po焊接方法与设备

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1、2020/10/4,杨建国,1,焊接方法与设备,2020/10/4,杨建国,2,第三章 埋弧焊,定义：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，由于电弧掩埋在焊剂下燃烧，弧光不外露，因此称为埋弧焊，该方法都为自动焊接方法，因此，该方法又称为焊剂层下自动电弧焊或埋弧自动焊。,2020/10/4,杨建国,3,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,2020/10/4,杨建国,4,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,2020/10/4,杨建国,5,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,焊接生产效率高（Iv） 可使用大电流，从而功率、熔透深度及焊丝熔化速度增加；例如20mm钢板I型坡口一次焊透 热量损失少，

2、从而热效率提高，焊接速度大大提高，可达60-150m/h,而焊条电弧焊只有6-8m/h,2020/10/4,杨建国,6,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,2020/10/4,杨建国,7,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,2020/10/4,杨建国,8,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,2020/10/4,杨建国,9,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,焊接质量好： 保护效果好（焊剂、熔渣保护）（还原性气分） 熔池金属凝固速度慢（冶金反应、成份稳定、缺陷） 自动焊接过程,2020/10/4,杨建国,10,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,2020/10/4,杨建国,11,第三章 埋弧焊-

3、埋弧焊的原理及特点,焊接成本低 电流大熔深大可使用I型或者小角度坡口节省加工坡口时间 减少填充金属量 飞溅少 焊丝长 热量集中，热效率高单位长度消耗电能少,2020/10/4,杨建国,12,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,劳动条件好 机械化 埋弧弧光、烟尘、气体,2020/10/4,杨建国,13,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,焊缝外形美观（熔渣覆盖）,2020/10/4,杨建国,14,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,难以空间位置施焊 焊件质量装配严格 不适合薄板和短焊缝 设备费用高 适用材料范围窄（适合Fe Ni Cu）对于铸铁、Al、Mg、Pb、Zn不适合 焊缝的冲击韧性普遍不

4、好,2020/10/4,杨建国,15,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,埋弧焊分类,2020/10/4,杨建国,16,第三章 埋弧焊-埋弧焊的原理及特点,埋弧焊应用 造船、锅炉、化工容器、桥梁、起重机及冶金机械中。 特殊表面,2020/10/4,杨建国,17,第三章 埋弧焊-埋弧焊的焊接现象,2020/10/4,杨建国,18,埋弧焊的焊接现象,埋弧焊的特殊性导致焊接电弧不能被直接观察，为此人们出现过对该方法的一些误解，如开始人们认为电流流过液态熔渣产生的电阻热对母材熔化。,2020/10/4,杨建国,19,埋弧焊的电弧现象,埋弧焊电弧处在焊剂层下，电弧引然后，金属和焊剂的蒸汽及分解气体围绕电

5、弧形成一个气泡，电弧在这个气泡中燃烧。 肉眼观测不到气泡和电弧，需要通过X射线透视才能了解电弧区所发生的现象。,2020/10/4,杨建国,20,埋弧焊的电弧现象-电弧特性,X射线观察 电压与弧长具有良好的线性关系,2020/10/4,杨建国,21,埋弧焊的电弧现象-电弧特性,负阻特性,2020/10/4,杨建国,22,埋弧焊的电弧现象-熔滴过渡,直流反接 400A 40V 17cm/min,2020/10/4,杨建国,23,埋弧焊的电弧现象-熔滴过渡,2020/10/4,杨建国,24,埋弧焊的电弧现象-熔滴过渡,电弧电压越大，焊接速度越慢，所形成的空洞越大。 电弧电压低，焊接速度快，焊丝前面

6、有未熔化的焊剂，在焊丝的后方形成空洞。 低速焊接时，液滴多数沿着前面的熔渣壁产生过渡，速度增大后，熔滴多数从后部过渡。,2020/10/4,杨建国,25,埋弧焊的电弧现象-熔滴过渡,由于电流密度低（与MIG、CO2焊相比），熔滴的过渡频率达不到喷射过渡的程度，电流400A焊丝接负时，每秒钟过渡10次左右。焊丝接正的时候过渡频率是接负的时候的数倍。 熔滴尺寸比较小，直径与焊丝直径相当,2020/10/4,杨建国,26,埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性,焊丝直径的影响实质是电流密度大小影响,2020/10/4,杨建国,27,埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性,干伸长的影响很大,2020/10

7、/4,杨建国,28,埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性,熔化速度的增加量与(电流密度*干伸长)1.22成正比。 利用这一点可以提高生产率,2020/10/4,杨建国,29,埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性,焊丝干伸长达到280mm时，焊丝熔化速度为普通情况的俩倍。,2020/10/4,杨建国,30,埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性,焊丝接负约为焊丝接正时熔化速度的1.5倍,2020/10/4,杨建国,31,埋弧焊的电弧现象-母材的熔化,埋弧焊的特征就是利用大电流获得较大的熔深。 关于熔深有以下的经验公式： P=熔深；K=焊剂常数；I=焊接电流；vw=焊接速度；Ua=焊接电压,2020

8、/10/4,杨建国,32,埋弧焊的电弧现象-母材的熔化,2020/10/4,杨建国,33,埋弧焊的电弧现象-母材的熔化,焊丝熔化与母材熔化的X射线观察,I为大电流、低电压、低焊速：焊丝潜入母材，电弧在前方金属及熔化金属上都有存在，焊丝前端呈笔尖状 II相比I速度提高，电弧只在前方金属上，电弧呈小刀状 III属于一般电弧，电压较高、焊速较低 IV相对于II极高速焊接,2020/10/4,杨建国,34,埋弧焊的电弧现象-母材的熔化,V型坡口焊接时，坡口面积一定，即使改变坡口角度，熔深（熔化形态）也不发生变化。,2020/10/4,杨建国,35,埋弧焊的自动调节原理,2020/10/4,杨建国,36

9、,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,必要性 自动焊 存在不稳定因素 弧长波动（焊件不平、装配不良、定位焊点、送丝速度不均匀） 网压波动,2020/10/4,杨建国,37,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,2020/10/4,杨建国,38,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,2020/10/4,杨建国,39,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,稳定性的条件：电源外特性与电弧静特性必须有交点，且交点处电弧静特性曲线的斜率大于电源外特性曲线的斜率。,2020/10/4,杨建国,40,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,埋弧焊电源外特性必须是下降特性,2020/10/4,杨建国

10、,41,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,调节的主要目标：消除电弧长度变化的干扰,2020/10/4,杨建国,42,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,2020/10/4,杨建国,43,埋弧焊的自动调节原理-埋弧焊的自动调节,埋弧焊调节途径：保证焊丝熔化速度与焊丝送进速度相等。 埋弧焊调节方法： 调节焊丝熔化速度 调节焊丝熔化速度+焊丝松进速度,2020/10/4,杨建国,44,埋弧焊的自动调节原理-熔化极电弧的自动调节系统,焊丝的熔化速度与焊接电流和电弧电压存在一定的关系 等熔化速度曲线（电弧的稳定工作曲线，系统的静特性曲线）,2020/10/4,杨建国,45,埋弧焊的自动调节原理

11、-熔化极电弧的自动调节系统,弧长波动（此时送丝速度不变）,2020/10/4,杨建国,46,埋弧焊的自动调节原理-熔化极电弧的自动调节系统,实质：等速送丝时，弧长变化导致焊接电流变化，进而导致焊丝熔化速度的变化而使得弧长恢复。,2020/10/4,杨建国,47,埋弧焊的自动调节原理-熔化极电弧的自动调节系统,网络电压波动（等速送丝）,2020/10/4,杨建国,48,埋弧焊的自动调节原理-熔化极电弧的自动调节系统,电弧自身调节系统无法消除网络电压波动对于焊接参数的影响；,2020/10/4,杨建国,49,埋弧焊的自动调节原理-熔化极电弧的自动调节系统,自身调节系统对于电源外特性的要求：缓降或者

12、平特性的焊接电源； 选择原因： 焊接电流变化大，自身调节速度快 网络波动，弧长变化小,2020/10/4,杨建国,50,埋弧焊的自动调节原理-电弧电压反馈自动调节系统,必要性 埋弧焊通常采用比较粗的焊丝，直径一般在4mm以上的居多，如果仍然依靠电弧自身的调节保证弧长的稳定，则由于系统对粗丝的调节灵敏度低，反映慢，无法满足参数的稳定调节； 另外，弧长变化和调节过程中，电流的变动比较大，焊缝成形不均匀（宽度、深度方向）,2020/10/4,杨建国,51,埋弧焊的自动调节原理-电弧电压反馈自动调节系统,实质：利用电弧电压作为反馈量，通过转速调节机构（调节器），迫使送丝速度改变，把焊接规范调节到原来的

13、数值。 调节器的静态特征方程为：,2020/10/4,杨建国,52,埋弧焊的自动调节原理-电弧电压反馈自动调节系统,2020/10/4,杨建国,53,埋弧焊的自动调节原理-电弧电压反馈自动调节系统,弧长波动 电压调节与自动调节双重机制,2020/10/4,杨建国,54,埋弧焊的自动调节原理-电弧电压反馈自动调节系统,调节器分类： 发电机-电动机电弧电压反馈自动调节器 晶闸管电弧电压反馈自动调节器,2020/10/4,杨建国,55,埋弧焊的自动调节原理-电弧电压反馈自动调节系统,网路电压波动,2020/10/4,杨建国,56,埋弧焊的自动调节原理-电弧电压反馈自动调节系统,电压反馈调节系统对于电

14、源外特性的要求：陡降特性的焊接电源； 选择原因： 焊接电流变化小，稳定,2020/10/4,杨建国,57,埋弧焊的自动调节原理-两种调节系统的比较,2020/10/4,杨建国,58,埋弧焊设备,2020/10/4,杨建国,59,埋弧焊设备,组成部分：,焊接机,2020/10/4,杨建国,60,埋弧焊设备,2020/10/4,杨建国,61,埋弧焊设备,2020/10/4,杨建国,62,埋弧焊设备,焊接电源 焊接电源一般采用普通的交流电，电源容量从500A到2000A。 薄板焊接多采用直流电源。 电源外特性一般为陡降特性,2020/10/4,杨建国,63,埋弧焊设备,较大的自动焊焊机和专用型焊机有

15、焊剂自动回收装置。,2020/10/4,杨建国,64,埋弧焊设备-注意事项,应采用专用供电设备，且容量足够大 焊接电缆应该足够粗 多台焊机使用时应该考虑三相平衡问题,2020/10/4,杨建国,65,埋弧焊设备的焊接材料与冶金过程,2020/10/4,杨建国,66,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,埋弧焊熔深比较大，使焊缝金属的性质受母材的化学成分影响比较大，但焊丝及焊剂的组合对焊缝金属的性质也有较大影响。,2020/10/4,杨建国,67,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,焊丝 标准：IIW、ISO、GB 分类： 碳素钢焊丝 结构钢焊丝 不锈钢焊丝 有色金属焊丝 堆焊用特殊合

16、金焊丝,2020/10/4,杨建国,68,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,焊丝选择总体原则： 低碳钢和低合金高强钢的焊接选用与母材强度相匹配的焊丝 耐热钢和不锈钢的焊接选用与母材成分相近的焊丝,2020/10/4,杨建国,69,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,2020/10/4,杨建国,70,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,焊剂 作用： 保护电弧 稳定电弧 焊缝成形 合金过渡 特殊姿态,2020/10/4,杨建国,71,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,分类方法： 制造方法 熔炼焊剂 烧结焊剂 化学成分 SiO2-CaO-MgO SiO2-MnO SiO2

17、-MnO-CaO-CaF SiO2-CaO-MgO-Al2O3 SiO2-MnO-TiO2,2020/10/4,杨建国,72,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,熔炼焊剂:将配制好的原料在电炉中溶解，冷却后加以粉碎制备成的焊剂，呈玻璃状。 成分均匀，颗粒强度高，吸水少，易储存 不能添加大量合金元素,2020/10/4,杨建国,73,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,熔炼焊剂的优点： 焊缝外表美观 不吸湿，使用前不需要干燥 未熔化的焊剂可重复利用 熔炼焊剂的缺点： 无法加入脱氧剂和铁合金,2020/10/4,杨建国,74,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,烧结焊剂 制备过程

18、：混合加入粘结剂烘干烧结（4001000）粉碎筛选,2020/10/4,杨建国,75,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,烧结焊剂的优点： 大电流下焊接操作性好，适合焊接厚板，生产效率高 焊缝金属性能特别是冲击韧性优良 易于加入合金元素 消耗少，经济性好 对不同的电流范围有较好的适应性 缺点：吸潮，要在350400烘干,2020/10/4,杨建国,76,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,碱性、酸性的尺度 焊剂熔化成为熔渣，熔渣呈碱性还是呈酸性，对焊缝金属的性能、焊接操作性都有很大的影响。 一般酸性焊剂的焊接操作性好，能得到漂亮的焊缝，但焊缝冲击值低。 而碱性焊剂得到的焊缝冲击值高

19、，抗裂纹能力强，但焊接操作性不太好。,2020/10/4,杨建国,77,埋弧焊焊接材料与冶金过程-焊接材料及选用,焊丝与焊剂的组配对埋弧焊焊缝金属的性能有着决定作用。 低碳钢的焊接可选用高锰高硅型焊剂，配用H08MnA焊丝，或选用低锰低硅型焊剂配用H08MnA、H10Mn2焊丝。 低合金高强钢的焊接可选用中锰中硅型焊剂配用适当的低合金高强钢焊丝。 耐热钢、低锰钢、耐蚀钢的焊接可选用中硅过低硅型焊剂配用相应的合金钢焊丝。 铁索体、奥氏体钢一般选用碱度较高的焊剂以降低合金元素的烧损及掺加较多的合金元素。,2020/10/4,杨建国,78,埋弧焊焊接材料与冶金过程-埋弧焊的冶金过程,基本过程：氧化、

20、还原、脱硫、脱磷、除气 特点： 空气不易侵入焊接区 冶金反应充分，气体及杂质易析出 合金成分易控制 焊缝金属纯度较高且成分均匀,2020/10/4,杨建国,79,埋弧焊焊接材料与冶金过程-埋弧焊的冶金过程,低碳钢的主要冶金反应 硅、锰的还原 碳的氧化烧损 氢和硫磷的控制,2020/10/4,杨建国,80,埋弧焊焊接材料与冶金过程-埋弧焊的冶金过程,锰可以降低焊缝中形成热裂纹的倾向，且可以提高焊缝金属的力学性能 硅可以镇静熔池，加快脱氧过程，保证焊缝金属的致密性,2020/10/4,杨建国,81,埋弧焊焊接材料与冶金过程-埋弧焊的冶金过程,基本反应,2020/10/4,杨建国,82,埋弧焊焊接材

21、料与冶金过程-埋弧焊的冶金过程,碳的氧化烧损 焊剂中不含有碳元素，只有通过母材和焊丝过渡碳元素 烧损严重 促进熔池搅拌，易于气体析出,2020/10/4,杨建国,83,埋弧焊焊接材料与冶金过程-埋弧焊的冶金过程,硫磷的控制 危害： 硫磷使得热裂纹倾向大 磷导致焊缝冷脆性、降低冲击韧性 控制方法：控制来源 焊丝 焊剂,2020/10/4,杨建国,84,埋弧焊焊接材料与冶金过程-埋弧焊的冶金过程,去除氢元素 氢元素危害：气孔、冷裂纹 去除方法 控制来源：净焊丝、烘焊剂 冶金手段去除 SiF4、CaF2 MgO、MnO、CaO2、SiO2、,2020/10/4,杨建国,85,埋弧焊工艺,2020/1

22、0/4,杨建国,86,埋弧焊工艺-埋弧焊的工艺内容及编制,2020/10/4,杨建国,87,埋弧焊工艺-埋弧焊的工艺内容及编制,编制焊接工艺原则及依据 原则： 保证接头质量 降低成本 依据 材料牌号规格 焊件形状、结构 质量技术要求,2020/10/4,杨建国,88,埋弧焊工艺-埋弧焊的工艺内容及编制,2020/10/4,杨建国,89,埋弧焊工艺-埋弧焊的工艺内容及编制,焊前准备 开坡口 焊件清理（喷丸、钢丝刷、砂轮、火焰、溶剂） 装配（间隙、错边、点固、引弧板） 焊丝清理，焊剂烘干 焊机检查与调试,2020/10/4,杨建国,90,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,熔深余高增加,焊瘤,梨

23、形 焊缝,2020/10/4,杨建国,91,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,电压低，深而窄 电压高，浅而宽，余高小，焊剂熔化量增加,梨形 焊缝,2020/10/4,杨建国,92,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,焊速过小，熔深小 速度大，焊缝宽度、熔深下降 焊速极高，咬边,2020/10/4,杨建国,93,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,2020/10/4,杨建国,94,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,直径过小，梨形焊缝,2020/10/4,杨建国,95,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,无咬边，适合高速焊接,2020/10/4,杨建国,96,埋弧焊工艺-焊接工艺因素

24、的影响及选择,坡口角度 角度大，根部熔深大；有利于防止焊接缺陷；熔敷金属量要大；增加应力与变形 坡口小，效率高；缺陷多 一般坡口角度最少要60度,2020/10/4,杨建国,97,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,2020/10/4,杨建国,98,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,2020/10/4,杨建国,99,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,2020/10/4,杨建国,100,埋弧焊工艺-焊接工艺因素的影响及选择,粗颗粒，波纹粗，外观不好 颗粒细，气体排除不顺利，焊缝尺寸不均匀，易产生气孔,2020/10/4,杨建国,101,埋弧焊工艺-单面焊工艺,提出：有些场合无法实现双面

25、焊 主要问题：背面成形 解决办法：衬垫方式,2020/10/4,杨建国,102,埋弧焊工艺-单面焊工艺,2020/10/4,杨建国,103,埋弧焊工艺-单面焊工艺,2020/10/4,杨建国,104,埋弧焊工艺-单面焊工艺,2020/10/4,杨建国,105,埋弧焊工艺-单面焊工艺,2020/10/4,杨建国,106,2020/10/4,杨建国,107,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,108,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,109,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,110,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,111,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,112,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,113,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,114,埋弧焊-其他方法,2020/10/4,杨建国,115,埋弧焊-其他方法,