埋弧焊焊接技巧與應用

薛勇

[摘要]埋弧焊具有生產效率高，焊縫質量好，大大改善焊接工人勞動條件等諸多優點，被廣泛使用在焊接的各個領域。傳統的手弧焊接焊接方法簡單掌握起來比較容易，埋弧焊接的使用方法和技巧相對來講比較發雜一些。尤其是埋弧焊在鋼管焊接中的一些技巧，掌握起來較為困難。本人針對自己多年來的經驗總結，寫出來以饗讀者。

[關鍵詞]埋弧焊優缺點;埋弧焊方法;埋弧焊鋼管焊接技巧

一、埋弧焊簡介

埋弧焊接方法，在前蘇聯是1929年由杜爾切夫斯基取得第10578號專利，而在美國是1936年由林德公司取得第2043960號專利。由于其焊縫質量好，勞動條件佳，生產效率又比手工焊接提高幾十倍，因此在發明后得到了飛速發展，并在機械、造船、橋梁、鍋爐、制管等工業部門普遍得到應用。我國先后建成的直縫、螺旋縫焊管廠無一例外也采用埋弧焊接方法（除高頻焊接方法外）。埋弧焊也是利用電弧做為熱源的焊接方法之一，焊接時電弧是在不斷送進的焊絲端部與工件之間燃燒，而整個電弧是被顆粒狀的焊劑覆蓋著，并不外露而得名。焊接電弧在焊絲和工件之間形成電弧柱，焊絲的端部和工件上有電極的活性斑點（其溫度可達到700k以上），焊絲、焊劑、工件在電弧熱的作用下被熔化，焊絲和工件被熔化為液態金屬，焊劑被熔化為焊渣。焊池（液態金屬）受熔渣、金屬和焊劑的蒸汽保護，不與空氣接觸。焊絲或工件移動時，電弧柱的吹力將熔池金屬推向后方，在隨后的冷卻過程中這部分金屬凝固成焊縫，熔渣則凝固成渣殼覆蓋于焊縫表面。焊渣除了對熔池、焊縫金屬起機械保護作用外，還與熔池金屬發生化學反應，從而影響焊縫金屬的化學成分與組織。埋弧焊接焊接時，焊劑由焊絲的前方進入焊接區域，始終覆蓋著焊接電弧區。冷卻后的焊縫和冷卻后的渣殼相互間由于熱收縮系數不同，渣殼會自動脫落，多余的焊劑和渣殼分別自動分離回收。埋弧焊接鋼管時，焊絲向下輸送，焊件機械移動，所以也稱自動埋弧焊接。將焊絲傳動系統和焊劑裝在手工移動的裝置上進行焊接，成為半自動埋弧焊接。

二、埋弧焊的優缺點

1、埋弧焊的主要優點

（1）生產效率高：一方面焊絲導電長度縮短，電流和電流密度提高，因此電弧的溶深和焊絲溶敷效率都大大提高。（一般不開坡口單面一次溶深可達20mm）另一方面由于焊劑和溶渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失，飛濺也少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但總的熱效率仍然大大增加。（2）焊縫質量高：熔渣隔絕空氣的保護效果好，焊接參數可以通過自動調節保持穩定，對焊工技術水平要求不高，焊縫成分穩定，機械性能比較好。（3）勞動條件好：除了減輕手工焊操作的勞動強度外，它沒有弧光輻射，這是埋弧焊的獨特優點。埋弧焊弧光不外露，沒有弧光輻射，機械化的焊接方法減輕了手工操作強度，這些都是埋弧焊獨特的特點。

2、埋弧焊的主要缺點

（1）埋弧焊采用顆粒狀焊劑進行保護，一般只適用于平焊和角焊位置的焊接，其他位置的焊接，則需采用特殊裝置來保證焊劑對焊縫區的覆蓋和防止熔池金屬的漏淌。（2）焊接時不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，需要采用焊縫自動跟蹤裝置來保證焊炬對準焊縫不焊偏。

三、埋弧焊的焊接方法和技巧

埋弧焊主要適用于平焊位置焊接，采用一定的輔助設備也可以實現角焊和橫焊位置的焊接。由于埋弧焊工業應用以平焊為主，這里主要討論平焊位置的情況，其他位置的焊接與平焊位置具有相似的規律。影響埋弧焊焊縫形狀和性能的因素主要是焊接工藝參數、工藝條件等。埋弧焊的焊接工藝參數有焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。

1、焊接電流

當其他條件不變時，無論是Y形坡口還是I形坡口，正常焊接條件下，熔深與焊接電流變化成正比，即H=kmI，為比例系數，隨電流種類、極性、焊絲直徑以及焊劑的化學成分變化而異。電流小，熔深淺，余高和寬度不足;電流過大，熔深大，余高過大，易產生高溫裂紋。同樣焊接電流條件下，焊絲直徑不同（電流密度不同），焊縫形狀和尺寸會發生變化。表示電流密度對焊縫形狀和尺寸的影響，在其他條件不變時，熔深與焊絲直徑成反比關系，但這種關系隨電流密度的增加而減弱，這是由于隨著電流密度的增加，熔池熔化金屬量不斷增加，熔融金屬后排困難，熔深增加較慢，并隨著熔化金屬量的增加，余高增加焊縫成形變差，所以埋弧焊時增加焊接電流的同時要增加電弧電壓，以保證焊縫成形。

2、電弧電壓

電弧電壓和電弧長度成正比，在相同的電弧電壓和焊接電流時，如果選用的焊劑不同，電弧空間電場強度不同，則電弧長度不同。如果其他條件不變，電弧電壓低，熔深大，焊縫寬度窄，易產生熱裂紋;電弧電壓高時，焊縫寬度增加，余高不夠。埋弧焊時，電弧電壓是依據焊接電流調整的，即一定焊接電流要保持一定的弧長才可能保證焊接電弧的穩定燃燒，所以電弧電壓的變化范圍是有限的。

3、焊接速度

焊接速度對熔深和熔寬都有明顯的影響，通常焊接速度小、焊接熔池大，焊縫熔深和熔寬均較大。隨著焊接速度增加，焊縫熔深和熔寬都將減小，即熔深和熔寬與焊接速度成反比。

四、埋弧焊的應用

1、埋弧焊接鋼管的工藝質量存在的優點

①埋弧焊所用的焊接電流大，焊接電流密度在50A/mm2以上（手工電弧焊在20A/mm2以下）電弧熱大且熱效率高，焊絲熔化系數高，工作的熔透也深，焊接鋼管時，工件厚度一般在10mm以下可以不開坡口，因此焊接生產率高。②埋弧焊的速度比手工焊高。鋼管焊接由于是專用焊接設備，焊接技術成熟，比一般埋弧焊焊速更快，以8～10mm厚鋼板為例，焊速可在1.5～2m/min或更高，而手工焊則不超過0.1～0.13m/min。③埋弧焊所用的焊劑在焊接過程中起到的作用有：①覆蓋電弧區域，排除空氣侵入;②在電弧柱中，熔化的焊渣與熔化的金屬滴充分化學反應使熔池金屬元素增量并在攪拌中帶出有害氣體和浮渣;③電弧柱中熔渣電離的離子可以增強電弧的穩定性;④熔渣覆蓋熔池表面可固定熔池形狀，這點在螺旋焊接時防止熔池金屬流失非常重要;⑤同時覆蓋凝固焊縫可以防止焊縫表面氧化。④埋弧焊接的質量和生產效率主要取決于焊接材料、焊接設備、焊接規范參數，與個人的操作技術相關性較少，因此焊接質量比手工焊穩定。

2、埋弧焊接鋼管的工藝質量也存在以下缺點

①由于焊劑是顆粒狀的，容易流動，維持一定位置受重力影響，因此埋弧焊僅適合于水平焊接的位置，其它焊接位置需考慮焊劑保持覆蓋電弧的穩定性。在螺旋埋弧焊時，在電弧區有一個焊劑碗，使焊劑流在焊劑碗中覆蓋住電弧區。②由于埋弧焊的焊接電流很大，因此焊接熔池也很長。為保持熔池形狀，焊接位置受到一定的限制，否則會產生液態焊縫金屬流失、焊縫中間凸起或焊縫咬邊等焊接缺陷。③焊劑覆蓋住電弧，使電弧位置不可目測，焊絲是否對準焊縫，需要另外的檢測手段。④鋼管埋弧焊時，由于電流流經鋼管載體的影響，電場強度較大，焊接電極的位置或焊接電流較小時會影響焊接電弧的穩定性，前者影響電弧磁偏吹，后者影響電弧的穩定性。

參考文獻

[1]《埋弧焊技術》奚泉主編.中國勞動社會保障出版社，2011-03-01第一版.

[2]《埋弧焊》.陳茂愛主編.化學工業出版社，1997-08-01第一版.