埋弧焊常见缺陷防范及工艺介绍

埋弧焊常见缺陷防范及工艺介绍（规范控制及焊接材料使用）主讲人：刘锦明1讲师姓名刘锦明个人简介:本人从事焊接工作28年所在部门、品质保证部焊接试验科任职、焊接技术员职称、技师专长、手工电弧焊、二氧化碳焊、氩弧焊、埋弧焊个人履历、教育、中等专业工作经历、沪东、南通锅炉厂、黄埔、桂江、文冲、熔盛等大中型船厂手弧焊、二氧化碳焊、埋弧焊工作工作业绩、技师考评论文、坡口角度对熔深的影响正在完成中。授课经历、先后对公司内部员工、劳务队员工进行理论与实践的培训，2010年公司委派到北方工业学校对技校生的理论实践培训。个人荣誉、熔盛重工6GR焊接三等奖授课目标和收益授课对象:详细,具体：从事埋弧焊作业人员培训课时（2小时/课时）：培训方法：理论讲课课程收益：1、了解埋弧焊的特点、实施方法及工艺参数选择，使得作业人员能对其充分的认知并正确地进行操作2、埋弧焊的主要缺陷防止3、埋弧焊的工艺规范目录21243埋弧焊的主要缺陷及防止埋弧焊工艺规范焊材、埋弧焊实施方法及工艺参数选择埋弧焊的特点埋弧焊简介埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种方式。也就是焊丝和工件分别与焊接电源的输出端相接。焊丝由送丝机构连续向焊剂覆盖的区域给送。电弧引燃后，焊剂、焊丝和母材在电弧热的作用下立即溶化并形成熔池。溶化的熔渣覆盖住熔池金属焊接区域，并起良好的保护作用。未溶化的焊剂具有隔离空气，屏蔽弧光和热的作用。同时提高了热效率。埋弧焊的特点埋弧焊时可以采用较短的焊丝伸出长度并可在焊接过程中基本保持不变，焊丝可以较高的速度自动给送，因此可以采用大电流进行焊接，从而达到相当高的融敷率。其次，埋弧焊是一种高电流密度的焊接法，具有深熔的特点，一次熔深可达10--20mm以上，是一种高生产率的焊接法。优点及应用范围埋弧焊与其他焊接法相比有以下优点优点一埋弧焊可以以相当高的焊接速度和高的融敷率完成厚度实际上不受限制的对接、角接和搭接接头。多丝焊特别适用于厚板接头和外表堆焊。优点二单丝或多丝埋弧焊可以单面焊双面成形工艺完成厚度20mm以下的直边对接接头，或以双面焊完成40mm以下的直边对接和单面V型坡口对接接头。可以取得相当高的经济效益。优点三利用焊剂对焊缝金属脱氧还原反应以及渗合金作用，可以获得力学性能优良，致密性高的优质焊缝金属。焊缝金属的性能容易通过焊剂和焊丝的选配任意调整。优点四埋弧焊过程中焊丝的熔化不产生任何飞溅，焊缝表面光洁焊后无需修磨焊缝表面，省略辅助工序。优点五埋弧焊过程无弧光刺激，焊工可以集中注意力进行操作，焊接质量容易保证，同时劳动条件得到改善。优点六埋弧焊易于实现机械化和自动化操作，焊接过程稳定，焊接参数调节范围广，可以适应各种工件的焊接。埋弧焊的缺点焊接设备占地面积大，一次投资费用较高。每层焊道焊接后，如果控制不好比较难以清渣，增加了辅助时间，如清渣不仔细，容易使焊缝产生夹渣之类的焊接缺陷。埋弧焊只能在平位的位置进行焊接，对工件的倾斜度亦有严格的控制，否则，焊剂和焊接熔池难以保持。埋弧焊的适应范围随着埋弧焊焊剂、焊丝新品种的发展和埋弧焊新工艺的改进，目前可以焊接的钢种有：所有牌号的低碳钢、含碳量小于0.6%的中碳钢、各种低合金高强度钢、耐热钢、耐候钢、低温用钢、各种铬钢和铬镍不锈钢、高合金耐热钢和镍基合金等。埋弧焊是现代工业生产应用最广泛的机械化焊接方法之一，特别是在船舶制造、发电设备、锅炉压力容器、大型管道、机车车辆、重型机械、桥梁及炼油化工装备等生产中占主导地位。对上列焊接结构制造行业的发展起到了积极的推动作用。焊材的选择埋弧焊时焊丝与焊剂直接参与焊接过程中的冶金反应，它们的化学成分和物理特性都会影响焊接的工艺过程，并通过焊接过程对焊缝的金属成份、组织和性能发生影响。正确的选择焊丝并与焊剂配合使用是埋弧焊技术的一项重要内容。目前焊丝的品种随着所焊金属的种类增加而增加，已有碳素结构钢、合金钢、高合金钢和各种有色金属焊丝以及堆焊用的特殊合金焊丝。焊丝直径的选择埋弧焊一般使用3—6mm直径的焊丝，以充分发挥埋弧焊的大电流和高融敷率的优点。对一定的电流值可能使用不同直径的焊丝。同一电流使用较小直径的焊丝时，可获得加大焊缝熔深、减小焊缝熔宽的效果。当工件装配不良时，宜采用较大直径的焊丝。对焊丝的表面要求焊丝表面应当干净光滑，焊接时能顺利的送进，以免对焊接过程带来干扰。除不锈钢焊丝和有色金属焊丝外，各种低碳钢和低合金焊丝的表面最好是镀铜的。镀铜层即可起防锈作用，也可以改善焊丝与导电嘴的接触。对焊剂的要求埋弧焊使用的焊剂是颗粒状可溶化的物质，其作用相当于焊条的涂层，对焊剂要求具有良好的冶金性能，与选用的焊丝相配合，通过适当的焊接工艺来保证焊缝金属获得所需的化学成分和力学性能以及抗热裂和冷裂的能力。同时，还要求焊剂具有良好的工艺性能，即要求良好的稳弧、焊缝成形、脱渣等性能，并且在焊接过程中尽可能少产生或不产生过多的有毒气体。焊丝和焊剂的选配低碳钢的焊接可以用高锰高硅型焊剂，如HJ431配合H08E或H08A焊丝，或者选用低锰、无锰型焊剂配合H08MnA、H10Mn2焊丝。低合金高强度钢的焊接选用中锰中硅或低锰中硅焊剂配合与钢材强度相匹配的焊丝。焊剂与冶金反应熔融的焊剂与熔化金属之间可产生各种冶金反应，正确的控制这些冶金反应的过程，可以获得化学成分，力学性能和纯度符合预定技术要求的焊缝金属，同时焊剂的成分也影响到电弧的稳定性、电弧柱的最高温度及热分布，熔渣的特性也对焊缝的外表成形起到一定的作用。工艺参数及焊接技术影响焊缝形状、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。(一)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。图1焊接电流与熔深的关系（Φ4.8MM焊丝）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，即断面形状的影响，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(1)焊接电流图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。（2）电弧电压图4焊接速度对焊缝成形的影响Ｈ－熔深Ｂ－熔宽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，焊缝熔深和熔宽都将减小，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成形的影响。如图5焊接速度对焊缝断面形状的影响。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，容易产生咬边或余高不足。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。图５焊接速度对焊缝断面形状的影响a)I形接头b)Ｙ形接头(3)焊接速度(4)焊丝直径对熔深及焊缝成形的影响焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时，焊丝直径的变化对焊缝形状会发生变化。如表1所示的电流密度对焊缝形状尺寸的影响，从表中可见，其他条件不变，熔深与焊丝直径成反比关系，但这种关系随着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，余高随之增加，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，以保证焊缝成形质量。表1电流密度对焊缝形状尺寸的影响（U=30-32V，Us=33cm／min）项目焊接电流／A700—7501000—11001300—1400焊丝直径／mm65465465平均电流密度A/mm22636583852844868熔深H／mm78.511.510.51216.517.519熔宽B／mm2221192624222724形状系数B／H3.12.51.72.521.31.51.3（二）工艺条件对焊缝成形的影响（1）对接坡口形状、间隙的影响在其他条件相同时，增加坡口深度和宽度，焊缝熔深增加，熔宽略有减小，余高显著减小，如图6所示。在对接焊缝中，如果改变间隙大小，也可以调整焊缝形状，同时板厚及散热条件对焊缝熔宽和余高也有显著影响，如表2所示。图6坡口形状对焊缝成形的影响表2焊缝间隙对对接焊缝尺寸的影响工艺参数熔深／mm熔宽／mm余高／mm熔合比(％)板厚／mm电流／A电弧电压／V焊接速度cm/min间隙／mm02402402402412700-75032~34501347.55.68.06.07.55.52010211120102.52.02.0---1.0---74716461574620800-85036~382033.413410.011.06．59.511.57.010.011.07.02723112722112722103.03.52.52.02.52.51.560637257586152494530900-100040-422033.413410.512.07.511.012.07.510.511.07.53430123329123530123.53.01.53.02.02.51.5616772596372555960(2)焊丝倾角和工件斜度的影响焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾两种，见图7。倾斜的方向和大小不同，电弧对熔池的吹力和热的作用就不同，对焊缝成形的影响也不同。图7a为焊丝前倾，图7b为焊丝后倾。焊丝在一定倾角内后倾时，电弧力后排熔池金属的作用减弱，熔池底部液体金属增厚，故熔深减小。而电弧对熔池前方的母材预热作用加强，故熔宽增大。图7c是后倾角对熔深、熔宽的影响。实际工作中焊丝前倾只在某些特殊情况下使用，例如焊接小直径圆筒形工件的环缝等。图7焊丝倾角对焊缝形成的影响a)前倾b)后倾c)焊丝后倾角度对焊缝形成的影响a)上坡斜b)上坡斜工件斜度的影响c)下坡斜d)下坡斜工件斜度的影响β－工件斜度工件倾斜焊接时有上坡焊和下坡焊两种情况，它们对焊缝成形的影响明显不同，见图8。上坡焊时(图8a、b)，若斜度β角6°--12°，则焊缝余高过大，两侧出现咬边，成形明显恶化。实际工作中应避免采用上坡焊。下坡焊的效果与上坡焊相反，见图8c、d。图8工件斜度对焊缝形成的影响埋弧焊焊剂堆高一般在25～40mm，应保证在丝极周埋住电弧。当使用粘结焊剂或烧结焊剂时，由于密度小，焊剂堆高比熔炼焊剂高出20％～50％。焊剂堆高越大，焊缝余高越大，熔深越浅。焊剂堆高的影响（三）焊接工艺条件对焊缝金属性能的影响当焊接条件变化时，母材的稀释率、焊剂熔化比率(焊剂熔化量／焊丝熔化量)均发生变化，从而对焊缝金属性能产生影响，其中焊接电流和电弧电压的影响较大。图9～图11给出了焊接电流、电弧电压和焊接速度对焊剂熔化比率的影响。由于焊剂熔化比率的变化，焊缝金属的化学成分、力学性能均发生变化，特别是烧结焊剂中合金元素的加入对焊缝金属化学成分的影响最大。图12～图14给出各种焊接条件变化时对焊缝金属Mn、Si含量的影响。图9焊接电流对焊剂熔化比率的影响图10电弧电压对焊剂熔化比率的影响图11焊接速度对焊剂熔化比率的影响图12焊接电流对焊缝金属化学成分的影响图13电弧电压对焊缝金属化学成分的影响图14焊接速度对焊缝金属化学成分的影响埋弧焊实施方法及工艺参数选择11)焊前准备a)坡口设计及加工同其他焊接方法相比，埋弧焊母材稀释率较大，母材成分对焊缝性能影响较大，埋弧焊坡口设计必须考虑到这一点。依据单丝埋弧焊使用电流范围，当板厚