第七模块 埋弧自动焊 重点：1.埋弧自动焊的原理及特点； 2.埋弧自动焊的设备组成及作用； 3.埋弧自动焊常用焊接材料； 第七模块 埋弧自动焊 重点：1.埋弧自动焊的原理及特点； 2.埋弧自动焊的设备组成及作用； 3.埋弧自动焊常用焊接材料； 4.埋弧自动焊基本操作技术。 难点：埋弧自动焊的设备组成及作用

一、埋弧焊原理的基本知识 （一）埋弧焊的原理及特点 1.埋弧焊的原理 埋弧焊焊缝形成过程如图1所示。连续送进的焊丝在一层可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧。当电弧热使焊丝、母材和焊剂熔化以致部分蒸发后，在电弧区便由金属和焊剂蒸气构成一个空腔，电弧就在这个空腔内稳定燃烧。空腔底部是熔化的焊丝和母材形成的金属熔池，顶部则是熔融焊剂形成的熔渣。电弧附近的熔池在电弧力的作用下处于高速紊流状态，气泡快速溢出熔池表面，熔池金属受熔渣和焊剂蒸气的保护不与空气接触。随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。焊接时焊丝连续不断地送进，其端部在电弧热作用下不断的熔化，焊丝送进速度和熔化速度相互平衡，以保持焊接过程的稳定进行。

图1 埋弧焊过程 1—焊剂 2—焊丝 3—电弧 4—熔化金属 5—熔渣 6—焊缝 7—母材 8—渣壳 9—导电嘴

2.埋弧焊特点 （1） 优点 ①生产率高； ②焊接质量好； ③节约材料与电能； ④劳动条件好。 （2) 缺点 ①无法进行立焊、横焊或仰焊； ②机动灵活性差，只适用于焊接较长的或圆周焊缝，无法焊接不规则的焊缝； ③无法焊接1mm以下的薄板； ④难以焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。 3.埋弧焊的应用范围 目前主要用于焊接各种钢板结构。可焊的钢种包括碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢及复合钢材等。 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。

（二）、埋弧焊焊机 是埋弧自动焊的基本设备。在焊接过程中。它既能供给焊接电流，又能引燃和维持电弧，并可自动送进焊丝、供给焊剂，还能沿焊件接缝自动行走，完成焊接过程。 1. 对埋弧焊机的要求 （1）自动引弧并保持电弧稳定。 （2）按预定速度给送焊丝。 （3）电弧按预定的方向及速度行走。 （4）能调节焊接电流与电弧电压。 （5）控制焊机的引弧、焊接和熄弧停机的操作过程。

常用的埋弧自动焊机主要有MZ—1000、MZ1—1000型两种。现以MZ—1000型自动焊机为例介绍。 2.埋弧焊机的组成 常用的埋弧自动焊机主要有MZ—1000、MZ1—1000型两种。现以MZ—1000型自动焊机为例介绍。 MZ—1000型埋弧自动焊机主要由MZT—1000型自动焊接小车和MZP—1000型控制箱及BX2—1000型焊接变压器三部分组成。相互之间由电缆线和控制线连结在一起；焊机的工作情况如图2所示。 图2 埋弧自动焊机的工作情况示意图

（1）MZT—1000型自动焊接小车 它由机头，控制盘，焊丝盘、焊剂漏斗和台车等五部分组成（图3、4）。 机头上装有焊丝输送机构，焊丝矫直机构，导电机构和调整机构等。 （2）MZP—1000型控制箱 控制箱内装有电动机一发电机组以供给送丝用和台车用直流电动机所需的直流电源。控制箱内还安装有中间继电器、交流接触器、变压器，整流器、镇定电阻等。在控制箱正面的一侧上装有一个操纵用的三相电源转换开关和控制线插座，另一侧接动力电源和控制电源。

图3 MZT-1000型自动焊车外形

图4 MZT-1000型自动焊车可调节部位示意图

（3）焊接电源 采用交流电源时，一般配用BX2—1000型焊接变压器，若采用直流焊接电源时，可配用具有相当功率并具有陡降外特性曲线的直流电源(旋转式直流电焊机或硅整流电源)，生产中多采用．AXl—500型直流电焊机，可单台或多台并联使用。 BX2—1000型交流焊接变压器，其焊接电流可在400～1200A范围内均匀调节。 在用直流电焊机或焊接硅整流器并联使用时，两台焊机应具有相同的外特性曲线并且两台焊机的空载电压应相等。否则并联以后，困鲞载电压不等，则在并联圊路中产生短路环流。但如果外特性曲线不一样，刚负载匹醒不均匀。无论哪一种情况出现，都等于增加焊机的负载。严重时可烧坏焊机。

1—自动焊小车2—横臂3—横臂进给机构4—立柱5—齿条6—行走台车7—钢轨 3.埋弧自动焊的辅助设备 （1）焊接操作机 它是将焊机准确地保持在待焊部位上，并以给定的速度均匀移动焊机。通过它与埋弧自动焊机和焊接滚轮架等设备配合，可以方便地完成内外环缝、内外纵缝的焊接，与焊接变位器配合，可以焊接球形容器焊缝等。 焊接操作机以伸缩臂式（图5 ）通用性最好，功能最全。 图5 伸缩臂式焊接操作机示意图 1—自动焊小车2—横臂3—横臂进给机构4—立柱5—齿条6—行走台车7—钢轨

1—自动焊小车2—横臂3—横臂进给机构4—立柱5—齿条6—行走台车7—钢轨 图5 伸缩臂式焊接操作机示意图 1—自动焊小车2—横臂3—横臂进给机构4—立柱5—齿条6—行走台车7—钢轨

（2）焊接滚轮架 焊接滚轮架是靠滚轮与焊件问的摩擦力带动焊件旋转的一种装置，适用予筒形焊件和球形焊件的纵缝与环缝的焊接。焊接滚轮架由机架和机架上的滚轮组成，滚轮有钢轮、橡胶缘钢轮及组合轮等多种形式。一般载重50t以内的用橡胶缘钢轮，面载重50t以上的采用组合轮。焊接滚轮架大都采用无级调逮，主动滚轮叶缘的线速度即为焊件的焊接速度。球形焊件的焊接采用全主动滚轮架。 为了保证滚轮架运行安全可靠及焊件转速均匀稳定，应使焊件截面中心与两个滚轮中心连线的夹角在50～110°的范围内（图6）。超出这个范围时，应该调节滚轮中心距，或更换滚轮架。 采用滚轮架焊接环缝时，往往会出现焊件转向窜动，使焊丝偏离焊接部位，焊接多层环缝时，轴向偏移更为严重。产生的原因是； ①焊件本身存在锥度。 ②滚轮架的制造和安装精度不高。

图6 焊件直径与滚轮中心距的关系

4.埋弧焊机的自动调节原理 （1）自动调节的必要性 1）使电弧静特性发生变化的外界干扰（弧长波动） ①送丝速度不均匀； ②焊炬相对于焊缝表面距离的波动； ③焊材、母材及电极材料成分不均或污染物等，引起的弧柱气体成分及平均电离电压和弧柱电场强度的波动。 2）使电源外特性发生变化的外界干扰（网压波动） 焊机供电网路中负载突变。 （2）电弧自身调节系统 是利用电弧焊时焊丝的熔化速度与焊接电流和电弧电压之间固有的关系这一规律自动进行的。能实现电弧过程等参数量的自动检测和相应调节动作，以维持这一参数恒定不变的装置。适用于等速送丝式焊机。配用缓降或平外特性的焊接电源。

（3）电压反馈自动调节系统（均匀调节系统） 是利用电弧电压反馈来控制送丝速度的。在受到外界因素干扰时，通过强迫改变送丝速度来恢复弧长。调节对象输出与输入之间没有外部反馈联系的系统。 适用于等速送丝式焊机。配用具有陡降外特性的焊接电源。还应具较高的空载电压。

1. 焊丝 2. 焊剂 （1）焊剂的作用 （三）埋弧焊用焊接材料 焊接低碳钢常用焊丝为H08A； 焊接重要产品时可选用08MnA;H08Mn2SiA 。 2. 焊剂 （1）焊剂的作用 ①机械保护； ②冶金处理； ③改善焊接工艺性； ④改善热规范。

（2）焊剂的分类

（3）焊剂的牌号 HJ × × × 同一类型的不同编号 焊剂中的二氧化硅、 氟化钙含量 焊剂中的氧化锰含量 熔炼焊剂 ★第一位数字的编排方法见表7-2； ★第二位数字的编排方法见表7-3。

焊剂牌号的编排方法

3. 焊接低碳钢的焊丝与焊剂 焊接低碳钢，一般用低碳钢焊丝（H08A）配合高锰高硅低氟焊剂(HJ431或HJ430)。

（四）埋弧焊主要参数 1、焊接电流 焊接电流直接决定着焊丝的熔化速度和焊缝的熔深。当电流由小列大 增加时，焊丝熔化速度增加，同时，电弧吹力增加，焊接生产率提高，熔深显著增大，熔宽 略有增大。但电流过大时，会造成焊件烧穿，焊件变形增大。 2、焊接电压 电弧电压与电孤长度成正比。电弧电压增高就是电弧长度增大，电弧 对焊件的加热面增大，因而焊缝熔宽加大。熔深和余高略减小。反之，电弧电压降低，则焊 缝的熔宽相应减小，而熔深和余高增大。

3、焊接速度 焊接速度对熔宽和熔深有明显影响。焊接速度在一定范围内增加时，熔深减小，熔宽也减小，余高略增大。焊接速度过高会造成未焊透、焊缝粗糙不平等缺陷，焊接速度过低则会形成焊缝不规则和央渣、烧穿等缺陷。 4、焊丝直径与伸出长度 当焊接电流一定时，焊丝直径越粗，则其电流窗虞越小，电弧吹力也小。因此，熔深减小，熔宽增加，余高减小。反之直径越细，电流密度增加，则电弧吹力增强，熔深增加，而且也容易引弧。 焊丝伸出长度是从导电嘴端算起，伸出导电嘴外的焊丝长度。焊丝伸出愈长，电阻增加，焊丝熔化速度加快，使焊缝余高增加。伸出长度太短，则可能烧坏导电嘴。在细焊丝时，其伸出长度，一般为直径的6～10倍。

5、焊丝倾角 大多数情况下，埋弧自动焊的捍丝与焊件相垂直。当焊丝与焊件不垂直时，焊丝与已完成的焊缝成锐角，称为前倾，成钝角称为后倾。焊丝倾斜对焊缝成形有明显影响。 焊丝前倾时，焊接电弧将熔池金属推到电弧前方，这样使电弧不能直接作用于母材金属上。因此随着前倾角的增大，熔深显著减小，熔宽显著增加，余高减小，反之当焊丝后倾时，熔深增加，而熔宽破小，余高增加。利用焊丝倾角这一特点，在高速焊时，采用前倾角。以增大熔深，保证焊缝平滑，不产生咬边。而在铜垫上焊接5mm以下的薄板时，采用后倾角(20°)

6、焊件位置 焊件倾斜时，使焊接方向有下坡焊或上坡焊之分。当下坡焊时，熔宽增大，熔深减小，它的影响与焊丝前倾相似。上坡焊时，熔深增大，熔宽减小，它的影响与焊篓后倾相似。无论是上坡焊还是下坡焊，一般倾角不宜大予6～8°。 7、焊剂层厚度与粒度 焊剂粒度对焊缝形状影响规律是：焊剂粒度增大时，熔深略减小，熔宽略增加，余高略减小。

二、埋弧焊基本操作技术 （一） 接头形式与坡口尺寸(GB986-88) 主要接头形式是对接接头与角接头。 1．坡口型式 埋弧自动焊由于焊接电流大，电弧具有较大的穿透力，厚度较大的焊件，不开坡口就可焊透。一般厚度在14mm内的板材可采用不开坡口双面焊。超过14mm以后，须开坡口焊接。方法有两种：一种是焊前不开坡口，正面焊好之后，反面用碳弧气刨清根后再焊接，另一种是开单面V型坡口焊接。板厚20mm时，常开V型或X型坡口。板厚38mm以上时，为了减少焊缝填充量常开X或U型坡口。埋弧焊时，坡日可以留较大的钝边。 2．坡口加工 由于埋弧焊电流大，焊接速度高，无法象手工电弧焊那样可以通过采取适当的运条方法来弥补坡口精度不良的影响。因此，对坡口的加工精度要求较高。一般埋弧自动焊时其坡口精度和装配阐隙应保证如下要求：坡口角度公差±5°。钝边尺寸公差±1mm。装配间隙≤0.8mm。

（二）装配定位焊、引弧板与引出板 1．装配定位焊 焊件的焊前组合装配应尽可能使用夹具，以保证定位焊的准确性。一般情况下，定位焊结束后，应将夹具拆除。若需带夹具进行焊接时，夹具应离焊接部位远些，以免焊上。轻而薄的焊件采用夹具固定或定位焊固定均可；而中等厚度或大而重的焊件，必须采用定位焊固定。由于定位焊的目的是保证焊件周定在预定的相对位置上，故要求定位焊缝应艟承受结构自重或焊接应力而不破裂。而自动焊时，第一道焊道产生的应力比手弧时要大得多。 定位焊后，应及时将焊道上的渣壳清除干净，同时还必须检查有无裂纹等缺陷产生。如果发现缺陷，应将该段定位焊道彻底铲除，重新施焊。 焊件定位焊固定后，如果接口间隙在0.8～2mm时，可先用手弧焊封底，以防自动焊时产生烧穿。如果根部间隙超过2mm时，则应去除定位傅道，并用砂轮等工具对坡口面进行整形以后再行组装。定位焊后的焊件，应尽快进行埋弧自动焊。

2．引弧板与引出板 埋弧自动焊时，由于在焊接的起始阶段工艺参数的稳定和使焊道熔深达到要求数值，需要有个过程，而在焊遗收尾时，由于髂池冷却收缩易出现弧坑。这两种情况都会影响焊接质量，甚至导致缺陷产生。为了弥补这个不足，在非封闭焊缝的焊接中，通常都要在焊俘接口的两端分别采用引弧板和引出板。焊接结束以后，将这两块板用气割或机械法切割去掉。引弧板和引出板的厚度应与焊件相等，长度100～150mm，宽度75～100mm。保证引弧板和引出板有足移的长度和宽度，才可避免焊剂的流散。当焊件长度较短时，可以将几组相同的短焊件用过渡板连 接起来。当作一条长焊缝进行焊接(图7)。这样还可减少引弧板和引出板的数量，竞分发挥埋弧自动焊快建高效的特点。 焊接环缝时，应使焊道重叠一段再收弧，这样，既可保证引弧处焊件熔透，又可避免弧坑，因此，不需另加引弧板和引出板。

图7 加过渡板的定位焊示意图

（三）对接焊缝的焊接 1．焊前检查 检查焊机控制电缆线接头有无松动，焊接电缆是否连接妥当。导电嘴是易损件，检查它的磨损、导电情况和是否夹持可靠。焊机要作空车调试，检查各个按钮、旋钮开关，电流表和电压表等是否工作正常。实测焊接速度，检查离合器能否可靠接合与脱开。 2．清理焊丝、焊件与烘干焊剂 对焊丝表面的油、锈严格除净，要按顺序盘绕在焊丝盘内。由于埋弧自动焊对焊件表面的清理(如除清水分、油污、铁锈，定位焊道的熔渣等)比手弧焊要求高，其中对接口根部表面的污染特别敏感。因此，对接n根部的清理要彻底，并且应在装配定位焊之前进行，否则，无法清理干净。对附着在坡口或接口表面附近的气割熔渣，也应彻底清除干净。对于重要的接头，如果清理后又生了锈，则必须在定位焊之前再用砂轮或其它方法将坡口两侧表面20～30mm的宽度内的锈除干净，以确保焊接质量。 焊剂中的水分在使用之前必须除到最低含量，因此，焊前要进行烘干。烘干温度为300±10℃，保温1.5h，然后随取随用。

3．基本操作训练 (1)空车练习 接通控制箱电源，使控制箱工作。将焊接小车上按钮扳到“空载”位置。 ①电流调节 分别按下按钮中的“增大”或“减小”按钮，弧焊变压器中的电流调节器即可动作，通过电流指示器(在变压器外壳上)可以预知电流的大致数值(真正的电流数值，要在焊接时通过电流表读出)。电流调节也可通过变压器外壳侧面的一对按钮，以同样的方法进行调节。 ②焊丝送进速度调节 分别按下按钮中的“向上”或“向下”按钮，焊丝即可向上或向下运动。调节旋钮“1”可改变送丝速度。 ③台车行走速度调节 按下离合器，将旋钮转到向左或向左位置，焊车却可前进或詹退运动。调节旋钮可改变行走速度。

（2）引弧和收弧练习 ①准备 取厚度10mm钢板，沿长度方向划-一条粉线作为准线。接通控制电源和焊接电源。将控制盘上的“电弧电压”和“焊接速度”旋钮调到预定位置。将焊车推到实习焊件的待焊部位，用焊丝“向上”或“向下”按钮调节焊丝，使焊丝末端与焊件接触(达到机头略有往上顶起的趋势)。闭合离合器。将“空载一焊接”开关拨到“焊接”位置，行车方向开关拨到需要的焊接方向。将焊接方向指示针按焊丝同样位置对准需焊部位，指示针端部与焊件表面要留出2～3mm间隙，以免焊接过程中与焊件碰擦。指示针比焊丝超前一定的距离，以避免受到焊剂的阻挡而影响观察。由于指示针相对接缝的位置就是熳丝相对接缝的位置，所以，指针调准以后，在焊接过程中不能再去碰动，否则会造成错误指示面使焊缝焊偏。最后打开焊剂漏斗阀门，焊剂堆满预焊部位，即可开始焊接。

②引弧 按起动按钮，焊接电弧日j燃，并迅速进入正常焊接过程。如果按起动按钮后，电弧不能引燃，焊丝将机头顶起，表明焊丝与焊件接触不良，需重新清理焊丝。 ③收弧 按下停止按钮应分两步：开头轻按使焊丝停送，然后按到底，切断电源。如果焊丝送进与焊接电源同时切断，就会由于送丝电动机的惯性继续下送一段焊丝，则焊丝插入金属熔池之中，发生焊丝与焊件粘住的现象。当导电嘴较低或焊接电压过高时，采用上述方法停止焊接，电弧可能返烧到导电嘴，甚至将焊丝与导电嘴熔化在一起。建议练习时采用焊接结束之前，一只手放在停止按钮上，另一只手放在焊丝向上按钮上，先将停止按钮按到底，随即按焊丝向上按钮，将焊丝立即抽上来，避免焊丝与熔池粘住。 通过练习，要求引孤成功率高，且引弧点位置准确，要求收弧时不粘焊丝或烧导电嘴。

（3）焊件架空平敷焊练习 取厚度10mm的焊件，沿500mm长度方向，每隔50mm划一道粉线，此线即作为平敷焊焊道的准线。将此实习件置于央具上，垫空，使实习焊件处于架空状态焊接。然后按以下工艺参数进行直线平敷架空练习。焊丝H08A,直径4mm，焊剂431，焊接电流640～680A，焊接电压34~36V，焊接速度36~40m／h。 焊接过程中，应随时观察控制盘上的电流表和电压表的指针，导电嘴的高低、焊接方向指示针的位置和焊道成形。一般，电压表的指针是很稳定的，容易从表盘上读出电压值。但电流的指针往往在一个小范围内摆动，指针摆动范围的中心位置，是实际的焊接电流指示值。焊接时，§n果发现工艺参数有偏差和焊缝成形不良时，可根据需要作如下调节：

用控制盘上的“电弧电压”旋钮调节焊接电压；用控制盘上的焊接电源遥控按钮调节焊接电流，用焊接盘上的“焊接速度”旋钮调节焊接速度；用机头上的手轮调节导电嘴的高低；用小车前侧的手轮调节焊丝相对于准线的位置，但必须注意，进行这项调节时，操作者所站位置要与准线对正，以防偏斜。 观察焊缝成形时，应注意要等焊缝凝固并冷却后再除去渣壳，否则焊缝表面会强烈氧化和冷却过快，对焊缝性能带来不利影响。要随时注意焊件熔透程度，可观察焊件反面的红热程度，8～14mm厚的焊件，背面出现红亮颜色，则表明焊透良好。若红热情况没有达到上述现象，可适当增加焊接电流或适当调节其它参数。如发现焊件有烧穿迹象，应立即停弧，或适当加快焊接速度，也可调小焊接电流。焊接结束后，要及时回收未熔化的焊剂，清除焊道表面渣壳，裣查焊道成形和表面质量。 通过平敷焊练习要进一步掌握引弧和收孤曲操作要领及焊接过程中灵活调整焊接工艺参数的技巧。

4. 不开坡口的平对接直缝焊接 （1）不开坡口不留间隙的平对接直缝焊 ①架空焊件背面不加衬垫焊法 取10mm厚的碳钢板按图7.8所示进行装配定位焊。定位焊时采用E4303（结422）焊条，直径4mm，焊接电流180~210A，以手工电弧焊方式进行。然后将焊件按图7.9所示进行架空状态焊接。 图7.8 不开坡口不留间隙 的平对接直缝焊件 图7.9 架空焊件示意图 1—夹紧力2—焊丝3—焊剂4—焊件5—支撑垫

②保留垫板焊接法 所谓保留垫板焊接法，是在焊接时将衬垫置在对接接口的背面。通过正面第一道焊缝的焊接，将衬垫一起熔化并与焊体永久连接在一起。该垫板称为保留垫板。此焊接方法称作保留垫板焊接法。因此，保留垫板的材料应与焊件一致。该法适用于受焊件结构形式或工艺装备等条件限制，而无法实现单面焊双面成形的场合。保留垫板或锁底焊接接头的接头形式如图7.10所示。 图7.10 有保留垫板和锁底对接的接头形式 a)保留垫板对接 b)锁底对接

（2）不开坡口留间隙的对接直缝焊 取10mm厚低碳钢板，每组二块，并用引弧板和引出板，采用E4303（结422），直径4mm的焊条以手工电弧焊方式进行定位焊（图7.11）作为实习焊件。 图7.11 不开坡口留间隙的对接直缝焊焊件

焊接时，采用焊剂—铜垫法，实现单面焊双面成形。所谓单面焊双面成形，是指在各种不同的衬垫下进行一次正面埋弧自袖焊焊接面达到背面同时焊透成形的一种自动焊接方法。根据背面衬垫的不同，有铜垫法、焊剂垫法、焊剂—铜垫法、热固化焊剂垫法等。 焊接前，将带槽铜垫（图7.12）和实习焊件按图7.13所示装配。装配时，铜垫需贴紧于焊件的下方。同时，铜垫板要有一定的厚度和宽度，其体积大小应足够承受焊接时的热量而不致熔化。 图7.12 焊剂垫的结构原理 1—工件2—焊剂3—石棉板4—充气橡皮管 图7.13 焊剂—铜垫法焊接装配示意图 1—压紧力2—预放的焊剂3—焊件4—铜垫

5. 环缝的埋弧自动焊 图7.15 内环缝的焊接 1—焊丝2—工件3—滚轮 4—焊剂垫5—皮带 图7.14 焊接外环缝时焊丝的位置

6. 角焊缝的焊接 图7.16 角焊缝埋弧焊 a）角接头的船形焊 b）搭接接头船形焊 c）角接头直角焊 d）搭接接头直角焊