埋弧焊是一种以电弧为热源的焊接方法。焊接时，电弧在颗粒状易熔焊剂的覆盖下燃烧，不会暴露，因此得名。使用的金属电极是一种连续供给的轻型焊丝。
第一节埋弧焊的工作原理和特点
一、工作原理
图1是埋弧焊焊缝形成过程示意图。焊接电弧在焊丝和工件之间燃烧，电弧热熔化焊丝末端和电弧附近的母材和焊剂。熔融金属形成熔池，熔融焊剂变成炉渣。熔池由熔渣和助熔剂蒸汽保护，不与空气体接触。当电弧向前运动时，电弧力将熔池中的液态金属推到熔池后面。在随后的冷却过程中，这部分液态金属凝固成焊缝。熔渣凝固成渣壳，覆盖在焊缝表面。除了对熔池和焊缝金属的机械保护外，熔渣在焊接过程中还会与熔融金属发生反应，从而影响焊缝金属的化学成分。在埋弧焊中，待焊接工件和焊丝分别连接到焊接电源的两极。焊丝通过与导电嘴的滑动接触与电源连接。焊接电路包括焊接电源、连接电缆、接触嘴、焊丝、电弧、熔池、工件等环节。焊丝端部在电弧热的作用下不断熔化，因此焊丝应连续进给，以保持焊接过程稳定。焊丝的进给速度应与焊丝的熔化速度相平衡。焊丝通常由电机驱动的焊丝进给辊进给。根据不同的应用，焊丝的数量可以是单丝、双丝或多丝。在某些应用中，用药芯焊丝代替实心焊丝，或用钢带代替焊丝。
图1
埋弧焊有两种:自动埋弧焊和半自动埋弧焊。前者送丝和移弧由专用机头自动完成，后者送丝由机械完成，移弧由人工完成。焊接时，焊剂通过漏斗扩散到电弧前方。焊接后，未熔化的焊剂可通过焊剂回收装置自动回收或人工清洗回收。
二、埋弧焊的优缺点
使用的焊接电流大，对应的输入功率大。结合熔剂和炉渣的隔热作用，热效率高，渗透深度大。工件的凹槽可以更小，这减少了填充金属的量。单线埋弧焊可一次焊透20毫米，无坡口。
焊接速度快。以8 ~ 10 mm厚钢板的对焊为例，埋弧焊速度可达50 ~ 80 cm/min，而手工电弧焊速度不超过10 ~ 13 cm/min。
熔剂的存在不仅能隔绝熔融金属与空气体的接触，还能减缓熔池金属的凝固。液态金属和熔融焊剂之间有更多的时间进行冶金反应，这降低了焊缝中出现气孔和裂纹等缺陷的可能性。焊剂还可以给焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能。
在多风环境下焊接时，埋弧焊的保护效果优于其他电弧焊方法。
自动焊接时，焊接参数可自动调整，保持稳定。与手工电弧焊相比，焊接质量对焊工技能水平的依赖性大大降低。
没有弧光辐射，工作条件更好。
2.埋弧焊的主要缺点
由于采用粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于平焊位置。其他位置的焊接应采取特殊措施，确保焊剂能够覆盖焊接区域。
电弧与坡口的相对位置不能直接观察到，如果不使用焊缝自动跟踪装置，焊接容易出现偏差。
埋弧焊的电场强度大，电流小于100A时电弧不稳定，不适合焊接厚度小于1 mm的薄板。
三、埋弧焊的适用范围
埋弧焊由于熔深、生产率高、机械化程度高，适用于焊接中厚板结构的长焊缝。广泛应用于造船、锅炉压力容器、桥梁、起重机械、铁道车辆、工程机械、重型机械和冶金机械、核电站结构、海洋结构等制造部门，是当今焊接生产中最常用的焊接方法之一。
埋弧焊不仅用于连接金属结构中的部件，还用于在基底金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。随着焊接冶金技术和焊接材料生产技术的发展，埋弧焊材料已经从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和一些有色金属，如镍基合金、钛合金和铜合金。
第二节埋弧焊设备的结构和工作原理
一、埋弧焊电源
埋弧焊一般多采用粗焊丝，电弧具有水平静态特性曲线。根据稳定电弧燃烧的要求，电源应具有降低的外部特性。用细线焊接薄板时，电弧有一个上升的静态特性曲线，所以建议使用扁平特性电源。埋弧焊电源可以是交流、DC或两者兼有。根据具体应用条件，如焊接电流范围、单丝焊或多丝焊、焊接速度、焊剂类型等。通用DC电源用于小电流范围、快速引弧、短焊缝、高速焊接，所用焊剂电弧稳定性差，对焊接工艺参数稳定性要求高。使用DC电源时，不同的极性会产生不同的技术效果。采用DC正接时，焊丝的沉积率最高；采用DC反向连接时，焊缝熔深最大。使用交流电源时，焊丝沉积速率和焊缝熔深介于DC正接和反接之间，电弧的磁偏吹最小。因此，交流电源多用于大电流埋弧焊和使用DC时磁偏吹严重的场合。一般要求交流电源空的负载电压在65V以上。
为了提高熔深和生产率，多丝埋弧焊在工业上得到了广泛的应用。目前广泛使用的是两线焊和三线焊。多丝焊的电源可以是DC或交流，也可以是交流和DC。在双丝埋弧焊和三丝埋弧焊中，焊接电源的选择和连接有多种组合。
二、埋弧焊机
埋弧焊机分为自动焊机和半自动焊机。
半自动埋弧焊机
半自动埋弧焊机的主要功能是:
焊丝通过软管连续送入电弧区；
焊接电流的传输；
控制焊接的开始和停止；
在焊接区域涂抹焊剂。
因此，它主要由送丝机构、控制箱、带软管的焊接手柄和焊接电源组成。软管半自动埋弧焊机具有自动埋弧焊的优点和手工电弧焊的可操作性。该焊接机可用于焊接难以实现自动焊接的工件。
自动埋弧焊机
自动埋弧焊机的主要功能有:
将焊丝连续送入焊接区域；
焊接电流的传输；
使弧线沿关节移动；
电弧控制的主要参数；
控制焊接的开始和停止；
在焊接区域涂抹焊剂；
焊接前调整焊丝末端的位置。
常用的自动埋弧焊机有两种:恒速送丝和变速送丝。它们一般由机头、控制箱、导轨和焊接电源组成。恒速送丝自动埋弧焊机采用电弧自动调节系统；自动埋弧焊机变速送丝采用自动弧压调节系统。自动埋弧焊机可以根据工作需要制成不同的形式。常见的有:焊接台车式、吊挂式、机床式、悬臂式、门式等。MZ-1000焊机应用广泛，是焊接小车型。mz-1000焊机采用电弧电压自动调节系统，送丝速度与电弧电压成正比。
三、埋弧焊辅助设备
埋弧焊中，为了调整焊头与工件的相对位置，使接头处于最佳焊接位置或达到预期的工艺目的，一般需要有相应的辅助设备与焊机配合。埋弧焊辅助设备有以下几种类型:
焊接夹具
使用焊接夹具的目的是为了准确定位和夹紧工件进行焊接。这样，可以减少或消除定位焊缝，并且可以减少焊接变形。有时，为了达到其他工艺目的，焊接夹具往往与其他辅助设备相结合，如单面焊接和双面成型设备。
工件移位设备
这类设备的主要作用是使工件旋转、倾斜、翻转，从而将待焊焊缝置于最佳焊接位置，以提高生产率，提高焊接质量，降低劳动强度。工件置换设备的类型、结构和尺寸因焊接工件而异。埋弧焊常用的工件位移设备包括辊架、翻转机等。
焊接机位移设备
该设备的主要功能是将焊头准确送到待焊位置，焊接时可在此操作；或以一定速度沿指定轨迹移动焊机机头进行焊接。这种设备也叫焊接机械手。大多与工件定位器、焊轮架等配合使用。完成各种工件的焊接。基本形式有平台式、悬臂式、伸缩式和门式。
焊接成型设备
埋弧焊电弧功率大，为了防止熔融金属的流失和燃烧，促进焊缝背面的形成，往往需要在焊缝背面放置垫片。最常用的焊缝成型设备除了上面提到的铜垫外，还包括焊盘。纵向接头和圆周接头的焊盘有两种基本类型。
焊剂回收和运输设备
用于焊接时自动回收和输送焊剂，从而提高焊接自动化程度。带有压缩空气体的吸入式焊剂回收输送机可安装在台车上使用。
第三节埋弧焊用焊接材料
埋弧焊中，焊丝和焊剂直接参与焊接过程中的冶金反应，因此它们的化学成分和物理特性会影响焊接过程，焊接过程会影响焊缝金属的化学成分、组织和性能。正确选择焊丝并配以焊剂使用是埋弧焊技术的重要内容。
一、焊丝
埋弧焊使用的焊丝有两种:实芯焊丝和药芯焊丝。目前，实心焊丝在生产中应用广泛。焊丝的种类随着焊接金属的增加而增加。目前有碳素结构钢、合金结构钢、高合金钢、各种有色金属焊丝和堆焊专用合金焊丝。焊丝直径的选择取决于应用。半自动埋弧焊使用的焊丝较细，一般直径为1.6 mm、2 mm、2.4 mm，这样焊丝可以顺利通过软管，焊工不会因为焊丝的刚性而感到操作困难。自动埋弧焊一般采用直径3 ~ 6mm的焊丝，以充分发挥埋弧焊大电流、高沉积率的优点。对于某个电流值，可以使用不同直径的焊丝。在相同电流下使用直径较小的焊丝，可以获得增加焊缝熔深、减小焊缝宽度的效果。当工件装配不良时，应选择较粗的焊丝。
焊丝表面应清洁光滑，焊接时能顺利送进，以免给焊接过程带来干扰。除不锈钢焊丝和有色金属焊丝外，各种低碳钢和低合金钢焊丝表面最好镀铜。镀铜不仅可以防锈，还可以改善焊丝与接触嘴之间的电接触。为了使焊接过程稳定进行，减少焊接辅助时间，应该用绕线机将焊丝整齐地缠绕在焊丝卷上。每卷钢焊丝应缠绕一根焊丝。
第二，流量
埋弧焊用焊剂呈颗粒状，可熔性好，其作用相当于焊条药皮。
1.焊剂的基本要求
具有良好的冶金性能。与选择的焊丝相匹配，焊缝金属可以通过合适的焊接工艺获得所需的化学成分、机械性能和抵抗冷热开裂的能力。
并且具有良好的工艺性能。也就是说，它需要良好的电弧稳定、焊缝成型、除渣等，焊接过程中产生的有毒气体较少。
2.通量分类
埋弧焊焊剂一般根据制造方法、化学成分、化学性能、颗粒结构等进行分类。，但钢焊剂和有色金属焊剂除外，视其用途而定。
根据制造方法，它可以分为三类
1)熔化焊剂。按配方比例称取所需原料，干混后熔化，注入冷水或冷板中制粒，然后干燥、捣碎、过筛。熔化熔剂按其颗粒结构可分为玻璃质熔剂、结晶熔剂和浮石熔剂。
2)烧结熔剂。将各种粉末组分按配方比例混合均匀，加入水玻璃制成湿料，在750 ~ 1000℃烧结，然后粉碎过筛。
3)陶瓷熔剂。将各种粉末组分按配方比例混合均匀，加入水玻璃制成湿料，将湿料制成一定大小的颗粒，在350 ~ 500℃干燥。
按化学成分分类
1)按碱度分为碱性熔剂、酸性熔剂和中性熔剂。
2)按主要成分含量分类见表4-1。
根据焊剂的化学性质，
1)氧化熔剂中含有大量的二氧化硅、氧化锰或氧化亚铁。
2)弱氧化熔剂中二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁等氧化物含量少。
3)惰性熔剂含有Al2O3、CaO、MgO、CaF2等。，并且基本不含二氧化硅、二氧化锰、二氧化铁等。
3.通量模型的编制方法
熔化通量用HJ表示，后面跟着三个阿拉伯数字。
1)第一位数字表示焊剂中氧化锰的含量，1、2、3、4表示无锰、低锰、中锰、高锰的焊剂。
2)第二位数字表示助熔剂中二氧化硅和氟化钙的含量，1 ~ 9依次表示低硅低氟、中硅低氟、高硅低氟、中硅中氟、高硅中氟、低硅高氟、中硅高氟等类型的助熔剂。
3)第三位数字表示同一类型焊剂的不同品牌，按0、1、2、9的顺序排列。
4)同一品牌助焊剂生产两种粒度时，在细粒度助焊剂品牌后加“X”字。
烧结焊剂用SJ表示，后面跟着三个阿拉伯数字。第一位数字表示焊剂渣的渣系，1 ~ 6依次代表氟基型、高铝型、硅钙型、硅锰型、铝钛型等类型的焊剂。第二位和第三位表示同一渣型熔剂中不同牌号的熔剂，按01、02、09的顺序排列。
三.焊剂和焊丝的选择
为了获得高质量的埋弧焊接头，正确选择焊剂和焊丝至关重要。
低碳钢可以用H08MnA焊丝用高锰高硅焊剂焊接，也可以用H08MnA和H10Mn2焊丝用低锰无锰焊剂焊接。焊接低合金高强度钢时，可选用与钢强度相匹配的焊丝，采用中锰中硅或低锰中硅焊剂。
耐热钢、低温钢、耐腐蚀钢的焊接可采用中硅或低硅焊剂，配以相应的合金钢焊丝。对于铁素体、奥氏体等高合金钢，一般采用高碱度的熔化熔剂或烧结、陶瓷熔剂，以减少合金元素的烧损，增加更多的合金元素。焊接不同钢种的焊剂和焊丝的匹配见表4-2。
第四节埋弧焊操作技术及安全特点
一、埋弧焊操作技术
埋弧焊工艺参数
埋弧焊规范主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径等。
工艺参数主要包括:焊丝的延伸长度、电源的类型和极性、装配间隙和坡口形式等。
选择埋弧焊规格的原则是保证电弧燃烧稳定，满足焊缝形状和尺寸要求，表面成形光滑整齐，无气孔、夹渣、裂纹、未焊透、飞边等缺陷。常用的选择方法有查表法、试验法、经验法和计算法。无论用哪种方法确定参数，都必须在焊接过程中进行修正，只有达到最佳效果才能进行连续焊接。操作技术
对接直焊缝焊接技术
对接直焊缝的焊接方法有两种基本类型，即单面焊和双面焊。根据钢板的厚度，可分为单层焊接、多层焊接以及各种垫片方法和无垫片方法。
1)焊剂垫法自动埋弧焊。焊接对接焊缝时，为了防止熔渣和熔池金属的泄漏，焊垫被用作焊接的垫片。焊剂垫的焊剂与用于焊接的焊剂相同。焊剂应附着在焊件背面，并能承受一定的均匀支撑力。需要选择较大的焊接规格使工件穿透，从而实现双面成形。
2)手动后盖埋弧焊自动焊接。不能使用垫片的焊缝，可先用手工焊封底，再采用埋弧焊。
3)悬挂空焊接。悬挂空焊接一般用于无断裂、无间隙的对焊，不需要任何垫片，装配间隙非常严格。为了保证熔透，前焊时应保证工件厚度的40% ~ 50%，后焊时必须保证60% ~ 70%。在实践中，一般很难测量熔深，往往是通过观察焊接时熔池背面的颜色来判断和估计的，需要有一定的经验。
4)多层埋弧焊。对于不能一次焊接的厚钢板，可以采用多层焊接。焊接第一层时，规格不宜过大，以保证熔透，避免裂纹等缺陷。每层焊缝的接头应错开，不得重叠。
对接环焊缝焊接技术
圆筒对接埋弧焊应采用带调速装置的滚动轮胎。如果需要双面焊接，第一遍焊时焊剂垫应放在下筒体外壁的焊缝处。将焊接小车固定在悬臂架上，伸入缸体进行焊接。焊丝应偏离焊接位置下方的中心线。第二次正面焊接时，应在气缸外的上部平焊位置进行焊接。
角焊缝焊接技术
埋弧焊自动焊的角焊缝主要出现在丁字接头和搭接接头中。一般可采用船形焊和坡口焊。
埋弧焊半自动焊接
埋弧焊半自动焊主要是软管自动焊，其特点是使用直径较小的焊丝，焊丝通过弯曲的软管送入熔池。电弧的运动是用手完成的，焊丝的输送是自动的。半自动焊接可以代替自动焊接来焊接一些弯曲和短焊缝，主要用于角焊缝和对接焊缝。
二、埋弧焊的安全操作技术
埋弧焊自动焊机的小车车轮应绝缘良好，导线应绝缘良好。钢丝在工作过程中应拉直，防止扭曲和被熔渣烧坏。
控制箱和焊机外壳应可靠接地，防止漏电。必须盖住接线板盖。
焊接时，应注意防止焊剂突然停止供应，造成强烈的电弧暴露灼伤眼睛。因此，焊工在工作时应佩戴普通防护眼镜。
半自动埋弧焊的焊接手柄应有固定的位置，防止短路。
埋弧焊自动焊焊剂中含有氧化锰等有害物质。虽然像手工电弧焊这样的焊接不会产生可见的烟雾，但会产生一定量的有害气体和蒸汽。因此，工作场所最好有局部抽气通风设备。
