《材料连接设备及工艺 教学课件 ppt 作者 杨立军 第3章 埋 弧 焊》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料连接设备及工艺 教学课件 ppt 作者 杨立军 第3章 埋 弧 焊（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 埋 弧 焊,3.1 埋弧焊的特点和应用 3.2 埋弧焊的冶金特点 3.3 电弧焊的自动调节系统 3.4 埋弧焊设备 3.5 埋弧焊工艺 3.6 高生产率的埋弧焊工艺,3.1 埋弧焊的特点和应用,3.1.1 埋弧焊的焊接过程 3.1.2 埋弧焊的特点 3.1.3 埋弧焊的分类及应用,3.1.1 埋弧焊的焊接过程,图3-1 埋弧焊示意图 1焊缝 2熔渣 3颗粒状焊剂 4焊丝 5焊剂导管,3.1.2 埋弧焊的特点,1.埋弧焊的优点 2.埋弧焊的缺点,1.埋弧焊的优点,(1)焊缝质量好 一方面埋弧焊的电弧被掩埋在颗粒状焊剂及其熔渣之下，电弧及熔池均处在渣相保护之中，对外界的隔离作用好；另一方面
2、埋弧焊大大降低了焊接过程对焊工操作技能的依赖程度，焊接过程稳定，焊缝化学成分和力学性能的稳定性较好。 (2)生产率高 埋弧焊时焊接电流可达1000A以上，电流密度也很大。 (3)节省焊接材料和电能 埋弧焊可获得较大的熔深，故埋弧焊的工件可不开或小开坡口，减少了焊缝中焊丝的填充量，也节省了因加工坡口而消耗掉的焊件金属。 (4)改善劳动条件 埋弧焊实现了焊接过程自动化，操作简便。,2.埋弧焊的缺点,(1)施焊位置受到限制 埋弧焊依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，而且熔池体积大，液态金属和熔渣的量多，在非平焊位置时焊剂不易保持，液态金属和熔渣也易流淌。 (2)不适于焊接易氧化的金属材料 埋弧焊使用的焊
3、剂主要成分为MnO、SiO2等金属及非金属氧化物，具有一定氧化性，故难以焊接铝、镁等氧化敏感性强的金属及其合金。 (3)不适于焊接薄板和短焊缝 埋弧焊电弧弧柱的电位梯度较大，电流小于100A时电弧稳定性较差，不适宜焊接厚度在1mm以下的薄板。,3.1.3 埋弧焊的分类及应用,表3-1 埋弧焊分类及应用范围,3.2 埋弧焊的冶金特点,3.2.1 冶金过程的一般特点 3.2.2 埋弧焊焊丝与焊剂的配合 3.2.3 低碳钢埋弧焊的主要冶金反应,3.2.1 冶金过程的一般特点,(1)焊缝保护效果好 焊条电弧焊是气-渣联合保护焊缝区。 (2)冶金反应充分 埋弧焊对焊缝的热输入大，焊缝区的金属处于液态的时
4、间长(比焊条电弧焊时长几倍)，因而使得液态金属、液态熔渣和气相之间的化学冶金反应更充分，熔池中的气体、夹杂物容易逸出，有利于消除气孔、夹渣等缺陷。 (3)焊缝的化学成分稳定 埋弧焊时的焊接参数相对比较稳定，母材、焊丝和焊剂的熔化率也就比较稳定，焊缝化学冶金反应进行的程度比较一致，从而使焊缝的化学成分波动较小。 (4)焊缝的组织易粗化 埋弧焊时使用的焊接电流大，热输入大，熔池金属高温停留时间长，冷却凝固时间长，使得埋弧焊焊缝晶粒容易长大。,3.2.2 埋弧焊焊丝与焊剂的配合,1.焊剂 2.焊丝 3.焊丝与焊剂的选配,1.焊剂,图3-2 焊剂的分类,1.焊剂,表3-2 常用焊剂的化学成分,2.焊丝
5、,表3-3 常见焊丝化学成分,2.焊丝,表3-3 常见焊丝化学成分,2.焊丝,表3-3 常见焊丝化学成分,2.焊丝,表3-3 常见焊丝化学成分,3.焊丝与焊剂的选配,表3-4 各种常用钢材埋弧焊焊丝与焊剂选配组合,3.2.3 低碳钢埋弧焊的主要冶金反应,1.锰、硅的还原反应及过渡 2.碳的烧损 3.控制硫、磷含量 4.去氢反应,1.锰、硅的还原反应及过渡,(1)锰、硅的还原反应 锰和硅均是低碳钢埋弧焊焊缝中主要的合金元素，适量的锰可以提高焊缝金属的强度和韧性，降低焊缝产生热裂纹的可能性；硅能镇静熔池，有利于获得致密的焊缝。 (2)影响锰、硅过渡的因素,(1)锰、硅的还原反应,表3-5 埋弧焊各
6、部分金属的Si、Mn含量,(2)影响锰、硅过渡的因素,图3-3 焊剂中MnO含量与锰的 过渡量Mn的关系 (焊丝：H08，焊接电流600700A， 电压3032V，母材：低碳钢),2.碳的烧损,埋弧焊焊缝中的碳来自焊丝和母材，焊剂中一般不含有碳。碳与氧的亲和力大于硅、锰与氧的亲和力，因此在埋弧焊条件下碳很容易被氧化烧损，使焊缝中的含碳量降低，在熔滴和熔池中的碳均能与氧发生以下反应 C+OCO 提高熔化金属中含硅量，可抑制碳的氧化；而锰含量增加，对碳的氧化无明显影响；当碳的含量增加时，碳的氧化烧损会增大。,3.控制硫、磷含量,硫和磷都是焊缝中的有害杂质，硫、磷含量即使很小，也会使焊缝的热裂和冷脆
7、倾向加剧，降低焊缝金属抗冲击能力，因而必须严格控制硫、磷在焊缝中的含量(质量分数在0.1%以下)。 减少硫、磷在焊缝中的含量的途径主要有两个：要严格限制焊接材料和被焊材料中硫、磷的含量，这是最主要的途径；通过冶金反应减少焊缝中硫、磷的含量。 增加含锰量及焊剂碱度都有助于利用冶金反应减少焊缝中硫、磷的含量。但是，焊剂碱度提高，会使焊接性能下降，最好的方法仍是严格限制焊接材料和母材中硫、磷杂质的含量。,4.去氢反应,(1)形成HF (2)形成OH 在电弧高温的作用下，氢可与氧形成稳定的化合物OH，OH不溶于液态金属，也能排出熔池。,3.3 电弧焊的自动调节系统,3.3.1 自动调节的概念 3.3.
8、2 电弧自身调节系统等速送丝埋弧焊调节系统 3.3.3 变速送丝埋弧焊调节系统电弧电压反馈调节系统,3.3.1 自动调节的概念,1.自动调节的必要性 2.影响焊接电流和电弧电压稳定性的因素 3.电弧长度自动调节的方法 4.自动调节系统的组成,1.自动调节的必要性,图3-5 电弧静态工作点的波动,2.影响焊接电流和电弧电压稳定性的因素,(1)使电弧静特性曲线发生变化的因素 电弧静特性曲线的变化弧长由LL1，如图3-5所示，电弧稳定工作点由O点移到O1点。 (2)使电源外特性曲线发生变化的因素 如图3-5所示，电源外特性曲线由曲线1曲线2变化时，电弧稳定工作点沿电弧静特性曲线发生移动，稳定工作点由
9、O点移到O2点。,3.电弧长度自动调节的方法,在正常的焊接状态下，电弧长度是由焊丝的送进速度vf和焊丝的熔化速度vm共同决定的。如果焊丝的送进速度等于熔化速度，就达到平衡状态，电弧长度保持不变；否则，电弧长度就要发生变化。焊丝的送进速度大于熔化速度，电弧长度逐渐缩短，直至焊丝插入熔池而熄弧；而焊丝的送进速度小于熔化速度时，电弧长度逐渐拉长，直至熄弧。 当外界干扰使电弧长度发生变化时，可通过两种方法使电弧长度自动恢复到原来的长度。一种方法是自动调节焊丝的熔化速度；另一种方法是自动调节焊丝的送进速度。只要使焊丝的送进速度与熔化速度相等，焊接过程就能保持平衡状态，电弧长度不变，从而达到稳定焊接电流和
10、电弧电压的目的。,4.自动调节系统的组成,电弧焊自动调节系统与一般的自动调节系统一样，有开环系统和闭环系统之分，由测量机构、比较环节、执行机构等几部分组成。电弧焊自动调节系统的调节对象一般是电弧长度，上述自动调节焊丝的熔化速度的方法采用等速送丝调节系统，常见于气体保护焊工艺；自动调节送丝速度的方法采用变速送丝调节系统，常见于埋弧焊工艺。,3.3.2 电弧自身调节系统等速送丝埋弧焊调节系统,1.电弧自身调节系统的静特性 2.电弧自身调节作用 3.电弧自身调节作用的调节精度 4.电弧自身调节作用的灵敏度 5.等速送丝埋弧焊的焊接电流和电弧电压调节方法,1.电弧自身调节系统的静特性,1)焊丝直径。
11、2)送丝速度。 3)焊丝伸出长度。 4)焊丝电阻率。 5)电弧的长度。,2.电弧自身调节作用,图3-6 等速熔化(电弧自身调节静特性)曲线 12mm =7.1cm/s 24mm =2.5cm/s 34mm =4.4cm/s 45mm =2.9cm/s,2.电弧自身调节作用,图3-8 焊丝伸出长度 变化引起的静态误差,3.电弧自身调节作用的调节精度,图3-9 电源外特性形状对电弧自身调节系统静态误差的影响 a)电弧静特性曲线为平时 b)电弧静特性曲线为上升时,4.电弧自身调节作用的灵敏度,(1)焊丝直径对调节灵敏度的影响 焊丝直径越细或电流密度越大，ki值越大，自身调节作用就越灵敏。 (2)电源
12、外特性对调节灵敏度的影响 当采用不同外特性的焊接电源时，由弧长变化而引起的I值是不一样的，从而使电弧自身调节作用的灵敏度也有差异。,图3-11 电源外特性形状对电弧自身调节灵敏性的影响 a)电弧静特性曲线为平时 b)电弧静特性曲线为上升时,5.等速送丝埋弧焊的焊接电流和电弧电压调节方法,(1)调节焊接电流 如图3-6所示，送丝速度增加，等熔化曲线向右移动，焊接电流增加，而电弧电压略有下降，即调节送丝速度可调节焊接电流。 (2)调节电弧电压 电源外特性上移，则电弧电压增加，而焊接电流只是略有增加。,5.等速送丝埋弧焊的焊接电流和电弧电压调节方法,图3-12 等速送丝埋弧焊焊接电 流和电弧电压的调
13、节方法,3.3.3 变速送丝埋弧焊调节系统电弧电压反馈调节系统,1.电弧电压反馈自动调节弧长的基本原理 2.电弧电压反馈自动调节系统的静态特性 3.电弧电压反馈自动调节过程 4.电弧电压反馈自动调节的灵敏度 5.电弧电压反馈自动调节的精度 6.变速送丝式埋弧焊的焊接电流和电弧电压调节方法,1.电弧电压反馈自动调节弧长的基本原理,(1)发电机电动机电弧电压反馈调节器 图3-13所示为发电机电动机变速送丝系统。 (2)晶闸管电弧电压反馈调节器 图3-14所示为晶闸管整流变速送丝系统电路，用晶闸管电路控制向电动机M的供电能量。,(1)发电机电动机电弧电压反馈调节器,图3-13 发电机电动机变速送丝系
14、统 a)调节器电路结构 b)调节器静特性,(2)晶闸管电弧电压反馈调节器,图3-14 晶闸管整流变速送丝系统,2.电弧电压反馈自动调节系统的静态特性,1)直线与纵坐标相交，纵坐标截距为kUg/(k+ku)。 2)直线斜率dUdI=tan=ki/(k+ku)，k足够大时，tan0，即0，曲线近似平行于横坐标轴。 3)给定电压Ug增加(减小)时，曲线平行上(下)移。 4)焊丝直径减小，焊丝伸出长度增加时，ki增加，曲线斜率增大。 5)焊丝材质不同时，因其电阻率不同也会对曲线的斜率有一定影响。,3.电弧电压反馈自动调节过程,图3-15 电弧电压反馈自动调节系统的 静态特性曲线,4.电弧电压反馈自动调
15、节的灵敏度,变速送丝埋弧焊主要用于粗焊丝焊接，调节灵敏度即弧长变动时的恢复速度。由式(3-3)可以推导出，当弧长波动引起的电弧电压变化量为Ua时，其送丝速度变化量vf为 vfkUa 电弧电压反馈调节系统的放大系数k值越大，调节越灵敏。但因调节系统存在电磁惯性和机械惯性，k值过大会导致系统振荡。采用惯性小的印刷电机作为送丝电动机，有助于提高k值和调节灵敏度。 弧柱电场强度越大，弧长波动时引起的Ua越大，调节灵敏度也就越高。,5.电弧电压反馈自动调节的精度,图3-17 弧长波动时电弧电压 调节系统的静态误差,6.变速送丝式埋弧焊的焊接电流和电弧电压调节方法,图3-19 变速送丝埋弧自动焊焊接电流和
16、电弧电压的调节方法 a)焊丝直径5mm b)焊丝直径2mm,6.变速送丝式埋弧焊的焊接电流和电弧电压调节方法,表3-6 两种调节方法的比较,3.4 埋弧焊设备,3.4.1 埋弧焊机的类型 3.4.2 埋弧焊机的组成 3.4.3 埋弧焊机的工作原理,3.4 埋弧焊设备,图3-20 典型的(小车式)埋弧焊设备构成,3.4.1 埋弧焊机的类型,(1)小车式 是通用埋弧焊机最常见的结构，将送丝、行走、机头调整机构及焊丝盘、焊剂漏斗、控制盒等全部安装在一台四轮小车上，如图3-22所示。 (2)悬臂式 为各种容器环缝、纵缝焊接所设计的专用埋弧焊机结构形式。 (3)门架式 又称大车式。,3.4.1 埋弧焊机的类型,图3-21 埋弧焊机的分类,图3-22 小车式埋弧焊机,图3-24 门架式埋弧焊机,3.4.2 埋弧焊机的组成,1.机械系统 2.埋弧焊电源 3.控制系统,1.机械系统,(1)送丝机构 焊丝储存在焊丝盘里，焊丝盘装在焊接机头上，电动机带动滚轮将焊丝通过导电嘴送到电弧区。 (2)行走机构 行走
