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埋弧自动焊焊接工艺参数对焊缝成型影响 一、焊接材料及设备 1、Q235Q钢板 2、H08MnA焊丝 3、HJ431高锰高硅焊剂 4、埋弧自动焊焊接平台 焊接行走小车 埋弧自动焊送丝机构 5、埋弧自动焊机MZ630 输入电源： 三相 380V／50HZ 额定输入功率：46KVA 最大输入电流：67A 空载电压：79V 电流调节范围：120A／24.8V-630A／44V 额定负载持续率：60％ 适用焊丝直径：φ2／2.5／3 送丝速度：20－755cm／min 焊接速度：15－150cm／min 二、焊接原理及过程 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行的焊接方法，这种方法是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的焊丝作为填充金属而焊剂则对焊接区域起保护和合金化作用，由于焊接时电弧掩埋在焊剂层下燃烧，电弧不外露，因此称为埋弧焊 埋弧焊的焊接过程与焊条电弧焊的基本一样，热源也是电弧，但把焊丝上的药皮改变成了颗粒状的焊剂焊接前先把焊剂铺撒在焊缝上，大约40～60毫米厚,如图1所示为焊缝的形成过程。

图1 埋弧焊时焊缝的形成 1-焊丝；2-焊件；3-焊剂；4-液态金属；5-液态焊剂；6-焊缝；7-焊渣 焊接时，焊丝与焊件之间的电弧，完全淹埋在40～60毫米厚的焊剂层下燃烧靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被熔化，这样，颗粒状焊剂、熔化的焊剂把电弧和熔池金属严密的包围住，使之与外界空气隔绝焊丝不断地送进到电弧区，并沿着焊接方向移动电弧也随之移动，继续熔化焊件与焊剂，形成大量液态金属与液态焊剂待冷却后，便形成了焊缝与焊渣由于电弧是埋在焊剂下面的，故称埋弧焊（又称焊剂层下电弧焊） 当上述过程中的焊丝送进和焊丝沿焊缝向前移动两种操作均由焊机自动完成时，这就是埋弧自动焊埋弧自动焊的焊接过程如图2所示焊件接口开坡口（30毫米以下可不开坡口）后，先进行定位焊，并在焊件下面垫金属板，以防止液态金属的流出接通焊接电源开始焊接时，送丝轮由电机传动，将焊丝从焊丝盘中拉出，并经导电器而送向电弧燃烧区焊剂也从焊剂斗送到电弧区的前面在焊剂的两侧装有挡板以免焊剂向两面散开焊完后便形成焊缝与焊渣部分未熔化的焊剂，由焊剂回收器吸回到焊剂斗中，以备继续使用 图2 埋弧自动焊的焊接过程 1-焊件；2-V形坡口；3-垫板；4-焊剂；5-焊剂斗；6-焊丝 7-送丝轮； 8-导电器；9-电缆；10-焊丝盘；11-焊剂回收器；12-焊渣；13-焊缝； 三、焊接工艺参数的选择方法 （1）焊接工艺参数的选择依据 焊接工艺参数的选择是针对将要投产的焊接结构施工图上标明的具体焊接接头进行的根据产品和相应的技术条件，下列原始条件是已知的: 1）焊件形状和尺寸(直径、总长度)；接头的钢材种类和厚度。

2）焊缝的种类（纵缝、环缝）和焊缝的位置（平焊、横焊、上坡焊、下坡焊） 3）接头的形式（对接、角接、搭接）和坡口形式（Y形、X形、U形坡口等） 4）对接头性能的技术要求，其中包括焊后无损探伤方法，抽查比例以及对接头强度、冲击韧度、弯曲、硬度和其他理化性能的合格标准 5）焊接结构（产品）的生产批量和进度要求 （2）焊接工艺参数的选择程序 首先可选定埋弧焊工艺方法，单丝焊还是多丝焊或其他工艺方法同时依据焊件的形状和尺寸可选定细丝埋弧焊还是粗丝埋弧焊例如小直径圆筒的内外环缝应采用φ2mm焊丝的细丝埋弧焊，厚板破口对接接头纵缝和环缝采用φ4mm焊丝的埋弧焊，船形位置厚板角接接头通常采用φ5mm、φ6mm焊丝的粗丝埋弧焊 焊接工艺方法选定后，即可按照钢材、板厚和对接头性能的要求选择适合的焊剂和焊丝牌号，对于厚板深坡口或窄间隙埋弧焊接头，应选择既能满足接头性能要求又具有良好工艺性和脱渣性的焊剂 第三根据所焊钢材的焊接性试验报告，选定预热温度、层间温度、后热温度以及焊后热处理温度和保温时间最后根据板厚，坡口形式和尺寸选定焊接参数（焊接电流、电弧电压和焊接速度）并配合其他次要工艺参数。

四、焊接工艺参数的选择及确定 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： H = kmI km为电流系数，决定于电流种类、极性及焊丝直径等表1给出了各种条件 下的km值 表1 各种条件下的km值 焊丝直径/mm 电流种类 焊剂牌号 km值（mm/100A） T形焊缝及开坡口的对接焊缝 堆焊及不开坡口的对接焊缝 1.1 1.0 1.1 1.0 1.15 5 2 5 5 5 交流 交流 直流正接 直流正接 交流 HJ431 HJ431 HJ431 HJ431 HJ430 1.5 2.0 1.75 1.25 1.55 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30%－50%，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2 表2 不同直径焊丝的焊接电流范围 焊丝直径/mm 焊接电流/A 2 200-400 3 350-600 4 500-800 5 700-1000 6 800-1200 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(即是指单道焊时,在焊缝横截面上母材熔化部分所占的面积与焊缝全部面积只之比)此外，通过开坡口还可改善熔池的结晶条件 五、焊接工艺参数对焊缝成型的影响 埋弧焊的工艺参数主要是焊接电流、电弧电压和焊接速度它们对焊缝的形状和尺寸有较大的影响其他参数还有焊丝直径、焊丝伸出长度、焊丝倾角、电流种类和极性等。

(1)焊接电流I及电流极性对焊缝成形的影响 1）焊接电流I的影响当其他工艺参数不变时，焊接电流对焊缝成形的影响如图3所示 图3 焊接电流对焊缝成形的影响 焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素在一定范围内，焊接电流增加时，焊缝的熔深H和余高h都增加，而焊缝的宽度增加不大增加焊接电流能提高生产率，但在一定的焊速下，若焊接电流过大，会使热影响区宽度B增大，并产生过热组织，使接头韧性降低；此外还会使焊缝产生咬边、焊瘤或烧穿等缺陷若焊接电流过小，则熔深不足，易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷，使焊缝成形变坏，有时甚至像一条爬在钢板上的小肉虫 2）电流种类与极性的影响采用直流正接时，熔敷速度比反接高30%～50%，但熔深较浅，降低了熔敷金属中母材的百分比，常用于堆焊，或为防止母材熔合比过大而产生热裂纹 采用直流反接时，熔深较大，但熔敷速度较低一般情况下都采用直流反接 例如用直径5mm的焊丝，焊接电流为600A直流电，以30m/h速度施焊时，直流反接的熔深为8mm，而正接的熔深只有5mm采用交流电施焊时，熔深和熔敷 速度介于直流正、反接之间 3）焊接电流与电压及焊速的关系。

为保证合适的熔深和美观的焊缝，除选择合适的焊接电流外，还需保持焊接电流、电弧电压和焊接速度三个工艺参数的合适匹配关系,焊接电流与电弧电压的匹配关系见图4 为保证焊缝成形美观，焊接电流增大时，应适当提高焊接电压，与每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不能超过lOV(合适的焊接电压的最大值与最小值之差)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最大范围，焊缝成形变坏焊接电流与焊接速度的关系见图 5 图4焊接电流与电弧电庄的匹配关系 图5焊接电流与焊接速度的关系 与焊接电流有一个对应的焊接速度范围，在此范围内焊缝成形美观，当焊接速度超过与焊接电流匹配的对应值时，焊缝出现咬边缺陷 (2)电弧电压的影响 当其他参数不变时，电弧电压对焊缝成形的影响见图6 图6电弧电压对焊缝成形的影响 电弧电压是决定熔宽的主要因素电弧电压增加时，弧长增加，熔深减小，焊缝变宽，余高减小焊接电压过大时，电弧不稳，严重时会产生咬边和气孔等缺陷 请注意：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的比值增加，过渡到熔敷金属中的合金元素会增加。

图7给出了采用高锤、高硅焊剂进行埋弧焊时，焊缝中的硅、锺含量与电弧电压的关系 图7 电弧电压对熔敷金属中Si、Mn含量的影响 (3)焊接速度v的影响 1）对焊缝成形的影响当其他参数不变时，焊接速度对焊缝成形的影响见图 8 焊接速度增加时，熔深H和熔宽B都减小，但焊接速度过高时，会产生咬边、未焊透、电弧偏吹和气孔等缺陷，焊缝余高大而窄，成形不好焊接速度太慢，则焊缝余高大，熔池浅而宽，焊缝表面粗糙，容易产生满溢、焊瘤或烧穿等缺陷 若焊速过慢，焊接电压又太高时，焊缝截面呈蘑菇形，容易产生裂纹 2）焊接速度对熔合比的影响其他条件不变时，焊接速度越高，熔合比越大，详见图9 图8焊接速度对熔合比的影响 图9焊接速度对焊缝成形的影响 1—堆焊和I形坡口对接j=70～100A/m㎡； 2—堆。