第一篇：自動埋弧焊質量缺陷原因分析報告

自動埋弧焊質量缺陷原因分析報告

致寧波監理咨詢有限公司：

由我公司制作加工的寧波商務樓工程連廊鋼結構構件（H型鋼梁）經檢查發現，角焊縫部位產生氣孔及焊縫表面不平整等質量缺陷現象。

經我公司技術部門現場監測，相關責任人員發表意見，綜合分析后認為，自動埋弧焊角焊縫產生上述質量缺陷的根本性原因為：

1、焊劑烘干溫度不符合要求。根據相關焊接規范要求，自動埋弧焊焊劑烘干溫度應達到200℃～250℃，烘干時間為1h～2h。我公司在加工制作該批次鋼構件時，未對前批次鋼構件用焊劑進行調換，導致該批次鋼梁在自動埋弧焊時采用了上批次可能返潮的焊劑（由于近期為梅雨季節，雨水較多，氣候潮濕，致使焊劑返潮），焊劑黏結使埋弧未均勻形成，直接導致了氣孔的產生。

2、由于時下天氣炎熱，工人在操作過程中采用大功率電風扇進行降溫，電風扇產生的氣流吹散部分焊劑，導致自動埋弧焊埋弧深度不一，直接后果為焊縫表面不平整的發生。

3、為了保證連廊鋼構件的按時完成，我公司實行24小時工作制。夜班工人在操作過程中為加快進度，根據焊接情況自行調節焊接走絲速度，也是產生焊縫表面不平整的原因之一。

針對本次自動埋弧焊焊縫質量缺陷，我公司領導非常重視，責成相關責任人員到崗到位，決心從源頭上消除一切有損質量的客觀及主觀因素。在此次質量事故發生后，我公司及時分析、及時整改。在采取相關措施后，對同一批次其他鋼構件進行檢查，發現效果明顯，自動埋弧焊角焊縫表面平整、焊縫高度飽滿且無氣孔。因此，我公司認為上述原因為此次質量事故的主要原因。

本著認真負責的態度，我公司對該批鋼構件進行檢查返修處理，并進行必須質量的檢測，以保證產品質量合格。

對建設單位、監理單位提出的批評及指出的不足，我公司誠懇接受并表示衷心感謝。在以后的鋼構件加工生產過程中，舉一反三，堅決加強質量管理、人員管理、操作培訓等工作，消除一切質量隱患，生產出質量合格的產品，確保寧波商務樓鋼結構工程的施工質量。

第二篇：埋弧焊產生氣孔原因

埋弧焊縫產生氣孔的主要原因

埋弧焊縫產生氣孔的主要原因是氫，氫氣是由焊材、母材帶入電弧區的水分所造成的。但是電磁偏吹、母材質量不好等也會造成氣孔，應根據實際情況具體分析，采取相應防止措 施。

(1)焊接材料和坡口門不清潔，是造成氣孔的最常見的原因。焊劑末烘干或烘干不徹底，焊絲表面、坡口表面及鄰近區域有油、銹和水分，都會使熔池中含氫量顯著增高而產生氣孔。防止氫氣孔的方法，是減少氫的來源和創造使氫逸出熔池的條件：

①焊劑(包括焊劑墊用的焊劑)：應按規定嚴格烘干。如果天氣潮濕，焊劑從烘箱中取出到使用的時間不能太長，最好能在50度左右溫度下保溫待用。回收再用的焊劑要避免被水、塵土等污染。

②嚴格清除焊絲和坡口兩側20毫米范圍內的油、銹和水分。焊件要隨裝隨焊，如果沾有水分，要將焊接區域烘烤干燥后焊接。

③焊劑粒度要合適，細粉末和灰分要篩除，使焊劑有一定透氣性，利于氣體跑出。(2)鋼材軋制或熱沖壓、卷板過程中，形成或脫落的氧化皮，以及定位焊渣殼，碳弧氣刨飛渣等夾入焊劑，也會在焊縫中造成氣孔。防止措施：

①卷板、彎曲等加工過程中脫落的氧化皮，在裝配焊接前要清掃或用壓縮空氣吹除，防止夾入裝配間隙或落入坡口中。

②焊接場地周圍要清潔，防止氧化皮、渣殼、碳弧．氣刨飛渣混入焊劑。回收復用的焊劑中，這些雜質的含量往往較多，所以要在多次回用的焊劑中摻進新焊劑o(3)焊劑層太薄、焊接電壓過高或網路電壓波動較大時，電弧可能穿出焊劑層，使熔池金屬受外界空氣污染而造成氣孔；焊劑粒度太粗時，空氣會透過焊劑層污染熔池；懸空焊裝配間隙超過0．8毫米時，會造成焊縫中的深氣孔。防止措施：

①焊劑層厚度要合適使與焊接規范相適應，焊劑粒度不能過粗，以保證焊接過程中不透出連續弧光o

②懸空焊，特別在焊件厚度20毫米以內的懸空焊時，裝配間隙不要超過0．8―1毫米o(4)磁偏吹會造成氣孔，最容易在用直流焊接薄板時發生，氣孔多出現在收尾區域，越近焊縫末端氣孔越嚴重。這種氣孔在焊接較厚焊件時也可能遇到。產生氣孔的原因是由于電弧發生偏吹的緣故。地線連接位置不當也會造成磁偏吹而產生氣孔。防止措施：

①從接地線一端起焊，接地要可靠。焊件的裝夾具最好用非導磁材料制造。

②收尾端預先焊較長、較厚的定位焊縫。

③焊絲向前傾斜布置。

④改用交流焊接。

(5)母材中有富硫層狀偏析，或母材有分層缺陷會產生氣孔。母材含硫量高、硫化物夾雜多時，焊接過程中會產生較多氣體而形成氣孔。防止措施：

①控制焊接規范，減小母材熔合比。例如用直流正接、小電流或粗焊絲焊接，用多道焊代替單道焊等o

②適當降低焊接速度，增加氣體從熔池中逸出的時間。

③用含錳量高的焊絲焊接，使部分硫形成硫化錳排入熔渣。

④如果原來是不開坡口的對接焊，可以改成開V型坡口焊接，坡口角度比常用的坡口角度大一些o

⑤如果氣孔是由于母材分層(軋制鋼板時產生的一種缺陷)造成的，一般應除去分層部分后重新焊接。

對于層板容器，可先在層板坡口側面，用手工焊或其他焊接方法焊接封閉焊縫，然后再裝配、焊接埋弧焊縫。

(6)產生氣孔的其他原因定位焊縫有氣孔、夾渣等缺陷，未經清除就直接焊接埋弧焊縫時，會產生氣孔；前一層焊道有氣孔末清除徹底，焊接后層焊縫時還會產生氣孔。角焊縫焊接速度過高也會產生氣孔

第三篇：薄板埋弧焊氣孔偏多的缺陷分析和預防措施

薄板埋弧焊氣孔偏多的缺陷分析和預防措施

一、前言

本公司采用的20g鋼板制造鍋殼式鍋爐爐膽，用埋弧焊焊接其縱環縫，檢測時發現焊縫的氣孔偏多（尤為環縫），返修率相當高。這在一定程度上影響了產品的制造質量，并增加了制造成本，尤其是多次返修對焊接接頭的組織和性能帶來不利的影響，因此，尋找氣孔產生的原因是必要的，以便在施焊前采取一些相應的有效預防措施，使其能得到一定程度的解決，防患于未然。二．原因與措施

氣孔是最常見的一種焊接缺陷。氣孔的存在對焊縫強度影響比較大，它使焊縫有效工作面積減少，從而降低抗載荷能力。形成氣孔的根本原因是焊縫金屬吸收過多的氣體，在焊縫冷卻時，氣體在金屬中的溶解度下降，氣體以氣泡形式逸出，如氣體逸出速度小于金屬結晶速度，就會在金屬內部形成氣孔。形成氣孔的氣體主要是氫、氮和一氧化碳。除由于板薄，焊接熱容量小，焊后焊縫冷卻速度太快，氣體來不及在焊縫固前從焊接熔池中退出而形成氣孔的主要原因外，還有以下幾方面的原因：

1.焊機的選用不太合理，在一定程度上影響了焊接過程的穩定性。如目前大多數廠家選用的都是MI-1000型焊機，除受交流電性質的影響外，由于功率偏大，當使用其下限電流時，穩定性自然就要差些。最好是選用直流焊機且功率不宜過大（最大電流不要超過600安培）比較合適。2.焊材方面的原因，如焊絲生銹或表面不干凈、焊劑質量不合格或使用前未按要求烘培。鍋筒材料一般為低碳鋼或16Mn類低合金鋼，其焊接時一般都運用焊劑431匹配普通低碳鋼焊絲或低錳鋼焊絲。焊劑431具有良好的工藝性能，但由于焊劑生產廠家很多，焊劑431產品質量相差很大，有時盡管焊劑化學成份合格但色澤很不一致，有的為黃色，有的為深棕色，有的為棕黑色，有的是多種顏色的混合體。焊劑431的不同色澤反映了它在施焊過程中的脫氧還原能力不同。實踐證明，焊劑431色澤過深或發黑時，不僅使焊縫外觀不美觀，而且易產生氣孔、表面凹坑、麻點等焊接缺陷。另外，焊絲和焊劑的選用也不太合理，如目前焊絲大都選用Φ1.1和Φ3.2㎜的H08A，焊劑大都選用普通粒度的HJ431。實踐證明，焊絲最好選用Φ3.2和Φ2.5㎜的H08MnA，焊劑最好選取用細顆粒的HJ430或HJ431比較合適，這樣，不僅能更好的保護焊縫，而且還能改善焊接熔池在高溫下的冶金反應能力，有利于減少氣孔的產生。

3.對焊前和焊接過程中的工藝準備缺乏更嚴格的要求。如對焊件、焊絲的清理，焊劑的烘干，焊接裝配間隙質量的控制，焊接參數的調控以及焊工操作技能水平的高低等。

4.焊接裝配間隙的質量不能滿足埋弧焊的要求（主要是環縫）。焊接前害怕燒穿，往往在內焊縫的反面用手弧焊隨意的堵焊，這不僅污染了焊接部位，還影響了焊接過程中焊縫的透氣性，加劇了氣孔的產生，在此種情況下，如果暫還保證不了焊接裝配間隙的質量，又非要用埋弧焊焊接的話，最好用手弧焊進行正規的封底焊，不宜用括弧焊隨意堵焊，因為這樣不僅浪費了焊條和工時，而且焊接質量得不到保證。退一步來講，還不如干脆用手弧焊焊接或許會好些。5.焊工的操作技能水平不高，不敢使用較大的上限電流焊接。對此類焊縫的焊接，應挑選較高水平的焊工去焊接比較合適，因為在保證不燒穿的情況下，使用較大的上限電流焊接，從而增加了焊接熔池的體積，減小了焊縫的冷卻速度，有利于氣體在焊接熔池凝固前的逸出，減少了氣孔的產生。

三、結論

采用埋弧焊焊接6㎜和8㎜的20g板相對于焊接8㎜以上的板來說要難些，但只要對以上論述的幾個方面引起足夠的重視，還是可以焊得比較好的，關鍵是要保證裝配間隙的質量，并能使用較大的上限電流進行焊接。

第四篇：第九章 埋弧自動焊(焊工工藝學電子教案)

第九章 埋弧自動焊

埋弧自動焊是焊接生產中廣泛應用的一種機械化、高效率焊接方法。本章主要講述埋弧自動焊的實質與特點，自動調節基本原理，及有關的焊接設備、焊接材料、焊接工藝方法等內容。

第一節： 埋弧自動焊概述

一、電弧焊接過程自動化的基本概念

電弧焊接過程一般包括引燃電弧、正常焊接和熄弧收尾三個階段，并要求電弧及焊接過程始終保持穩定，即具有一定的調節作用，以達到電弧焊接的預定目的。

手工電弧焊的焊接過程與穩定，是依靠焊工用手工控制來實現的，這是一種人工調節作用。自動焊實質是機械化程度高的焊接，以相應的自動調節作用取代人工調節作用。為此，自動電弧焊不僅要完成各個階段的機械化操作，還要求自動地調節有關的焊接工藝參數，才能保證電弧及焊接過程的穩定，滿足電弧焊接的需求。

自動電弧焊分為埋弧（焊劑層下）自動焊和明弧焊（氣體保護）兩種。

埋弧自動焊與手工電弧焊的根本區別，在于焊絲的給送和電弧沿著焊接方向移動都是自動的，并且有相應的自動調節作用。

二、埋弧自動焊的實質與特點

埋弧自動焊實質是一種電弧在顆粒狀焊劑下燃燒的熔焊方法。焊絲送入顆粒狀的焊劑下，與焊件之間產生電弧，使焊絲和焊件熔化形成熔池，熔池金屬結晶為焊縫；部分焊劑熔化形成熔渣，并在電弧區域形成一封閉空間，液態熔渣凝固后成為渣殼，覆蓋在焊縫金屬上面。隨著電弧沿焊接方向移動，焊絲不斷地送進并熔化，焊劑也不斷地撒在電弧周圍，使電弧埋在焊劑層下燃燒，由此進行自動的焊接過程。

埋弧自動焊與手工電弧焊相比具有以下的特點：

１、焊接生產率高

埋弧自動焊可采用較大的焊接電流，同時因電弧加熱集中，使熔深增加，可一次焊透14ｍｍ以下不開坡口的鋼板。而且埋弧自動焊的焊接速度也比手工焊快，從而提高了焊接生產率。

２、焊接質量好

因熔池有熔渣和焊劑的保護，使空氣中的氮、氧難以侵入，提高了焊縫金屬的強度和韌性。同時由于焊接速度快，線能量相對減小，故熱影響區的寬度比手弧焊小，有利于減小焊接變形及防止近縫區金屬過熱。另外，焊縫表面光潔、平整。

３、改善焊工的勞動條件

由于實現了焊接過程機械化，操作較簡便，而且沒有弧光的有害影響，放出煙塵也少，因此焊工的勞動條件得到改善。

但是，埋弧自動焊在實用上也受到一定的限制，因為焊接過程是依靠焊劑堆積及熔化后形成保護作用的，所以僅適用于水平面焊縫的焊接，并對焊件邊緣的加工和裝配質量要求較高。而且埋弧自動焊的設備比手弧焊復雜，維修保養的工作量也較大。埋弧自動焊主要適用于低碳鋼及合金鋼中厚板的焊接，是大型焊接結構生產中常用的一種焊接技術。

三、電弧長度變化自動調節途徑

１、影響焊接電流和電弧電壓穩定的因素

合理地選擇焊接工藝參數，并保證預定的工藝參數在焊接過程中穩定，是獲得優質焊縫的重要條件。

焊接電流和電弧電壓在外界干擾下，將會引起較大變化。埋弧自動焊要求焊接電流和電弧電壓的波動分別不超過士２５～５０Ａ與士2Ｖ，否則會影響焊縫尺寸，以致破壞焊接過程的穩定。電弧的穩定工作點，是由電源的外特性曲線和電弧靜特性曲線的交點所確定的。因此，凡是使電源外特性和電弧靜特性發生變化的外界因素，都會影響焊接電流和電弧電壓的穩定。

（１）電弧長度的變化 由于焊件表面不平整和裝配質量不良及有定位焊縫等原因，使電弧長度經常發生變化，因而電弧靜特性曲線位臵也相應變化，造成對焊接電流和電弧電壓的影響。

（２）網路電壓的波動 網路電壓發生波動時，電源外特性曲線的位臵也發生變化，從而影響了焊接電流。

上述兩個影響因素中，由于弧長變化對焊接電流和電弧電壓的影響最為嚴重，因此埋弧自動焊的自動調節是以消除電弧長度變化的干擾作為主要目標。

２．電弧長度自動調節的途徑

焊接過程中，當弧長變化時希望能迅速得到調整，恢復到原來長度。而電弧長度是由焊絲送給冷度和焊絲熔化速度決定的，只有使焊絲送給速度等于焊絲熔化速度時，電弧長度才有可能保持穩定不變。為此可通過兩種途徑來實現，一是調節焊絲送給速度；二是調節焊絲熔化速度，從而達到穩定電弧長度的目的。

所謂焊絲送給速度是指在單位時間送入焊接區的焊絲長度，而焊絲熔化速度是指單位時間內熔化送入焊接區的焊絲長度。

目前按電弧長度的調節原理，即焊絲送給的方式，埋弧自動焊有兩種型式：一為焊絲送給速度在焊接過程中恒定不變的等速送絲式，焊機型號有ＭＺ－1000型；二為焊絲送給速度隨電弧電壓變化而變化的變速送絲式，焊機型號有ＭＭ－1000型。

第二節： 等速送絲式埋弧自動焊機

一、等速送絲式埋弧焊機的工作原理

等速送絲式埋弧焊機的特點是：選定的焊絲送給速度，在焊接過程中恒定不變，當電弧長度變化時，依靠電弧的自身調節作用，來相應地改變焊絲熔化速度，以保持電弧長度的不變。

１．等熔化速度曲線

等速送絲式埋弧焊機的自動調節性能，關鍵在于焊絲熔化速度，而焊絲熔化速度直接與焊接電流和電弧電壓有關，其中又以焊接電流的影響為大些。當焊接電流增大時，焊絲熔化速度顯著地增快；當電弧電壓升高時，焊絲熔化速度略有減慢，因而焊接電流和電弧電壓的變化，使焊絲熔化速度發生相應變化。

通過實驗的方法，所選定的焊絲送給速度和焊接工藝條件相同，僅調節焊接電源外特性，并分別測出電弧穩定燃燒點的焊接電流和電弧電壓，以及相應的電弧長度，連接這幾個電弧穩定燃燒點，可得到一條曲線Ｃ。這條曲線近似看作是一條直線，稱作等熔化速度曲線。

等熔化速度曲線表明，在曲線的每一點上，不同的焊接電流與電弧電壓相配合，電弧均保持一定的長度穩定燃燒，而且焊絲熔化速度是相等的，并等于已選定的焊絲送給速度。

等熔化速度曲線略微向右傾斜，說明隨著電弧電壓的升高，焊接電流則相應增大，因為電弧電壓升高使焊絲熔化速度減慢，需增大焊接電流來補償，以達到焊絲熔化速度與送給速度之間的平衡。等熔化速度曲線平行右移或左移，說明焊絲送給速度的變化，必須利用焊接電流的變化，來改變焊絲熔化速度，才能達到與焊絲送給速度的相互平衡，從而保持電弧長度的穩定。

２．電弧自身調節作用

根據等熔化速度曲線的含義，等速送絲式焊機的電弧穩定燃燒點，應是電源外特性曲線、電弧靜特性曲線和等熔化速度曲線的三線相交點。

當電弧長度發生變化時，假定電弧穩定燃燒，由于某種外界的干擾，使電弧長度突然從拉長，此時，電弧燃燒點下移，焊接電流減小，電弧電壓增大。然而電弧燃燒是不穩定的，因為焊接電流的減小和電弧電壓的升高，都減慢了焊絲熔化速度，而焊絲送給速度是恒定不變的，其結果使電弧長度逐漸縮短，電弧燃燒點將沿著電源外特性曲線，回到原來的穩定燃燒點，這樣又恢復至平衡狀態，保持了原來的電弧長度。反之，如果電弧長度突然縮短時，由于焊接電流隨之增大，加快焊絲熔化速度，而送絲速度仍不變，這樣也會恢復至原來的電弧長度。

在受到外界的干擾使電弧長度發生改變時，會引起焊接電流和電弧電壓的變化，尤其是焊接電流的顯著變化，從而引起焊絲熔化速度的自行變化，使電弧恢復至原來的長度而穩定燃燒，這稱為電弧自身調節作用。

３、影響電弧自身調節性能的因素

（１）焊接電流 電弧長度改變后，焊接電流變化越顯著，則電弧長度恢復得越快。當電弧長度改變的條件相同時，選用大電流焊接的電流變化值，要大于選用小電流焊接的電流變化值。因而，采用大電流焊接時，電弧自身調節作用就強烈，即電弧自行恢復到原來長度的時間就短。

（２）電源外特性

當電弧長度改變相同時，較為平坦的下降電源外特性曲線的電流變化值，要比陡降的電源外特性曲線的電流變化值大些。這說明下降的電源外特性曲線越平坦，焊接電流變化就越大，電弧自身調節作用就越好。所以，等速送絲式埋弧自動焊機的焊接電源，要求具有緩降的電源外特性。

４、焊接電流和電弧電壓調節方法

等速送絲式埋弧焊機的焊接電流和電弧電壓調節方法，可以通過改變焊絲送給速度和電源外特性來實現。

電源外特性不變時，改變焊絲送給速度，使等熔化速度曲線平行移動，于是，焊接電流變化值較大，電弧電壓變化值較小。反之，焊絲送給速度固定，調節電源外特性，因等熔化速度曲線近似垂直，所以電弧電壓變化值較大。

為此，需調節焊接電流，改變焊絲送給速度；需調節電弧電壓，改變電源外特性。由于電弧穩定工作點，要求焊接電流和電弧電壓的相互配合，當焊接電流調節時，電弧電壓也要相應調節，所以需要同時改變焊絲送給速度和電源外特性。

二、ＭＺＩ－１０００型埋弧自動焊機的組成

ＭＺＩ－１０００型是典型的等速送絲式埋弧自動焊機，根據電弧自身調節原理設計的。這種焊機的電氣控制線路比較簡單，外形尺寸不大，焊接小車結構也較簡單，使用方便，可選用交流和直流焊接電源，主要用于焊接水平位臵及傾斜小于１５°的對接和角接焊縫，也可以焊接直徑較大的環形焊縫。

ＭＺ－１０００型埋弧自動焊機由焊接小車、控制箱和焊接電源三部分組成。

１、焊接小車

焊接小車的交流電動機為送絲機構和行走機構共同使用，電動機兩頭出軸，一頭經送絲機構減速器送給焊絲，另一頭經行走機構減速器帶動焊車。

焊接小車的前輪和主動后輪與車體絕緣，主動后輪的軸與行走機構減速器之間，裝有摩擦離合器，脫開時，可以用手推動焊車。焊接小車的回轉托架上裝有焊劑斗、控制板、焊絲盤、焊絲校直機構和導電嘴等。焊絲從焊絲盤經校直機構、送給輪和導電嘴送入焊接區，所用的焊絲直徑為 1.6～5ｍｍ。

焊接小車的傳動系統中有兩對可調齒輪，通過改換齒輪的方法，可調節焊絲送給速度和焊接速度。焊絲送給速度調節范圍為0.87～6.7ｍ／ｍｉｎ，焊接速度調節范圍為16～126ｍ／ｈ。

２．控制箱

控制箱內裝有電源接觸器、中間繼電器、降壓變壓器、電流互感器等電氣元件，在外殼上裝有控制電源的轉換開關、接線板及多芯插座等。３．焊接電源

常見的埋弧自動焊交流電源采用ＢＸＺ－ＩＱ００型同體式弧焊變壓器。

第三節：變速送絲式埋弧自動焊機

一、變速送絲式埋孤自動焊機的工作原理

變速送絲式埋弧自動焊機的特點是；通過改變焊絲送給速度來消除對弧長的干擾，焊接過程中電弧長度變化時，依靠電弧電壓自動調節作用，來相應改變焊絲給送速度，以保持電弧長度的不變。

1．電弧電壓自動調節靜特性曲線

變速送絲式埋弧自動焊機的自動調節原理，主要是引入電弧電壓的反饋，用電弧電壓來控制焊絲送給速度，而原來選定的焊絲送給速度，是由決定送絲的給定電壓來進行調節。由于焊接過程中的電弧電壓直接與焊絲送給速度有關，當電弧電壓升高時，焊絲送給速度就增快，反之電弧電壓降低時，則焊絲送給速度減慢，因此保持了電弧長度的不變。

通過實驗的方法，在確定的焊接工藝條件下，所選定的送絲給定電壓不變，然后調節焊接電源外特性，并分別測出電弧穩定燃燒點的焊接電流和電弧電壓，連接這幾個電弧穩定燃燒點，可得到一條曲線。這條曲線基本上可看作是一條直線，稱為電弧電壓自動調節靜特性曲線。

電弧電壓自動調節靜特性曲線與等熔化速度曲線一樣，是反映建立穩定焊接過程中焊接電流和電弧電壓關系的曲線，表明電弧在曲線的每一點上燃燒時，其焊絲熔化速度等于焊絲送給速度。但是，變速送絲式的焊絲送給速度不是恒定不變的，因而在曲線上的各個不同點，都有不同的焊絲送給速度，對應著不同的焊絲熔化速度，使電弧在一定的長度下穩定燃燒。

電弧電壓自動調節靜特性曲線稍微上升，說明隨著焊接電流的增大，電弧電壓需相應升高，因為焊接電流增大時，使焊絲熔化速度增快，這需要加快焊絲送給速度來配合，以達到焊絲送給速度與熔化速度之間的平衡。電弧電壓自動調節靜特性曲線的平行上移或下移是通過電位器的調節來改變給定電壓的大小而達到的。當其它條件相同時，如給定電壓通過電位器調節而增大測電弧電壓自動調節靜特性曲線上移，反之則下移，但斜率不變。

２．電弧電壓自動調節作用

按照電弧電壓自動調節靜特性曲線的含義，變速送絲式焊機的電弧穩定燃燒點，必定是電源外特性曲線，電弧靜特性曲線和電弧電壓自動調節靜特性曲線的三線相交點。

當電弧長度發生變化時，通過自動調節而恢復到原來弧長的過程，當受到某種外界干擾時，便電弧長度突然從已拉長，這時，電弧燃燒點從上移，電弧電壓增大，因電弧電壓的反饋作用，使焊絲送給速度加快；而焊接電流減小到穩定燃燒點，引起焊絲熔化速度減慢。由于焊絲送給速度的加快，同時焊絲熔化速度又減慢，因此，電弧長度迅速縮短，電弧從不穩定燃燒的點，回到原來的穩定燃燒點，于是又恢復至平衡狀態，保持了原來的電弧長度。反之，如果電弧長度突然縮短時，由于電弧電壓隨之減小。使焊絲送給速度減慢，同時焊接電流的增大，引起焊絲熔化速度加快，結果也是恢復到原來的電弧長度。

從上述的自動調節過程中，存在著電弧自身調節作用，不過，電弧長度的自動恢復，主要是由電弧電壓的變化，依靠焊絲送給速度的變化，也就是電弧電壓自動調節作用所決定的。

在受到外界的干擾，造成電弧長度改變時，即電弧電壓引起變化，使焊絲送給速度隨著電弧電壓的變化而相應改變，以達到恢復原來的電弧長度而穩定燃燒的目的，這稱為電弧電壓自動調節作用。

３、影響電弧電壓自動調節性能的因素

主要的影響因素是網路電壓波動，當網路電壓升高時，電源外特性曲線亦相應上移。

控制線路較為復雜。可使用交流和直流焊接電源，主要用于平焊位臵的對接焊，也可用于船形位臵的角接焊。ＭＺ－1000型埋弧自動焊機由三部分組成：焊接小車、控制箱和焊接電源。

１．焊接小車

焊接小車，小車的橫臂上懸掛著機頭、焊劑斗、焊絲盤和控制盤。機頭的功能是送給焊絲，它由一只直流電動機、減速機構和送給輪組成，焊絲從滾輪中送出，經過導電嘴進入焊接區，焊絲送給速度可在0.5～2ｍ／ｍｉｎ范圍內調節。控制盤和焊絲盤安裝在橫臂的另一端，控制盤上有電流表、電壓表，用來調節小車行走速度和焊絲送給速度的電位器，控制焊絲上下的按鈕、電流增大和減小按鈕等。

焊接小車由臺車上的直流電動機通過減速器及離合器來帶動焊接速度可在 15～70ｍ加 范圍內調節。為適應不同形式的焊縫，焊接小車在結構上可在一定的方位上轉動。

２．控制箱

控制箱內裝有電動機—發電機組，還有接觸器、中間繼電器、降壓變壓器、整流器、電流互感器等電氣元件。

３．焊接電源

一般選用ＢＸＺ－1000型弧焊變壓器，或選用具有陡降外特性的弧焊發電機和弧焊整流器。

三、ＭＺ－1000型埋弧自動焊機基本電氣原理

ＭＺ－1000型埋弧自動焊機的焊絲送給和電弧電壓自動調節的基本電氣原理是他激式直流電動機，通過減速機構帶動送絲滾輪，即進行焊絲送給。而電動機由他激式直流發電機供電，因此，直流發電機發出的電壓高低，控制了電動機的轉速，也就控制了焊絲送給速度的快慢。還有，直流發電機的極性，決定了電動機的轉向，即使焊絲下送或上抽。當直流發電機的電壓為零時，直流電動機不旋轉，焊絲也停止送給。

由此可知，焊絲下送或上抽及送給速度的變化，是與直流發電機輸出的極性和電壓高低有關。直流發電機有兩個激磁線圈，激磁線圈所產生磁通量的方向相反。其中激磁線圈；由網路經降壓、整流后再經給定電壓調節電位器供電，因而初級磁通的大小取決于給定電壓；激磁線圈是引入焊接回路中電弧電壓的反饋，則次級磁通的大小由電弧電壓的高低決定。因此，作用于直流發電機的合成磁通方向和大小，取決于激磁線圈所產生的磁通的變化。

如果激磁線圈的磁通向大干激磁線圈的磁通則合成磁通的方向與一致，這時直流發電機的極性使電動機正轉，焊絲即下送，而且，當電弧電壓越高，反饋到激磁線圈所產生的磁通量也越大，致使直流發電機的電壓增高，電動機的正轉速度增快，因此焊絲下送的速度加快。反之，當電弧電壓越低，使焊絲下送的速度減慢。如果只有激磁線圈兒所產生磁通的作用，而沒有激磁線圈的磁通隊的作用，則合成磁通的方向必定與一致，這時直流發電機的極性使電動機反轉，焊絲就上抽。

在正常的焊接過程中，激磁線圈們的磁通向總是大于激磁線圈的磁通向，以保證焊絲不斷地向下給送。然而，形成的合成磁通大小不是恒定的，它將隨著弧長變化使電弧電壓反饋的內磁通也相應變化，從而引起電動機轉速的變化，使焊絲送給速度發生變化，達到利用電弧電壓自動調節的基本目的。

焊接啟動時，在焊絲與焊件之間在接觸短路的條件下，電弧電壓為零，因而激磁線圈不起作用，直流發電機只受到激磁線圈的作用，所以焊絲上抽，電弧被引燃。隨著電弧的逐漸拉長，電弧電壓不斷增高，激磁線圈的作用也不斷增強，當的磁通的磁通量時，則直流發電機的極性改變，電動機的轉向也相應改變，焊絲就下送，直至焊絲送給速度等于焊絲熔化速度時，電弧燃燒趨向穩定狀態，進入正常的焊接過程。

第四節： 埋弧焊的焊接材料

埋弧自動焊的焊接材料有焊絲和焊劑。

一、焊絲

焊絲在埋弧焊中作為填充金屬，對焊縫金屬質量有直接的影響。目前，埋弧焊的焊絲與手工電弧焊焊條的鋼芯，同屬一個國家標準。按照焊絲的成分和用途，可分為碳素結構鋼、合金結構鋼和不銹鋼三大類。

對埋弧焊所用焊絲的要求，與焊條的鋼芯基本相同。常用的焊絲直徑為２、３、４、ｓｍｍ和６ｍｍ。焊絲在使用時，表面要清潔，不應有氧化皮、鐵銹及油污等雜質。

二、焊劑

１．焊劑的作用及對焊劑的要求

焊劑的主要作用是：

（１）焊接時覆蓋焊接區，防止空氣中氮、氧等有害氣體侵入熔池，焊后熔渣覆蓋在焊縫上，減緩了焊縫金屬的冷卻速度，改善焊縫的結晶狀況及氣體逸出的條件，從而減少氣孔。

（２）對焊縫金屬滲合金，改善焊縫的化學成分和提高力學性能。焊接低碳鋼和普通低合金鋼時，焊縫的力學性能主要是通過焊劑和焊絲的滲合金來獲得（滲合金元素是錳和硅）。為此，焊劑中應含有足夠數量的氧化錳和二氧化硅。

（３）防止焊縫中產生氣孔和裂紋。焊劑中含有一定數量的螢石，它有去氫作用，防止焊縫中產生氫氣孔。另外，焊劑中的螢石和氧化錳對熔池金屬有去硫作用，可防止焊縫中產生裂紋。

對焊劑的主要要求是：

（1）與焊絲配合，能保證焊縫金屬的化學成分及力學性能都符合要求。

（２）應有良好的焊接工藝性，即電弧能穩定燃燒，脫渣容易，焊縫成形美觀。

（３）應有一定的物理性能，且不易吸潮。

２．焊劑的分類

焊劑是根據制造方法和化學成分而分類。

（１）按制造方法分類 有熔煉型焊劑和燒結型焊劑。

熔煉型焊劑是由各種礦物原料混合后，在電爐中經過熔煉，再倒入水中粒化而成。熔煉型焊劑呈玻璃狀，顆粒強度高，化學成分均勻，但需經過高溫熔煉，因而不能加入用于滲合金的鐵合金粉。目前，熔煉型焊劑應用最多。

燒結型焊劑是用礦石、鐵合金粉和粘結劑（水玻璃）等，按一定比例制成顆粒狀的混合物，并加熱到一定溫度燒結而成。燒結型焊劑可任意加入鐵合金粉，有補充和添加合金的作用，但顆粒強度較低，且容易吸潮。

（２）按化學成分分類 有高錳焊劑、中錳焊劑、低錳焊劑和無錳焊劑等，并以焊劑中氧化錳、二氧化硅和氟化鈣的含量高低，分成不同的焊劑類型。

３．焊劑牌號

焊劑牌號格式為：“焊劑ＸＸＸ”，“焊劑”后面有三位數字，具體表示是：

（１）第一位數字表示焊劑中氧化錳的平均含量。

（２）第二位數字表示焊劑中二氧化硅、氟化鈣的平均含量。

（３）第三位數字表示同一類型焊劑的不同牌號。對同一種牌號焊劑生產兩種顆粒度，則在細顆粒產品后面加一“細”字。

例如“焊劑４３１細”表示為：

４．焊劑使用應注意事項

（１）焊劑應妥善運輸防止破損，應存放在干燥的庫房內，并防止受潮。（２）使用前焊劑均應在250～300℃烘焙2ｈ。（３）焊前焊接處應清除鐵銹及油污。

（４）使用中回收的焊劑，應清除其中的渣殼、碎粉及其它雜物，并與新焊劑混勻后使用。（５）使用直流電源時，一般均采用直流反接。

５．國家標準ＧＢ5293—85《碳素鋼埋弧焊用焊劑》的焊劑型號劃分方法。（１）焊劑型號劃分原則 根據埋弧焊焊縫金屬的力學性能來劃分焊劑的型號。（２）焊劑型號的表示方法及內容 焊劑型號的表示方法如下:

１）在焊劑型號中，“ＨＪ”后面的第一位數字有 3、4或 5，各位數字代表的焊縫金屬拉伸性能

２）第二位數字有０或１，表示拉伸試樣和沖擊試樣的狀態。３）第三位數字有 １、２、３、４、５或 ６，它們表示焊縫金屬沖擊值不小于 34.3J/cm2（3.5kg/cm）時的最低試驗溫度。

例如：ＨＪ401－Ｈ08Ａ型號表明此焊劑與Ｈ08Ａ焊絲配合使用，按所規定的母材及焊接工藝焊接試板，在焊態取力學性能試樣測試，σb＝410～550ＭＰ；σs＞330ＭＰ；δ5＞

222％；在0℃時沖擊值＞34.3Ｊ／cm，均能滿足ＧＢ5293—85的要求。

三、焊劑與焊絲的選配

根據被焊材料來選用焊劑，并要配以合適的焊絲，方可得到化學成分和力學性能符合要求的焊縫金屬，所以必須正確的選配焊劑與焊絲。

在一般的低碳鋼、普通低合金鋼焊接中，為保證焊縫的綜合力學性能良好，并不要求其化學成分與焊件金屬完全相同，通常要求焊縫金屬的含碳量降低，且含有適量的錳、硅等元素，以達到焊件所需的機械性能。

焊接實踐證明，較為理想的焊縫金屬化學成分，其含碳量為0.1～0.13％；含錳量為0.6～

0.9％；含硅量為0.15～0.30％，這需要依靠焊劑與焊絲的選配來實現。

焊接低碳鋼、普通低合金鋼時，采用熔煉型焊劑，有兩種不同的焊劑與焊絲配合方式：

1、選用高錳高硅焊劑（如焊劑430、焊劑431），配合低錳焊絲（Ｈ08）或含錳焊絲（Ｈ08ＭｎＡ）。

2、選用無錳高硅或低錳高硅焊劑（如焊劑130、焊劑230），配合高錳焊絲（Ｈ10Ｍn2）。第一種選配方式：焊縫所需的錳和硅，主要通過焊劑來過渡，因而過渡量比較小，有效過渡到焊縫的比例不高。由于焊劑中的氧化錳和二氧化硅的含量較多，因此能保證焊縫金屬的質量要求。而且熔渣的氧化性強，抗氫氣開性能較好，熔渣中的氧化錳又能去硫，提高了焊縫抗裂性能。同時熔池中碳的燒損較多，使焊縫金屬的含碳量降低。

第二種選配方式：主要由焊絲來直接過渡合金元素，以滿足焊縫中的含錳量，因而有效過渡至焊縫的比例較高，合金元素過渡過程的損耗少。由于熔渣的氧化性弱，因此脫渣性較好，但焊縫的抗氫氣孔和抗裂性能較差。

這兩種選配方式均可得到滿意的焊接結果，目前，低碳鋼及普通低合金鋼的埋弧自動焊 時，多選用第一種的焊劑與焊絲配合方式。

第五節：埋弧自動焊工藝

一、焊縫形狀和尺寸

埋弧自動焊時，焊絲與焊件金屬在電弧熱量的作用下，形成了一個熔池，隨著電弧熱源向前移動，熔池中的液態金屬逐漸冷卻凝固而成為焊縫。焊縫形狀不僅關系到表面的成形，還會直接影響焊縫金屬的質量。

焊縫形狀可用焊縫寬度Ｃ、焊縫有效厚度δ和焊縫余高ｈ的尺寸來表示。合理的焊縫形狀、要求各尺寸之間有恰當的比例關系。

焊縫形狀系數ψ表示焊縫形狀的特征，由焊縫寬度Ｃ與焊縫有效厚度Ｓ之比決定： ψ＝c/s 焊縫形狀系數ψ值的大小，對焊縫質量具有重要意義。ψ值過小時，焊縫形狀窄而深，容易產生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；ψ值過大時，使熔寬過大，熔深淺。則浪費焊接材料，甚至于會造成未焊透。因而，必須把焊縫形狀系數控制在合理的數值內，埋弧自動焊的焊縫形狀系數一值在1.3～2之間較為適宜。

埋弧自動焊的焊縫形狀由焊接工藝參數和工藝因素決定，因此，正確的選擇焊接工藝參數，是保證焊縫質量的重要措施。

二、焊接工藝參數對焊縫質量的影響

埋弧自動焊的焊接工藝參數是：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑和工藝因素等。

１、焊接電流

焊接過程中，當其它因素不變，增加焊接電流則電弧吹力增強，使焊縫有效厚度增大，但電弧的擺動小，所以焊縫寬度變化不大。另外，由于焊接電流增大，焊絲的熔化速度也相應增快，因此焊縫余高稍有增加。

２、電弧電壓

在其它因素不變的條件下，如增加電弧長度，則電弧電壓增加。電弧電壓對焊縫形狀的影響：隨著電弧電壓增加，焊縫寬度顯著增大，而焊縫有效厚度和余高略有減小。這是因為電弧電壓越高，電弧就越長，則電弧的擺動作用加劇，使焊件被電弧加熱而面積增大，以致焊縫寬度增大。此外，由于焊絲熔化速度不變，而熔滴金屬被分配在較大的面積上，故使余高相應減小。同時，電弧吹力對焊件金屬的作用變弱，因而焊縫有效厚度有所減小。３、焊接速度

焊接速度對焊縫形狀的影響。當其它條件不變時，焊接速度增大，開始時焊縫有效厚度略有增加，而焊縫寬度相應減小，當速度增加到一定值以后，焊縫有效厚度和焊縫寬度都隨速度增大而減小。焊接速度過大，則焊件與填充金屬容易產生未熔合的缺陷。

焊接實踐證明，焊速在 40ｍ/h以內時，焊縫有效厚度通常隨焊速增大而略有增加，焊速超過40ｍ/h以后，焊縫有效厚度與焊縫寬度都隨焊速增大而減少。４、焊絲直徑

當焊接電流不變時，隨著焊絲直徑的增大，電流密度減小，電弧吹力減弱，電弧的擺動作用加強，使焊縫寬度增加而焊縫有效厚度稍減小；焊絲直徑減小時，電流密度增大，電弧吹力加大，使焊縫有效厚度增加。故用同樣大小的電流焊接時，小直徑焊絲可獲得較大的焊縫有效厚度。

５．工藝因素

（１）焊絲傾斜的影響 埋弧自動焊的焊絲位臵通常垂直于焊件，但有時也采用焊絲傾斜方式。焊絲傾斜對焊縫形狀的影響:：焊絲向焊接方向傾斜稱為后傾，反焊接方向傾斜則為前傾。焊絲后傾時，電弧吹力對熔池液態金屬的作用加強，有利于電弧的深入，故焊縫有效厚度和余高增大，而焊縫寬度明顯減小。焊絲前傾時，電弧對熔池前面的焊件預熱作用加強，使焊縫寬度增大，而焊縫有效厚度減小。

（２）焊件傾斜的影響 焊件有時因處于傾斜位臵，因而有上坡焊和下坡焊之分。

上坡焊與焊絲后傾作用相似，焊縫有效厚度和余高增加，焊縫寬度減小，形成窄而高的焊縫，甚至于出現咬邊的缺陷。下坡焊與焊絲前傾作用相似、焊縫有效厚度和余高都減小，而焊縫寬度增大，且熔池內液態金屬容易下淌，嚴重時會造成未焊透的缺陷。所以，無論是上坡焊或下坡焊，焊件的傾角ａ都不得超過６°～８°，否則會破壞焊縫成形及引起焊接缺陷。

（３）焊絲伸出長度的影響 當焊絲伸出長度增加時，則電阻熱作用增大，使焊絲熔化速度增快，以致焊縫有效厚度稍有減少，余高略有增加。一般要求焊絲伸出長度的變化不超過5～10mｍ。

（４）裝配間隙與坡口大小 當其它焊接工藝條件不變時，焊件裝配間隙與坡口角度的增大，使焊縫有效厚度增加，而余高減少，但焊縫有效厚度加上余高的焊縫總高度大致保持不變。為了保證焊縫的質量，埋弧自動焊對焊件裝配間隙與坡口加工的工藝要求較嚴格。

第十章 氣體保護電弧焊

氣體保護電弧焊適用于絕大多數金屬材料的焊接，目前在焊接生產中應用極其廣泛。本章主要介紹氣體保護電弧焊的概念，以及常用的二氧化碳氣體保護焊和鎢極氬弧焊的基本知識。

第一節： 氣體保護電弧焊概述

氣體保護電弧焊屬于以電弧為熱源的熔化焊接方法。在熔焊過程中，為得到質量優良的焊縫，必須有效地保護焊接區，防止空氣中有害氣體的侵入，以滿足焊接冶金過程的需要。但電弧熔焊過程的保護形式有所區別，手工電弧焊、埋弧自動焊是采用渣—氣聯合保護，而氣體保護電弧焊是采用氣保護的形式。

隨著工業生產和科學技術的迅速發展，各種有色金屬、高合金鋼、稀有金屬的應用日益增多，對于這些金屬材料的焊接，以渣保護為主的電弧熔焊方法很難適應，然而，使用氣保護形式的氣體保護電弧焊，能夠可靠地保證焊接的質量，以彌補手工電弧焊和埋弧自動焊的局限性。同時，氣體保護電弧焊在薄板、高效焊接方面，還具備獨特的優越性，因此在焊接生產中的應用日益廣泛。

一、氣體保護電弧焊的原理

氣體保護電弧焊是用外加氣體作為電弧介質并保護電弧和焊接區的電弧焊方法，簡稱氣體保護焊。

氣體保護焊直接依靠從噴嘴中連續送出的氣流，在電弧周圍造成局部的氣體保護層，使電極端部、熔滴和熔池金屬處于保護氣罩內，機械地將空氣與焊接區隔絕，以保證焊接過程的穩定性，并獲得質量優良的焊縫。

氣體保護焊接所用的電極材料，有兩類不同的方式：一是采用一根不熔化電極（鎢極）的電弧焊，稱為不熔化極氣體保護焊；二是采用一根或多根熔化電極（焊絲）的電弧焊，稱為熔化極氣體保護焊。

二、氣體保護電弧焊的特點

氣體保護焊與其它電弧焊方法比較的特點是：

１．采用明弧焊，一般不必用焊劑，故熔池可見度好，便于操作。而且，保護氣體是噴射的，適宜進行全位臵焊接，不受空間位臵的限制，有利于實現焊接過程的機械化和自動化。

２．由于電弧在保護氣流的壓縮下熱量集中，焊接熔池和熱影響區很小，因此焊件變形及裂紋傾向不大，尤其適用于薄板焊接。

３．采用氬、氦等惰性氣體保護，焊接化學性質較活潑的金屬或合金時，具有很高的焊接質量。

４．在室外作業須有專門的防風措施，否則會影響保護效果；電弧的光輻射較強；焊接設備較復雜。

三、保護氣體的種類及用這

氣體保護焊時，要依靠保護氣體在焊接區形成保護層，同時電弧又在氣體中放電，因此，保護氣體的性質對焊接狀態和質量有著密切的關系。

焊接用的保護氣體主要有：氬氣（Ａｒ）、氦氣（Ｈｅ）、氮氣（Ｎ2）、氫氣（Ｈ2）、二氧化碳氣體（ＣＯ2）等。在氣體保護焊的初期，使用的大多是單一氣體。以后，在不斷的焊接實踐中，發現在一種氣體中加入一定比例的另一種氣體，可以提高電弧穩定性和改善焊接效果。因此，現在采用混合氣體保護的方法也很普遍。，常用保護氣體的選擇，根據這些保護氣體的化學性質和物理特征，各自適用范圍有所區別。

氦氣、氦氣是用性氣體，對化學性質活潑而易與氧起反應的金屬，是非常理想的保護氣體，故常用于鋁、鎂、鈦等金屬及其合金的焊接。由于氦氣的消耗量很大，而且價格昂貴，所以很少用單一的氦氣，常和氬氣等混合起來使用。

氮氣、氫氣是還原性氣體。氮可以同多數金屬起反應，是焊接中的有害氣體，但是對于銅，實際上是惰性的，它不溶于銅，所以，可作為銅及銅合金焊接的保護氣體。氫氣主要用于氫原子焊，目前這種方法已很少應用。另外氮氣、氫氣也常和其它氣體混合起來使用。二氧化碳氣體是氧化性氣體。由于二氧化碳氣體來源豐富，而且成本低，因此值得推廣應 用，目前主要用于碳素鋼及低合金鋼的焊接。

四、氣體保護電弧焊的分類

根據所用的電極材料，可分為不熔化極氣體保護焊和熔化極氣體保護焊。

按照焊接保護氣體的種類有；氖弧焊、氦弧焊、氮弧焊、氫原子焊、二氧化碳氣體保護焊等方法。并且按操作方式的不同，又分為手工、半自動和自動氣體保護焊。

本章重點敘述常用的二氧化碳氣體保護焊和鎢極氬弧焊。

第二節： 二氧化碳氣體保護焊

一、CO2氣體保護焊概述

CO2氣體保護焊是用CO2作為保護氣體，依靠焊絲與焊件之間產生的電弧來熔化金屬的一種氣體保護焊方法，簡稱CO2焊。

１．CO2氣體保護焊的過程

ＣＯ。焊的焊接過程：電源的兩輸出端分別接在焊槍和焊件上。盤狀焊絲由送絲機構帶動，經軟管和導電嘴不斷地向電弧區域送給；同時，CO2氣體以一定的壓力和流量送入焊槍，通過噴嘴后，形成一股保護氣流，使熔池和電弧不受空氣的侵入。隨著焊槍的移動，熔池金屬冷卻凝固而成焊縫，從而將被焊的焊件連成一體。

CO2焊按所用的焊絲直徑不同，可分為細絲CO2氣體保護焊（焊絲直徑為0.5～1.2ｍｍ）及粗絲CO2氣體保護焊（焊絲直徑為1.6～5ｍｍ）。按操作方式又可分為CO2半自動焊和CO2自動焊。主要區別在于：CO2半自動焊用手工操作焊槍完成電弧熱源移動，而送絲、送氣等同CO2自動焊一樣，由相應的機械裝臵來完成。CO2半自動焊的機動性較大，適用不規則或較短的焊縫；CO2自動焊主要用于較長的直線焊縫和環縫等焊縫的焊接。

２．CO2氣體保護焊的特點

（1）焊接成本低

CO2氣體來源廣、價格低，而且消耗的焊接電能少，因而CO2焊的成本低。

（２）生產率高

因CO2焊的焊接電流密度大，使焊縫有效厚度增大；焊絲的熔化率提高．熔敷速度加快；另外，焊后沒有焊渣，特別是多層焊接時，節省了清渣時間。所以生產率比手弧焊高1～4倍。

（３）抗銹能力強

CO2焊對鐵銹的敏感性不大，因此焊縫中不易產生氣孔，而且焊縫含氫量低，抗裂性能好。

（４）焊接變形小 由于電弧熱量集中，焊件加熱面積小，同時CO2氣流具有較強的冷卻作用，因此，焊接熱影區和焊件變形小，特別宜于薄板焊接。

（５）操作性能好 因是明弧焊，可以看清電弧和熔池情況，便于掌握與調整，也有利于實現焊接過程的機械化和自動化。

（６）適用范圍廣CO2焊可進行各種位臵的焊接，不僅適用焊接薄板，還常用于中、厚板的焊接，而且也用于磨損零件的修補堆焊。

但是CO2焊也存在一些缺點，如使用大電流焊接時，焊縫表面成形較差，飛濺較多；不能焊接容易氧化的有色金屬材料；很難用交流電源焊接及在有風的地方施焊。

由于CO2焊的優點顯著，而其不足之處，隨著對CO2焊的設備、材料和工藝的不斷改進，將逐步得到完善與克服。因此，CO2焊是一種值得推廣應用的高效焊接方法。所以目前CO2焊技術已在焊接生產中廣泛的應用，有取代手弧焊的發展趨勢。

二、CO2氣體保護焊的冶金特點

在常溫下，CO2氣體的化學性能呈中性，在電弧高溫下，CO2氣體被分解而呈很強的氧化性，能使合金元素氧化燒損，降低焊縫金屬的力學性能，還可成為產生氣孔和飛濺的根源。為此CO2焊的焊接冶金具有特殊性。

1、合金元素的氧化及脫氧措施

CO2在電弧高溫下作用，分解為一氧化碳與氧。而且，CO2的分解程度與溫度有關，溫度越高，分解程度越大，反應進行得越激烈，致使電弧氣氛具有很強的氧化性。

CO2＝CＯ＋Ｏ

其中CO在焊接條件下不溶于金屬，也不與金屬發生反應。而原子狀態的氧使鐵及合金元素迅速氧化，其化學反應式如下：

Ｆe＋Ｏ ＝ＦeＯ Ｓｉ＋Ｏ＝ＳiＯ2 Ｍｎ＋Ｏ＝ＭｎＯ C十O ＝CO 以上氧化反應既發生于熔滴過渡過程中，也發生在熔池內，其反應的結果，使鐵氧化生成ＦｅＯ，能大量溶于熔池內，將導致焊縫產生氣孔。同時，錳、硅氧化生成ＭｎＯ和ＳiＯ2成為熔渣浮出，使合金元素大量氧化燒損，焊縫金后力學性能降低。此外，溶入金屬的ＦｅＯ與Ｃ元素作用產生的CO氣體，能使熔滴和熔池金屬發生爆破，從而產生大量的飛濺。這些問題都與電弧氣氛的氧化性有關，因此，必須采取有效的脫氧措施。

在CO2悍的冶金過程中，通常的脫氧方法是增加焊絲中脫氧元素含量。常用的脫氧元素是錳、硅、鋁、鈦等，這些元素與氧的結合能力比鐵強，可降低液態金屬內ＦｅＯ的濃度，抑制碳及合金元素的氧化，從焊接冶金方面解決合金元素的嚴重燒損、氣孔和飛濺問題。

一般對于低碳鋼及低合金鋼的焊接，主要采用錳、硅聯合脫氧的方法，也就是說，必須采用含有足夠脫氧元素的錳、硅焊絲，才能滿足焊接質量要求。當錳和硅脫氧后生成ＭｎＯ和ＳiＯ2，它們復合成熔渣，易浮出熔池，形成一層微薄的渣殼覆蓋在焊縫表面。

２．氣孔的產生與防止途徑

CO2焊時，如果焊絲中的脫氧元素不足，CO2氣體純度不符合要求，焊接工藝參數選用不當，則焊縫中就可產生氣孔。

同時，選擇合適的焊接電流和電弧電壓，也是維持短路過渡過程穩定的重要條件。CO2焊的短路過渡形式由于短路頻率很高，所以電弧非常穩定，飛濺小，焊縫成形良好。細絲CO2焊多采用短路過渡形式，適宜于薄板焊接及全位臵的焊接。

２．顆粒狀過渡

（１）顆粒狀過渡過程 當采用的焊接電流和電弧電壓高于短路過渡條件時，會出現顆粒狀過渡形式。

由于電弧長度增大，焊絲熔化加快，使熔滴的顆粒增大，形成顆粒狀的熔滴過渡。CO2焊顆粒狀過渡的特點是：電弧比較集中，而且電弧總是在熔滴的下方產生，熔滴較大且不規則，過渡頻率較低，并易形成偏離焊絲軸線方向的過渡。CO2顆粒狀過渡形式，其過渡過程的穩定性較差，以致焊縫成形較粗糙，飛濺較大。粗絲CO2焊時，常發生顆粒狀過渡形式，多用于中、厚板的焊接。

（２）顆粒狀過渡的穩定性 通常用熔滴體積和每秒過渡的滴數，來衡量顆粒狀過渡過程的穩定性，其主要影響因素是焊接電流和電弧電壓。

焊接電流對顆粒狀過渡過程的穩定性有顯著的影響。當焊接電流增大（電弧電壓也相應增大）時，會使顆粒狀過渡的熔滴體積減小，顆粒細化，且熔滴過渡頻率增加，可見，隨著焊接電流的增大，熔滴呈現小顆粒的過渡形式，焊接過程的穩定性得到改善。同時，非軸線方向的熔滴過渡大為減少，也使飛濺減少。因此，采用顆粒狀過渡形式時，應盡量選用較大的焊接電流。但是，焊接電流的提高會曾到許多條件的限制。

四、CO2氣體保護焊的飛回問題

CO2氣體保護焊時容易產生飛濺，這是由CO2氣體的性質所決定的，問題在于應把CO2焊的飛濺減少到最低的程度。通常顆粒狀過渡過程的飛濺程度，要比短路過渡過程時嚴重得多。當使用顆粒狀過渡形式焊接，飛濺損失應控制在焊絲熔化量的１０％以下，短路過渡形式的飛濺量則在２～４％范圍內。

CO2焊時的大量飛濺，不僅增加了焊絲的損耗，并使焊件表面被金屬熔滴濺污，影響外觀及增加輔助工作量。更主要的是容易造成噴嘴堵塞，使氣體保護效果變差，導致焊縫容易形成氣孔。如果金屬熔滴沾在導電嘴上，還會破壞焊絲的正常給送，引起焊接過程不穩定，使焊縫成形變差或產生焊接缺陷。為此，CO2焊必須重視飛濺問題，應盡量降低飛濺的不利影響，才能確保CO2焊的生產率和焊縫質量。

CO2焊產生飛濺的原因及減少飛濺的措施主要有以下幾方面：

１．由冶金反應引起的飛濺

這種飛濺主要由CO氣體造成。CO在電弧高溫作用下，體積急速膨脹，壓力迅速增大，使熔滴和熔池金屬產生爆破，從而產生大量飛濺。應采用含有錳硅脫氧元素的焊絲，并降低焊絲中的含碳量，這種飛濺可大為減少。

２．由極點壓力產生的飛濺

這種飛濺主要取決于電弧的極性。當使用正極性焊接時（焊件接正極、焊絲接負極），正離子飛向焊絲端部的熔滴，機械沖擊力大，形成大顆粒飛濺。而反極性焊接時，飛向焊絲端部的電子撞擊力小，致使極點壓力大為減小，因而飛濺較少。所以CO2焊應選用直流反接。

３．熔滴短路時引起的飛濺

這種飛濺發生在短路過渡過程中，當焊接電源的動特性不好時，則更顯得嚴重。短路電流增長速度過快，或者短路最大電流值過大時，當熔滴剛與熔池接觸，由于短路電流強烈加熱及電磁收縮力的作用，結果使縮頸處的液態金屬發生爆破，產生較多的細顆粒飛濺。如果短路電流增長速度過慢側短路電流不能及時增大到要求的電流值，此時，縮頸處就不能迅速斷裂，使伸出導電嘴的焊絲在電阻熱的長時間加熱下，成段軟化和斷落，并伴隨著較多的大顆粒飛濺。減少這種飛濺的方法，主要是調節焊接回路中的電感值，若串入焊接回路的電感值合適，則爆聲較小，過渡過程比較穩定。

４．非軸向顆粒狀過渡造成的飛濺

這種飛濺發生在顆粒狀過渡過程時，由于電弧的斥力作用而產生的。當熔滴在極點壓力和弧柱中氣流的壓力共同作用下，熔滴被推到焊絲端部的一邊，并拋到熔池外面去，產生大顆粒飛濺。

５．焊接工藝參數選擇不當引起的飛濺

這種飛濺是因焊接電流、電弧電壓和回路電感等焊接工藝參數選擇不當而引起的。只有正確地選擇CO2焊的焊接工藝參數才會減少產生這種飛濺的可能性。

五、CO2氣體保護焊的焊接材料

CO2氣體保護焊所用的焊接材料有：CO2氣體和焊絲。１．CO2氣體

焊接用的CO2一般是將其壓縮成液體貯存于鋼瓶內，以供使用。CO2氣瓶的涂色標記為鋁白色，并標有“液化二氧化碳”的字樣。

容量為４０Ｌ的氣瓶，可裝２５kｇ的液態CO2，滿瓶壓力約為５～７ＭＰa。氣瓶內的壓力與外界溫度有關，其壓力隨著外界溫度的升高而增大，因此，CO2氣瓶不準靠近熱源或臵于烈日下爆曬，以防發生意外事故。

液態CO2在大氣壓力下的沸點為一７８℃，所以在常溫下容易汽化，Ｉｋｇ液態CO2可汽化成５０9Ｌ氣態的CO2。液態CO2在溫度高于一１１℃時比水輕，可溶解占重量約0.0５％的水。溶于液態CO2中的水分，蒸發成水汽混入CO2氣體中，影響CO2氣體的純度。

氣瓶內汽化的CO2氣體中的含水量，與瓶內的壓力有關，隨著使用時間的增長，瓶內壓力降低，水汽增多。當壓力降低到０．９８ＭＰａ時，CO2氣體中含水量大為增加，便不能繼續使用。

焊接用CO2氣體的純度應大于99.5％，含水量、含氮量均不應超過0.1％，否則會降低焊縫的力學性能，焊縫也易產生氣孔。如果CO2氣體的純度達不到標準，可進行提純處理。

２．焊絲

為了保證焊縫金屬具有足夠的力學性能，并防止焊縫產生氣孔，CO2焊所用的焊絲必須比母材含有更多的Mn和Si等脫氧元素。此外，為了減少飛濺，焊絲含C量必須限制在0.10％以下。

Ｈ08Ｍｎ2Ｓi是用得最普遍的一種焊絲，它具有較好的工藝性能和較高的力學性能，適用于焊接重要的低碳鋼和普通低合金鋼（如１６錳鋼）結構，能獲得滿意的焊縫質量。CO2焊所用的焊絲直徑在0.5～5ｍｍ范圍內，CO2半自動焊常用的焊絲有φ0.８、1.0、1.2、1.6ｍｍ等幾種，CO2自動焊大多采用φ2.0、2.5、3.0、4.0、5.0ｍｍ的焊絲。焊絲表面有鍍銅和不鍍銅兩種，鍍銅可防止生銹，有利于保存，并可改善焊絲的導電性及送絲的穩定性。焊絲在使用前應適當清除表面的油污和鐵銹。

六、CO2氣體保護焊設備

CO2氣體保護焊設備有半自動焊設備和自動焊設備。常用的CO2半自動焊設備，主要由焊接電源、焊槍及送絲機構、CO2供氣裝臵、控制系統等部分組成。

１．焊接電源

由于CO2焊的電流密度大，而且CO2氣體對電弧有較強的冷卻作用，所以電弧靜特性曲線是上升的，焊絲直徑越小，電流密度越大，靜特性曲線上升的斜率越大。

CO2焊在等速送絲的條件下，必須依靠電弧自身調節作用，以達到恢復穩定狀態的目的。CO2焊在不同的電源外特性時，各自的電弧自身調節性能。當電弧長度變化相同時，平硬特性曲線所引起的焊接電流變化值，要比緩降或陡降特性曲線的焊接電流變化值大些，因而，平硬特性電源的電弧自身調節作用最好。

由于CO2焊用交流電源焊接的電弧不穩定，所以，必須使用直流電源，通常選用弧焊整流器，并要求焊接電源具有平硬的外特性，這是由CO2電弧靜特性和電弧自身調節作用所決定的。

２．焊槍及送絲機構

CO2半自動的焊絲送給為等速送絲，其送絲方式有拉絲式、推絲式和推拉式三種。

在拉絲式中，焊絲盤、送絲機構與焊槍連在一起，故不必采用軟管，送絲較穩定，但焊槍結構復雜，重量增加。拉絲式只適用細焊絲（直徑為0.5～0.8ｍｍ），操作的活動范圍較大。

在推絲式中，焊絲盤、送絲機構與焊槍分離，因而焊槍結構簡單，重量減輕，但焊絲通過軟管時會受到阻力作用，故軟管不能過長或扭曲，否則焊絲不能順利送出，影響送絲的穩定。推絲式所用的焊絲直徑宜在０.8ｍｍ以上，其焊槍的操作范圍在２～４ｍ以內。目前CO2半自動焊多采用推絲式焊槍。

推拉式送絲，具有前兩種送絲方式的優點，焊絲送給時以推絲為主，而焊槍內的送絲機構，起著將焊絲拉直的作用，可使軟管中的進絲阻力減小，因此增加送絲距離和操作的靈活性，但焊槍及送絲機構較為復雜。

３、CO2供氣裝臵

CO2的供氣裝臵由氣瓶、干燥器、預熱器、減壓器和流量計等組成。

因為瓶裝的液態CO2汽化時要吸熱，其中所含水分可能結冰，所以需經預熱器加熱。并在輸送到焊槍之前，應經過干燥器圾收CO2氣體中的水分，使保護氣體符合焊接要求。減壓器是將CO2氣體調節至0.1～0.2MPａ的工作壓力，流量計是控制和測量CO2氣體的流量，以形成良好的保護氣流。

４、控制系統

CO2焊控制系統的作用是對供氣、送絲和供電等部分實現控制。

目前，定型生產的ＮＢＣ系列CO2半自動焊機有：ＮＢＣ－200型、ＮＢＣＩ－300型、ＮＢＣＩ－500型等。

七、CO2氣體保護焊的焊接工藝參數

合理地選擇焊接工藝參數是獲得優良焊接質量和提高焊接生產率的重要條件。CO2氣體保護焊的主要焊接工藝參數是：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量、電源極性和回路電感等。

１．焊絲直徑 焊絲直徑應根據焊件厚度、焊接位臵及生產率的要求來選擇。當焊接薄板或中厚板的立、橫、仰焊時，多采用直徑1.6ｍｍ以下的焊絲；在平焊位臵焊接中厚板時，可以采用直徑1.2ｍｍ以上的焊絲。

２．焊接電流

焊接電流是CO2焊的重要焊接工藝參數，它的大小應根據焊件厚度、焊絲直徑、焊接位臵及熔滴過渡形式來決定。用直徑0.8～1.6ｍｍ的焊絲，當短路過渡時，焊接電流在50～230Ａ內選擇；顆粒狀過渡時，焊接電流可在250～500Ａ內選擇。

３．電弧電壓

電弧電壓必須與焊接電流配合恰當，它的大小會影響到焊縫成形、焊縫有效厚度、飛濺、氣孔及焊接過程的穩定性。短路過渡焊接時，電弧電壓與焊接電流的關系：通常電弧電壓在16～24Ｖ范圍內。顆粒狀過渡焊接時，電弧電壓隨著焊接電流增大而相應增高，對于直徑為1.2～3.0ｍｍ的焊絲，電弧電壓可在２５～３６Ｖ范圍內選擇。

４．焊接速度

在一定的焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓條件下，焊速增加，焊縫寬度與焊縫有效厚度減小。焊速過快，容易產生咬邊及未熔合等缺陷，且氣體保護效果變差，可能出現氣孔；但焊速過慢，則焊接生產率降低，焊接變形增大，一般CO2半自動焊時的焊接速度在15～30ｍ／ｈ。

５．焊絲伸出長度

焊絲伸出長度取決于焊絲直徑，一般約等于焊絲直徑的１０倍，且不遇過１５ｍｍ。

６．CO2氣體流量

CO2氣體流量應根據焊接電流、焊接速度、焊絲伸出長度及噴嘴直徑等選擇，過大或過小的氣體流量都會影響氣體保護效果。通常在細絲CO2焊時，CO2氣體流量約為 8～15Ｌ/min；粗絲CO2焊時，CO2氣體流量約在15～25L/min。７．電源極性

為了減少飛濺，保證焊接電弧的穩定性，CO2焊應選用直流反接。８．回路電感

焊接回路的電感值應根據焊絲直徑和電弧電壓來選擇，不同直徑焊絲的合適電感值。電感值通常隨焊絲直徑增大而增加，并可通過試焊的方法來確定，若焊接過程穩定，飛濺很少，則此電感值是合適的。

CO2焊的焊接工藝參數應按細絲焊與粗絲焊，及半自動焊與自動焊的不同形式而確定，同時，要根據焊件厚度、接頭型式和焊縫空間位臵等因素，來正確選擇適用的焊接工藝參數。

第三節：氬 弧 焊

一、氬弧焊概述

氬弧焊是以氬氣作為保護氣體的一種氣體保護電弧焊方法。

二．氬弧焊的過程

氬弧焊的焊接過程。從焊槍噴嘴中噴出的氬氣流，在電弧區形成嚴密的保護氣層，將電極和金屬熔池與空氣隔絕；同時，利用電極（鎢極或焊絲）與焊件之間產生的電弧熱量，來熔化附加的填充焊絲或自動給送的焊絲及基本金屬，待液態熔池金屬凝固后即形成焊縫。

由于氬氣是一種惰性氣體，它不與金屬起化學反應，被焊金屬中的合金元素不會氧化燒損，而且在高溫時不溶解于液態金屬，使焊縫金屬不易產生氣孔，同時，氬氣對電弧和熔池金屬的保護是有效和可靠的，可以得到較高的焊接質量。

２．氬弧焊的特點

氬弧焊與其它電弧焊方法比較特點是：

（１）焊縫性能優良 由于氦氣保護性能優良，不必配制相應的焊劑或熔劑，基本是金屬熔化和結晶的簡單過程，因此，能獲得較為純凈及高質量的焊縫。

（２）焊接變形與應力小 因為電弧受氦氣流的冷卻和壓縮作用，電弧的熱量集中，且氬弧的溫度又很高，故熱影響區很窄。焊接變形與應力小，特別適宜于焊接很薄的材料。

（３）可焊的材料范圍很廣 幾乎所有的金屬材料都可進行氬弧焊，特別適宜焊接化學性質活潑的金屬和合金。通常，多用于焊接鋁、鎂、鈦、銅及其合金和低合金鋼、不銹鋼及耐熱鋼等。

由于氬弧焊具有這些顯著的特點，隨著有色金屬、高合金鋼及稀有金屬的產品結構日益增多，而用一般的氣焊、電弧焊方法已不易達到所要求的焊接質量，所以，氬弧焊的焊接技術得到越來越廣泛的應用。

（４）易于實現機械化 因是明弧焊，便于觀察與操作，尤其適用全位臵焊接，并容易實現焊接的機械化和自動化。

３．氬氣

氬氣是無色、無味的氣體。氬在空氣中的含量按體積計為0.935％，故是一種稀有氣體。氬氣是制氧過程中得到的副產品。

氬弧焊對氬氣的純度要求很高如果氬氣中含有一些氧、氮和少量其它氣體，將會降低氬氣保護性能，對焊接質量造成不良影響。目前生產的工業純氬，其純度高達99.99％，可完全滿足氬弧焊的需要。由于氬氣比空氣重２５％，因而氣流不易漂浮散失。有利于對焊接區的保護作用。

焊接用工業純氬以瓶裝供應，在溫度20℃時滿瓶壓力為14.7ＭＰａ，容積一般為40Ｌ。氬氣鋼瓶外表應涂灰色，并標有“氬氣”的字樣。

４．氬弧的特性

在氬氣保護下的電弧具有兩方面的特性：

（１）引燃電弧較困難 氣體電離是引燃電弧的必要條件之一，為使氣體分子或原子電離所需的能量即為電離勢。

由于氬的電離勢較高，因此，氬氣電離所需要的能量較高，引燃電弧較困難。

（２）電弧燃燒穩定 氬氣是單原子氣體，電離不經過分子分解成原子的過程，所以能量損耗少。同時，氬氣的熱容量和導熱率都較小，故只要較小的熱量就可把電弧空間加熱到高溫，且電弧熱量不易散失，有利于氣體的熱電離。所以在氬氣中，電弧一旦引燃，燃燒就很穩定，在常用的保護氣體中，氬弧的穩定性最好。

５．氬弧焊的分類 氬弧焊根據所用的電極材料，可分為鎢極（不熔化極）氬弧焊和熔化極氬弧焊。按其操作方式又有手工、半自動和自動氬弧焊。

二、鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊是用高熔點鎢棒作為電極材料，在氬氣流的保護下，鎢極與焊件之間引燃電弧，利用電弧熱量熔化加入的填充焊絲和基本金屬，冷卻凝固之后形成焊縫。鎢極在電弧中只起發射電子作用，而不熔化，故也稱不熔化極氬弧焊。

按其操作方式的不同，分為手工鎢極氬弧焊和自動鎢極氬弧焊兩種，焊接時均需另外加入填充焊絲，有時也可不加填充焊絲，僅將焊件接縫處的金屬熔化形成焊縫。

鎢極氬弧焊時，為了防止鎢極的熔化與燒損，所用的焊接電流受到限制，因此電弧功率較小，焊縫有效厚度也受到影響，主要適用于薄板焊接。

１．電極材料

鎢極氬弧焊對電極材料的要求是：電流容量大、損耗小、引弧和穩弧性能好，這主要取決于電極發射電子的能力。常用的不熔化電極材料有鎢極、鐵鎢極和體鎢極。

純鎢的熔點高達3400℃，沸點約為5900℃，在電弧熱作用下不易熔化與蒸發，可以作為不熔化電極材料，基本上能滿足焊接過程的要求。

為了增強鎢極電子發射能力。在純鎢中加入 １～2%氧化釷（ThO2），即為釷鎢極，由于釷是一種電子發射能力很強的稀土元素，因而電極電子發射能力顯著提高。釷鎢極與純鎢極比較，具有容易引弧，所需引弧電壓小；許用電流增大；不易燒損，使用壽命長；電弧穩定性好等優點，但釷有放射性，雖然含量很低，必須加強勞動防護措施。

近年來研制的鈰鎢極，是在純鎢中加入２％的氧化鈰（ＣｅＯ）。由于鈰鎢極沒有放射性危害，而且更優于釷鎢極，進一步提高了電子發射能力和工藝性能，降低了電極的損耗率，所以鈰鎢極是目前最為理想的電極材料。

電極端部形狀對電弧穩定性有一定的影響，如果端面凹凸不平，則產生的電弧既不集中又不穩定，為此電極端都必須磨光。當交流鎢極氬弧焊時，一般將電極端部磨成圓珠形，否則因極性的變化，使電極損耗增大。在直流鎢極氬弧焊時，多用直流正接，為使電弧集中，燃燒穩定，通常把電極端部磨成平底錐形。用小電流施焊時，電極可以磨成尖錐形。

２．電流種類和極性

鎢極氬弧焊可以使用直流電，也可以使用交流電。電流種類和極性的選擇，與被焊材料有關，下面分別加以討論。

（１）直流鎢極氬弧焊 直流電設有極性變化，電弧燃燒很穩定，鎢極氬弧焊采用直流正接時，電弧燃燒穩定性更好。

１）直流反接 鎢極氬弧焊采用直流反接時（即鎢極為正極、焊件為負極），由于電弧陽極溫度高于陰極溫度，使接正極的鎢棒容易過熱而燒損，為不使鎢極熔化，需限制鎢極的許用電流，同時焊件上產生的熱量不多，因而焊縫有效厚度淺而寬，焊接生產率低。所以直流反接的熱作用對焊接過程不利，鎢極氬弧焊時，除了焊接鋁、鎂及其合金薄板外，很少采用直流反接。

然而，直流反接有一種去除氧化膜的作用，一般稱為“陰極破碎”作用。這種作用在交流電反極性半周波中也同樣存在，它是焊接鋁、鎂及其合金的有利因素。在焊接鋁、鎂及其合金時，由于金屬的化學性質活潑，極易氧化，形成熔點很高的氧化膜（如以Al2O3，熔點為2050℃，而鋁的熔點為 657℃），焊接時氧化膜覆蓋在熔池表面，阻礙基本金屬和填充金屬的良好熔合，無法使焊縫很好成形。因此，必須把被焊金屬表面的氧化膜去除才能進行焊接。

當用直流反接焊接時，電弧空間的氬氣電離后形成大量的正離子，由鎢極的陽極區飛向焊件的陰極區，撞擊金屬熔池表面，可將這層致密難熔的氧化膜擊碎，以去除鋁、鎂等金屬表面的氧化膜，使焊接過程順利進行，并得到表面光亮、成形良好的高質量焊縫，這就是在反接極性時電弧所產生的“陰極破碎”作用。而在直流正接焊接時，因為焊件的陽極區只受到能量很小的電子撞擊，沒有去除氧化膜的條件，所以不可能有“陰極破碎”作用。

直流反接時雖能將被焊金屬表面的氧化膜去除，但鎢極的許用電流小，同時焊件本身散熱很快，溫度難以升高，影響電子發射的能力，使電弧燃燒不穩定。因此，鋁、鎂及其合金應盡可能使用交流電來焊接。

２）直流正接 鎢極氬弧焊采用直流正接時（即鎢極為負極、焊件為正極），由于電弧在焊件陽極區產生的熱量大于鎢極陰極區，致使焊件的熔深增加，焊接生產率高。而且鎢極不易過熱與燒損。所以對于同一焊接電流可以采用直徑較小的鎢棒，使鎢極的許用電流增大。同時電流密度也大，使電子發射能力增強，電弧燃燒穩定性要比直流反接時好。因此，除了鋁、鎂及其合金外，其它金屬的焊接都采用直流正接。

（２）交流鎢極氬弧焊 焊接鋁、鎂及其合金時一般多使用交流電，將產生最佳的焊接效果。

由于交流電極性是不斷變化的，這樣在交流正極性的半周波中（鎢極為陰極），鎢極可以得到冷卻，以減小燒損。而在交流負極性的半周波中（焊件為陰極）有“陰極破碎”作用，可以清除熔池表面的氧化膜。使兩者都能兼顧，焊接過程可順利進行。實踐證明，用交流焊接鋁、鎂等金屬是完全可行的。但是，采用交流焊接電源時，需要采取引弧、穩弧的措施和消除所產生的直流分量。

電弧電壓波形與電源空載電壓波形相差很大，雖對電弧供電的空載電壓是正弦波，但電弧電壓波形不是正弦波，而隨著電弧空間和電極表面溫度發生變化。

由于交流電的焊接電流每秒有５０次正負極性變換，即電流每秒有１００次通過零點。在每次經過零點時，電弧將瞬時熄滅，然后再重新引燃，電弧再引燃要求有一定的引燃電壓，一般都比正常的電弧電壓要高。所以當極性換向時，電源空載電壓必須超過一定的引燃電壓，電弧才能重新復燃。

用交流電進行焊接時，焊件利鎢極的極性不斷變換。當正半波時，鎢極為負極，由于鎢極的烙點高，導熱系數低。且斷面尺寸小。可使電極端都加熱到很高的溫度，同時熱量損失少，這樣鎢極容易維持高溫，電子發射能力強。因此，電弧電流較大，電弧電壓較低，對引燃電壓的要求不高。

而在交流的負半波時，焊件為負極，由于焊件的熔點低，導熱性能好，斷面尺寸又大，以致金屬熔池表面不能加熱到很高的溫度，電弧在焊件上產生的熱量較少，使電子發射能力減弱。所以電弧電流較小，電弧電壓及再引燃電壓都較高。也就是說負半波時，電弧的重新引燃困難，電弧穩定性很差．

兩個半波的電弧電流不對稱。因為交流電弧里兩個電極的電子發射能力有板大的差別，正負半波時的電弧導電情況大不相同，當鎢極為負時正半波電流大，而焊件為負時負半波電流小。所以電弧的整流作用引起回路中產生直流分量。所形成的直流對焊接工藝及交流電源均不利：其一是削弱了“陰極破碎”作用；其二使焊接變壓器的工作條件惡化，易損壞設備。為此，交流鎢極氬弧焊時必須采取穩弧措施及消除直流分量。

3、引弧和穩弧措施及消除直流分量的方法

氬氣的電離勢較高，引燃電弧困難，要求焊接電源具有較高的空載電壓，但提高空載電壓的方法不安全，通常采用的是使用高頻振蕩器協助引燃電弧。對于交流鎢極氬弧焊，還需使用脈沖脈沖穩弧器。以保證重復引燃電弧，并且。常用在焊接回路中串聯電容的方法，來消除交流回路中產生的直流分量。

（1）、高渡振蕩器 這是鎢極氬弧焊設備的專門引弧裝臵，主要用于開始焊接時的第一次引弧，并能達到與焊件非接觸而點燃電弧的目的。高頻振蕩器是一個高頻高壓發生器，可在焊接回路中加入約3000V的高頻電壓，致使電弧空間產生很強的電場，加強了陰極電子自發射作用，克服氬弧不易引燃的困難，這時焊接電源的空載電壓只要6５Ｖ左右即可，并且，當鎢極與焊件距離幾毫米時，可引起電弧放電而點燃電弧；不必接觸引弧。高頻振蕩器一般僅供焊接時初次引弧，不用于穩弧，同時要求點燃電弧后馬上切斷。

（２）脈沖穩弧器 用脈沖穩弧器穩弧效果良好，這是交流鎢極氫弧焊廣為使用的方法。交流負半波時電弧引燃電壓較高，使電流通過零點以后電弧再引燃很難，以致電弧不穩定。如果在正半波向負半波轉變瞬間，施加一個高壓脈沖而迅速地向電弧放電，則電弧就能保持連續燃燒，從而起到穩定電弧的作用。

脈沖穩弧器常用的脈沖電壓為200～250Ｖ，脈沖電流為2Ａ左右。它可與高須振蕩器聯合使用，當高頻振蕩器保證第一次引弧后，然后用高壓脈沖放電保證電弧重復引燃，這樣解決了交流焊接的引弧和穩弧問題。

（３）串聯電容消除直流分量 在焊接回路中串聯電容，是交流鎢極氬弧焊時消除直流分量的常用方法。

由于電容對交流電的阻抗很小，可允許交流電通過，而使直流電通不過，因此隔絕了直流電。這種方法消除直流分量的效果很好，使用維護簡單，但所需的電容量大，成本高。通常采用電解電容器，其電容量根據最大焊接電流來計算，一般按每安全流需要30μＦ左右。經過消除直流分量的交流電，可獲得良好的焊縫有效厚度，焊波均勻的焊接結果。

４．鎢極氬弧焊設備

手工鎢極氛弧焊設備包括主電路系統。焊槍、供氣系統、冷卻系統和控制系統等部分，自動鎢極氛弧焊設備，除上述幾部分外，還有等速送絲裝臵及焊接小車行走機構。（1）主電路系統 這部分主要是焊接電源、高頻振蕩器、脈沖穩弧器和消除直流分量裝臵，交流與直流的主電路系統部分不相同。

交流鎢極氬弧焊的主電路系統，由焊接變壓器、高頻振蕩器、脈沖穩弧器和電解電容器等部分組成。而直流鎢極氖弧焊的主電路系統較為簡單，直流焊接電源附加高頻振蕩器即可使用。

鎢極拉弧焊的電弧靜特性曲線是水平的，與焊接電源的外特性曲線的關系是：當電弧長度受到干擾變化時，陡降外特性曲線的焊接電流變化值為小，則對焊接過程電弧穩定的影響也小。所以適宜選用具有陡降外特性的焊接電源，一般手工電弧焊焊接電源，可供鎢極氬弧焊使用。

（２）焊槍 鎢極氬弧焊弧焊焊槍的作用是夾持電極、導電和輸送氬氣流。手工焊焊槍手把上裝有啟動和停止按鈕。焊槍一般分為大、中、小型三林小型的最大焊接電流為100Ａ，大型的可達400～600Ａ，采用水冷卻。焊槍本體用尼龍壓制，具有重量輕、體積小，絕緣和耐熱性能好等特點。

焊槍的噴嘴是決定氬氣保護性能的重要部件。圓柱帶錐形或球形的噴嘴，其保護效果最佳，氬氣流速度均勻，容易保持層流。圓錐形的噴出，因氬氣流速度變快，故保護效果較差，但這種噴嘴操作方便，熔池可見度好，焊接時也經常使用。

（３）供氣系統 鎢極氬弧焊的供氣系統由氬氣瓶、減壓器、流量計和電磁氣閥等組成。減壓器用以減壓和調壓。流量計是標定通過氫氣流量的大小，有的氣體流量計將減壓器與流量計制成一體。電磁氣閥是控制氣體通斷裝臵。

（４）冷卻系統 一般選用的最大焊接電流在200Ａ以上時，必須通水來冷卻焊槍、電極和焊接電纜。

冷卻水接通并有一定壓力后，才能起動焊接設備，通常在鎢極氬弧焊設備中設有保護裝臵—水壓開關。（５）控制系統 鎢極氬弧焊的控制系統是通過控制線路，對供電、供氣、引弧與穩弧等各個階段的動作程序實現控制。手工鎢極氬弧焊的控制程序方框圖。

定型生產的ＮＳＡ系列手工鎢極氦弧焊機的應用較為普遍，直流的有ＮＳＡＩ－300型，交流的有ＮＳＡ－300型、ＮＳＡ４－300型ＮＳＡ－500型，交直流兩用的有ＮＳＡＺ－300型等。

５．鎢極氬弧焊工藝

（1）焊前清理 鎢極氬弧焊時，必須對被焊材料的接縫附近及焊絲進行焊前清理，除掉金屬表面的氧化膜和油污等雜質，以確保焊縫的質量。焊前清理的方法有：機械清理、化學清理和化學—機械清理等方法。

１）機械清理法 這種方法比較簡便，而且效果較好，適用于大尺寸、焊接周期長的焊作。通常使用直徑細小不銹鋼絲刷等工具進行打磨，也可用刮刀鏟去表面氧化膜，使焊接部位露出金屬光澤．輪后再用消除油污的有機溶劑，對焊件接縫附近進行清潔處理。

２）化學清理法 對于填充焊絲及小尺寸焊件，多采用化學清理法。這種方法與機械清理法相比，具有清理效率高、質量穩定均勻、保持時間長等特點。化學清理法所用的化學溶液和工序過程，應按被焊材料和焊接要求而定。

３）化學—機械清理法 清理時先用化學清理法，焊前再對焊接部位進行機械清理。這種聯合清理的方法，適用于質量要求更高的焊件。

（２）氣體保護效果 氬氣是很理想的保護氣體，但氬氣保護效果在焊接過程中，會受到多種工藝因素的影響。因而，鎢極氬弧焊時必須重視氬氣的有效保護，防止氬氣保護效果遭到干擾和破壞，否則難以獲得滿意的焊接質量。

影響氣體保護效果的焊接工藝因素有；氣體流量、噴嘴形狀與直徑、噴嘴至焊件的距離、焊接速度、焊接接頭型式等，應全面考慮和正確地選擇。

氣體保護效果的好壞，常采用焊點試驗法，通過測定氬氣有效保護區大小的方法來評定。

例如用交流手工鎢極氬弧焊在鋁板上進行點焊，試驗過程中焊接工藝條件保持不變，這樣，電弧引燃后焊槍固定不動，待燃燒 ５～１０s后斷開電源，鋁板上將會留下一個熔化焊點。在焊點周圍因受到“陰極破碎”作用，使鋁板表面的一層氧化膜被消除了，出現有金屬光澤的灰白色區域。這個去除氧化膜的部分即是氫氣有效保護區。有效保護區的直徑越大，說明氣體保護效果越好。

此外，評定氣體保護效果是否良好，還可用直接觀察焊縫表面的色澤來評定。如不銹鋼材料焊接，若焊縫金屬表面呈現銀白、金黃色時，則氣體保護效果良好，而看到焊縫金屬表面顯出灰、黑色時，說明氣體保護效果不好。

（３）焊接工藝參數 鎢極氬弧焊的氣體保護效果、焊接過程穩定性和焊縫質量，均直 接與焊接工藝參數有關。為此，合理地選擇焊接工藝參數是獲得優質焊接接頭的重要保證。

鎢極氛弧焊的焊接工藝參數是：電源種類和極性、鎢極直徑、焊接電流、氬氣流量、焊接速度和工藝因素等。

ｌ）電源種類和極性 鎢極氬弧焊的電源種類和極性，應根據被焊材料及操作方式而選擇。

２）鎢極直徑 主要按焊件厚度來選取鎢極直徑。另外，在被焊材料厚度相等時，因使 用的電源種類和極性不同，鎢極的許用電流不一樣，所以采用鎢極直徑也不相同。如果鎢極直徑選擇不當，將造成電弧不穩、嚴重燒損和焊縫夾鎢。

３）焊接電流 當鎢極直徑選定后，再選擇適當的焊接電流。過大或過小的焊接電流都會使焊縫成形不良或產生焊接缺陷。４）氬氣流量 主要根據鎢極直徑及噴嘴直徑來選擇氬氣流量。對于一定孔徑的噴嘴，選用的氬氣流量要適當，如果流量過大風氣體流速增大，難以保持穩定的層流，對焊接區的保護作用不利，同時帶走電弧區的熱量多，影響電弧穩定燃燒。而流量過小也不好，容易受外界氣流的干擾，以致降低氣體保護效果。通常氬氣流量在３～２０Ｌ／min范圍內。

５）焊接速度 在一定的鎢極直也焊接電流和氬氣流量條件下，焊速過快，會使保護氣流偏離鎢極與熔池，從而影響氣體保護效果，并且，焊速顯著影響焊縫形狀。因此，應選擇合適的焊接速度。“

６）工藝因素 主要指噴嘴形狀與直徑、噴嘴至焊件的距離、鎢極伸出長度、填充焊絲直徑等。這些工藝因素雖然變化不大，卻對焊接過程及氣體保護效果，有不同程度的影響。所以應按具體的焊接要求給予選定。

一般噴嘴直徑在５～２０ｍｍ內選用；噴嘴至焊件的距離不超過１５ｍｍ為宜；鎢極伸出噴嘴的長度為 ３～４ｍｍ；填充焊絲直徑應根據焊件厚度而選擇。

三、熔化極氬弧焊

熔化極氬弧焊是在氬氣保護下以焊絲為電極，電弧在焊絲與焊件之間燃燒，焊絲連續送給并不斷熔化，而熔化的熔滴也不斷向熔池過渡，與液態的焊件金屬餛合，經冷卻凝固后形成焊縫。按其操作方式有；熔化極半自動氬弧焊和熔化極自動氬弧焊兩種。

１、熔化極氬弧焊的特點。

鎢極氬弧焊雖然能獲得優良的焊接質量，但因受到鎢極許用電流的限制，所以焊接電流不能太大，熔深也受到影響。當焊件厚度在６mｍ左右時需開坡口，進行多層焊及大厚度焊件需預熱與保溫。因此，中等厚度以上的焊件，鎢極氬弧焊方法很難適應焊接的需求，其生產率低、焊接變形大、勞動條件差，不能滿足中、厚板的焊接要求。

熔化極氬弧焊用焊絲作為電極，因而可使用大電流焊接，焊縫的有效厚度也大，所以一次焊接的焊縫有效厚度顯著增為加，例如鋁及鋁合金，當焊接電流為４５０～４７０Ａ時，焊縫的有效厚度可達１５～２０ｍｍ。這樣在焊接時不必采取開放口，預熱與保溫等措施，具有很高的焊接生產率，并改善了勞動條件。因此熔化極氖弧焊特別適用于中等和大厚度的焊件。

熔化極氬弧焊的熔滴過渡特點決定了熔滴過渡形式。當采用短路過渡或顆粒狀過渡焊接時，由于飛濺嚴重，電弧復燃困難，焊件金屬熔化不良及容易產生焊縫缺陷，所以熔化極氬弧焊一般不采用短路過渡或顆粒狀過渡形式。

在采用射流過渡的焊接過程中，焊絲的熔滴以很小微粒流形式高速射入熔池，使過渡過程穩定，飛濺減小，焊縫有效厚度增大，電弧的功率也較大。而且在氬氣保護下的熔滴過渡轉變為射流過渡形式時，所需的臨界電流值不高，即容易形成射流過渡，這是一個很有利的因素，所以熔化極氬弧焊熔滴過渡多采用射流過渡的形式

２．熔化極氬弧焊設備

熔化極冠弧焊設備主要是由焊接電源、供氣系統、送絲機構、控制系統、半自動焊槍或自動焊小車等部分組成。

熔化極氛弧焊機自動調節工作原理與埋弧焊基本相同。選用細焊絲時，采用等速送絲系統，配用緩降特性的焊接電源；選用粗焊絲時，采用變速送絲系統，配用陡降特性的焊接電源，以保證自動調節作用及焊接過程穩定性。另外，半自動紅弧焊用細焊絲，而自動氬弧焊大都用粗焊絲。

熔化極氬弧焊的供氣系統與鎢極氬弧焊相同。半自動氬弧焊的焊槍送絲方式和ＣＯ２半自動焊槍一樣。

定型生產的熔化極半自動氬弧焊機有ＮＢＡ－１８０型、ＮＢＡＩ－５００經ＮＢＡ２－２００型、ＮＢＡ５－５００型；熔化極自動紅弧焊機有ＮＺＡ－１０００型、ＮＺＡ１９－５００型、ＮＺＡ２０—２００型等。

３．熔化極氬弧焊的焊接工藝參數

熔化極氬弧焊的主要焊接工藝參數是：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、噴嘴直徑、氬氣流量等。

焊接電流和電弧電壓是獲得射流過渡形式的關鍵，一般焊接電流應大于臨界電流值，電弧電壓選擇得低一些，可使熔滴呈現穩定的射流辦形式。

由于熔化極氬弧焊對熔池和電弧區的保護要求較高，而且電弧功率及熔池體積一般較鎢極顯弧焊時大，所以氬氣流量和噴嘴孔徑要相應增大。通常噴嘴孔徑為２０mｍ左右，氬氣流量約在３０～６０Ｌ／Ｉｎｎ范圍內。電源種類和極性，則采用直流反接，有利于電弧穩定，并充分發揮“陰極破碎”作用。

第五篇：軋輥的埋弧焊堆焊修復

軋輥堆焊在堆焊領域占有很大比重，幾乎所有的大中型鋼廠都有軋輥堆焊能力，還有許多研究單位、焊接材料公司研制和生產有關軋輥堆焊的材料、設備和工藝。被堆焊的軋輥大多是已經磨損而不能使用的廢舊軋輥，軋槽表面除了有鐵銹、油污外，往往有軋制時造成的裂縫和龜紋。采用堆焊技術修復這些廢舊軋輥具有重大的經濟效益。

鋼軋輥埋弧堆焊的工藝過程包括：

① 鋼軋輥進行表面堆焊前必須進行表面清理

② 經過表面清理的軋輥放入軋輥預熱爐中經過一段時間的預熱。③ 在軋輥達到一定的溫度后進行鋼軋輥的自動埋弧焊堆焊 ④ 對堆焊完成的軋輥進行堆焊層的外觀質量的檢驗;⑤ 對軋輥進行緩冷

⑥ 軋輥在使用前進行車削加工⑴⑷⑸⑹ ⑴ 軋輥堆焊前的車削加工

為了保證軋輥堆焊層的質量，提高軋輥堆焊效率，在堆焊前必須做好軋輥的表面清理工作。堆焊前鋼軋輥要進行適當的切削，目的是將軋槽表面上的裂紋、龜裂全部車除。對于無裂紋處，要除去工作表面的鐵銹和油污，在車削中發現個別的深孔砂眼，需要用電鉆或砂輪將砂眼鉆深及擴大，并用手工電弧焊補焊。軋輥堆焊前車削加工的原則是消除軋輥表面的任何缺陷。

軋輥堆焊前車削加工的車削量，新軋輥應根據圖紙的尺寸將軋輥直徑車小8～12㎜，以保證堆焊后的軋輥工作表面處于堆焊層的第三層以上。

由于堆焊能使軋輥工作直徑始終處于一個定值，這就改變了過去那種軋輥工作直徑從最大直徑、經過幾次車削到最小直徑的慣例。對軋輥工作直徑的選定應根據軋鋼機調整的方便，與軋輥孔型設計人員協商制定。

軋輥的軋槽在堆焊前車削加工中應考慮在堆焊過程中防止夾渣的問題。加工部分要求沒有小于90°的銳角，以防液態金屬和溶劑的流失。也不允許車削后的軋槽有較薄的部分。防止軋槽在堆焊過程中出現局部過熱。⑵軋輥堆焊前的預熱

采用合金鋼焊絲對軋輥進行堆焊時，堆焊前的預熱是防止堆焊金屬產生裂縫的最有效的措施。焊前預熱能減少堆焊層金屬的冷卻速度，減少堆焊層金屬的結晶偏析，減少熱應力的產生。軋輥堆焊前預熱可是基體金屬在馬氏體相變臨界溫度以上進行比較充分的分解，能避免堆焊層金屬的淬硬傾向，防止堆焊焊縫及熱影響區產生裂紋。

軋輥堆焊的預熱溫度可根據焊絲的含碳量確定，如圖。

目前軋輥堆焊采用的焊絲一般為2Cr13、3Cr13、30CrMnSiA、3Cr2W8V、3CrMoSi、3Cr2W4Mn 等合金焊絲。在堆焊過程中，當堆焊層金屬與軋輥的基體金屬相變臨界溫度有較大的溫差時，會產生較大的應力。在熱狀態或冷卻時，如果應力總合大于堆

焊層金屬的內在結構力時，堆焊層金屬就會產生裂紋。軋輥堆焊前預熱和焊后的緩慢冷卻，造成堆焊層金屬與基體金屬平衡膨脹和收縮，可防止產生裂紋。⑶軋輥堆焊的工藝參數及操作要點

合理確定軋輥堆焊的工藝參數的基本要點是：電弧燃燒穩定、堆焊焊縫成型良好，電能消耗最少、生產效率較高。鋼軋輥埋弧焊堆焊的工藝參數見表。

表中所列的數據是在小電流、低電壓、薄層多次堆焊的情況下得到的。由于采用小電流和較快的堆焊速度，焊絲中的合金元素在電弧的高溫作用下燒損較少，堆焊焊縫的熔透深度較淺。又因采用了薄層多次堆焊的方法，保證了軋輥軋槽表面的堆焊層金屬具有需要的化學成分，硬度、及金相組織。

采用“ 小電流、低電壓、薄層多次” 堆焊方法時，電弧電壓不能太低或太高。如果電弧電壓高了，雖然對引弧有利，但是在整個堆焊過程中將出現成型高低不平、脫渣困難，影響堆焊層質量，如果電弧電壓太低，又會造成引弧困難，在堆焊過程中容易熄弧。堆焊層金屬和軋輥基體金屬不能很好的焊合，造成堆焊層剝落。所以電弧電壓應控制在適當的范圍內。軋輥自動埋弧焊堆焊的操作要點如下。

① 軋輥中心、焊絲位置及焊絲傾斜角 鋼軋輥埋弧堆焊過程中，應把焊絲從軋輥頂點位置移向與回轉方向相反的一邊，與軋輥縱軸的交角α約 5°（見圖）這樣可以避免堆焊熔池中的液體金屬和溶渣的流失破壞堆焊焊縫成形。為了確定焊絲從軋輥中心頂點向回轉方向相反的一邊移開的距離L，應知道堆焊熔池的長度，以便用熔池長度控制移開的距離。焊絲移開軋輥中心頂點的距離，可用經驗方法求得，即 L=5% D 其中D 為軋輥直徑（㎜）

② 堆焊焊縫的節距及堆焊行走速度 堆焊焊縫的節距是指相鄰兩條螺旋焊縫的重疊間歇。埋弧堆焊焊縫節距大小，除了影響堆焊層表面平整外，還影響堆焊層金屬化學成分的均勻性和熔合比。在軋輥自動堆焊中，長草用的方法是減少堆焊金屬的金屬節距m ,降低基體金屬在堆焊層中的比例，如圖所示。

當m ＜ 0.5 b 時，軋輥基體金屬在堆焊層中所占的比例顯著減小（見圖）。用這種方法進行軋輥自動埋弧焊時，軋輥堆焊層的第一層的第3、4 螺旋堆焊焊縫上的融合比γ=20%～30%。第二層或第三層焊縫的化學成分接近焊絲的成分，滿足軋輥堆焊的要求。實際施焊中，堆焊焊縫節距大小的調節，主要通過埋弧焊小車的行走速度控制。

⑷ 軋輥堆焊后的緩冷、車削

軋輥堆焊后的冷卻應當是緩慢又均勻的冷卻，以使由于堆焊層金屬收縮和加熱不均勻引起的內應力最小。堆焊后軋輥的緩冷有以下幾種方法：

① 裝入緩冷坑。簡易的緩冷坑是在地面下用水泥砌一個坑，上面有絕熱材料制成的蓋。坑內一般可放入干燥的黃沙、石灰、稻草灰等。簡易的緩冷坑如圖所示 ② 裝入保溫爐 有軋輥預熱、保溫爐的地方，利用軋輥加熱后的爐子預熱，并將堆

焊完畢的軋輥裝入爐內，隨爐冷卻。

堆焊后的軋輥應立即進行緩冷，冷卻至100℃ 左右出爐（或出坑），然后進行機械加工。至于緩冷時間，主要是以軋輥的體積為依據。對于質量小于1.5t 的軋輥，緩冷時間應在12h 以上；對于質量在3t 以上的大軋輥，要求緩冷時間在40h 以上。軋輥堆焊中由于采用了2Cr13、3Cr13、3CrW8V 等合金焊絲，堆焊后的切削加工時刀具極易磨損和受到破壞。因此，堆焊軋輥粗加工時，采用硬質合金刀具，磨刀時取負角約5°。機床轉速約10r/min，吃刀量適當減少。堆焊軋輥的精加工一般沒有問題，因為軋輥表面已經做過粗加工。對于合金鋼堆焊層金屬的車削，雖然有一些困難，但還是比較容易克服的

在軋制生產中，軋輥與所軋金屬直接接觸，使金屬產生塑性變形，是軋機的主要變形工具。軋輥是軋機大型消耗性不見，在整個生產過程中軋輥因磨損而消耗的部分約占軋輥總重量的10%~20%，而大量的軋輥消耗是由于修復過程中局部缺陷而導致報廢的。因此，如何提高軋輥的使用壽命，對軋輥進行修舊利廢，成為降低產品成本的一個重要途徑。

軋輥堆焊是指去除軋輥表面的疲勞層或缺陷后，用合適的堆焊材料、采用科學的工藝方法將其修復至原始輥徑的過程，它的主要優點是軋輥使用前后的輥徑不變。因此軋輥堆焊技術為軋輥生產中降低軋輥消耗、提高軋輥使用壽命提供了可能。

各種堆焊技術的特點

目前在國內外冶金行業使用的堆焊技術有噴鍍、氣體保護焊、埋弧焊、電渣焊，其中軋輥埋弧焊是應用最廣泛的工藝，具有生產效率高、質量好、經濟效益較好的優點。各種工藝特點如表1。

表1 各種工藝特點 噴鍍 氣體保護焊 埋弧焊 電渣焊

熔敷速度/kg?h-1 ＞20 ＞10 ＞30

200~400

堆焊厚度/mm ＞4 10~20 ＞100 15~100

堆焊特點 單層或多層 多層 多層 多層

第一層稀釋率/% 理論上為0 8~50 8~50 8~50

結合形式 機械 冶金 冶金 冶金

軋輥堆焊材料

軋輥根據其使用要求的不同，對堆焊材料的選擇也不同，按其合金類型可歸納為八類：

低合金鋼：此類合金價格便宜，堆焊金屬組織以索氏體或屈氏體為主，沖擊韌性好，抗裂性好，硬度HRC30~35，易于加工。具有一定的耐磨性，但不能進一步提高軋輥使用壽命。

熱作模具鋼：該類材料具有良好的紅硬性、高溫耐磨性及較高的沖擊韌性，焊后消除應力退火后，硬度一般在HRC45~50，使用壽命比原軋輥提高1~5倍。

馬氏體鋼：焊接性能好、耐磨、耐熱性能也較好，但成本較貴。

彌散硬化鋼：15Cr3Mo2MnV等，焊態硬度HRC35~38，易加工。經560℃，保溫15小時彌散硬化處理后，硬度可提高到HRC46~47。

奧氏體加工硬化鋼：此類材料焊后硬度較低，但使用過程中由于冷加工硬化而大幅度提高。該合金系多用于深孔槽軋輥的孔型堆焊。

合金鑄鐵：這類合金具有很高的硬度和耐磨性、良好的熱穩定性和抗氧化性。由于含碳很高，無法拔絲故埋弧焊很難，只能鑄成管子作為電極進行電渣堆焊。堆焊軋輥比同樣成分鑄造輥耐磨性提高1.5~2倍，而成本比復合鑄鐵軋輥低1倍。

高碳合金鋼：該類材料含炭量及合金元素較高，為防止堆焊時出現裂紋，要求較高的預熱溫度和層間溫度，堆焊后要進行一定的熱處理。

馬氏體時效鋼：該材料為Fe-Ni-Co-Mo合金系，焊態低硬度，便于加工，經時效處理硬度大為提高。

上面介紹了集中主要堆焊合金系統的可焊性、抗裂性、加工性及經濟性，在具體選材時要根據軋輥類型、工作條件，預期壽命及設備條件等，進行綜合分析、以選區合適的材料。

軋輥堆焊工藝

嚴格執行正確的軋輥堆焊工藝，是保證軋輥堆焊質量的好壞及成功與否的決定性因素。軋輥堆焊過程包括以下步驟：

堆焊前采用機械加工方法，對堆焊孔型進行粗加工，去除軋輥表面的疲勞層及缺陷，特別是裂紋必須徹底清除，對多次堆焊的軋輥，應經超聲波探傷，檢查內部情況，在確認無裂紋的情況下方可進行焊接。

預熱

由于軋輥及堆焊材料均為含炭量和合金元素較高的材料，加之軋輥輥徑大、剛性大、冷卻速度快，很容易在焊接時造成脆性區，并且由于溫度不均形成很大的熱應力造成裂紋。為了防止裂紋的發生，堆焊前必須對軋輥進行預熱，預熱溫度由輥身及堆焊材料成分而定。為了使軋輥表面得到均勻的硬度，預熱溫度應在材料的Ms點以上。為了減少熱應力，加熱速度也應當控制，特別是大軋輥，升溫速度開始100℃采用約20℃/h，之后可為40℃/h。要求均勻加熱。

焊接

焊接是堆焊成敗的關鍵環節，要獲得理想的堆焊層必須綜合考慮某些可變因素，如：焊接電壓、焊接速度、軋輥轉速、軋輥的保溫、焊接電流、焊接材料等，對一些含碳及合金元素高的輥芯，為防止脆性區的裂紋，除一定的預熱措施外，多采用低碳低合金過渡層進行預先堆焊過渡層。

焊后處理

這是軋輥堆焊的最后一道工序，為了減少由于表面和內部冷速不一造成體積應力而引起裂紋，要控制冷速。一般控制冷速和加熱速度大致相同，冷至100℃時要保溫一定時間，冷至50℃以下可不再控制冷速。為了消除焊接殘余應力，必須進行回火處理，回火溫度視軋輥使用條件，一般控制在450~600℃之間。回火溫度高，內應力消除徹底，但硬度降低。因而回火溫度的選擇，既要保證軋輥表面一定的硬度，又要盡量消除內應力。回火的保溫時間通常取每一寸直徑保溫一小時，多在4~10小時內選取，冷卻大部分是隨爐緩冷，降溫至150℃后可空冷。

結論

軋輥堆焊作為“復活”軋輥的一項先進技術，具有如下優點：

堆焊后的軋輥使用壽命普遍提高一倍以上。

極大的降低了噸鋼成本，提高了生產效率。

堆焊后的軋輥具有良好的抗裂性、耐磨性、耐冷熱疲勞性