焊接安全技术：第三章 焊接方法及安全

第三节 埋弧焊
　　一、埋弧焊的原理及特点

　　1．埋弧焊的工作原理
　　埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。在焊剂层下，电弧在焊丝末端与焊件之间燃烧，使焊剂熔化、蒸发，形成气体，在电弧周围形成一个封闭空腔，电弧在这个空腔中稳定燃烧，焊丝不断送人，以熔滴状进人熔池，与熔化的母材金属混合，并受到熔化焊剂的还原、净化及合金化作用。随着焊接过程的进行，电弧向前移动，熔池冷却凝固后形成焊缝，密度较轻的熔渣在熔池的表面，有效地保护熔池金属，冷却后形成渣壳。如图3-6所示。

　　埋弧焊的焊接回路包括焊接电源、焊接电缆、导电嘴、焊丝、电弧工件等环节。埋弧焊有自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种。自动埋弧焊的焊丝送进和电弧移动都由专门的机头自动完成；而半自动埋弧焊的焊丝送进由机械完成，电弧移动则由人工进行，其目前已很少采用。

　　2．埋弧焊的特点
(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。
　　(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。

二、埋弧焊机

通用自动埋弧焊机都采用焊车式行走机构，适合于焊接平板对接焊缝、船形位置角焊缝及内外环焊缝等。目前有4种通用焊车式自动埋弧焊机可供选用。主要技术数据见表3-11。

　　1．等速送进式埋弧焊机
　　最典型的等速送进式自动埋弧焊机是MZ1-1000，它是由电源、控制箱、焊接小车三部分组成。焊接过程中，焊丝送进速度不变，这种焊机依靠电弧自动调节作用来维持弧长不变。在正常情况下，焊丝的熔化速度等于送丝速度，弧长为一定的数，其他工艺参数也不变化。当有外界干扰时，如焊件不平整或焊到有定位焊缝处时，会引起弧长发生改变，如使弧长缩短，该焊机使用了具有下降特性的电源，电弧变短后，焊接电流会自动增加。电流增加会使焊丝熔化速度加大，熔化速度就会大于送丝速度，其结果是弧长要变长，直至恢复到原来的弧长，焊接电流也逐渐低到原来的数值，又恢复到原来和送丝速度等于熔化速度的平衡状态，各工艺参数均不再发生变化。反之，当弧长变短时，焊接电流要减小，焊丝熔化速度降低，小于送丝速度，会使弧长变短，焊接电流逐渐增加，各工艺参数恢复到原来的数值。
　　这种电弧自动调节作用的强弱与焊丝直径、焊接电流值有关。其选用的焊接电源应具有缓降外特性。

　　2．均匀调节式自动埋弧焊机
　　最典型的均匀调节式埋弧焊机是MZ-1000，由焊接电源、控制箱和焊接小车组成。
　　均匀调节系统也称电弧电压调节系统。调节过程如下：受外界干扰弧长增加时，由于电弧电压增加，在此信号作用下，焊接小车自动提高送丝速度使其大于熔化速度，直至恢复到原来弧长为止。反之，弧长变短时，自动控制系统根据电弧电压信号自动降低送丝速度，使其小于熔化速度，直到恢复到原来的弧长为止。
　　均匀调节过程和焊接电流大小无关，因此，均匀调节式埋弧焊机可使用各种直径的焊丝，且焊接工艺参数较为稳定。其所选电源应具有陡降外特性。

　　三、焊丝和焊剂

　　l．焊丝
国家标准《熔化焊用钢丝》(GB／T1495—94)、《气体保护焊用钢丝》(GB／T14958—94)和《焊接用不锈钢丝》(YB／T5092—96)中对气焊、埋弧焊、电渣焊和气体保护焊用焊丝进行了规定。埋弧焊焊丝直径主要有：Φ2．5mm，Φ3．2mm，Φ4mm，Φ5mm，Φ6mm。
　　焊丝为高级体质品时，其品级符号为E，表示S、P含量不大于0．025％。
　　焊丝为优质品时，用符号A标注，表示S、P含量不大于0．030％。
　　焊丝不加符号标注时，是指S、P含量不大于0．040％。　　

　　2．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 通常将焊剂按制造方法不同分成熔炼焊剂、烧结焊剂和陶质焊剂三种。其中熔炼焊剂是将各种配料在电炉中熔炼，然后水冷粒化、烘干而制成。烧结焊剂则是将配料加入黏结剂，在400～1000℃间烧结粉碎而成。陶质焊剂又称黏结焊剂，是配料加黏结剂在低温下黏化而成。在生产中熔炼焊剂使用最广泛。

　　四、不安全因素

　　埋弧焊机操作盘的电器一般都是安全电压，但是控制箱上有380V或200V电源，所以控制箱必须接地。此外，由于埋弧自动焊的电流较大，一旦焊剂对电弧掩埋不良，弧光就会严重刺激焊工的眼睛，故应注意防护。

　　五、埋弧自动焊操作规程

　　1．准备工作
　　(1)熟悉被焊工件的焊接工艺，了解焊缝位置、尺寸和技术要求，合理选择焊接方法。
　　(2)全面检查设备。导线应绝缘良好，各连接部位不得松动，控制箱、电源外壳应接地。焊接小车的胶轮应绝缘良好，机械活动部位应及时加润滑油，确保运转灵活。
　　(3)检查焊丝、焊剂的牌号、规格及质量是否符合要求，焊剂使用前必须进行250℃烘烤2h。
　　(4)检查焊件的装配质量及坡口清理情况，要求坡口内及两侧30mm范围内不得有焊渣、油、锈等脏物。
　　(5)装好引弧板和引出板，板件尺寸为160mm×150mm×s(长×宽×产品厚度)，其材质、厚度、坡口形式应与产品相同。

　　2．安全技术
　　(1)操作时应穿戴绝缘鞋、手套和护目镜。对于固定台位，可加绝缘挡板隔热，并有良好的通风设施。
　　(2)要求焊接小车周围无障碍物，焊剂要干燥。若焊剂潮湿，应做烘干处理，否则会产生大量的蒸汽，从而加大熔渣飞溅，易造成烫伤。
　　(3)在焊接过程中，要注意防止突然停送焊剂造成弧光辐射。

　　3．焊接工艺
　　埋弧自动焊的工艺参数，主要是指焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度、焊丝与焊件表面的相对位置、电源种类和极性、焊剂种类以及焊件的坡口形式等。这些参数影响着焊缝的形状系数和熔合比，从而决定了焊缝的质量。
(1)焊接电流和电弧电压 焊接电流主要影响焊缝的熔深和计算厚度，而电弧电压主要影响焊缝的熔宽。焊接电流及电弧电压对焊缝成形的影响，如图3-7及图3-8所示。

图3-7  焊接电流对焊缝成形的影响

图3-8 焊接电压U对焊缝成形的影响

　　电流过大，熔深(H)和余高(h)过大，焊缝形状系数下降，易产生热裂纹，焊接过程中甚至引起烧穿；电流过小，易产生未焊透夹渣等缺陷。
　　电弧电压过大，熔宽(B)显著增大，但是熔深(H)和余高(h)会减小，由于电弧过长，电弧燃烧就不稳定，易造成焊缝气孔和咬边缺陷，同时焊剂熔化量也增加，造成浪费；电弧电压过小，熔深(H)和余高(h)就加大，形状系数下降。
为了获得满意的焊缝成形，焊接电流与电弧电压应匹配好其匹配情况，见表3-12。

　　(2)焊接速度 焊接速度过大，熔宽(B)显著减小，会产生余高(h)小、咬边、气孔等缺陷；焊接速度过慢，熔池满溢，会产生余高(h)过大、成形粗糙、未熔合、夹渣等缺陷。
　　焊接速度较大时，熔深(H)随焊接速度的增加而减小；而当焊接速度较小时，随着焊接速度的增加，熔深(H)反而增加。
(3)焊丝直径和伸出长度 焊接电流一定时，减小焊丝直径，电流密度增加，电弧对熔池底部吹力增大，熔深也相应增加，焊缝形状系数减小，不同直径焊丝常用的电流范围见表3-13。

　　埋弧自动焊时，焊丝的伸出长度一般为30～40mm。同时在焊接过程中还应控制焊丝伸出长度的波动范围一般不超过10mm左右。