埋弧焊工艺综述

埋弧焊工艺综述201130160248 材控金属许国祥摘要：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。

虽然埋弧焊的分量所占不是很多，但因为其优点明显（生产效率高、焊缝质量好、劳动条件好），所以在造船，锅炉，化工容器，桥梁，起重机械，冶金机械制造业，海洋结构，核电设备中应用尤为广泛。

关键字：埋弧焊一、埋弧焊的起源及发展在19世纪二十年代，美国国家管道公司根据宾夕法尼亚州麦基斯波特的一家管道工厂的需要发明了埋弧焊技术。

当时该技术用于焊接管道中的纵缝。

1930年前苏联人Robinoff获得了该技术专利权，随后又将其卖给Linde气体产品公司，Linde气体产品公司将其更名为Unionmelf焊接技术。

1938年，美国的船厂和军械厂都采用了埋弧焊技术。

它是比较高效的焊接方法之一，到目前埋弧焊技术得到了进一步的发展和应用。

经过几十年的发展，衍生出了双丝埋弧焊等工艺，到了80年代中期，双丝埋弧焊已在国际上成为主要焊接方法，而且在先进工业国家的应用比例越来越大。

因双丝埋弧焊工艺比较复杂，我国关于其理论的研究尚不成熟，且现场操作人员对这项技术的掌握还处于起步阶段，各种因素对焊接接头最终性能的影响还有待进一步研究。

二、埋弧焊的原理及特点图（1）是埋弧焊焊缝形成过程示意图。

焊接电弧在焊丝与工件之间燃烧，电弧热将焊丝端部及电弧附近的母材和焊剂熔化。

熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂成为溶渣。

熔池受熔渣和焊剂蒸汽的保护，不与空气接触。

电弧向前移动时，电弧力将熔池中的液体金属推向熔池后方。

在随后的冷却过程中，这部分液体金属凝固成焊缝。

熔渣则凝固成渣壳，覆盖于焊缝表面。

熔渣除了对熔池和焊缝金属起机械保护作用外，焊接过程中还与熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。

埋弧焊时，被焊工件与焊丝分别接在焊接电源的两极。

焊丝通过与导电嘴的滑动接触与电源联接。

焊接回路包括焊接电源、联接电缆、导电嘴、焊丝、电弧、熔池、工件等环节，焊丝端部在电弧热作用下不断熔化，因而焊丝应连续不断地送进，以保持焊接过程的稳定进行。

焊丝的送进速度应与焊丝的熔化速度相平衡。

焊丝一般由电动机驱动的送丝滚轮送进。

随应用的不同，焊丝数目可以有单丝、双丝或多丝。

有的应用中采用药芯焊丝代替实心焊丝，或是用钢带代替焊丝。

1—焊剂2—焊丝(电极) 3—电弧4—熔池5—熔渣6—焊缝7—母材8—渣壳图（1）埋弧焊焊缝形成过程示意图埋弧焊有自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式。

前者的焊丝送进和电弧移动都由专门的机头自动完成，后者的焊丝送进由机械完成，电弧移动则由人工进行。

焊接时，焊剂由漏斗铺撒在电弧的前方。

焊接后，未被熔化的焊剂可用焊剂回收装置自动回收，或由人工清理回收。

埋弧焊使用的焊接电流较大，电弧具有较强的穿透能力，厚度在12mm以下的板材，可以开I形坡口，采用双面焊接，即能达到全焊透的要求。

厚度大于12mm 至20mm的板材，为了达到全焊透，在单面焊后，焊件背面应进行清根，再进行焊接。

厚度超过20mm的板材，应开坡口进行焊接，焊缝坡口的形式与手弧焊基本相同，但应采用较大的钝边以避免烧穿，通常钝边应保持在5～6mm左右。

埋弧焊因采用较大的焊接电流，所以在第一层焊接时，液态熔渣和金属会从间隙中流失，造成焊缝成形不良，严重时甚至无法焊接。

因此在正面焊接时，反面一定要采取防漏措施，常用的措施有：在熔剂垫上焊接、在临时工艺垫板上焊接、手弧焊封底和锁底焊等。

埋弧焊的主要有如下优点：(1)所用的焊接电流大，相应输入功率较大。

加上焊剂和熔渣的隔热作用，热效率较高，熔深大。

工件的坡口可较小，减少了填充金属量。

单丝埋弧焊在工件不开坡口的情况下，一次可熔透20mm。

(2)焊接速度高，以厚度8～10mm的钢板对接焊为例，单丝埋弧焊速度可达50～80cm／min，手工电弧焊则不超过10～13cm/min。

(3)焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢凝固。

液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。

焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能。

(4)在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果比其他电弧焊方法好。

(5)自动焊接时，焊接参数可通过自动调节保持稳定。

与手工电弧焊相比，焊接质量对焊工技艺水平的依赖程度可大大降低。

(6)没有电弧光辐射，劳动条件较好。

埋弧焊的主要缺点：(1)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。

(2)不能直接观察电弧与坡口的相对位置，如果没有采用焊缝自动跟踪装置，则容易焊偏。

(3)埋弧焊电弧的电场强度较大，电流小于100A时电弧不稳，因而不适于焊接厚度小于1mm的薄板。

三、埋弧焊的工艺参数及其对焊缝形状的影响埋弧焊时主要的焊接工艺参数是焊接电流、电弧电压和焊接速度；其次是焊丝直径、焊丝倾斜、焊件倾斜、间隙或坡口及焊剂粒度等。

焊接工艺参数对焊缝形状的影响见表（1）。

表（1）焊接工艺参数对焊缝形状的影响下坡焊减小增大减小增大减小间隙或坡口无变化无变化减小无变化减小焊剂粒度略减小略增大略减小增大略减小四、埋弧焊与手工电弧焊焊接电流的比较在埋弧焊中，焊接电流是一个非常重要的工艺参数，它会直接影响到焊缝的熔深，从而决定焊缝的质量。

若用同样直径的焊丝（条）与手弧焊相比，埋弧焊可以使用较大的焊接电流，见表6。

这是因为埋弧焊时焊丝的伸出长度（导电嘴至焊丝末端的距离）比焊条短，通电时间少，产生的电阻热小，因而可以适当提高焊接电流值，见图6。

表6 手弧焊和埋弧焊的焊接电流焊条(焊丝)直径（mm）手弧焊埋弧焊焊接电流(A)电流密度（A/mm2）焊接电流(A)电流密度（A/mm2）2 3.250～6580～13016～2511～18200～400350～60063～12550～85五、埋弧焊的操作规范1、操作技术(1)对接直焊缝焊接技术对接直焊缝的焊接方法有两种基本类型，即单面焊和双面焊。

根据钢板厚度又可分为单层焊、多层焊，又有各种衬垫法和无衬垫法。

以下介绍几种常用的焊接技术。

①焊剂垫法埋弧自动焊。

在焊接对接焊缝时，为了防止熔渣和熔池金属的泄漏，采用焊剂垫作为衬垫进行焊接。

焊剂垫的焊剂与焊接用的焊剂相同。

焊剂要与焊件背面贴紧，能够承受一定的均匀的托力。

要选用较大的焊接规范，使工件熔透，以达到双面成形。

②手工焊封底埋弧自动焊。

对无法使用衬垫的焊缝，可先行用手工焊进行封底，然后再采用埋弧焊。

③悬空焊。

悬空焊一般用于无破口、无间隙的对接焊，它不用任何衬垫，装配间隙要求非常严格。

为了保证焊透，正面焊时要焊透工件厚度的40％～50％，背面焊时必须保证焊透60％～70％。

在实际操作中一般很难测出熔深，经常是靠焊接时观察熔池背面颜色来判断估计，所以要有一定的经验。

④多层埋弧焊。

对于较厚钢板，一次不能焊完的，可采用多层焊。

第一层焊时，规范不要太大，既要保证焊透，又要避免裂纹等缺陷。

每层焊缝的接头要错开，不可重叠。

(2)对接环焊缝焊接技术圆形简体的对接环缝的埋弧焊要采用带有调速装置的滚胎。

如果需要双面焊，第一遍需将焊剂垫放在下面简体外壁焊缝处。

将焊接小车固定在悬臂架上，伸到筒体内焊下平焊。

焊丝应偏移中心线下坡焊位置上。

第二遍正面焊接时，在筒体外，上平焊处进行施焊。

(3)角接焊缝焊接技术埋弧自动焊的角接焊缝主要出现在T形接头和搭接接头中。

一般可采取船形焊和斜角焊两种形式。

(4)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。

2、埋弧焊的安全操作注意事项(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。

六、埋弧焊的最新研究进展及发展趋势埋弧焊是一种传统的焊接方法，在长期的应用中，为适应工业生产发展的需要，在不断改进常规埋弧焊的基础上，又研究、发展了一些新的、高效率的埋弧焊方法。

现在介绍几种较为重要的埋弧焊新方法。

一、附加填充金属的埋弧焊二、多丝埋弧焊多丝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，又可以提高焊接生产率的有效方法。

采用多丝单道埋弧焊焊接厚板时可实现一次焊透，其总的热输入量要比单丝多层焊时少。

因此，多丝埋弧焊与常规埋弧焊相比具有焊接速度快、耗能省、填充金属少等优点。

三、带极埋弧焊带极埋弧焊是由多丝（横列式）埋弧焊发展而成的。

它用矩形截面的钢带取代圆形截面的焊丝作电极，不仅可提高填充金属的熔化量，提高焊接生产率，而且可增大焊缝成形系数，即在熔深较小的条件下大大增加焊道宽度，很适合于多层焊时表层焊缝的焊接，尤其适合于埋弧堆焊，因而具有很大的实用价值。

四、窄间隙埋弧焊窄间隙埋弧焊是近年来新发展起来的一种高效率的焊接方法。

它主要适用于一些厚板结构，如厚壁压力容器、原子能反应堆外壳、涡轮机转子等的焊接。

这些焊件壁厚很大，若采用常规埋弧焊方法，需开U形或双U形坡口，这种坡口的加工量及焊接量都很大，生产效率低且不易保证焊接质量。

采用窄间隙埋弧焊时，坡口形状为简单的I形，不仅可大大减小坡口加工量，而且由于坡口截面积小，焊接时可减小焊缝的热输入和熔敷金属量，节省焊接材料和电能，并且易实现自动控制。

由以上的新工艺可以看出，这些年埋弧焊的主要朝着提高生产率、节省能源及材料和自动化生产的方向上发展，并且已经取得了相当大的突破，相信随着埋弧焊技术的逐渐成熟，它在生产中的比重会越来越大，为我们的生产和生活带来极大的方便。

参考文献：1.《焊接工艺与操作技巧丛书》编委会.焊接工艺与操作技巧丛书.2010.062.陈淦方.埋弧焊.1985年02月3.沪东船厂《SDZ》型焊机试制小组.工业技术资料《SDZ》型双丝单面焊双面成型埋弧焊机.1972年06月。