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第九章埋弧自动焊埋弧自动焊是焊接生产中广泛应用的一种机械化、高效率焊接方法。本章主要讲述埋弧自动焊的实质与特点，自动调节基本原理，及有关的焊接设备、焊接材料、焊接工艺方法等内容。第一节：埋弧自动焊概述一、电弧焊接过程自动化的基本概念电弧焊接过程一般包括引燃电弧、正常焊接和熄弧收尾三个阶段，并要求电弧及焊接过程始终保持稳定，即具有一定的调节作用，以达到电弧焊接的预定目的。手工电弧焊的焊接过程与稳定，是依靠焊工用手工控制来实现的，这是一种人工调节作用。自动焊实质是机械化程度高的焊接，以相应的自动调节作用取代人工调节作用。为此，自动电弧焊不仅要完成各个阶段的机械化操作，还要求自动地调节有关的焊接工艺参数，才能保证电弧及焊接过程的稳定，满足电弧焊接的需求。自动电弧焊分为埋弧（焊剂层下）自动焊和明弧焊（气体保护）两种。埋弧自动焊与手工电弧焊的根本区别，在于焊丝的给送和电弧沿着焊接方向移动都是自动的，并且有相应的自动调节作用。二、埋弧自动焊的实质与特点埋弧自动焊实质是一种电弧在颗粒状焊剂下燃烧的熔焊方法。焊丝送入颗粒状的焊剂下，与焊件之间产生电弧，使焊丝和焊件熔化形成熔池，熔池金属结晶为焊缝；部分焊剂熔化形成熔渣，并在电弧区域形成一封闭空间，液态熔渣凝固后成为渣壳，覆盖在焊缝金属上面。随着电弧沿焊接方向移动，焊丝不断地送进并熔化，焊剂也不断地撒在电弧周围，使电弧埋在焊剂层下燃烧，由此进行自动的焊接过程。埋弧自动焊与手工电弧焊相比具有以下的特点：１、焊接生产率高埋弧自动焊可采用较大的焊接电流，同时因电弧加热集中，使熔深增加，可一次焊透14ｍｍ以下不开坡口的钢板。而且埋弧自动焊的焊接速度也比手工焊快，从而提高了焊接生产率。２、焊接质量好因熔池有熔渣和焊剂的保护，使空气中的氮、氧难以侵入，提高了焊缝金属的强度和韧性。同时由于焊接速度快，线能量相对减小，故热影响区的宽度比手弧焊小，有利于减小焊接变形及防止近缝区金属过热。另外，焊缝表面光洁、平整。３、改善焊工的劳动条件由于实现了焊接过程机械化，操作较简便，而且没有弧光的有害影响，放出烟尘也少，因此焊工的劳动条件得到改善。但是，埋弧自动焊在实用上也受到一定的限制，因为焊接过程是依靠焊剂堆积及熔化后形成保护作用的，所以仅适用于水平面焊缝的焊接，并对焊件边缘的加工和装配质量要求较高。而且埋弧自动焊的设备比手弧焊复杂，维修保养的工作量也较大。埋弧自动焊主要适用于低碳钢及合金钢中厚板的焊接，是大型焊接结构生产中常用的一种焊接技术。三、电弧长度变化自动调节途径１、影响焊接电流和电弧电压稳定的因素合理地选择焊接工艺参数，并保证预定的工艺参数在焊接过程中稳定，是获得优质焊缝的重要条件。焊接电流和电弧电压在外界干扰下，将会引起较大变化。埋弧自动焊要求焊接电流和电弧电压的波动分别不超过士２５～５０Ａ与士2Ｖ，否则会影响焊缝尺寸，以致破坏焊接过程的稳定。电弧的稳定工作点，是由电源的外特性曲线和电弧静特性曲线的交点所确定的。因此，凡是使电源外特性和电弧静特性发生变化的外界因素，都会影响焊接电流和电弧电压的稳定。（１）电弧长度的变化由于焊件表面不平整和装配质量不良及有定位焊缝等原因，使电弧长度经常发生变化，因而电弧静特性曲线位置也相应变化，造成对焊接电流和电弧电压的影响。（２）网路电压的波动网路电压发生波动时，电源外特性曲线的位置也发生变化，从而影响了焊接电流。上述两个影响因素中，由于弧长变化对焊接电流和电弧电压的影响最为严重，因此埋弧自动焊的自动调节是以消除电弧长度变化的干扰作为主要目标。２．电弧长度自动调节的途径焊接过程中，当弧长变化时希望能迅速得到调整，恢复到原来长度。而电弧长度是由焊丝送给冷度和焊丝熔化速度决定的，只有使焊丝送给速度等于焊丝熔化速度时，电弧长度才有可能保持稳定不变。为此可通过两种途径来实现，一是调节焊丝送给速度；二是调节焊丝熔化速度，从而达到稳定电弧长度的目的。所谓焊丝送给速度是指在单位时间送入焊接区的焊丝长度，而焊丝熔化速度是指单位时间内熔化送入焊接区的焊丝长度。目前按电弧长度的调节原理，即焊丝送给的方式，埋弧自动焊有两种型式：一为焊丝送给速度在焊接过程中恒定不变的等速送丝式，焊机型号有ＭＺ－1000型；二为焊丝送给速度随电弧电压变化而变化的变速送丝式，焊机型号有ＭＭ－1000型。第二节：等速送丝式埋弧自动焊机一、等速送丝式埋弧焊机的工作原理等速送丝式埋弧焊机的特点是：选定的焊丝送给速度，在焊接过程中恒定不变，当电弧长度变化时，依靠电弧的自身调节作用，来相应地改变焊丝熔化速度，以保持电弧长度的不变。１．等熔化速度曲线等速送丝式埋弧焊机的自动调节性能，关键在于焊丝熔化速度，而焊丝熔化速度直接与焊接电流和电弧电压有关，其中又以焊接电流的影响为大些。当焊接电流增大时，焊丝熔化速度显著地增快；当电弧电压升高时，焊丝熔化速度略有减慢，因而焊接电流和电弧电压的变化，使焊丝熔化速度发生相应变化。通过实验的方法，所选定的焊丝送给速度和焊接工艺条件相同，仅调节焊接电源外特性，并分别测出电弧稳定燃烧点的焊接电流和电弧电压，以及相应的电弧长度，连接这几个电弧稳定燃烧点，可得到一条曲线Ｃ。这条曲线近似看作是一条直线，称作等熔化速度曲线。等熔化速度曲线表明，在曲线的每一点上，不同的焊接电流与电弧电压相配合，电弧均保持一定的长度稳定燃烧，而且焊丝熔化速度是相等的，并等于已选定的焊丝送给速度。等熔化速度曲线略微向右倾斜，说明随着电弧电压的升高，焊接电流则相应增大，因为电弧电压升高使焊丝熔化速度减慢，需增大焊接电流来补偿，以达到焊丝熔化速度与送给速度之间的平衡。等熔化速度曲线平行右移或左移，说明焊丝送给速度的变化，必须利用焊接电流的变化，来改变焊丝熔化速度，才能达到与焊丝送给速度的相互平衡，从而保持电弧长度的稳定。２．电弧自身调节作用根据等熔化速度曲线的含义，等速送丝式焊机的电弧稳定燃烧点，应是电源外特性曲线、电弧静特性曲线和等熔化速度曲线的三线相交点。当电弧长度发生变化时，假定电弧稳定燃烧，由于某种外界的干扰，使电弧长度突然从拉长，此时，电弧燃烧点下移，焊接电流减小，电弧电压增大。然而电弧燃烧是不稳定的，因为焊接电流的减小和电弧电压的升高，都减慢了焊丝熔化速度，而焊丝送给速度是恒定不变的，其结果使电弧长度逐渐缩短，电弧燃烧点将沿着电源外特性曲线，回到原来的稳定燃烧点，这样又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧长度突然缩短时，由于焊接电流随之增大，加快焊丝熔化速度，而送丝速度仍不变，这样也会恢复至原来的电弧长度。在受到外界的干扰使电弧长度发生改变时，会引起焊接电流和电弧电压的变化，尤其是焊接电流的显著变化，从而引起焊丝熔化速度的自行变化，使电弧恢复至原来的长度而稳定燃烧，这称为电弧自身调节作用。３、影响电弧自身调节性能的因素（１）焊接电流电弧长度改变后，焊接电流变化越显著，则电弧长度恢复得越快。当电弧长度改变的条件相同时，选用大电流焊接的电流变化值，要大于选用小电流焊接的电流变化值。因而，采用大电流焊接时，电弧自身调节作用就强烈，即电弧自行恢复到原来长度的时间就短。（２）电源外特性当电弧长度改变相同时，较为平坦的下降电源外特性曲线的电流变化值，要比陡降的电源外特性曲线的电流变化值大些。这说明下降的电源外特性曲线越平坦，焊接电流变化就越大，电弧自身调节作用就越好。所以，等速送丝式埋弧自动焊机的焊接电源，要求具有缓降的电源外特性。４、焊接电流和电弧电压调节方法等速送丝式埋弧焊机的焊接电流和电弧电压调节方法，可以通过改变焊丝送给速度和电源外特性来实现。电源外特性不变时，改变焊丝送给速度，使等熔化速度曲线平行移动，于是，焊接电流变化值较大，电弧电压变化值较小。反之，焊丝送给速度固定，调节电源外特性，因等熔化速度曲线近似垂直，所以电弧电压变化值较大。为此，需调节焊接电流，改变焊丝送给速度；需调节电弧电压，改变电源外特性。由于电弧稳定工作点，要求焊接电流和电弧电压的相互配合，当焊接电流调节时，电弧电压也要相应调节，所以需要同时改变焊丝送给速度和电源外特性。二、ＭＺＩ－１０００型埋弧自动焊机的组成ＭＺＩ－１０００型是典型的等速送丝式埋弧自动焊机，根据电弧自身调节原理设计的。这种焊机的电气控制线路比较简单，外形尺寸不大，焊接小车结构也较简单，使用方便，可选用交流和直流焊接电源，主要用于焊接水平位置及倾斜小于１５°的对接和角接焊缝，也可以焊接直径较大的环形焊缝。ＭＺ－１０００型埋弧自动焊机由焊接小车、控制箱和焊接电源三部分组成。１、焊接小车焊接小车的交流电动机为送丝机构和行走机构共同使用，电动机两头出轴，一头经送丝机构减速器送给焊丝，另一头经行走机构减速器带动焊车。焊接小车的前轮和主动后轮与车体绝缘，主动后轮的轴与行走机构减速器之间，装有摩擦离合器，脱开时，可以用手推动焊车。焊接小车的回转托架上装有焊剂斗、控制板、焊丝盘、焊丝校直机构和导电嘴等。焊丝从焊丝盘经校直机构、送给轮和导电嘴送入焊接区，所用的焊丝直径为1.6～5ｍｍ。焊接小车的传动系统中有两对可调齿轮，通过改换齿轮的方法，可调节焊丝送给速度和焊接速度。焊丝送给速度调节范围为0.87～6.7ｍ／ｍｉｎ，焊接速度调节范围为16～126ｍ／ｈ。２．控制箱控制箱内装有电源接触器、中间继电器、降压变压器、电流互感器等电气元件，在外壳上装有控制电源的转换开关、接线板及多芯插座等。３．焊接电源常见的埋弧自动焊交流电源采用ＢＸＺ－ＩＱ００型同体式弧焊变压器。第三节：变速送丝式埋弧自动焊机一、变速送丝式埋孤自动焊机的工作原理变速送丝式埋弧自动焊机的特点是；通过改变焊丝送给速度来消除对弧长的干扰，焊接过程中电弧长度变化时，依靠电弧电压自动调节作用，来相应改变焊丝给送速度，以保持电弧长度的不变。1．电弧电压自动调节静特性曲线变速送丝式埋弧自动焊机的自动调节原理，主要是引入电弧电压的反馈，用电弧电压来控制焊丝送给速度，而原来选定的焊丝送给速度，是由决定送丝的给定电压来进行调节。由于焊接过程中的电弧电压直接与焊丝送给速度有关，当电弧电压升高时，焊丝送给速度就增快，反之电弧电压降低时，则焊丝送给速度减慢，因此保持了电弧长度的不变。通过实验的方法，在确定的焊接工艺条件下，所选定的送丝给定电压不变，然后调节焊接电源外特性，并分别测出电弧稳定燃烧点的焊接电流和电弧电压，连接这几个电弧稳定燃烧点，可得到一条曲线。这条曲线基本上可看作是一条直线，称为电弧电压自动调节静特性曲线。电弧电压自动调节静特性曲线与等熔化速度曲线一样，是反映建立稳定焊接过程中焊接电流和电弧电压关系的曲线，表明电弧在曲线的每一点上燃烧时，其焊丝熔化速度等于焊丝送给速度。但是，变速送丝式的焊丝送给速度不是恒定不变的，因而在曲线上的各个不同点，都有不同的焊丝送给速度，对应着不同的焊丝熔化速度，使电弧在一定的长度下稳定燃烧。电弧电压自动调节静特性曲线稍微上升，说明随着焊接电流的增大，电弧电压需相应升高，因为焊接电流增大时，使焊丝熔化速度增快，这需要加快焊丝送给速度来配合，以达到焊丝送给速度与熔化速度之间的平衡。电弧电压自动调节静特性曲线的平行上移或下移是通过电位器的调节来改变给定电压的大小而达到的。当其它条件相同时，如给定电压通过电位器调节而增大测电弧电压自动调节静特性曲线上移，反之则下移，但斜率不变。２．电弧电压自动调节作用按照电弧电压自动调节静特性曲线的含义，变速送丝式焊机的电弧稳定燃烧点，必定是电源外特性曲线，电弧静特性曲线和电弧电压自动调节静特性曲线的三线相交点。当电弧长度发生变化时，通过自动调节而恢复到原来弧长的过程，当受到某种外界干扰时，便电弧长度突然从已拉长，这时，电弧燃烧点从上移，电弧电压增大，因电弧电压的反馈作用，使焊丝送给速度加快；而焊接电流减小到稳定燃烧点，引起焊丝熔化速度减慢。由于焊丝送给速度的加快，同时焊丝熔化速度又减慢，因此，电弧长度迅速缩短，电弧从不稳定燃烧的点，回到原来的稳定燃烧点，于是又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧长度突然缩短时，由于电弧电压随之减小。使焊丝送给速度减慢