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1、第九章 埋弧自动焊(焊工工艺学电子教案) 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
2、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，
3、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： 、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14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。 、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。 、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
4、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 、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
5、波动分别不超过士与士2，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。 （）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臵也相应变化，造成对焊接电流和电弧电压的影响。 （）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臵也发生变化，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
6、干扰作为主要目标。 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1000型；二为焊丝送给速度随电弧电压变化而变
7、化的变速送丝式，焊机型号有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。 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
8、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。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，
9、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。 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
10、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。 、影响电弧自身调节性能的因素 （）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。 （）电源外特性 当电弧长
11、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。 、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
12、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、型埋弧自动焊机的组成 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臵及倾斜小于的对接和角接焊缝，也可以焊接直径较大的环形焊缝。 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。 、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
13、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 1.65。 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0.876.7，焊接速度调节范围为16126。 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。
14、 焊接电源 常见的埋弧自动焊交流电源采用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
15、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
