多丝、窄间隙及带极埋弧焊优化方案

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【摘要】：图7-26所示为单丝和多丝埋弧焊组成示意图。窄间隙埋弧焊间隙大小取决于所焊工件的厚度。每层双道焊的间隙通常在18～24mm，便于焊接操作，易获得无缺陷焊缝，是常用的窄间隙埋弧焊方法。窄间隙埋弧焊的送丝机构和焊接电源可采用标准的埋弧焊设备。带极埋弧焊是由横列多丝埋弧焊发展而成的。

1.多丝埋弧焊

为了提高焊接效率和扩大使用范围，除了普通单丝埋弧焊之外，埋弧焊的电极可采用双丝、多丝、带极（多用于堆焊），还可在焊剂中添加金属粉等。双丝焊时，焊丝可按图7-24所示的方式排列。焊丝垂直焊接方向排列，也称并列焊丝，可获得熔深浅、稀释率低的焊缝。焊丝纵向排列，也称纵列或串列焊丝，可获得较高的焊接速度，其焊道具有与单丝焊相似的形状。

图7-24 并列焊丝和串列焊丝对焊缝熔透的影响

1—并列焊丝 2—串列焊丝 3—并列焊丝焊缝截面形状 4—串列焊丝焊缝截面形状

双丝埋弧焊应用较多的是纵列串联式，用这种方法焊接时，前列电弧可用足够大的电流以保证熔深；后随电弧则采用较小电流和稍高电压，主要用来改善焊缝成形。这种方法不仅可明显提高焊接速度，而且还因熔池体积大、存在时间长、冶金反应充分而使产生气孔的倾向减小。此外，这种方法还可通过改变焊丝之间的距离及倾角来调整焊缝形状。当焊丝间距小于35mm时，两根焊丝在电弧作用下合并形成一个单熔池；焊丝间距大于100mm时，两根焊丝在分列电弧作用下形成双熔池，如图7-25所示。在分列电弧中，后随电弧必须冲开已被前一电弧熔化而尚未凝固的熔渣层。这种方法适合于水平位置平板拼接的单面焊双面成形工艺。

双丝埋弧焊可以合用一个焊接电源，也可以用两个独立的焊接电源。前者设备简单，但其焊接过程稳定性差，因为电弧交替燃烧和熄灭，要单独调节每一个电弧的功率较困难；后者设备较复杂，但两个电弧都可以单独调节功率，而且还可以采用不同的电流种类和极性，焊接过程稳定，可获得更理想的焊缝成形。图7-26所示为单丝和多丝埋弧焊组成示意图。通过双弧四丝（Tandem-twin）埋弧焊机头，可以实现熔敷率高达40kg/h的高效焊接。多丝埋弧焊主要用在厚壁钢管、H形钢梁及厚壁压力容器的生产中，焊丝最多可达12根，使焊接速度提高到120m/h以上。

图7-25 纵列式双丝埋弧焊示意图

a）单熔池 b）双熔池（分列电弧）

图7-26 单丝和多丝埋弧焊组成示意图

a）单丝 b）单弧双丝 c）双弧双丝 d）双弧四丝

2.窄间隙埋弧焊

窄间隙埋弧焊主要用于厚板结构的焊接，如厚壁压力容器、核反应堆外壳、涡轮机转子等的焊接。这些焊件壁厚较大，若采用常规埋弧焊方法，需开U形或双U形坡口，这种坡口的加工量及焊接量都很大，生产效率低且不易保证焊接质量。采用窄间隙埋弧焊时，坡口形状为简单的I形，图7-27所示为窄间隙埋弧焊坡口形式，不仅可大大减小坡口加工量，而且由于坡口截面积小，焊接时可减小焊缝的热输入和熔敷金属量，节省焊接材料和电能，并且易于实现自动控制。

窄间隙埋弧焊间隙大小取决于所焊工件的厚度。当焊件厚度为50～200mm时，间隙宽度为14～20mm；当焊件厚度为200～350mm时，间隙宽度为20～30mm。窄间隙埋弧焊可采用每层单道、每层双道和每层三道三种方案，如图7-28所示。每层单道能在最小宽度为14mm的间隙内焊接，焊接时间短，对坡口装配间隙误差要求高，焊丝必须对准间隙中心，以保证两侧壁均匀熔合。每层双道焊的间隙通常在18～24mm，便于焊接操作，易获得无缺陷焊缝，是常用的窄间隙埋弧焊方法。每层三道焊接方法，只用于厚度超过300mm的特厚板窄间隙焊，间隙宽度可扩大至24mm以上。

窄间隙埋弧焊的送丝机构和焊接电源可采用标准的埋弧焊设备。窄间隙埋弧焊一般为单丝焊，也可以用双丝。窄间隙埋弧焊所用的焊接电源，根据所焊材料不同，可选择交流电源，也可用直流电源。另外，窄间隙埋弧焊时，为使焊嘴能伸进窄而深的间隙中，须将焊嘴的主要组成部分（导电嘴、焊剂输送嘴等）制成窄的扁形结构，如图7-29所示。为了保证焊嘴与焊缝间隙的绝缘，在较高的温度和长时间的焊接过程中焊接参数保持恒定，铜导电嘴的整个外表面需涂上耐热的绝缘陶瓷层，导电嘴内部还要有水冷却。窄间隙焊时焊头的位置、焊剂和焊丝给送系统如图7-30所示。

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图7-27 窄间隙埋弧焊坡口形式

a）带垫板坡口 b）U形坡口 c）反面封底U形坡口

图7-28 窄间隙埋弧焊工艺方案

图7-29 窄间隙埋弧焊输送嘴结构示意图

图7-30 窄间隙埋弧焊时的焊头位置

窄间隙埋弧焊是一种高效、省时、节能的焊接方法，为优质、高效地完成窄间隙埋弧焊必须首先解决两个技术关键：其一，必须研制出在窄缝内脱渣良好的埋弧焊焊剂。由于窄间隙焊的装配间隙窄，在底层焊接时焊渣不易脱落，故需采用具有良好脱渣性的专用烧结焊剂。其二，焊头必须能自动跟踪接缝，以保证每层焊道与侧壁的良好熔合。为进一步提高焊接质量，目前已在窄间隙埋弧焊中应用了焊接过程自动检测、焊嘴在焊接间隙内自动跟踪导向及焊丝伸出长度自动调整等技术，以保证焊丝和电弧在窄间隙中的正确位置及焊接过程的稳定。

3.带极埋弧焊

埋弧堆焊通常用圆形截面的实芯焊丝或药芯焊丝，但熔敷率低、速度慢。带极埋弧焊是由横列多丝埋弧焊发展而成的。采用矩形截面的钢带取代圆形截面的焊丝做电极，不仅可提高填充金属的熔化量，提高焊接生产率，而且具有稀释率低、熔敷效率高、熔敷面大、焊道边缘平整、焊剂耗量低等优点，可增大焊缝成形系数，即在熔深较小的条件下显著增加焊道宽度，尤其适合于埋弧堆焊，具有很大的实用价值。

带极埋弧堆焊示意如图7-31所示。焊接时，焊件与带极间形成电弧，电弧热分布在整个电极宽度上。带极熔化形成熔滴过渡到熔池中，冷凝后形成焊道。常用的带极厚度一般为0.4～0.8mm，宽度为25～80mm。由于带极伸出部分的刚性较差，因此要配用专门的带极送进装置，使得焊接过程中带极能顺畅、均匀地连续送进，以保证焊接过程的稳定进行。

带极埋弧焊用于堆焊时，常用在低合金钢制造的化工容器、核反应堆等容器的内表面上堆焊耐磨、耐蚀的不锈钢层，以代替整体不锈钢的结构，这样既可以保证耐磨、耐腐蚀的要求，又可以节省不锈钢材料，降低成本。也可以来修复一些设备表面的磨损部分。带极埋弧焊时，根据焊接材料的不同，可以采用交流电源，也可以来用直流电源。当采用直流电源时，带极为正极性时比带极为反极性时熔敷量大，熔深也浅。从提高堆焊质量和生产率考虑，多采用直流反接。带极埋弧堆焊典型规范参数见表7-8。

图7-31 带极埋弧堆焊示意图

表7-8 带极埋弧堆焊典型规范参数

多丝、窄间隙及带极埋弧焊优化方案

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