埋弧焊焊接技巧与应用

薛勇

[摘要]埋弧焊具有生产效率高，焊缝质量好，大大改善焊接工人劳动条件等诸多优点，被广泛使用在焊接的各个领域。传统的手弧焊接焊接方法简单掌握起来比较容易，埋弧焊接的使用方法和技巧相对来讲比较发杂一些。尤其是埋弧焊在钢管焊接中的一些技巧，掌握起来较为困难。本人针对自己多年来的经验总结，写出来以飨读者。

[关键词]埋弧焊优缺点;埋弧焊方法;埋弧焊钢管焊接技巧

一、埋弧焊简介

埋弧焊接方法，在前苏联是1929年由杜尔切夫斯基取得第10578号专利，而在美国是1936年由林德公司取得第2043960号专利。由于其焊缝质量好，劳动条件佳，生产效率又比手工焊接提高几十倍，因此在发明后得到了飞速发展，并在机械、造船、桥梁、锅炉、制管等工业部门普遍得到应用。我国先后建成的直缝、螺旋缝焊管厂无一例外也采用埋弧焊接方法（除高频焊接方法外）。埋弧焊也是利用电弧做为热源的焊接方法之一，焊接时电弧是在不断送进的焊丝端部与工件之间燃烧，而整个电弧是被颗粒状的焊剂覆盖着，并不外露而得名。焊接电弧在焊丝和工件之间形成电弧柱，焊丝的端部和工件上有电极的活性斑点（其温度可达到700k以上），焊丝、焊剂、工件在电弧热的作用下被熔化，焊丝和工件被熔化为液态金属，焊剂被熔化为焊渣。焊池（液态金属）受熔渣、金属和焊剂的蒸汽保护，不与空气接触。焊丝或工件移动时，电弧柱的吹力将熔池金属推向后方，在随后的冷却过程中这部分金属凝固成焊缝，熔渣则凝固成渣壳覆盖于焊缝表面。焊渣除了对熔池、焊缝金属起机械保护作用外，还与熔池金属发生化学反应，从而影响焊缝金属的化学成分与组织。埋弧焊接焊接时，焊剂由焊丝的前方进入焊接区域，始终覆盖着焊接电弧区。冷却后的焊缝和冷却后的渣壳相互间由于热收缩系数不同，渣壳会自动脱落，多余的焊剂和渣壳分别自动分离回收。埋弧焊接钢管时，焊丝向下输送，焊件机械移动，所以也称自动埋弧焊接。将焊丝传动系统和焊剂装在手工移动的装置上进行焊接，成为半自动埋弧焊接。

二、埋弧焊的优缺点

1、埋弧焊的主要优点

（1）生产效率高：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。埋弧焊弧光不外露，没有弧光辐射，机械化的焊接方法减轻了手工操作强度，这些都是埋弧焊独特的特点。

2、埋弧焊的主要缺点

（1）埋弧焊采用颗粒状焊剂进行保护，一般只适用于平焊和角焊位置的焊接，其他位置的焊接，则需采用特殊装置来保证焊剂对焊缝区的覆盖和防止熔池金属的漏淌。（2）焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，需要采用焊缝自动跟踪装置来保证焊炬对准焊缝不焊偏。

三、埋弧焊的焊接方法和技巧

埋弧焊主要适用于平焊位置焊接，采用一定的辅助设备也可以实现角焊和横焊位置的焊接。由于埋弧焊工业应用以平焊为主，这里主要讨论平焊位置的情况，其他位置的焊接与平焊位置具有相似的规律。影响埋弧焊焊缝形状和性能的因素主要是焊接工艺参数、工艺条件等。埋弧焊的焊接工艺参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度等。

1、焊接电流

当其他条件不变时，无论是Y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H=kmI，为比例系数，随电流种类、极性、焊丝直径以及焊剂的化学成分变化而异。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。同样焊接电流条件下，焊丝直径不同（电流密度不同），焊缝形状和尺寸会发生变化。表示电流密度对焊缝形状和尺寸的影响，在其他条件不变时，熔深与焊丝直径成反比关系，但这种关系随电流密度的增加而减弱，这是由于随着电流密度的增加，熔池熔化金属量不断增加，熔融金属后排困难，熔深增加较慢，并随着熔化金属量的增加，余高增加焊缝成形变差，所以埋弧焊时增加焊接电流的同时要增加电弧电压，以保证焊缝成形。

2、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，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。

3、焊接速度

焊接速度对熔深和熔宽都有明显的影响，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，焊缝熔深和熔宽都将减小，即熔深和熔宽与焊接速度成反比。

四、埋弧焊的应用

1、埋弧焊接钢管的工艺质量存在的优点

①埋弧焊所用的焊接电流大，焊接电流密度在50A/mm2以上（手工电弧焊在20A/mm2以下）电弧热大且热效率高，焊丝熔化系数高，工作的熔透也深，焊接钢管时，工件厚度一般在10mm以下可以不开坡口，因此焊接生产率高。②埋弧焊的速度比手工焊高。钢管焊接由于是专用焊接设备，焊接技术成熟，比一般埋弧焊焊速更快，以8～10mm厚钢板为例，焊速可在1.5～2m/min或更高，而手工焊則不超过0.1～0.13m/min。③埋弧焊所用的焊剂在焊接过程中起到的作用有：①覆盖电弧区域，排除空气侵入;②在电弧柱中，熔化的焊渣与熔化的金属滴充分化学反应使熔池金属元素增量并在搅拌中带出有害气体和浮渣;③电弧柱中熔渣电离的离子可以增强电弧的稳定性;④熔渣覆盖熔池表面可固定熔池形状，这点在螺旋焊接时防止熔池金属流失非常重要;⑤同时覆盖凝固焊缝可以防止焊缝表面氧化。④埋弧焊接的质量和生产效率主要取决于焊接材料、焊接设备、焊接规范参数，与个人的操作技术相关性较少，因此焊接质量比手工焊稳定。

2、埋弧焊接钢管的工艺质量也存在以下缺点

①由于焊剂是颗粒状的，容易流动，维持一定位置受重力影响，因此埋弧焊仅适合于水平焊接的位置，其它焊接位置需考虑焊剂保持覆盖电弧的稳定性。在螺旋埋弧焊时，在电弧区有一个焊剂碗，使焊剂流在焊剂碗中覆盖住电弧区。②由于埋弧焊的焊接电流很大，因此焊接熔池也很长。为保持熔池形状，焊接位置受到一定的限制，否则会产生液态焊缝金属流失、焊缝中间凸起或焊缝咬边等焊接缺陷。③焊剂覆盖住电弧，使电弧位置不可目测，焊丝是否对准焊缝，需要另外的检测手段。④钢管埋弧焊时，由于电流流经钢管载体的影响，电场强度较大，焊接电极的位置或焊接电流较小时会影响焊接电弧的稳定性，前者影响电弧磁偏吹，后者影响电弧的稳定性。

参考文献

[1]《埋弧焊技术》奚泉主编.中国劳动社会保障出版社，2011-03-01第一版.

[2]《埋弧焊》.陈茂爱主编.化学工业出版社，1997-08-01第一版.