双丝埋弧焊焊接工艺参数对焊缝成形的影响

埋弧焊（SAW）一埋弧焊的原理及特点１、埋弧焊的焊接过程及原理定义：电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的熔化极电弧焊方法(Submerged arc welding)点击看埋弧焊视频二、埋弧焊的特点优点：生产效率高焊缝质量好劳动条件好缺点：难以全位置焊对焊前装配要求高不适宜焊接薄板，短缝，焊接材料有局限三、埋弧焊的分类及应用范围1、分类按送丝方式：等速送丝变速送丝按焊丝形状及数目：丝极——单丝、多丝、带级按成形条件：双面焊单面焊双面成形（需要反面衬垫）2、应用焊缝类型和焊件厚度：5mm以上的长直缝对接、角接和搭接接头材料：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、镍基合金、铜合金等结构：具有长而规则焊缝的大型结构，如船舶、压力容器、桥梁、起重机械等位置：平、横位置四埋弧焊的焊接材料与冶金过程1、埋弧焊的焊接材料及选用（1）焊剂(flux)型号：《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》《低合金钢埋弧焊用焊剂》《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》牌号：熔炼焊剂HJχχχ烧结焊剂SJχχχ（2）焊丝(wire)参见《熔化焊用钢丝》、《焊接用不锈钢丝》及《碳钢药芯焊丝》、《低合金钢药芯焊丝》直径系列（mm）：熔化焊用钢丝、焊接用不锈钢丝：1.6、2.0、2.5、3.0、3.2、4.0、5.0、6.0碳钢药芯焊丝、低合金钢药芯焊丝：1.2、1.4、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、4.0焊丝、焊剂的选用原则：焊丝、焊剂要匹配。

结构钢按等强原则选用焊丝，专业用钢（不锈钢、耐热钢等）按化学成分相同或相近的原则选用焊丝。

熔炼焊剂:便宜易得，成分均匀，相对不易吸潮，但合金过渡系数低，通常只适宜于碳素结构钢和某些低合金结构钢的焊接。

烧结焊剂: 稍贵，容易吸潮，但合金过渡系数高、脱渣性好，适用于高合金钢和不锈钢等钢种的焊接。

焊丝、焊剂的选用碳素结构钢：如选用HJ431+H08A16Mn钢：可选用HJ431+H08A或HJ431+H08MnA2、埋弧焊的冶金过程埋弧焊的冶金过程比较复杂。

1. 焊接规范及其影响埋弧焊最主要的焊接规范是焊接电流、焊接电压和焊接速度，其次是焊丝直径、焊丝伸出长度、焊剂和焊丝类型、焊剂粒度和焊剂层厚度等。

所有这些规范，对焊缝成形和焊接质量都有不同程度的影响（表1）此外，在同样焊接规范下焊件倾斜角度也直接影响焊缝成形。

操作者必须知道这些规范的影响情况，才能正确选择和调节规范，焊出优质焊缝。

（1）焊接电流焊接电流是埋弧焊最重要的规范，它直接决定焊丝熔化速度、熔深和母材熔化量。

增大焊接电流可以加快焊丝熔化速度，提高焊接生产率。

同时，电弧吹力随焊接电流而增大，熔池金属被电弧排开，使熔池底部未熔化母材受到电弧直接加表1 焊接规范及其影响焊缝特点当以下规范增大时的影响焊接电流焊接电压（伏）焊接速度（米/时）焊丝直径1500（安）以内由22~24到32~34 由34~36到50~60 10~40 40~100熔深显著增大略增大略减小无变化减小减小熔宽略增大增大显著增大（除直流正接）减小减小增大余高显著增大减小减小略增大略增大减小形状系数显著减小增大显著增大（除直流正接）减小略减小增大熔合比显著减小略增大无变化显著增大增大减小焊缝特点当以下规范增大时的影响焊丝前倾焊件倾斜间歇和坡口焊剂粒度上坡焊下坡焊熔深显著减小略增大减小无变化略减小熔宽增大略减小增大无变化略增大余高减小增大减小减小略减小形状系数显著增大减小增大无变化增大熔合比减小略增大减小减小略减小热，熔深增加。

电流过大时会造成烧穿钢板，电流过大还会使焊缝余高过高，热影响区增大和引起较大焊接变形。

电流减小，熔深减小。

电流过小时，容易产生未焊透，电弧稳定性不好。

电流变化对熔宽变化影响不大。

（2）焊接电压焊接电压是焊丝端头与熔化金属表面间的电压，即电弧两端的电压。

由于这个电压难以测量，实际生产中是测量导电嘴与工件间的电压，可由机头上的电压表读出。

当焊接电缆较长时，由于电流大，在电缆上有电压降，焊接电源上电压表的指示值，比机头上电压表的指示值要高1~2伏以上。

焊接参数和工艺因素对焊缝成形的影响规律一、焊接参数对焊缝成形的影响1、焊接电流对焊缝成形的影响在其他条件一定的情况下，随着电弧焊接电流增加，焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。

其原因如下:1）随着电弧焊焊接电流增加，作用在焊件上的电弧力增加,电弧对焊件的热输入增加，热源位置下移，有利于热量向熔池深度方向传导，使熔深增大.熔深与焊接电流近似成正比关系，即焊缝熔深H约等于K m×I.式中Km为熔深系数（焊接电流增加100A导致焊缝熔深增加的毫米数),它与电弧焊的方法、焊丝直径、电流种类等有关见表1-1.2)电弧焊的焊芯或焊丝的熔化速度与焊接电流成正比。

由于电弧焊的焊接电流增加导致焊丝熔化速度增加，焊丝熔化量近似成正比的增多,而熔宽增加较少,所以焊缝余高增大.3）焊接电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大,电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽的增加量较小。

气体保护熔化极氩弧焊时，焊接电流增加，焊缝熔深增加。

若焊接电流过大、电流密度过高时，容易出现指状熔深,尤其焊铝时较明显。

2.电弧电压对焊缝成形的影响在其他条件一定的情况下，提高电弧电压，电弧功率相应增加，焊件输入的热量有所增加。

但是电弧电压增加是通过增加电弧长来实现的,电弧长度增加使得电弧热源半径增大，电弧散热增加，输入焊件的能量密度减小,因此熔深略有减小而熔深增大.同时，由于焊接电流不变，焊丝的熔化量基本不变，使得焊缝余高减小。

各种电弧焊方法,俄日了得到合适的焊缝成形，即保持合适的焊缝成形系数φ,在增大焊接电流的同时要适当提高电弧电压，要求电弧电压与焊接电流具有适当的匹配关系.这点在熔化极电弧焊中最为常见。

3。

焊接速度对焊缝成形的影响在其他条件一定的情况下，提高焊接速度会导致焊接热输入减小,从而焊缝熔宽和熔深都减小。

由于单位长度焊缝上的焊丝金属熔敷量与焊接速度成反比，所以也导致焊缝余高减小。

焊接速度是评价焊接生产率的一项重要指标,为了提高焊接生产率,应该提高焊接速度。

埋弧焊主要缺陷及防止埋弧焊时可能产生的主要缺陷，除了由于所用焊接工艺参数不当造成的熔透不足、烧穿、成形不良以外，还有气孔、裂纹、夹渣等。

本节主要叙述气孔、裂纹、夹渣这几种缺陷的产生原因及其防止措施。

1. 气孔埋弧焊焊缝产生气孔的主要原因及防止措施如下：1)焊剂吸潮或不干净焊剂中的水分、污物和氧化铁屑等都会使焊缝产生气孔，在回收使用的焊剂中这个问题更为突出。

水分可通过烘干消除，烘干温度与肘间由焊剂生产厂家规定。

防止焊剂吸收水分的最好方法是正确肋储存和保管 6 采用真空式焊剂回、收器可以较有效地分离焊剂与尘土，从而减少回收焊剂在使用中产生气孔的可能性。

2)焊接时焊剂覆盖不充分由于电弧外露并卷入空气而造成气孔。

焊接环缝时，特别是小直径的环缝，容易出现这种现象，应采取适当措施，防止焊剂散落。

3)熔渣粘度过大焊接时溶入高温液态金属中的气体在冷却过程中将以气泡形式溢出。

如果熔渣粘度过大，气泡无法通过熔渣，被阻挡在焊缝金属表面附近而造成气孔。

通过调整焊剂的化学成分，改变熔渣的粘度即可解决。

4)电弧磁偏吹焊接时经常发生电弧磁偏吹现象，特别是在用直流电焊接时更为严重。

电弧磁偏吹会在焊缝中造成气孔。

磁偏吹的方向、受很多因素的影响，例如工件上焊接电缆的联接位置：电缆接线处接触不良、部分焊接电缆环绕接头造成的二次磁场等。

在同一条焊缝的不同部位，磁偏吹的方向也不相同。

在接近端部的一段焊缝上，磁偏吹更经常发生，因此这段焊缝气孔也较多。

为了减少磁偏吹的影响，应尽可能采用交流电源；工件上焊接电缆的联接位置尽可能远离焊缝终端；避免部分焊接电缆在工件上产生二次磁场等。

5)工件焊接部位被污染焊接坡口及其附近的铁锈、油污或其他污物在焊接时将产生大量气体，促使气孔生成，焊接之前应予清除。

2 裂纹通常情况下，埋弧焊接头有可能产生两种类型裂纹，即结晶裂纹和氢致裂纹。

前者只限于焊缝金属，后者则可能发生在焊缝金属或热影响区。

1)结晶裂纹钢材焊接时，焊缝中的S 、P等杂质在结晶过程中形成低熔点共晶。

特种埋弧焊的操作工艺1、多丝多弧埋弧焊多丝多弧埋弧焊是一种既能保证合理的焊缝成形和良好的焊接质量，又可提高焊接速度的有效方法。

常用的有双丝和三丝，为了特殊需要，焊丝可多至14根，甚至更多。

焊丝的排列方式有纵列式、横列式和直列式。

用双丝或三丝时，每根焊丝单独供电，更多的焊丝可分组供电。

熔宽主要靠前导电弧，后续电弧主要起调节熔宽和改善成形的作用。

为此焊丝之间的距离和角度应严格控制。

多丝单面埋弧焊焊接参数见下表。

多丝单面埋弧焊焊接参数2、带极埋弧焊带极埋弧焊利用矩形截面钢带代替圆截面焊丝做电极。

焊接过程中，电弧的弧根沿带极的宽度方向做快速往返运动，均匀加热带极，带极熔化并过渡到熔池中，凝固后形成焊缝。

这种方法最初用于埋弧堆焊，后来也用于埋弧焊接。

带极埋弧焊如下图所示。

▲带极埋弧焊1—焊接电源2—带状电极3—带极送进装置4—导电嘴5—焊剂6—熔渣7—焊道8—母材（1）带极埋弧焊的特点①带极埋弧焊可采用比圆截面焊丝更大的电流，因此熔敷速度大，效率高。

②电弧的加热宽度增大，熔深浅、稀释率低，特别适合于堆焊。

③易于控制焊缝成形。

带极焊接时，可方便地控制焊道的形状和熔深。

在坡口中进行多层焊时，交替、对称地改变电极偏转角，就可获得均匀分布的焊道。

（2）带极埋弧焊操作要点焊接电流、电弧电压、焊接速度等对焊缝形状参数的影响规律与丝极埋弧焊相同。

带极厚度、宽度、焊丝伸出长度对焊接过程的稳定性及焊缝形状尺寸的影响也很大。

其他条件一定时，带极宽度越大，熔深越小，熔宽越大。

带极厚度增大时，熔深增大，熔宽减小。

堆焊时，可通过焊接热输入来调节熔深，但由于热输入太小时，电弧不稳定，因此仅靠降低热输入来减小熔深并不是很有效。

焊剂的成分对带极的熔化速度、焊缝的几何形状及成分具有重要的影响。

试验证明，当焊剂中的氧化铁含量降低时，带极的熔化速度增大，熔深减小。

带极埋弧堆焊的典型焊接参数见下表。

带极埋弧堆焊焊接参数3、窄间隙埋弧焊窄间隙埋弧焊是指利用窄间隙代替V形、双V形、U形或双U 形等坡口进行焊接的一种方法。

1.3埋弧焊工艺参数及焊接技术1. 3. 1影响焊缝形状、性能的因素埋弧焊主要适用于平焊位置焊接，如果采用一定工装辅具也可以实现角焊和横焊 位置的焊接。

埋弧焊时影响焊缝形状和性能的因素主要是焊接工艺参数、 工艺条 件等。

本节主要讨论平焊位置的情况。

(1)焊接工艺参数的影响影响埋弧焊焊缝形状和尺寸的焊接工艺参数有焊接 电流、电弧电压、焊接速度和焊丝直径等。

1) 焊接电流 当其他条件不变时，增加焊接电流对焊缝熔深的影响 (如图1所 示)，无论是丫形坡口还是I 形坡口，正常焊接条件下，熔深与焊接电流变化 成正比，即状的影响，如图2所示。

电流小，熔深浅，余高和宽度不足；电流过 大，熔深大，余高过大，易产生高温裂纹图2焊接电流对焊缝断面形状的影响a)I 形接头 b)Y形接头a)电流不足电流适当 电流过大b)图1焊接电流与熔深的关系(© 4.8mm2) 电弧电压电弧电压和电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的焊剂不同，电弧空间电场强度不同，则电弧长度不同。

如果其他条件不变，改变电弧电压对焊缝形状的影响如图3所示。

电弧电压低，熔深大，焊缝宽度窄，易产生热裂纹：电弧电压高时，焊缝宽度增加，余高不够。

埋弧焊时，电弧电压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧，所以电弧电压的变化范围是有限的电压过小电压适当电压过大b)图3电弧电压对焊缝断面形状的影响a)I形接头b)Y形接头焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大，随着焊接速度增加，焊缝熔深和熔都将减小，即熔深和熔宽与焊接速度成反比，如图4所示。

焊接速度对焊缝断面形状的影响，如图5所示。

焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差：焊接速度较大时，熔化金属量不足，容易产生咬边。

实际焊接时，为了提高生产率，在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证焊缝质量3) 焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大，随着焊接速度增加，焊缝熔深和熔都将减小，即熔深和熔宽与焊接速度成反比，如图4所示。

埋弧焊焊接参数选择标准本标准所引⽤的技术规范与标准分为“执⾏技术规范与标准”和“参考技术规范与标准”两部分。

2.1执⾏技术规范与标准2.1.1 GB50205-2002 《钢结构⼯程施⼯及验收规范》2.1.2 GB986-88 《埋弧焊焊缝坡⼝的基本形式和尺⼨》2.1.3 JGJ81-2002 《建筑钢结构焊接技术规程》2.1.4 GB50205-2001 《钢结构⼯程施⼯质量验收规范》2.1.5 GB5293 《碳素钢埋弧焊⽤焊剂》2.2参考技术规范与标准2.2.1 《钢结构制作安装⼿册》2.2.2 《建筑钢结构施⼯⼿册》2.2.3 《焊接⼿册》2.2.4 《钢结构⼯程施⼯⼯艺标准》三部分：埋弧⾃动焊接技术3.1焊接原理：焊接电弧是在焊剂层下的焊丝与母材之间产⽣，电弧热使其周围的母材、焊丝和焊剂熔化以致部分蒸发，⾦属和焊剂的蒸发⽓体形成⼀个⽓泡，电弧就在这个⽓泡内燃烧。

⽓泡上部被⼀层熔化了的焊剂——熔渣构成的外膜所包围，这层外膜以及覆盖在上⾯的未熔化的焊剂共同对焊接起隔离空⽓、绝热、和屏蔽光辐射作⽤。

焊丝熔化的熔滴落下与已局部熔化的母材混合⽽构成⾦属熔池，部分熔渣因密度⼩⽽浮在熔池表⾯。

随着焊丝向前移动，电弧⼒将熔池中熔化⾦属推向熔池后⽅，在随后的冷却过程中，这部分熔化⾦属凝固成焊缝。

熔渣凝固成渣壳，覆盖在焊缝⾦属表⾯上。

在焊接过程中，熔渣除了对熔池和焊缝⾦属起机械保护作⽤外，还与熔化⾦属发⽣冶⾦反应（如脱氧、去杂质、渗合⾦等），从⽽影响焊缝⾦属的化学成分。

3.2埋弧焊焊接施⼯⼯艺流程3.3 焊前准备⼯作 3.3.1焊剂及焊丝的选择根据⽬前钢结构的钢材类型，常⽤埋弧焊丝和焊剂的选择如下表：表3.13.3.2焊接材料的保管和使⽤3.3.2.1焊剂的烘焙埋弧焊⽤焊剂的烘焙温度如下表：表3.23.3.2.2焊剂的保存焊接低碳钢的熔炼焊剂在使⽤中放置时间不超过24h；焊接低合⾦钢的熔炼焊剂在使⽤中放置时间不超过8h；烧结焊剂经⾼温烘焙后，应转⼊100~150℃的低温保温箱中存放，从保温箱中取出时间不超过4h。