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1、第三章 埋弧焊,第一节 埋弧焊的原理及特点 定义：埋弧焊是相对于明弧焊而言的，是指电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的一种焊接方法。 焊接时，焊机的启动、引弧、焊丝的送进及热源的移动全由机械控制，是一种以电弧为热源的高效的机械化焊接方法，现已广泛用于锅炉、压力容器、石油化工、船舶、桥梁、冶金及机械制造工业中。 一、埋弧焊工作原理埋弧焊是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧所产生的热量来熔化焊丝、焊剂和焊件而形成焊缝的。,图3-1埋弧焊原理示意图 1焊剂漏斗 2软管 3坡口 4焊件 5焊剂 6熔敷金属 7渣壳 8导电嘴 9电源 10送丝机构 11焊丝,工作原理如图3-1所示，焊接时电源输出端分别接在导电嘴和焊件上
2、，先将焊丝由送丝机构送进，经导电嘴与焊件轻微接触，焊剂由漏斗口经软管流出后，均匀地堆敷在待焊处。引弧后电弧将焊丝和焊件熔化形成熔池，同时将电弧区周围的焊剂熔化并有部分蒸发，形成一个封闭的电弧燃烧空间。密度较小的熔渣浮在熔池表面上，将液态金属与空气隔绝开来，有利于焊接冶金反应的进行。随着电弧向前移动，熔池液态金属随之冷却凝固而形成焊缝，浮在表面上的液态熔渣也随之冷却而形成渣壳。,图3-2埋弧焊焊缝断面示意图 1焊丝 2电弧 3熔池 4熔渣 5焊剂 6焊缝 7焊件 8渣壳,图3-2所示为埋弧焊焊缝断面示意图。,二、埋弧焊的特点及应用1.埋弧焊的优点(1) 焊接生产率高 埋弧焊可采用较大的焊接电流，
3、同时电弧加热集中，熔深增加，单丝埋弧焊可一次焊透20mm以下不开坡口的钢板。埋弧焊的焊接速度较焊条电弧焊快，单丝埋弧焊焊速可达3050m/h，而焊条电弧焊焊速则不超过68m/h。(2) 焊接质量好 熔池有熔渣和焊剂的保护，空气中的氮、氧难以侵入，提高了焊缝金属的强度和韧性。由于焊接速度快，热输入相对减少，故热影响区的宽度比焊条电弧焊小，有利于减少焊接变形并防止近缝区金属过热。另外，焊缝表面光洁、平整、成形美观。,2.埋弧焊的缺点1)埋弧焊采用颗粒状焊剂进行保护，一般只适用于平焊或倾斜度不大的位置及角焊位置焊接。2)焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易产生焊偏及未焊透，故需要采用焊缝自动
4、跟踪装置来保证焊炬对准焊缝不焊偏。3)埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，电流小于100A时，电弧稳定性较差，因此不适宜焊接厚度小于1mm的薄件。4)焊接设备比较复杂，维修保养工作量比较大，且仅适用于直的长焊缝和环形焊缝焊接，对于一些形状不规则的焊缝无法焊接。,三、埋弧焊的自动调节原理1.埋弧焊自动调节的必要性合理地选择焊接参数，并保证预定的焊接参数在焊接过程中稳定，是获得优质焊缝的重要条件。焊条电弧焊是通过人工调节作用来保证选定的焊接参数稳定的，即依靠焊工的肉眼观察焊接过程，并经大脑的分析比较，然后用手调整焊条的运条动作来完成。 以机械代替手工送进焊丝和移动电弧的埋弧焊必须具有相应的自动
5、调节作用来取代人工调节作用，否则，当遇到弧长干扰等因素时，就不能保证焊接过程的稳定。,2.埋弧焊自动调节的目标 埋弧焊的焊接参数主要有焊接电流和电弧电压等。焊接电流和电弧电压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，凡是影响电源外特性曲线和电弧静特性曲线的外界因素，都会影响焊接电流和电弧电压的稳定。 电弧长度是影响电弧静特性曲线的主要因素，如焊件表面不平整、装配质量不良及有定位焊缝等都会使电弧长度发生变化。网路电压则是影响电源外特性曲线的主要因素，如附近其他电焊机等大容量设备突然启动或停止都会造成网压波动。,弧长变化、网压波动对焊接电流和电弧电压的影响如图3-3所示。由于弧长变
6、化对焊接电流和电弧电压的影响最为严重，因此埋弧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。,图3-3弧长变化、网压波动对焊接电流和电弧电压的影响 a)弧长变化的影响 b)网压波动的影响,3.埋弧焊自动调节的方法 埋弧焊电弧长度是由焊丝送丝速度和焊丝熔化速度决定的，只有使送丝的速度等于焊丝熔化的速度，电弧长度才有可能保持稳定不变。 当电弧长度发生变化时，为了恢复弧长，可通过两种方法来实现，一是调节焊丝送丝速度；二是调节焊丝熔化速度。 根据上述两种不同的调节方法，埋弧焊有两种型式：一是焊丝送丝速度在焊接过程中恒定不变，通过改变焊丝熔化速度来消除弧长干扰的等速送丝式，焊机型号有MZ11000
7、型；二是焊丝送丝速度随电弧电压变化，通过改变送丝速度来消除弧长干扰的变速送丝式，焊机型号有MZ1000型。,第二节 埋弧焊设备 一、埋弧焊的设备及分类 1.埋弧焊机分类 1)按用途可分为专用焊机和通用焊机两种，通用焊机如小车式的埋弧焊机，专用焊机如埋弧角焊机、埋弧堆焊机等。 2)按送丝方式可分为等速送丝式埋弧焊机和变速送丝式埋弧焊机两种，前者适用于细焊丝高电流密度条件的焊接，后者则适用于粗焊丝低电流密度条件的焊接。 3)按焊丝的数目和形状可分为单丝埋弧焊机、多丝埋弧焊机及带状电极埋弧焊机。目前应用最广的是单丝埋弧焊机。多丝埋弧焊机，常用的是双丝埋弧焊机和三丝埋弧焊机。带状电极埋弧焊机主要用作大
8、面积堆焊。,图3-4常见的埋弧焊机结构形式 a)小车式 b)悬挂式 c)车床式 d)门架式 e)悬臂式,4)按焊机的结构形式可分为小车式、悬挂式、车床式、门架式、悬臂式等，如图3-4所示。目前小车式、悬臂式用的较多。,2.埋弧焊机组成典型的埋弧焊机组成如图3-5所示，它是由焊接电源，机械系统(包括送丝机构、行走机构、导电嘴、焊丝盘、焊剂漏斗等)，控制系统(控制箱、控制盘)三部分组成。,图3-5典型埋弧焊机的组成 1焊接电源 2控制装置 3焊丝盘 4焊丝 5焊丝送给电动机 6焊剂漏斗 7焊丝送给滚轮 8焊剂 9电弧 10轨道 11焊剂回收装置,(1)焊接电源 埋弧焊电源有交流电源和直流电源。通常
9、直流电源适用于小电流、快速引弧、短焊缝、高速焊接及焊剂稳弧性较差、对参数稳定性要求较高的场合。交流电源多用于大电流及直流磁偏吹严重的场合。一般埋弧焊电源的额定电流为5002000A，具有缓降或陡降外特性，负载持续率100。(2)机械系统 送丝机构包括送丝电动机及转动系统、送丝滚轮和矫直滚轮等。它的作用是可靠地送丝并具有较宽的调节范围；行走机构包括行走电动机及转动系统、行走轮及离和器等。行走轮一般采用绝缘橡胶轮，以防焊接电流经车轮而短路；焊丝的接电是靠导电嘴实现的，对其要求是导电率高、耐磨、与焊丝接触可靠。,(3)控制系统 埋弧焊控制系统包括：送丝控制、行走控制、引弧熄弧控制等，大型专用焊机还包
10、括横臂升降、收缩、主轴旋转及焊剂回收等控制。一般埋弧焊机常设一控制箱来安装主要控制元件，但在采用晶闸管等电子控制电路的新型埋弧焊机中已没有单独控制箱，控制元件安装在控制盘和电源箱内。,3.埋弧焊辅助设备埋弧焊辅助设备主要有焊接操作机、焊接滚轮架、焊剂回收装置等。(1)焊接操作机 焊接操作机是将焊机机头准确地送到并保持在待焊位置上，并以给定的速度均匀移动焊机。通过它与埋弧焊机和焊接滚轮架等设备的配合，可以方便地完成内外环缝、内外纵缝的焊接，与焊接变位器配合，可以焊接球形容器焊缝等。,图3-6立柱式焊接操作机 1埋弧焊机 2横臂 3横臂进给机构 4齿条 5钢轨 6行走台车 7焊接电源及控制箱 8立
11、柱,1)立柱式焊接操作机：立柱式焊接操作机的构造如图3-6所示，用以完成纵、环缝多工位的焊接。,图3-7平台式焊接操作机 1埋弧焊机 2操作平台 3立柱 4配重 5压重 6焊接小车 7立柱平轨道,2)平台式焊接操作机：平台式焊接操作机的构造如图3-7所示。适用于外纵缝、外环缝的焊接。,图3-8龙门式焊接操作机 1焊件 2龙门架 3操作平台4埋弧焊机和调整装置 5限位开关,3)龙门式焊接操作机：龙门式 焊接操作机的构造如图3-8所 示。适用于大型圆筒构件的外 纵缝和外环缝的焊接。,4)焊接滚轮架 焊接滚轮架是靠滚轮与焊件间的摩擦力带动焊件旋转的一种装置(如图3-9所示)，适用于筒形焊件和球形焊件
12、的纵缝与环缝的焊接。,图3-9 焊接滚轮架,二、等速送丝式埋弧焊机1. 等速送丝式埋弧焊机的工作原理等速送丝式埋弧焊机是根据焊接过程中电弧的自身调节作用，通过改变焊丝的熔化速度，使变化的弧长很快恢复正常，从而保证焊接过程稳定的原理设计制造的。,图3-10弧长变化时电弧 自身调节过程,(1)电弧自身调节作用 如图3-10所示，曲线C为等熔化速度曲线(也称电弧自身调节系统静特性曲线)，在曲线C上，焊丝的熔化速度是不变的，且恒等于送丝速度。O1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，是电弧稳定燃烧点。电弧在这一点燃烧，焊丝的熔化速度等于其送丝速度，焊接过程稳定。,当由于某种外界
13、的干扰，使电弧长度突然从l1拉长到l2,此时，电弧燃烧点从O1点移到O2点，焊接电流从I1减小到I2，电弧电压从U1增大到U2。然而电弧在02点燃烧是不稳定的，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，而焊丝送丝速度是恒定不变的，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，从O2点回到原来的O1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。 在外界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
14、速度的自行变化，使电弧恢复至原来的长度而稳定燃烧，这种作用称为电弧自身调节作用。,(2)影响电弧自身调节性能的因素 影响电弧自身调节性能的因素主要有焊接电流和电源外特性。,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(I1)，要大于选用小电流焊接的电流变化值(I2)，如图3-11所示。因此，采用大电流焊接时，电弧自身调节作用较强，即电弧自行恢复到原来长度的时间就短。,图3-11 焊接电流和电源 外特性的影响,2)电源外特性。 从图3-11中还可以看出，当电弧长度改变相同时，较为平坦的下降外特性曲线1的电流变化值，
15、要比陡降的电源外特性曲线2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强。所以，等速送丝式埋弧焊机的焊接电源，要求具有缓降的电源外特性。2.MZ11000型埋弧焊机MZ11000是典型的等速送丝式埋弧焊机。这种焊机的控制系统比较简单，外形尺寸不大，焊接小车结构也较简单，使用方便，可使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。MZ11000型埋弧焊机由焊接小车、控制箱和焊接电源三部分组成。,图3-12MZ11000型埋弧焊小车 a)埋弧焊小车示意图 b)埋弧焊小车外形 1焊剂斗 2调节手
16、轮 3控制按钮板 4导丝轮 5电流表和电压表6焊丝盘 7电动机 8减速机构 9离合器手轮 10后轮 11扇形蜗轮 12前底架 13连杆 14前轮 15导电嘴 16减速箱 17偏心压紧轮,(1)焊接小车 焊接小车如图3-12所示。交流电动机为送丝机构和行走机构共同使用，电动机两头主轴，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。,焊丝从焊丝盘经校直机构、送丝轮和导电嘴送入焊接区，所用的焊丝直径为1.65mm。 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，可调节焊丝送丝速度和焊接速度。焊丝送丝速度调节范围为0.876.7m/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、接线及多芯插座等。 (3)焊接电源常采用BX21000型同体式弧焊变压器，有时也采用具有缓降外特性的弧焊整流器。,三、变速送丝式埋弧焊机1.变速送丝式埋弧焊机的工作原理变速送丝式埋弧焊机
