第七章埋弧焊

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1、第七章第七章 埋弧埋弧焊 埋弧焊是目前广泛使用的一种生产效率较高的机械化焊接方法。它与焊条电弧焊相比，虽然灵活性差一些，但焊接质量好、效率高、成本低，劳动条件好。埋弧焊的原理、特点及应用范围；埋弧焊的自动调节原理 埋弧焊设备的结构和典型焊机 埋弧焊的冶金过程和焊接工艺 埋弧焊的其它方法。点击看埋弧焊视频7-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点 埋弧焊是利用埋弧焊是利用焊丝与工件之间在焊丝与工件之间在焊剂层下燃烧的电焊剂层下燃烧的电弧产生热量，熔化弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材焊丝、焊剂和母材金属而形成焊缝的金属而形成焊缝的熔化极电弧焊方法。熔化极电弧焊方法。由于焊接时电弧掩由于焊接时电弧

2、掩埋在焊剂层下燃烧，埋在焊剂层下燃烧，电弧光不外露，因电弧光不外露，因此被称为埋弧焊。此被称为埋弧焊。一、埋弧焊的过程及原理7-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点二、埋弧焊的特点 1埋弧焊的主要优点（1）焊接生产率高（2）劳动条件好（3）焊接成本较低（4）焊缝质量好2埋弧焊的主要缺点（1）不适合焊接薄板和短焊缝（2）对工件装配质量要求高（3）难以在空间位置施焊7-2 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点 三、埋弧焊的分类及应用范围 1、分类、分类按送丝方式：等速送丝按送丝方式：等速送丝 变速送丝变速送丝 按焊丝形状及数目：丝极按焊丝形状及数目：丝极单丝、双丝、多丝单丝、双丝、多丝 带级带

3、级 按焊缝成型条件：双面埋弧焊和单面焊双面成型埋弧焊按焊缝成型条件：双面埋弧焊和单面焊双面成型埋弧焊7-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点 三、埋弧焊的分类及应用范围 2、应用、应用焊缝类型和焊件厚度：焊缝类型和焊件厚度：5mm以上的长直缝以上的长直缝/对接、角接和搭对接、角接和搭接接头，最厚达到接接头，最厚达到650mm。材料：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、材料：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、镍基合金、铜合金等。镍基合金、铜合金等。结构：具有长而规则焊缝的大型结构，如船舶、压力容结构：具有长而规则焊缝的大型结构，如船舶、压力容器、桥梁、起重机械等。器、桥梁、起重

4、机械等。位置：平、横位置。位置：平、横位置。补充补充:埋弧焊的焊接现象埋弧焊的焊接现象n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。埋弧焊的电弧现象n埋弧焊电弧处在焊剂层下，电弧引然后，金金属属和和焊焊剂剂的的蒸蒸汽汽及及分分解解气气体体围围绕绕电电弧弧形形成成一一个个气气泡，电弧在这个气泡中燃烧。泡，电弧在这个气泡中燃烧。n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。埋弧焊的电弧现象-电弧特性nX射线观察n电压与弧长具有良好的线性关系埋弧焊的电弧现象-电弧特性n负阻特性负阻特性埋弧

5、焊的电弧现象-熔滴过渡埋弧焊的电弧现象-熔滴过渡n由于电流密度(单单位位面面积积所所通通过过的的电电流流)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。n熔滴尺寸比较小，直径与焊丝直径相当埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性n焊丝直径的影响实质是电流密度大小影响埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性n干伸长(焊丝伸出枪嘴的长度焊丝伸出枪嘴的长度)的影响很大埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性n熔化速度的增加量与(电流密度*干伸长)1.22成正比。n利用这一点可以提高生产率埋弧焊的电弧现象-

6、电极焊丝的熔化特性n焊丝干伸长达到280mm时，焊丝熔化速度为普通情况的俩倍。埋弧焊的电弧现象-电极焊丝的熔化特性n焊丝接负约为焊丝接正时熔化速度的1.5倍埋弧焊的电弧现象-母材的熔化n埋弧焊的特征就是利用大电流获得较大的熔深埋弧焊的特征就是利用大电流获得较大的熔深。n关于熔深有以下的经验公式：nP=熔深；K=焊剂常数；I=焊接电流；vw=焊接速度；Ua=焊接电压埋弧焊的电弧现象-母材的熔化埋弧焊的电弧现象-母材的熔化n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

7、III属于一般电弧，电压较高、焊速较低IV相对于II极高速焊接埋弧焊的电弧现象-母材的熔化nV型型坡坡口口焊焊接接时时，坡坡口口面面积积一一定定，即即使使改改变变坡坡口口角角度，熔深（熔化形态）也不发生变化。度，熔深（熔化形态）也不发生变化。n1.埋弧焊稳定工作的基本概念埋弧焊稳定工作的基本概念n保证焊接质量的基本要求：保证焊接质量的基本要求：维持电弧稳定燃烧维持电弧稳定燃烧和和保持保持焊接参数焊接参数（主要是电流、电压）稳定不变，此时此时送丝送丝速度速度=熔化速度！熔化速度！n稳定条件：稳定条件：电源外特性曲线与电弧静特性曲线有交点，电源外特性曲线与电弧静特性曲线有交点，且交点处电源外特性曲

8、线斜率要小于电弧静特性曲线且交点处电源外特性曲线斜率要小于电弧静特性曲线的斜率。的斜率。n稳定工作点：稳定工作点：当系统受到干扰时，能快速恢复到原平当系统受到干扰时，能快速恢复到原平衡状态的工作点。否则为不稳定工作点。衡状态的工作点。否则为不稳定工作点。7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 n埋弧焊的电弧静特性曲线处于水平段。要求电源外特性曲线与电弧静特性曲线相交，即要要求求埋弧焊电源具有下降的外特性。埋弧焊电源具有下降的外特性。7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 一、埋弧焊的自动调节一、埋弧焊的自动调节2埋弧焊自动调

9、节的必要性埋弧焊自动调节的必要性 埋弧焊时，为了保证获得稳定可靠的焊缝质量，埋弧焊时，为了保证获得稳定可靠的焊缝质量，要求焊接过程中要求焊接过程中工艺参数稳定工艺参数稳定，特别是，特别是焊接电流和电焊接电流和电弧电压弧电压要能稳定不变。要能稳定不变。焊接过程中许多因素如板材变形、网压波动等，会影响电弧工作点的稳定（焊接参数，尤其是电弧电压），从而影响焊缝质量。3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 弧长变短，焊弧长变短，焊接电压降低，接电压降低，焊接电流增加焊接电流增加3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-2 埋弧焊的自动调节原理

10、埋弧焊的自动调节原理 网压突变等，使焊接电网压突变等，使焊接电源的外特性发生变化，源的外特性发生变化，焊接电流相应改变。焊接电流相应改变。n 因此，埋弧焊机应具有自动调节功能，来消除或减弱外界干扰的影响，从而保证焊接质量。7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 埋弧焊的自动调节埋弧焊的自动调节7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 3埋弧焊自动调节的目标和方法 调节的主要目标：消除电弧长度变化的干扰电弧自身调节系统电弧自身调节系统 电弧电压反馈自动调节系统电弧电压反馈自动调节系统 埋弧焊自动埋弧焊自动调节系统调节系统等速送丝埋弧焊机等速送丝埋弧焊机变速送丝埋弧焊机变速送丝埋

11、弧焊机 埋弧焊调节途径：保证焊丝熔化速度与焊埋弧焊调节途径：保证焊丝熔化速度与焊丝送进速度相等。丝送进速度相等。3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 二、二、熔化极熔化极电弧的自身调节系统电弧的自身调节系统 焊丝以预定的速度焊丝以预定的速度等速送进，利用电等速送进，利用电弧焊时焊丝的熔化弧焊时焊丝的熔化速度与焊接电流和速度与焊接电流和电弧电压之间固有电弧电压之间固有的关系这一规律而的关系这一规律而自动进行的。自动进行的。等熔化速度曲线（电弧的稳定工作等熔化速度曲线（电弧的稳定工作曲线，调节系统的静特性曲线）曲线，调节系统的静特性曲线）3-

12、1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 1弧长波动弧长波动 电弧自身调节系统的调节作用电弧自身调节系统的调节作用 稳定工作点为稳定工作点为00点。干扰使弧长缩短，点。干扰使弧长缩短，电弧静特性曲线变为电弧静特性曲线变为1，并与电源外特性曲，并与电源外特性曲线交干线交干1点，实际电点，实际电流流大于维持稳定燃大于维持稳定燃烧所需的电流烧所需的电流0，因，因而焊丝的熔化速度大而焊丝的熔化速度大于焊丝送进速度，这于焊丝送进速度，这将使弧长逐渐增加将使弧长逐渐增加.n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。

13、7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 2网压波动网压波动 网压降低，将使焊接电源的外特性曲线由 MN变到MN，电弧工作点移至2点。显然，2点的焊接参数满足焊丝熔化速度等于送丝速度的稳定条件，因而也是稳定工作点。此时电弧长度缩短，电弧静特性曲线变为2。这种情况下，除非网压恢复至原先的值。n电弧自身调节系统无法消除网络电压波动对于无法消除网络电压波动对于焊接参数的影响；焊接参数的影响；n自身调节系统对于电源外特性的要求：缓降或缓降或者平特性的焊接电源；者平特性的焊接电源；n选择原因：q焊接电流

14、变化大，自身调节速度快（弧长波动）q网络波动，弧长变化小（网压波动）7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 n概念概念（P54）n必要性必要性q埋埋弧弧焊焊通通常常采采用用比比较较粗粗的的焊焊丝丝，直直径径一一般般在在4mm以以上上的的居居多多，如如果果仍仍然然依依靠靠电电弧弧自自身身的的调调节节保保证证弧弧长长的的稳稳定定，则则由由于于系系统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；对粗丝的调节灵敏度低，反映慢，无法满足参数的稳定调节；q另另外外，弧弧长长变变化化和和调调节节过过程程中中，电电流流的的变变动动比比较较大大，焊焊缝缝成成形不均匀（宽度、深度）形不均匀（宽

15、度、深度）7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 三、电弧电压反馈自动调节系统三、电弧电压反馈自动调节系统 n实实质质：利利用用电电弧弧电电压压作作为为反反馈馈量量，通通过过转转速速调调节节机机构构（调调节节器器），迫迫使使送送丝丝速速度度改改变变，把把焊焊接规范调节到原来的数值。接规范调节到原来的数值。n调节器的静态特征方程为：7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 这种调节系统是这种调节系统是利用电弧电压反馈来利用电弧电压反馈来控制送丝速度的。与控制送丝速度的。与电弧自身调节系

16、统一电弧自身调节系统一样，系统静特性曲线样，系统静特性曲线上每一点都是稳定工上每一点都是稳定工作点，焊接过程稳定作点，焊接过程稳定进行。进行。电弧电压反馈自动电弧电压反馈自动调节系统静特性曲线调节系统静特性曲线 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 1弧长波动弧长波动 A:系统静特性曲线系统静特性曲线MN：电源外特性曲线电源外特性曲线l0、l1：电弧静特性曲线电弧静特性曲线电压调节与电压调节与自动调节双自动调节双重机制重机制n调节器分类：调节器分类：q发电机发电机-电动机电弧电压反馈自动调节器电动机电弧电压反馈自动调节器q晶闸管电弧电压反

17、馈自动调节器晶闸管电弧电压反馈自动调节器7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 2.网路电压波动网路电压波动电压反馈调节系统对于电源外特性的要求：陡陡降特性的焊接电源；降特性的焊接电源；选择原因：焊接电流变化小，稳定焊接电流变化小，稳定n四、两种调节系统的比较（了解）7-2 埋弧焊的自动调节原理埋弧焊的自动调节原理 7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备一、埋弧焊机的功能和分类一、埋弧焊机的功能和分类 1埋弧焊机的主要功能 一般电弧焊的焊接过程包括有起动引弧、焊接和熄起动引弧、焊接和熄弧停焊三个阶段弧停焊三个阶段。埋弧焊机应具有的主要功能是：（

18、l）建立焊接电弧，并向电弧供给电能。（2）连续不断地向焊接区送进焊丝，并自动保持确定的弧长和工艺参数不变，使电弧稳定燃烧。（3）使电弧沿接缝移动，并保持确定的行走速度。（4）在电弧前方不断地向焊接区铺撒焊剂。（5）控制焊机的引弧、焊接和熄弧停机的操作过程。组成部分：组成部分：7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 2埋弧焊机的分类 常用的埋弧焊机有等速送丝式等速送丝式和变速送丝变速送丝式式两种类型。按照不同的工作需要，埋弧焊机可做成不同的型式。常常见的有焊车式、悬挂式、见的有焊车式、悬挂式、车床式、悬臂式和门架车床式、悬臂式和门架

19、式等式等。3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 焊车式焊车式 悬挂式悬挂式 车床式车床式 悬臂式悬臂式 门架式门架式 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 二埋弧焊机的结构特点 埋弧焊机主要由埋弧焊机主要由送丝机构、行走机构、送丝机构、行走机构、机头调整机构、焊接电源和控制系统机头调整机构、焊接电源和控制系统等部等部分组成分组成.1.送丝机构送丝机构：包括送丝电动机及传动系统、送丝滚轮和矫直滚轮等，有直流电动机拖动和交流电动机拖动两种型式.3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 焊丝送给机

20、构焊丝送给机构1-电动机电动机2、4-圆柱齿轮圆柱齿轮3-蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆5-摇杆摇杆6、7-送丝滚轮送丝滚轮2.焊车行走机构：焊车行走机构：包括行走电动机及传动系统、行走轮及离合器等。小车行走机构小车行走机构1-行走电动机行走电动机2、4-蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆3-行走轮行走轮5-手柄手柄6-离合器离合器7-行走轮行走轮3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 3焊接电源焊接电源:焊接电源一般采用普通的交流电(可减小电弧的磁偏吹)，电源容量从500A到2000A，负载持续率为100。薄板焊接多采用直流电源。电源外特性一般为陡降特性新式焊机用逆变电源（体积小、重量轻、

21、能新式焊机用逆变电源（体积小、重量轻、能耗低）耗低）4控制系统控制系统:送丝拖动控制、行走拖动控制、引弧和熄弧的自动控制等。应采用专用供电设备，且容量足够大，焊接电缆应该足够粗。注意事项：注意事项：n n 通用焊机（小车式）通常用于平板的拼接通用焊机（小车式）通常用于平板的拼接和工字和工字T形箱形梁的角缝等简单构件的焊形箱形梁的角缝等简单构件的焊接，筒体的纵、环缝和复杂结构的焊接还要升接，筒体的纵、环缝和复杂结构的焊接还要升降机构和焊接滚轮架（变位机）的配合。降机构和焊接滚轮架（变位机）的配合。n 二、辅助设备二、辅助设备 滚轮架滚轮架（用于圆筒形结构焊缝的焊接）（用于圆筒形结构焊缝的焊接）n

22、变位器变位器（用于把焊缝置于平焊位置）（用于把焊缝置于平焊位置）n升降机构升降机构（用于提升机头）（用于提升机头）焊剂垫焊剂垫（用于在背面承托熔池），有带式、盘（用于在背面承托熔池），有带式、盘式和热固化焊剂垫等多种形式。式和热固化焊剂垫等多种形式。夹紧机构夹紧机构（用于固定焊件，多用于专机上）（用于固定焊件，多用于专机上）另外，在有的埋弧焊机（特别是各种专机）另外，在有的埋弧焊机（特别是各种专机）上还会有焊剂回收装置和焊缝跟踪传感器等。上还会有焊剂回收装置和焊缝跟踪传感器等。3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 三、典型埋弧焊机三、典型埋弧焊机 国内使用最

23、普遍的埋弧焊机是MZ1000型，是一种变速送丝式埋弧焊机。这种埋弧焊机适合于水平位置或与水平面倾斜不大于15的各种有无坡口的对接、角接和搭接接头的焊接，也可借助滚轮转胎焊接圆筒形焊件的内外环缝。（一）焊机结构 1自动焊车 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 MZT-1000型自动焊车型自动焊车 7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 2控制箱 MZ1000型埋弧焊机配用的控制箱是MZP-1000型。控制箱内装有电动机一发电机组、接触器、中间继电器、变压器、整流器、镇定电阻和开关等元件，用以和焊车上的控制元件配合，实现送丝和焊车拖动控制及电弧电压反馈自动调节。3焊接电

24、源 MZ-1000型埋弧焊机可配用交流或直流电源。配用交流电源时，一般用BX21000型同体式弧焊变压器；配用直流电源时，可配用ZX5-1000型或ZXG1000R型弧焊整流器。7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 发电机-电动机电弧电压反馈自动调节系统电路原理图 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备（二）电路原理（二）电路原理 1焊接电源控制电路2送丝拖动电路3焊车拖动电路3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点3-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 MZ1000型埋弧焊机的电路原理图（交流焊接电源）3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设

25、备（三）焊机操作程序 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备（五）焊机的使用维护 埋弧焊机安装时，要仔细研读使用说明书，严格按照说明书中的要求进行安装接线。要注意外接电网电压应与设备要求的电压一致。外接电缆要有足够的容量和良好的绝缘。连接部分的螺母要拧紧，尤其是地线连接的可靠性很重要，否则可能危及人身安全。通电前，应认真检查接线的正确性；通电后，应仔细观察设备的运行情况，如有无发热、有无声音异常等，并应注意运动部件的转向和测量仪表指示的方向是否正确无误等。若发现异常，应立即停机处理。3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 用交流电源时MZ1000型埋弧焊机的外部接线图 3-1 埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点7-3 埋弧焊设备埋弧焊设备 用直流电源时用直流电源时MZ1000型埋弧焊机的外部接线图型埋弧焊机的外部接线图