埋弧自动焊是一种电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法,可分为自动和半自动焊两种,但埋弧半自动焊设备过于笨重已无人使用,均改用CO 2 气体保护焊或焊条电弧焊。
埋弧自动焊是采用专用的埋弧自动焊设备进行焊接,其焊接过程如图3-1所示。焊丝1末端和焊件7之间产生电弧2后,电弧热使焊丝末端周围的焊剂5熔化,有部分被蒸发,焊剂蒸气将电弧周围的熔化焊剂——熔渣4排开,形成一个封闭空间,使电弧与外界空气隔绝,电弧在此空间内继续燃烧,焊丝便不断熔化,并以滴状落下,与焊件被熔化的液态金属混合形成焊接熔池3。随着焊接过程的进行,电弧向前移动,焊接熔池也随之冷却而凝固,形成焊缝6。密度较小的熔渣浮在熔池的表面,冷却后成为渣壳8。焊接过程见表3-1。
表3-1 埋弧自动焊的焊接过程
图3-1 埋弧自动焊示意
1—焊丝;2—电弧;3—焊接熔池;4—熔渣;5—焊剂;6—焊缝;7—焊件;8—渣壳
(1)生产率高 埋弧焊时,焊丝从导电嘴伸出的长度较短,可以使用较大的焊接电流,从而使焊接生产率显著提高。表3-2是两种焊接方法的焊接电流和电流密度的比较。由于使用了大电流,使埋弧焊在单位时间内焊丝的熔化量(即熔化系数)可达14~18g/(A·h)[手工电弧焊一般为8~12g/(A·h)],焊缝的熔深增加,所以较厚的焊件不开坡口也能焊透。另外电弧热量集中,且利用率高,所以焊接速度增加。
表3-2 手工电弧焊与埋弧自动焊焊接电流和电流密度的比较
(2)焊缝质量好 埋弧焊时,由于焊剂对电弧空间有可靠的保护,防止了空气的侵入;同时由于焊接规范较为稳定,焊缝的化学成分和性能便比较均匀,焊缝表面也光洁平直;因为熔深较深,不易产生未焊透的缺陷,同时也消除了手工电弧焊中因更换焊条而容易引起的一些缺陷。
(3)节省焊接材料和电能 由于熔深较大,埋弧焊时可不开或少开坡口,减少了焊缝中焊丝的填充量,这样既节约了焊丝和电能,也节省了由于加工坡口而消耗掉的金属;同时,由于焊剂的保护,金属的烧损和飞溅明显减少;完全消除了手工电弧焊中焊条头的损失。由于埋弧焊的电弧热量得到充分利用,所以在单位长度焊缝上所消耗的电能也大为降低。
(4)焊件变形小 埋弧焊的热能集中,焊接速度快,则焊缝热影响区较小,焊件的变形也较小。
(5)改善了劳动条件 由于采用了机械化,使焊工的劳动强度大为降低;又因是埋弧焊接,故消除了弧光对焊工的有害作用及省去面罩,便于操作;同时埋弧焊所放出的有害气体也较少。
(1)焊缝形状和焊接工艺参数的概念 焊缝形状是针对焊缝金属的横截面而言的,如图3-2所示。 b 为焊缝的宽度; h 为基本金属的熔透深度,称为焊缝厚度; e 为焊缝的堆敷高度,称为余高。焊缝宽度 b 与焊缝厚度 h 的比值,称为焊缝的形状系数 ψ ,即
图3-2 埋弧自动焊焊接接头的形状
基本金属熔化的横截面积 F m 与焊缝横截面积( F m + F t )比值,称为焊缝的熔合比 γ ,即
式中 F t ——焊缝中填充金属的横截面积。
焊缝的形状系数 ψ 对焊缝内部质量的影响非常大,当 ψ 选择不当时,会使焊缝内部产生气孔、夹渣、裂缝等缺陷。 ψ 值可变动于0.5~10之间。在一般情况下,控制 ψ =1.3~2较为合适,对熔池中气体的逸出以及防止夹渣或裂缝等缺陷都是有利的。
熔合比 γ 主要影响焊缝的化学成分、金相组织和力学性能。由于 γ 的变化反映了填充金属在整个焊缝金属中所占比例发生了变化,这就导致焊缝成分、组织与性能的变化。 γ 的数值变化范围较大,一般可在10%~85%范围内变化。而埋弧焊 γ 的变化范围,一般约在60%~70%之间。
焊缝的形状系数 ψ 和熔合比 γ 数值的大小,主要取决于焊接工艺参数。埋弧自动焊焊接工艺的主要参数有:焊接电流、电弧电压和焊接速度等。另外,如焊丝直径、焊件预热温度等,也都属于焊接工艺参数。
(2)焊接电流对焊缝形状的影响 当焊接电流变化时,对焊缝宽度 b 、焊缝厚度 h 和余高 e 的影响规律如图3-3所示。当其他参数不变时,随着焊接电流的增加,电弧压力增大,对熔池中液态金属的排出作用加强,使电弧深入基本金属,而使熔深成正比增加,即
h = KI h (3-3)
图3-3 焊接电流对焊缝形状的影响规律
式中 K ——比例系数,与电流种类、极性、焊丝直径、焊剂化学成分等有关(当直流正接时,一般取 K =1;当直流反接和交流时,一般取 K =1.1)。
当焊接电流较大时,由于熔深较深,熔宽变化不大,对熔池中气体和夹杂物的上浮及逸出都是十分不利的;对焊缝的结晶方向也是不利的,容易促使气孔、夹渣和裂缝的生成。因此,在增加焊接电流的同时,必须相应地提高电弧电压,以保证得到合理的焊缝形状。焊接电流变化对焊缝形状的影响如图3-4所示。
图3-4 焊接电流变化对焊缝形状的影响
(3)电弧电压对焊缝形状的影响 当其他条件保持不变时,电弧电压的变化对焊缝宽度、焊缝厚度和余高的影响规律如图3-5所示。
图3-5 电弧电压变化对焊缝成形的影响规律
随着电弧电压的增加,焊缝的宽度有明显的增加,而焊缝深度和余高则有所下降。由于电弧电压的增加,实际上就是电弧长度的增加,这样,电弧的摆动作用加剧,焊件被电弧加热的面积也增加,则焊缝的宽度增加。
由于电弧摆动作用的加剧,电弧对熔池底部液态金属的排出作用变弱,熔池底部受电弧热少,故焊缝深度反而会有所减小。
由于电弧拉长,较多的电弧热量被用来熔化焊剂,因此焊丝的熔化量变化不大,而且此时熔化的焊丝被分配在较大的面积上,故焊缝的余高也相应地减小了。
适当地增加电弧电压,对提高焊缝质量是有利的,但应与增加焊接电流相配合。单纯过分地增加电弧电压,会使熔深变小,造成焊件的未焊透。而且焊剂的熔化量大,耗费多;焊缝表面焊波粗糙,脱渣困难,严重时会造成焊缝边缘咬肉。电弧电压变化后,所得到的焊缝形状如图3-6所示。
图3-6 电弧电压变化时对焊缝形状的影响
(4)焊接速度对焊缝形状的影响 焊接速度的变化,将直接影响电弧热量的分配情况,即影响线能量数值的大小,并影响弧柱的倾斜程度,这对于焊缝形状的影响是非常显著的。当其他条件不变时,随着焊接速度的增加,焊缝的线能量减小,熔宽明显地变窄。当焊接速度一般增加时,虽然单位能已减少,但由于电弧向后倾斜角度增加,对熔池底部液态金属的排出作用加强,熔深反而会有所增加。当焊速继续增加超过40m/h时,由于线能量减少的影响显著,故熔深即逐渐减小。过分地增加焊接速度会造成未焊透和焊缝边缘的未熔合现象。在这种情况下,将焊丝向焊接方向倾斜(前倾)适当的角度,对改进焊缝未熔合的情况是有利的。焊接速度变化对焊缝形状的影响如图3-7所示。
图3-7 焊接速度变化对焊缝形状的影响
(5)焊丝直径对焊缝形状的影响 焊丝直径增大,电弧的摆动作用随之加强,焊缝的熔宽增加,而熔深则稍有下降;当焊接电流不变时,若焊丝的直径减小,电流密度则增加,电弧吹力增加,而摆动减弱,熔深也会相应地增加。故使用同样大小的电流时,小直径焊丝可以得到较大的熔深,或者说为了获得一定的熔深,细焊丝只需用较小的电流。
(1)焊丝倾斜对焊缝形状的影响 图3-8所示为焊丝倾斜对焊缝形状的影响。由于前倾焊时,电弧指向焊接方向,对熔池前面焊件的预热作用较强,则熔宽较大;但因电弧对熔池液态金属的排出作用相应减弱,则使熔深有所减小。后倾一定角度时,电弧对熔池金属的排出作用较强,使熔深和余高均有增加;而熔池表面受到电弧辐射减少,使熔宽显著减小,这样,使焊缝的形状系数减小,且易造成焊缝边缘未熔合或咬肉,使成形严重变坏。
图3-8 焊丝倾斜对焊缝形状的影响
(2)焊件倾斜对焊缝形状的影响 图3-9所示为焊件倾斜对焊缝形状的影响。上坡焊时与焊丝后倾相似,由于熔池金属向下流动,有助于熔池和余高的增加,但熔宽减小,形成窄而高的焊缝,严重时出现咬肉;下坡焊则与焊丝前倾情况相似,熔宽增大,而熔深和余高减小,这时易造成未焊透和边缘未熔合等缺陷。无论是上坡焊还是下坡焊,焊件的倾斜角度 α 不宜超过6°~8°,否则都会严重破坏焊缝成形,造成焊缝缺陷。
图3-9 焊件倾斜对焊缝形状的影响
(1)焊丝伸出长度的影响 当焊丝伸出长度增加时,电阻也增加,这就增加了电阻热,使焊丝的熔化速度加快,结果使熔深稍有减小,熔合比也有所减小。这对于小于3mm的细直径焊丝影响非常显著,故对其伸出长度的波动范围应加以控制,一般不超过5~10mm。
(2)电流种类和极性的影响 一般情况下,电弧阳极区的温度较阴极区高,但在使用高锰高硅含氟的焊剂进行埋弧焊时,电弧空间气体的电离势增加,这样,气体电离后正离子释放至阴极的能量也增加了,这就使阴极的温度提高,并大于阳极的温度。因而在用含有高电离电位的焊剂埋弧焊时,若焊接电源为直流正接,则焊丝的熔化速度大于工件的熔化速度,使焊缝熔深减小,余高增大;反之,用直流反接便可增加熔深。使用交流焊接电源时,对焊缝形状的影响介于直流正、反接之间。
(3)装配间隙与坡口的影响 焊件的装配间隙或坡口越大,就使焊缝熔合比的数值越小。对厚板来说,开坡口和留间隙是为了获得较大的熔深,同时可降低余高。
(4)焊剂的影响 在其他条件相同时,用高硅含锰酸性焊剂焊接,比用低硅碱性焊剂能得到更光洁平整的焊缝,因为前者焊剂在金属凝固温度时的黏度以及黏度随温度的变化等,都能使之有利于焊缝的成形。另外,使用电离电位较高的焊剂,则弧长短,熔深较大。再者,由于颗粒度小的焊剂堆积密度大,所以用细颗粒焊剂焊接,能获得较大的熔深和较小的熔宽。
正确的焊接工艺参数主要是保证:电弧稳定,即电流不能太小,电弧电压不能太高;焊缝形状尺寸合适,表面成形光洁整齐;内部无气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷;在保证质量的前提下,还要有最高的生产率;消耗最少的电能和焊接材料。
由于影响焊缝质量的因素很多,各种焊接工艺参数在不同情况的组合下,会对焊缝成形产生不同或类似的效果,因此,不能将埋弧自动焊焊接工艺参数的选择视为一成不变的,必须按照前述原则,灵活选择各种焊接规范参数。
埋弧焊焊接工艺参数的选择可根据查表(查阅类似焊接情况所用的焊接规范表,作为确定新规范的参考)、试验(在与焊件相同的焊接试验板上试验,最后确定规范)和经验(根据实践积累的经验确定焊接规范)等方法确定。但不论哪种方法所确定的焊接规范,都必须在实际生产中加以修正,以便制定出更切合实际的规范。
埋弧自动焊在焊接前必须做好准备工作,包括厚焊件的坡口加工、预焊部位的清理以及焊件的装配等,对这些工作必须给以足够的重视,否则会影响焊缝质量。
①由于埋弧自动焊可使用较大工艺参数(电流),故一般厚度小于12mm的钢板可不开坡口,而仍能保证焊透和有良好的焊缝成形。
②当焊件厚度为14~22mm时,多开V形坡口。如果是单面焊,厚度超过8mm也可以开V形坡口。
③厚度为22~50mm时可开X形坡口,但开X形坡口的条件是焊件能够翻转,即能够进行大面焊接。当不能进行双面焊接时则只能开V形或U形坡口。
④在V形和X形的坡口中,坡口角度一般为50°~60°,以利于提高焊接质量和生产率。坡口可使用气割机(或等离子切割机)切出,U形坡口则用碳弧气刨或刨边机等设备加工,加工后的坡口边缘必须平直。
在焊接前需将坡口及接头焊接部位的表面锈蚀、油污、氧化皮、水分等清除干净,尤其是碱性焊剂时清理更要严格。清理的方法与焊条电弧焊时相同,可使用手工清除(钢丝刷、风动手砂轮、风动钢丝轮等)、机械清除(喷砂)和氧-乙炔火焰烘烤等方法。
焊件装配的质量直接影响着焊缝质量。焊件装配必须保证间隙均匀、高低平整。在单面焊双面成形的自动焊中更应严格注意。另外,装配时所使用的焊条要与焊件材料性能相符,定位焊的位置一般应在第一道焊缝的背面,长度一般应大于30mm。在直缝焊件装配时,尚需加焊引弧板和收尾板,这样不但增大了装配后的刚性,而且还可去除在引弧和收尾时容易出现的缺陷。
(1)对接直焊缝焊接技术 对接直焊缝的焊接方法有两种,即单面焊和双面焊。它们又可分为有坡口(或间隙)和无坡口(或间隙)。同时,根据钢板厚薄的不同又可分成单层焊和多层焊;根据防止熔池金属泄漏的不同情况,又有衬垫法和无衬垫法。
这里所叙述的各种焊接方法都是指在水平位置上的焊接,下面就几种基本焊接方法进行介绍。
①焊剂垫法埋弧自动焊 在焊接对接焊缝时,为了防止熔渣和熔池金属的泄漏,常用焊剂垫作为衬垫来进行焊接。焊剂垫的焊剂应尽量使用适合于施焊件的焊剂,并经过筛、清洁(去灰)和烘干。焊接时焊剂要与焊件背面贴紧,在整个焊缝长度上保持焊剂的承托力均匀一致。焊剂垫的结构如图3-10所示。在整个焊接过程中,要注意防止因工件受热变形而发生焊件与焊剂垫脱空,以致造成焊穿现象,特别应注意防止焊缝末端出现这种现象。
图3-10 焊剂垫的结构
a.无坡口预留间隙双面埋弧自动焊 在焊剂垫上进行无坡口的双面埋弧自动焊,为保证焊透必须预留间隙,钢板厚度越大,其间隙也应越大。一般在定位焊的反面进行第一面焊缝的施焊,并选择恰当的规范,保证第一面焊缝的熔深超过焊缝厚度的1/2~2/3,表3-3中的工艺参数可供参考。第二面焊缝使用规范可与第一面焊缝相同或稍许减小。对重要产品在焊第二面焊缝前,需挑焊根进行焊缝根部清理,焊接规范可相应减小。
表3-3 无坡口预留间隙双面埋弧自动焊工艺参数
b.开坡口预留间隙双面埋弧自动焊 对于厚度较大的焊件,由于材料或其他原因,当不允许使用较大的线能量焊接,或不允许焊缝有较大的余高时,可以采用开坡口焊接,坡口形式由板厚决定。表3-4为这类焊缝单道焊焊接常用工艺参数。
表3-4 开坡口预留间隙双面埋弧(单道)自动焊焊接常用工艺参数
c.无坡口单面焊双面成形埋弧自动焊 这是采用较强的焊接规范(主要指焊接电流),将焊件一次焊透,焊接熔池在焊剂垫上冷却凝固,以达到一次成形的目的。采用这种焊接工艺可提高生产率、减轻劳动强度、改善劳动条件。
焊剂垫上单面焊双面成形自动焊一般要留一定间隙,可不开坡口,将焊剂均匀地承托在焊件背面。焊接时,电弧将焊件熔透,并使焊剂垫表面的部分焊剂熔化,形成一液态薄层,将熔池金属与空气隔开,熔池则在此液态焊剂薄层上凝固成形,形成焊缝。为使焊接过程稳定,最好使用直流反接法焊接。焊剂垫中的焊剂颗粒粒度要细些。当使用细直径焊丝时,应严格控制其伸出长度,若过长,焊丝熔化太快,会使焊缝成形不良,伸出长度一般为17~20mm。另外,焊剂垫对焊剂的承托力,对焊缝的成形影响很显著。如压力较小,会造成焊缝下塌;压力较大,则会使焊缝背面上凹;压力过大时,甚至会造成焊缝穿孔(图3-11)。故焊剂垫应尽可能采用图3-10中软管式焊剂垫,并对所通压缩空气的压力严格控制。焊接工艺参数见表3-5。
图3-11 焊剂垫压力对焊缝成形的影响
表3-5 焊剂垫上单面焊双面成形埋弧自动焊的工艺参数
d.热固化焊剂垫法埋弧自动焊 用一般焊剂垫的单面焊双面成形自动焊,由于生成大量熔渣,易造成焊缝背面的高低和宽窄不均匀;对于位置不固定的曲面焊缝和一些立体焊件的焊接,一般焊剂垫也不适用。而采用具有热固化作用的特殊焊剂作为衬垫,则完全消除了一般焊剂垫的缺点。
热固化焊剂垫就是在一般焊剂中加入一定比例的热固化物质——酚醛树脂和铁粉等(常用的一种热固化焊剂垫的配方见表3-6),它具有这样的特点:当加热至80~100℃时,树脂软化(或液化),将周围焊剂等黏结在一起,温度继续升高到100~150℃时,树脂固化,使焊剂垫变成具有一定刚性的板条。焊接时只生成少量的熔渣,并能有效地阻止金属泄漏,帮助焊缝表面成形。
表3-6 热固化焊剂垫配方参考成分
另一种典型的热固化焊剂垫构造如图3-12所示,最外层为热收缩薄膜,用以保持衬垫形状和防止焊剂等受潮和流动。薄膜内包有弹性垫(石棉布或瓦楞纸板),其作用是在固定衬垫时使压力均匀。弹性垫的上面是石棉布,以防止熔化金属和熔渣滴落。再上面是热固化焊剂,焊接时起铜垫作用,一般不熔化。热固化焊剂的上面是玻璃纤维布,主要起保证焊缝背面成形的作用,另外还可使衬垫与钢板更易贴紧。在热收缩薄膜的上表面两侧,贴有两条双面粘接带,便于衬垫的装配和贴紧。衬垫长度约为600mm,可用磁铁夹具将其固定于焊件上(图3-13)。焊件在使用此种衬垫时,一般开V形坡口,为提高生产率,坡口内可堆敷一定高度的铁合金粉末。表3-7即为采用该工艺的工艺参数。
图3-12 热固化焊剂垫构造
1—双面粘接带;2—热收缩薄膜;3—玻璃纤维布;4—热固化焊剂;5—石棉布;6—瓦楞纸或石棉布
图3-13 热固化焊剂垫装配示意
1—焊件;2—热固化焊剂垫;3—磁铁;4—托板;5—调节螺钉
表3-7 热固化焊剂垫埋弧自动焊工艺参数
②焊剂-铜垫法埋弧自动焊 用焊剂-铜垫取代焊剂垫作为焊缝背面的成形装置,这样便解决了焊剂垫承托力不均的问题;同时,在工件与铜垫板之间的焊剂层起着薄焊剂垫的作用,以帮助焊缝背面成形,并保护铜垫板不被电弧直接作用。在铜垫板上开一条弧形凹槽,以保证焊缝背面的正常成形。铜垫板的截面形状如图3-14所示,截面尺寸见表3-8。表3-9为在焊剂-铜垫上的单面焊双面成形埋弧自动焊工艺参数。
图3-14 铜垫板的截面形状
表3-8 铜垫板的截面尺寸
表3-9 焊剂-铜垫上的单面焊双面成形埋弧自动焊工艺参数
③锁底连接法埋弧自动焊 在焊接无法使用自动焊衬垫的焊件时,可采用锁底连接法,如一般小直径厚壁圆形容器的环缝常采用此法,锁底连接接头如图3-15所示。焊后,根据设计要求可保留或车去锁底的凸出部分。焊接规范视坡口情况、锁底厚度、焊件形状等情况而定。
图3-15 锁底连接接头
④手工焊封底埋弧自动焊 对于无法使用衬垫进行埋弧自动焊的对接焊缝,也可先行手工封底后再焊。这类焊缝接头可根据板厚情况采用不开坡口、单面坡口或双面坡口。一般厚板手工封底焊部分的坡口形式为V形,并保证封底厚度大于8mm。
⑤悬空焊 一般用于无坡口无间隙(或间隙小于1mm)的对接焊缝,不需要衬垫,但对焊件边缘加工和装配要求较高。第一面焊缝的熔深通常为焊件厚度的40%~50%,第二面焊缝,为保证焊透,熔深应达到板厚的60%~70%。表3-10所列焊接工艺参数供使用时参考。
表3-10 无预留间隙的悬空埋弧自动焊工艺参数
由于在实际操作时,往往无法测出熔深的大小,故常靠经验来估计,如在焊接时观察焊件背面热场的形状和颜色,或焊件背面氧化物生成的多少和颜色等。对于5~14mm厚度的焊件,在焊接时熔池背面热场应呈红到淡黄色(焊件越薄,颜色应越浅),才可以达到需要的熔深;若热场颜色呈淡黄或白亮色时,即表明将要焊穿,必须迅速改变焊接规范。若此时热场前端呈圆形,说明焊接速度尚可提高;而若热场前端已呈尖形,说明焊接速度已较快,应立即减小焊接电流,适当增加电弧电压。如果焊件背面热场颜色较深或较暗时,说明焊速太快或电流太小,应适当降低焊接速度或增加焊接电流。上述方法不适用于厚板多层焊的后几层的焊接。
另一种方法是在焊后观察焊缝背面所生成氧化物的颜色与厚度。焊接时,由于焊缝背面处于热场的高温下,表面被氧化,温度越高,氧化程度越严重。若焊缝背面氧化物呈深灰色,且厚度较厚并有脱落或裂开现象,此时焊缝已有足够的熔深;当焊缝背面的氧化物呈赭红色,甚至氧化膜也未形成,说明加热温度较低,熔深较小,有未焊透的危险(较厚钢板除外)。
⑥多层埋弧自动焊 对于较厚钢板,常采用开坡口多层焊,且无论单面或双面埋弧焊,钢板都必须留有钝边(一般大于4mm)。对于厚度大于40mm的焊件,多采用U形坡口多层焊,背面开较小的V形坡口,用手工封底焊,此时钝边为2mm左右,如图3-16(a)所示。
图3-16 厚板焊接接头及多层焊的情况
多层焊的质量,很大程度上取决于第一层焊缝焊接时工艺的选择,以及以后各层焊缝焊接顺序的合理性和成形是否恰当。
多层焊的第一层焊缝,为了既要保证焊透,又要避免产生裂缝,故规范需选择适中,一般不宜偏大。同时由于第一层焊缝位置较深,允许焊缝的宽度较小,故也要求规范不能太大,且电弧电压要小些,这样便能避免产生咬肉和夹渣等缺陷。一般多层焊在焊接第一、二层焊缝时,焊丝位置是位于接头中心的。随着层数增加,焊丝若仍对准接头中心,则可能会造成边缘未熔合和夹渣现象,此时应开始采用分道焊(同一层分几道焊),如图3-16(b)所示。当焊接靠近坡口侧边的焊道时,焊丝应与侧边保持一定距离,一般约等于焊丝直径,这样焊缝与侧边能形成稍具凹形的圆滑过渡,既保证熔合又利于脱渣。焊接过程中焊接工艺参数可随着焊缝层数的增加而适当加大,以提高焊接生产率。但也必须考虑到焊件当时的温度,如温度过高,规范不宜加大,可待稍冷却后再焊。在盖面焊时,为保证表面焊缝成形良好,焊接规范又应适当减小。表3-11列出了多层焊典型焊接工艺参数。
表3-11 厚板多层埋弧自动焊焊接工艺参数(焊丝直径5mm)
(2)对接环焊缝焊接技术 圆形筒体的对接环缝,如需要进行双面埋弧自动焊,则可以按图3-17所示,先在焊剂垫上焊接内环缝。焊剂垫由滚轮和承托焊剂的传动带组成,利用圆形焊件与焊剂之间的摩擦力带动焊剂一起转动,并不断地向焊剂垫上添加焊剂。
图3-17 内环缝焊接示意
在进行环缝焊接时,焊机小车可固定安放在悬臂架上,焊接速度则可由筒形焊件所搁置的滚轮架(翻转架)来进行调节,一般是调节变速电动机的转速。
在环缝自动焊时,除主要焊接规范对焊缝质量有直接影响外,焊丝与焊件间的相对位置也起着重要的作用。如图3-18所示,焊接内环缝时,焊丝的偏移使焊丝处于“上坡焊”的位置,其目的是使焊缝有足够的熔深;焊接外环缝时,焊丝的偏移使焊丝处于下坡焊的位置,这样,一则可减小熔深避免焊穿,二则使焊缝成形美观。
图3-18 环缝埋弧自动焊焊丝位置示意
环缝自动焊焊丝的偏移距离(指与圆形焊件断面中心线的距离)随着圆形焊件的直径、焊接速度以及焊件厚度的不同而不同。
①焊件直径的影响 焊件的直径增大,允许的焊丝偏移尺寸也增大,这是因为焊件直径越大,在同一偏移中心角的情况下,所对应的弧长也越大。
②焊接速度的影响 环缝的焊接速度(焊件旋转的线速度)增大,允许的焊丝偏移尺寸也可适当增大,这是为了使熔池和熔渣能处在适当的位置凝固,以免造成流失、下淌等现象,保证焊缝质量。
③焊件厚度的影响 一般较厚钢板多采用多层焊,因此在焊接过程中,随着焊缝层数的增加,对圆形焊件来说,即相当于直径发生变化。
焊接内环缝时,随着焊接过程的继续,即相当于焊件直径在减小,因而焊丝偏移距离应由大到小变化。从多层焊的焊接角度来看,底层焊缝要求有一定的熔深,焊缝宽度不宜过大,则也要求偏移大些,而当焊到焊缝表面时,则要求有较大的熔宽,此时的偏移距离可小些。
焊接外环缝时,随着焊接过程的继续,即相当于焊件直径在增大,则焊丝偏移距离也应由小到大变化。从多层焊的焊接角度来看,底层焊缝熔宽不宜过大,故要求偏移距离小些,而焊到焊缝表面时,则要求有较大的熔宽,这时偏移可大些。
图3-18中所注焊丝偏移尺寸供在实际操作时参考,具体偏移值需在实践过程中不断修正。对于小直径管件外环缝的焊接,焊丝偏移尺寸往往要小于30mm。环缝埋弧自动焊的焊接规范可参见表3-3、表3-4、表3-11。
(3)角接焊缝焊接技术 埋弧自动焊的角接焊缝主要出现在T形接头和搭接接头中(图3-19)。角焊缝的自动焊一般可采取船形焊和斜角焊两种形式,当焊件易于翻转时多采用船形焊,对于一些不易翻转的焊件则使用斜角焊。
图3-19 角焊缝自动焊接头
①船形焊 由于焊丝为垂直状态,熔池处于水平位置,容易保证焊缝质量,但当焊件间隙大于1.5mm时,则易产生焊穿或熔池金属溢漏的现象,故船形焊要求严格的装配质量,或者在焊缝背面设衬垫(图3-20)。在确定焊接规范时,电弧电压不宜过高,以免产生咬肉。另外,焊缝的形状系数应保证不大于2,这样可避免焊缝根部未焊透的缺陷。表3-12列出了船形焊的焊接工艺参数。
图3-20 船形焊接法
表3-12 船形焊的焊接工艺参数
②斜角焊 一般在不得已的情况下,对角焊缝采用斜角焊的方法,即焊丝倾斜。这种方法的优点是对间隙的敏感性小,即使间隙较大,一般也不致产生流渣和熔池金属流溢观象。其缺点是单道焊缝的焊脚高度最大不能超过8mm。所以当要求焊脚高度大于8mm时,只能使用多道焊。
斜角焊缝的成形与焊丝和焊件的相对位置关系很大,当焊丝位置不当时,易产生竖直面咬肉(咬边)或未熔合现象。为保证焊缝的良好成形,焊丝与竖直面的夹角应保持在15°~45°的范围内(一般为20°~30°),并选择距竖直面适当的距离,电弧电压不宜太高,这样可使熔渣减少,防止熔渣流溢。使用细焊丝能保持电弧稳定,并可以减小熔池的体积,以防止熔池金属流溢。斜角焊的焊接工艺参数见表3-13。
表3-13 斜角焊的焊接工艺参数
埋弧焊常见缺陷有焊缝成形不良、咬边、未焊透、气孔、裂缝、夹渣等,产生原因及其防除方法见表3-14。
表3-14 埋弧焊常见缺陷的产生原因及其防除方法