埋弧焊

埋弧焊过程示意图

埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。从各种熔焊方法的熔敷金属重量所占份额的角度来看，埋弧焊约占10%左右，且多年来一直变化不大。

当焊丝确定以后（通常取决于所焊的钢种），配套用的焊剂则成为关键材料，它

直接影响焊缝金属的力学性能（特别是塑性及低温韧性）、抗裂性能、焊接缺陷发生率及焊接生产率等。焊丝与焊剂的配用重量比为焊丝：焊剂=1.1～1.6，视焊接接头类型、所用焊剂种类、焊接规范参数而定。与熔炼焊剂相比，烧结焊剂用量较为节省，约可少用20%左右。

我国采用焊剂量在5万吨左右波动，其中70%约为熔炼焊剂，余为非熔炼焊剂。欧美工业发达国家以非熔炼型焊剂为主，约在80%、90%以上，但仍然有熔炼型焊剂生产销售，熔炼焊剂这种持久的生产力与其固有的一些特点有关。

近年来，在我国出现了一种钢筋的新的焊接方法，即竖向钢筋电弧——电渣压力焊。与以前的钢筋搭接手工电弧焊法相比，可节约钢材15%以上，生产率大大提高，焊接材料消耗费用也有所降低，确有取代后者的发展趋势，应用日益广泛。该方法主

要使用熔炼焊剂，它起到维弧、电渣加热、金属凝固模体等作用。目前我国熔炼焊剂的五分之一左右用于竖向钢筋的焊接。

我国的锰矿资源比较缺乏，特别是适于生产熔炼焊剂的品位高、磷含量低、铁含量低的锰矿就更少了。全国仅在广西、云南、湖南等省有锰矿矿脉，经过多年开采，符合生产焊剂的锰矿商品日渐紧张。为取代高锰渣系焊剂，研制、推广中锰、低锰焊剂已成为客观需要的紧迫任务。随着含适量锰焊丝的生产供应的扩大，中锰、低锰渣系焊剂应该有广阔的市场。

关于商品焊剂的技术性能说明，目前在行业上的通常作法是，熔炼焊剂给出其化学成分及配一种焊丝的熔敷金属力学性能，烧结焊剂只给出其渣系构成及配一种焊丝的熔敷金属力学性能。这似乎实用性不够。很少有用户对焊剂的化学成分逐批进行化学成分分析，因为除了分析方法及设备上的难度外，其结果与用户的使用要求之间尚相距甚远。

建议焊剂生产商在产品说明中提供含如下技术内容的信息。

首先是焊剂的碱度，可按IIW的推荐公式来计算。在焊接低合金高强度钢用焊剂的国家标准中，对此亦有说明，参见GB12470，《低合金钢埋弧焊用焊剂》。焊剂碱度是标志焊剂冶金性能、工艺性能、电流种类及可焊钢材等级等的第一位的技术指标。其次是提供最适合于匹配使用的几种焊丝熔敷金属的力学性能，使用户选材有较大的空间。

要特别推荐焊剂生产商提供焊剂的冶金行为图，即结构钢用焊剂对合金元素的烧损——过渡图（简指增硅量、焊丝含锰量中性点百分含量），不锈钢用焊剂的增碳倾向及铬含量的烧损——过渡图。这样，用户可根据所选用焊丝的化学成分、焊剂对含金元素的烧损——过渡影响，接头类型及焊接规范参数等因素，预测出所焊焊缝金属的化学成分及力学性能，与其待焊产品的技术要求作比较，具有直接的参考作用，就目前焊剂业生产厂家的技术能力而言，完成这样的工作确实有一定的难度，建议他们与科研单位、大型用户合作，形成能反映本企业焊剂产品特点、技术内容含量高的产品说明书。进一步说，科研单位可开发出这样的软件，供用户使用或补充已有的焊接技术计算机专家系统。 埋弧焊的主要优点

埋弧焊是当今生产效率较高的机械化焊接方法之一，它的全称是埋弧自动焊,又称焊剂层下自动电弧焊。优点： 1.生产效率高

这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因 此电弧的溶深和焊丝溶敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次溶深可达20mm）另一方面由于焊剂和溶渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失,飞溅 也少，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。 2.焊缝质量高

熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。

3.劳动条件好

除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。 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。 埋弧自动焊的过程

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。

埋弧自动焊过程如图2-11所示。

焊剂2由漏斗3流出后，均匀地堆敷在装配好的工件1上，焊丝4由送丝机构经送丝滚轮5和导电嘴6送入焊接电弧区。焊接电源的两端分别接在导电嘴和工件上。送丝机构、焊剂漏斗及控制盘通常都装在一台小车上以实现焊接电弧的移动。 焊接过程是通过操作控制盘上的按钮开关来实现自动控制的。焊接过程中，在工件被焊处覆盖着一层30－50mm厚的粒状焊剂，连续送进的焊丝在焊剂层下与焊件间产生电弧，电弧的热量使焊丝、工件和焊剂溶化，形成金属熔池，使它们与空气隔绝。随着焊机自动向前移动，电弧不断熔化前方的焊件金属、焊丝及焊剂，而熔池后方的边缘开始冷却凝固形成焊缝，液态熔渣随后也冷凝形成坚硬的渣壳。如图2-12所示。未熔化的焊剂可回收使用。

焊丝和焊剂在焊接时的作用与手工电弧焊的焊条芯、焊条药皮一样。焊接不同的材料应选择不同成分的焊丝和焊剂。如焊接低碳钢时常用H08A焊丝，配用高锰高硅型焊剂HJ431等。焊接电源通常采用容量较大的弧焊变压器。 埋弧自动焊的优点

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。 埋弧焊的安全操作技术

(1)埋弧自动焊机的小车轮子要有良好绝缘，导线应绝缘良好，工作过程中应理顺导线，防止扭转及被熔渣烧坏。

(2)控制箱和焊机外壳应可靠的接地（零）和防止漏电。接线板罩壳必须盖好。 (3)焊接过程中应注意防止焊剂突然停止供给而发生强烈弧光裸露灼伤眼睛。所以，焊工作业时应戴普通防护眼镜。

(4)半自动埋弧焊的焊把应有固定放置处，以防短路。

<5)埋弧自动焊熔剂的成分里含有氧化锰等对人体有害的物质。焊接时虽不像手弧焊那样产生可见烟雾，但将产生一定量的有害气体和蒸气。所以，在工作地点最好有局部的抽气通风设备。 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GB 986—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。

埋弧焊的工艺参数 埋弧焊的焊接参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和伸出长度等。 ①焊接电流

当其他参数不变时，焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响如图所示。 一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比。

随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。同时，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加。随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。 ②电弧电压

电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。但是电弧电压太大时，不仅使熔深变小，产生未焊透，而且会导致焊缝成形差、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。所以在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。 ③焊接速度

当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。焊接速度太大会造成未焊透等缺陷。为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。

④焊丝直径与伸出长度

当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。

当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。 ⑤焊丝倾角

焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾。倾角的方向和大小不同，电弧对熔池的力和热作用也不同，从而影响焊缝成形。当焊丝后倾一定角度时，由于电弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了预热作用，电弧对熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊缝宽而熔深变浅。反之，焊缝宽度较小而熔深较大，但易使焊缝边缘产生未熔合和咬边，并且使焊缝成形变差。

重要焊接参数对焊缝成型的影响

1焊接电流当其它条件不变时，电流是决定熔深的主要因索，增大电流能提高生产率．但在一定焊速下，焊接电流过大会使热彤响区过大，易产生焊瘤及焊件被烧穿等缺陷．

1 若电流过小，刚熔深不足，产生熔舍不好、未焊透夹渣等缺陷，并使焊缝成形变坏。 2 焊接电压其它工艺参数不变时，焊接电压是决定熔宽的主要因素。焊接电压过太 时。焊剂熔化量增加，电弧不稳，严重时会产生咬边和气孔等缺陷。

3 焊接速度其它参数不变时，焊接速度过快时，会产生咬边、未焊透、电弧偏吹和 气孔缺陷，咀及焊缝余高大而窄，成形不好；焊接速度太慢．则焊缝余高过高．形成宽而浅的大熔池，焊缝表面粗糙，容易产生满溢、焊瘤或烧穿等缺陷；焊接速度太慢而且焊接电压又太高时，焊缝截面呈“蘑菇形”，容易产生裂纹。

4焊丝直径与伸出长度焊接电流不变时，减小焊丝直径，因电流密度增加，熔深增

大．焊缝成形系数减小。因此．焊丝直径要与焊接电流相匹配。见表3—5。焊丝伸出长度 增加时、熔敷速度和金属增加。

表3—5不同直径焊丝的焊接电流范围

5 焊丝倾角单丝焊时焊件放在水平位置，焊丝与工件垂赢，当采用前倾焊时．适用 于焊薄板。焊丝后倾时．焊缝成形不良，一般只用于多丝焊的前导焊丝。

6焊剂层厚度与粒度焊剂层厚度增大时，熔宽减小，熔探略有增加，焊剂层太薄时． 电弧保护不好，容易产生气孔或裂纹；焊剂层太厚时，焊缝变窄，成形系数减小。 焊剂颗粒度增加，熔宽加大，熔深略有减小；但过大，不利于熔池保护，易产生气孔。

(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。

板厚 t/mm <25 <25 焊缝长度 /mm 300 ～ 500 200 ～ 500 定位长度 /mm 50 ～ 70 70 ～ 100 表 3 埋弧焊装配标准

3) 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。

缺陷 焊

裂纹

产生原因

防止

(1) 焊丝和焊剂匹配不当 ( 母材中含碳量高时， 熔敷(1) 焊丝和焊剂正确匹配，母材含碳量高时要 金属中的 Mn少 )

预热时要预热

缝 金 属 内 (2) 熔池金属急剧冷却，热影响区的硬化 (2) 焊接电流增加，减少焊接速度，母材预热

(3) 多层焊的第一层裂纹由于焊道无法抗拒收缩 应力(3) 第一层焊道的数目要多 而造成

(4) 沸腾钢产生硫带裂纹 ( 热裂纹 ) (5) 不正确焊接施工，接头拘束大

(4) 用 G50XUs — 43 组合 (5) 注意施工顺序和方法

(6) 焊道宽度和深度几乎相当，降低焊接电流，

(6) 焊道形状不当，焊道高度比焊道宽度大 ( 梨形焊提高电压 部

道的收缩产生的裂纹 ) (7) 冷却方法不当

气孔 (在熔 (1)接头表面有污物 池内部的气 (2)焊剂的吸潮

孔)

(3)不干净焊剂(刷子毛的混入) (1)下坡焊时，焊剂流入

(2)多层焊时，在靠近坡口侧面添加焊丝

夹渣

(3)引弧时产生夹渣(附加引弧板时易产生夹渣) (4)电流过小，对于多层堆焊，渣没有完全除去 (5)焊丝直径和焊剂选择不当

未熔透（熔化不(1)电流过小(过大) 良）

(2)电压过大(过小) (3)焊接速度过大(过小) (4)坡口面高度不当 (5)焊丝直径和焊剂选择当

缺 陷 产生原因

咬边

(1)焊接速度太快 (2)衬垫不合适 (3)电流、电压不合适

(4)电极位置不当(平角焊场合)

焊 焊瘤

(1)电流过大 (2)焊接速度过慢 缝 (3)电压太低

金 余高过大 (1)电流过大

属 (2)电压过低 表 (3)焊接速度太慢

(4)采用衬垫时，所留间隙不足 面

(5)被焊物件没有放置水平位置

余高过小 (1)电流过小

(2)电压过高 (3)焊接速度过快

(4)被焊物件未置于水平位置

(7) 进行后热

(1)接头的研磨、切削、火焰烤、清扫 (2)150～300℃lh烘干 (3)收集焊剂时用钢丝刷

(1)在焊接相反方向，母材水平放置

(2)坡口侧面和焊丝之间距离，至少要保证大于焊丝直径

(3)引弧板厚度及坡口形状，要与母材保持一样 (4)提高电流，保证焊渣充分熔化 (5)提高电流、焊接速度

(1)焊接条件(电流、电压、焊接速度)选适当 (2)平定命适的笋口甲高度 (3)选定合适焊丝直径和焊剂的种类

防 止

(1)减小焊接速度 (2)使衬垫和母材贴紧 (3)调整电流、电压为适当值 (4)调整电极位置 (1)降低电流 (2)加快焊接速度 (3)提高电压 (1)降低电流 (2)提高电压 (3)提高焊接速度 (4)加大间隙

(5)被焊物件置于水平位置 (1)堤高焊接电流 (2)降低电压 (3)降枉焊接速度

(4)把被焊物件置于水平位置

余高过窄 (1)焊剂的散布宽度过窄

(2)电压过低 (3)焊接速度过快

焊道表面不光滑 (1)焊剂的散布高度过大

(2)焊剂粒度选择不当

表面压坑 (1)在坡口面有锈、油、水垢等

(2)焊剂吸潮 (3)焊剂散布高度过大

人字形压痕 (1)坡口面有锈、油、水垢等

(2)焊剂的吸潮(烧结型)

(1)焊剂散布费度加大 (2)提高电压 (3)降低焊接速度 (1)调整散布高度 (2)选择适当电流 (1)清理坡口面 (2)t50—300℃烘干1h (3)调整焊剂堆敷高度 (1)清理坡口面

(2)150～300℃，烘干1h