渣带极堆焊起始时，电弧会出现。因为只要产生了足够的具备电导性的渣壳，同时渣壳的电阻比电弧的电阻更小，那么电弧就会消失。在电渣带极堆焊中，焊剂仅仅供给在焊带的前方。在焊带的后面，可以看见敞开熔池，并可看见红外线。5.带极堆焊具有较低的熔深带极埋弧堆焊带极电渣堆焊焊带送进堆焊方向干伸长焊剂斗母材熔融渣凝固渣堆焊方向焊带送进干伸长母材熔融渣凝固渣带极埋弧堆焊的母材熔深一般1~1.5mm带极电渣堆焊的母材熔深一般0.3~0.4mm焊剂斗焊剂斗6.带极堆焊具有低的稀释率稀释率=B/(A+B)焊接方法稀释率SMAW25~30%SAW25~35%带极SAW18~25%带极ESW8~12%金属熔焊或堆焊时，熔敷金属被稀释的程度，用母材或预先堆焊层金属在焊缝金属中所占的百分比(即熔合比)来表示。带极堆焊的焊缝一般高度为3~5mm，可以从焊缝的厚度快速地推断出稀释率。如带极埋弧堆焊的焊缝高度为4mm时，其稀释率为(1~1.5)/(4+1~1.5)≈20%。7.带极堆焊具有高的熔敷效率焊接电流熔敷效率焊带宽度平均焊接电流焊道宽度焊道厚度熔敷效率15mm200A/350A18~19mm3~5mm——20mm250A/400A23~24mm3~5mm——30mm370A/600A32~37mm3~5mm7~10Kg/h,10~16Kg/h60mm750A/1200A63~68mm3~5mm12~16Kg/h,15~30Kg/h90mm1100A/1800A93~99mm3~5mm15~24Kg/h,28~40Kg/h120mm1400A/2400A124~128mm3~5mm23~32Kg/h,39~52kG/h8.带极堆焊层熔敷金属的均匀同一性熔敷金属距熔合线的距离合金成分的百分比母材金属研究表明(用EDAX)，对于埋弧带极堆焊层及电渣带极堆焊层熔合线上分别在250μm及150μm处，其化学成分已经达到了堆焊层的平均水平。意味着要带极堆焊满足堆焊层下3mm处的化学成分达到石化行业中相关技术规范要求是很轻易的。9.带极电渣堆焊与带极埋弧堆焊相比特殊焊剂(高的CaF2比例,一般≥30%)。单侧焊剂供给(后方不加焊剂)。没有电弧，没有紫外线产生。敞开式焊接熔池允许焊道排出杂质、气体。相对埋弧焊，更低的焊道熔深及更小的母材稀释率水平。在连续的焊接热输入情况下，电渣焊的熔敷效率几乎两倍于埋弧焊。相对埋弧焊，更低的焊剂消耗。10.典型的带极堆焊机头结构焊剂斗导电嘴磁极送丝电极磁控线圈送丝轮电渣堆焊的导电嘴为整体水冷式。11.带极堆焊的重要焊接参数——电流焊接电流和电流密度：为获取最佳的操作工艺性能，埋弧带极堆焊及电渣带极堆焊均采用直流反接（DCEP）的电流极性。如采用直流正接（DCEN)，将导致更浅的熔深及更厚的堆焊层，则提升在焊道搭接处出现焊接缺陷的风险。同时，直流正接极性将导致更高的飞溅从而影响熔合。对于埋弧带极堆焊，标准的电流密度（每个焊带单位上的电流通量）应为20~25A/mm2,同时对于电渣带极堆焊，标准的电流密度应该为40~45A/mm2。对于埋弧带极堆焊及电渣带极堆焊时采用60mm带宽焊带情况下，标准的工作电流分别为750A及1250A。必须指出的是电流密度和焊接电流是两个相对独立的参数。如其它工艺参数保持不变，为保证连续的焊道，采用大电流时必须采用高速焊。显然这个高速也不是没有极限，因为太高的电流和焊接速度会增加稀释率和飞溅水平。同时也会影响焊道的成型。对于60mm带宽焊带，极限电流为2000A，极限电流密度为67A/mm2。熔深稀释率熔敷效率电流电流电流熔深稀释率12.带极堆焊的重要焊接参数——电压工作电压：对于埋弧带极堆焊和电渣带极堆焊来说，很重要的一点是要保证尽可能连续的电压(电源应为恒压或平特性)，一般来说：允许最大的电压波动为±1V。电压的合理选择取决于带极堆焊中所采用的焊剂。过高的电压将导致突然的飞溅及不稳定的熔合。同时过低的电压将增加短路的风险，而短路的话焊带将连在母材上。非常关键的一点是工作电压应为在机头导电嘴与工件间的实测值，因为伏特表上所显示的数值可能没有考虑到电缆线上的电压损失。熔深熔敷效率稀释率熔深稀释率电压电压电压13.带极堆焊的重要焊接参数——速度堆焊速度：堆焊速度和焊接电流同时发生作用，这个参数对堆焊层的尺寸，熔深，稀释率及焊接热输入都有相当关键的影响。对于埋弧带极堆焊，焊接速度介于10到18cm/Mmin之间，这个焊接参数可以堆出3~5mm厚的焊道。对于电渣带极堆焊，焊接速度介于15到25cm/min之间，同时采用普通的电流密度(40A/mm2)，不采用更进一步的特定的焊接工艺来矫正，这个焊接参数可以堆出3~5.5mm厚的焊道，因此可以运用到电渣带极堆焊工业应用中。当堆焊层低于3mm时,稀释率的水平将显著增加，同时焊道成型将变差，还可能出现咬边并增加飞溅。而当堆焊层厚度高于5.5mm时，将很难在搭接处保证良好的熔合并更难脱渣。焊接速度与稀释率的关系(ESW)稀释率速度焊接速度与熔深的关系(ESW)溶深速度可以看出，速度越快，焊道的厚度越薄，稀释率也越高。采用过高的焊接速度得到薄的焊道，可能会使焊缝的化学成分不合格。14.带极堆焊的重要焊接参数——干伸长干伸长度：干伸长度表示导电嘴与焊带端部之间的长度。埋弧带极堆焊的干伸长度一般介于20mm到35mm之间，同时电渣带极堆焊的干伸长度介于25mm到40mm之间。一般这个因素的影响比较小：即增加干伸长度时，稀释率会轻微下降，同时熔敷效率会轻微增加。在工业应用中，为避免虚焊及未熔合建议保证最低5~6%的稀释率。干伸长稀释率SAWESW30mm25%9%40mm20%6.4%50mm15%4.2%15.带极堆焊的重要焊接参数——焊剂高度焊剂覆盖厚度：典型情况下，焊剂覆盖厚度比带极的干伸长度要高大约5mm。在埋弧带极堆焊过程中，如果焊剂覆盖厚度过低，电弧会变得不稳定同时飞溅情况增加。如果焊剂覆盖厚度过高，焊剂会压在熔池上，给焊道留下印记，同时会增加焊剂消耗量，并抑制了熔池排气从而导致气孔产生。5mm以上干伸长母材焊剂斗焊接方向焊带送进熔渣凝固渣焊剂斗16.带极堆焊的重要焊接参数——焊接位置焊接位置:焊接位置上所允许变动的空间很小，因为焊接位置对于稀释率水平及焊道的尺寸起着相当关键的影响。另外尽管允许最大不超过3°上坡堆焊和下坡堆焊，但平焊还是最好的位置选择。稀释率筒体的旋转母材的倾斜17.磁控装置的正确使用南极电流北极磁场运动18.磁控装置的正确安装焊接方向19.不正确的磁控装置电流设置此边有咬边此时，应增加出现咬边侧的磁控装置电流或减少另一侧的磁控装置电流。不正确的焊缝凝固纹理后凝固先凝固若后凝固侧的焊缝高，说明后凝固侧的高度低(筒体是倾斜的)。20.正确的磁控装置电流设置焊接时，磁控装置的起始电流:北极3.5A南极3A。通常北极的电流应比南极高0.5~1A加磁场前加磁场后正确的焊缝凝固纹理21.不正确的磁控装置电流设置此为两侧磁控装置电流设置过高而产生的现象，此时应同时减小两侧磁控装置的电流。22.常见的焊接缺陷——成形不良产生原因:磁控装置设置错误。堆焊机头剧烈升/降(转胎不良)。电流波动过大。错误的焊道搭接。焊剂的高度太高(气体逸出困难)。解决对策:正确设置磁控装置。导电嘴表面抛光、压紧。检查地线及电源。设定正确的电流及极性。精确设定焊道搭接量。降低焊剂的高度。23.常见的焊接缺陷——夹渣产生原因：焊道的焊趾部位，形状不良。焊道的搭接量不合适。焊前的焊道清理不足。解决对策：调整焊接参数，已得到焊趾部位适当倾斜的焊道。堆焊前，保持精确的焊道搭接量(若焊趾部位不良，应采用2~5mm的小焊道搭接量)。使用钢丝刷或角磨清理焊道。易于产生夹渣不易产生夹渣24.常见的焊接缺陷——中心裂纹产生原因:使用了不正确的焊带。使用了不正确的焊剂。搭接区域的不规则焊道斜坡。焊剂高度过低。不合适的焊接参数设置。不规则的焊道表面清理。使用了过高的电流。层间温度过高。解决对策:焊接前检查所使用的焊带和焊剂。精确控制焊道的搭接量。焊剂的高度应比焊带干伸长高+5mm。开始焊接前，应固定焊接参数。表面应该清理干净。层间温度过高。24.常见的焊接缺陷——气孔产生原因:焊剂潮湿。焊剂不干净。堆焊前的表面不干净。熔池保护不良。解决对策:确保焊剂已烘干。使用再循环焊剂之前，确认清洁。焊前，清理待堆焊的表面。注意熔池的保护。25.常见的焊接缺陷——咬边产生原因:不正确的焊接参数(电压过高，焊接速度过快)。解决对策：使用正确的焊接参数(降低电压，降低焊接速度)。26.常见的焊接缺陷——沟槽产生原因:筒体旋转中发生漂移。错误的磁控装置设置。解决对策:抵消筒体旋转中的漂移。正确设置磁控装置。27.新进展——高速带极电渣堆焊要提高熔敷效率(千克/小时,平方米/小时)，必须提高堆焊速度，从而单位时间内更多的焊带被熔化，则焊接电流要相应提高。电流增加了，堆焊速度不变的话，堆焊层厚度会增加，所以为保持堆焊层的厚度不变，必须相应增加堆焊速度。然而对于不同种焊剂所允许承载的最大堆焊速度是不同的。解决的方法就是在焊剂中加入更多的CaF2，最高的速度可达45cm/min。与普通焊剂相比，高速电渣焊焊剂可以在相同时间内堆焊出两倍数量的堆焊层。堆焊的高熔敷效率甚至可高达26千克/小时及1.1平方米/小时。如采用正确的参数，最低可在5mm厚的板材上带极堆焊。问题？谢谢!!!