埋弧焊

材料连接：埋弧焊（submerged arc welding ）

埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是利用焊剂层下燃烧的电弧的热量熔化焊丝，焊剂和母材而形成焊缝的一种电弧焊焊接方法。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。

埋弧焊操作方式可分为自动焊与半自动焊，其焊接过程示意图如下

生产中普遍应用埋弧自动焊，它的全部焊接操作包括引燃焊丝，焊丝送进，电弧移动，焊缝收尾等均有机器控制，方便快捷。

埋弧焊原理

埋弧焊焊缝形成过程如下图2：焊丝末端与焊件之间产生电弧后，电弧的热量使焊丝，焊剂和焊件熔化，有一部分甚至蒸发。金属与焊剂的蒸发气体形成一个包围电弧与熔池金

属的密闭空间，使电弧与熔池与外界空气隔离。随着电弧向前移动，电弧不断熔化前方的焊件，焊丝和焊剂，而熔池的后部边缘开始冷凝形成焊缝。密度较小的熔渣浮在熔池表面，冷却形成渣壳。

图2

埋弧焊时，焊丝连续不断地送进，同时其端部在电弧热作用下不断熔化，焊丝送进速度和熔化速度相互平衡，以保持焊接过程的稳定进行。依据应用不同，焊丝有单丝、双丝和多丝，有的应用中还以药芯焊丝代替裸焊丝，或用钢带代替焊丝。

埋弧焊工艺参数

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，增加焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响如图3.2-21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。焊接电流对焊缝断面形状的影响：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。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，改变电弧电压对焊缝形状的影响如图3.2-23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。

极性不同时，电弧电压对熔宽的影响不同。表3.2-7为采用HJ431焊剂时，正极性和反极性条件下电弧电压对熔宽的影响。

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，如图3.2-24所示。焊接速度对焊缝断面形状的影响，如图3.2-25所示。焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差;焊接速度较大的，熔化金属量不足，容易产生咬边。实

际焊接中为了提高生产率同时保持一定的线能量，在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证一定的熔深和熔宽。

埋弧焊的应用范围

目前主要用于焊接各种钢板结构。可焊接的钢种包括碳素结构钢，不锈钢，耐热钢及其复合钢材等。埋弧焊在造船，锅炉，化工容器，桥梁，起重机械及冶金机械制造业中应用最为广泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蚀合金或用于焊接镍基合金，铜合金也是较理想的。

埋弧焊的主要特点

埋弧焊是当今生产效率较高的机械化焊接方法之一，它的全称是埋弧自动焊,又称焊剂层下自动电弧焊。

优点：

生产效率高

这是因为，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。

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。

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

缺点：

适应性差，不及手工焊灵活，一般只适合于水平位置或倾斜度不大的焊缝；

工件边缘准备和装配质量要求较高、费工时；

埋弧操作，看不到熔池和焊缝形成过程，因此，必须严格控制焊接规范。

焊接设备较复杂，维修保养工作量大。

埋弧焊应用

埋弧焊是焊接生产中应用较普遍的工艺方法。由于焊接熔深大、生产效率高、机械化程度高，因而适用于中厚板长焊缝的批量焊接，焊接水平位置的长直焊缝和较大直径的环焊缝。在造船、锅炉与压力容器、化工、桥梁、起重机械、铁路车辆、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造中有广泛的应用。

随着焊接冶金技术和焊接材料生产技术的发展，埋弧焊所能焊接的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及一些有色金属材料，如镍基合金、铜合金的焊接等。埋弧焊除了主要用于金属结构件的连接外，还可以用来进行金属表面耐磨或耐腐蚀合金层的堆焊。

埋弧焊的发展

随着冶金技术的进步，新的、不易产生焊接裂纹并可以采用大热量输入焊接加工的材料不断涌现，全力追求焊接自动化和高效焊接的气候将在目前传统焊接技术框架内形成。这就减少了对埋弧焊这类高电流密度、大热输入焊接方法的使用制约，为埋弧焊的应用范围得以拓宽提供了机会。而且随着我国的钢材消耗量的增加以及焊接技术的成熟与发展，以焊带铸的趋势逐渐实现，焊接加工的应用范围在钢铁行业和各设备制造业中日益扩大，特别像造船业这样的关键行业其焊接效率要求达到较高水平。焊接机械化、自动化率要求达到0.1，将使埋弧焊的应用进一步发展，埋弧焊焊机所占比例将大幅度提高。

埋弧焊接高效化已是国内外焊接加工技术研究和应用的重要趋势。因此，埋弧焊工艺近年不断翻新。众所周知， 能提高埋弧焊接效率的方法有改变电极数量或形状的，如多丝埋弧焊、带极埋弧焊；有添加辅助填充金属的，如坡口内添加合金粉末的埋弧焊；有改变坡口形状尺寸的，如窄间隙埋弧焊；此外还有冷丝和热丝填丝埋弧焊等。这些高效焊接方法，降低了焊接成本,提高了生产率。使焊接更广泛的应用。