第10章電渣焊

1、第10章 電渣焊 電渣焊(ElectroslagWelding) 是利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的熔焊方法。 根據(jù)使用的電極形狀，電渣焊可以分為絲極電渣焊、板極電渣焊、熔嘴電渣焊等，其中，絲極電渣焊應(yīng)用最普遍。 本章將講述電渣焊的原理及特點(diǎn)、焊接材料，重點(diǎn)介紹了絲極電渣焊設(shè)備及焊接工藝，并簡要介紹板極電渣焊、熔嘴電渣焊、管極電渣焊、電渣壓力焊等方法。 101 電渣焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 1011電渣焊的工作原理 以絲極電渣焊為例，工作原理如圖l0-1所示。 焊前先把焊件垂直放置兩焊件問預(yù)留一定問隙焊件上、下兩端分別裝好引弧槽板 和引出板，焊件兩側(cè)表面裝強(qiáng)迫成形裝置。焊接開始時，焊絲

2、與引弧板短路起弧，然后加入適量的焊劑，電弧的熱量使焊劑熔化形成液態(tài)熔渣，熔渣溫度1600-2000，渣池深度達(dá)到一定時，增加焊絲送進(jìn)速度并降低焊接電壓，焊絲插人渣池，電弧熄滅，轉(zhuǎn)入電渣焊接過程。隨著熔池的不斷上升，焊絲送進(jìn)裝置和強(qiáng)追成形裝置亦隨之不斷提升，焊接過程因而得以持續(xù)進(jìn)行。 圖l0一l 電渣焊原理示意圖 a)立體示意圖b)斷面圖1一焊件2一金屬熔池3一渣池4一導(dǎo)電嘴 5一焊絲6一強(qiáng)迫成形裝置7一引出板 8一金屬熔滴9一焊縫10一引弧槽 10.1.2 電渣焊的特點(diǎn) 與其他熔化焊方法比，電渣焊有如下特點(diǎn) 1適宜垂直位置焊接 2厚大焊件能一次焊接成形 3生產(chǎn)率高 4焊縫成形系數(shù)和熔合比調(diào)節(jié)范

3、圍大 5渣池對焊件有較好的預(yù)熱作用 6焊縫和熱影響區(qū)昌粒粗大 10.1.3 電渣焊的類型及其應(yīng)用 電渣焊是一種高效的焊接方法，適宜于大壁厚、大斷面的各類箱形、筒形等重型結(jié)構(gòu)，通過焊、鍛焊或鑄一焊等結(jié)構(gòu)可取代整鍛、整鑄結(jié)構(gòu)，可克服鑄、鍛設(shè)備噸位的限制和不足。 根據(jù)所采用電極的形狀和電極是否固定，電渣焊的類型： 絲極電渣焊、 熔嘴電渣焊、 板極電渣焊、 管極電渣焊 電渣壓力焊等。10.2 電渣焊熱過程和結(jié)晶組織的特點(diǎn) 10.2.1 電渣焊熱源及熱過程的特點(diǎn) (1)熔渣的電導(dǎo)率與溫度相關(guān) 電渣焊熱源的溫度比一般電弧焊低得多，分布也不均勻。 (2)熱源區(qū)呈錐體 由于電流主要是通過電極末端經(jīng)過熔渣流到金

4、屬熔池，而電極末端截面積小，金屬熔池面積較大，所以焊接電流比較集中流過的區(qū)域呈錐形。 (3)高溫停留時間長，熱影響區(qū)寬 由于大厚度焊件是一次焊成，焊接速度緩慢，焊接熱輸人大，且母材是在較長時間內(nèi)逐漸升溫，因此電渣焊時的高溫停留時間長，加熱及冷卻速度比電弧焊低的多。 10.3 電渣焊用焊接材料 10.3.1 焊劑 電渣焊用焊劑的主要作用與一般埋弧焊用焊劑不同。 電渣焊過程中焊劑熔化形成熔渣后，依靠其電阻使電能轉(zhuǎn)化成熔化填充金屬和母材的熱能，該熱能還起到預(yù)熱焊件、延長金屬熔池存在時間和使焊縫金屬緩冷的作用，而不像埋弧焊用焊劑那樣還要具有對焊縫金屬合金化的作用。 對電渣焊用焊劑的要求是：對電渣焊用焊

5、劑的要求是： (1)必須能容易、迅速地形成熔渣熔渣要有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性，但導(dǎo)電性也不能過高，否則將增加焊絲周圍的電流分流而減弱高溫區(qū)內(nèi)熔渣的對流作用，導(dǎo)致熔寬減小甚至產(chǎn)生未焊透。 (2)液態(tài)熔渣應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯?粘度過大時，易在焊縫金屬中產(chǎn)生夾渣和咬肉現(xiàn)象；粘度太小時，熔渣易從焊件與滑塊之間的縫隙中流失，嚴(yán)重時會導(dǎo)致焊接中斷。 電渣焊焊劑一般由硅、錳、鈦、鈣、鎂和鋁的復(fù)合氧化物組成，不要求通過焊劑向焊縫摻合金。 電渣焊焊劑見表l0-l。HJ360較HJ431適當(dāng)提高了CaF：的含量，而降低了Si02的含量，使熔渣的導(dǎo)電性和電渣過程的穩(wěn)定性得到改善。 HJl70中Ti02的含量大，焊劑在固態(tài)下具有導(dǎo)

6、電性，屬導(dǎo)電焊劑，在電渣焊造渣階段，利用其電阻熱使焊劑加熱熔化，完成造渣過程，待渣池建立后再根據(jù)需要添加其他焊劑。 10.3.2 電極材料 電渣焊過程中，向焊縫金屬摻加合金一般不通過焊劑，而主要是通過調(diào)整電極材料的合金成分來實現(xiàn)對焊縫金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能的控制。 在選擇電渣焊電極時應(yīng)考慮到母材對焊縫的稀釋作用 104絲極電渣焊設(shè)備 10.4.1絲極電渣焊設(shè)備的組成 絲極電渣焊設(shè)備由焊接電源、機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成，其中，機(jī)械機(jī)構(gòu)為焊接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括機(jī)頭、水冷成形滑塊、導(dǎo)軌、焊絲盤等。 如圖l0-8所示。 圖l09是絲極電渣焊示意圖。 10.4.2焊接電源 電渣焊多采用交流電源。為保持穩(wěn)

7、定的電渣過程及減小網(wǎng)路電壓波動的影響，電渣焊電源應(yīng)避免出現(xiàn)電弧放電過程或電渣一電弧混合過程，否則將破壞正常的電渣過程。 10.4.3機(jī)頭 絲極電渣焊機(jī)頭包括送絲機(jī)構(gòu)、擺動機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)。 10.4.5控制系統(tǒng) 絲極電渣焊的控制系統(tǒng)，主要由送絲電動機(jī)、送絲速度控制器、機(jī)頭擺動控制器、升降機(jī)構(gòu)控制器以及電流表、電壓表等組成，以完成焊接過程的自動調(diào)節(jié)及對焊接參數(shù)的控制。 10.4.4 10.4.4 水冷成形滑塊水冷成形滑塊 水冷成形滑塊又稱強(qiáng)迫成形裝置。水冷成形滑塊一般用純銅板制成。圖l0-l0至圖10-12是3種不同形式的成形滑塊。10.5 絲極電渣焊工藝 10.5.2 焊接參數(shù)的選擇 絲極電渣焊

8、的主要焊接參數(shù)有：焊接電流，、焊接電壓U、渣池深度和裝配間隙。等； 焊接參數(shù)有：焊絲直徑d、焊絲根數(shù)n、焊絲伸出長度f、焊絲擺動速度、焊絲在水冷成形滑塊附近的停留時間和距水冷成形滑塊距離等。 這些參數(shù)中焊絲直徑d、焊絲根數(shù)n對焊接生產(chǎn)率有較大影響，焊絲距水冷成形滑塊距離對焊透及焊縫外觀成形有較大影響，其余參數(shù)影響不大。 1主要焊接參數(shù)的影響 (1)焊接電流(或焊絲送進(jìn)速度) 在電渣焊過程中，焊接電流與焊絲送進(jìn)速度成嚴(yán)格的正比關(guān)系，如圖l014所示。 焊絲送進(jìn)速度q增大，熔池變深，熔寬增大；當(dāng)”，超過一定數(shù)值時熔寬反而減小。熔池變深和熔寬減小對結(jié)晶方向不利，抗熱裂性能降低，飛濺亦增加。 (2)焊

9、接電壓U U增大，熔寬增大；U過小，易產(chǎn)生未焊透，渣池溫度降低，焊絲 易與熔池短路，飛濺增加；U過大，焊絲易與渣池表面發(fā)生電弧 (3)渣池深度h h減小，熔寬增大，h過淺，焊絲在渣池表面易發(fā)生電??；h過深，焊絲易與金屬熔池短路，發(fā)生熔渣飛濺，也易產(chǎn)生未焊透、未熔合等缺陷。 (4)裝配間隙c c增大，熔寬增大，渣池易于穩(wěn)定；c過小，渣池難于控制，電極易與工件短路，電渣過程穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生缺陷。 2 2一般焊接參數(shù)的影響一般焊接參數(shù)的影響 (1)(1)焊絲直徑焊絲直徑d d d d增大，熔寬增加，生產(chǎn)率提高，增大，熔寬增加，生產(chǎn)率提高，但操作困難，易產(chǎn)生缺陷；但操作困難，易產(chǎn)生缺陷；d d過小，電

10、渣過程穩(wěn)定過小，電渣過程穩(wěn)定性較差。一般采用的焊絲直徑為性較差。一般采用的焊絲直徑為3mm3mm。 (2)(2)焊絲數(shù)目焊絲數(shù)目n n 焊絲數(shù)目增多焊絲數(shù)目增多, ,熔寬均勻性好熔寬均勻性好, ,生生產(chǎn)率高，但操作復(fù)雜，準(zhǔn)備時間長。產(chǎn)率高，但操作復(fù)雜，準(zhǔn)備時間長。 (3)(3)焊絲間距焊絲間距 焊絲間距對熔寬均勻性影響大，焊絲間距對熔寬均勻性影響大，選取不當(dāng)時易產(chǎn)生裂紋或未焊透。選取不當(dāng)時易產(chǎn)生裂紋或未焊透。 (4)(4)焊絲伸出長度焊絲伸出長度 L L增大增大, ,電流略有減小電流略有減小, ,可通過可通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)l l來少量調(diào)節(jié)焊接電流；來少量調(diào)節(jié)焊接電流；L L過長，會降低焊絲過長，會降

11、低焊絲在間隙中位置的準(zhǔn)確性，影響熔寬的均勻性，嚴(yán)在間隙中位置的準(zhǔn)確性，影響熔寬的均勻性，嚴(yán)重時會產(chǎn)生未焊透；重時會產(chǎn)生未焊透；L L過短，飛濺易堵塞導(dǎo)電嘴，過短，飛濺易堵塞導(dǎo)電嘴，一般選用一般選用50-60mm50-60mm。 (5)(5)焊絲擺動速度焊絲擺動速度 擺動速度增加，熔深略減小，擺動速度增加，熔深略減小，熔寬均勻性好。熔寬均勻性好。10.5.3 焊接操作工藝 1接頭制備接頭制備 焊件待焊邊緣的加工質(zhì)量、表面狀態(tài)和裝配時錯邊量的大小對接頭質(zhì)量有重要影響。 2焊接工卡具準(zhǔn)備焊接工卡具準(zhǔn)備 每次電渣焊前都要對水冷成形滑塊進(jìn)行認(rèn)真檢查。首先檢查水冷成形滑塊與焊件間是否有明顯的縫隙，保證焊接

12、過程中不產(chǎn)生漏渣。此外應(yīng)檢查進(jìn)出水方向，確保水冷成形滑塊下端進(jìn)水，上端出水。防止焊接時水冷成形滑塊內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，造成爆渣、傷人事故。 3引弧槽與引出板引弧槽與引出板 焊件底部應(yīng)裝有引弧槽，在引弧槽內(nèi)建立渣池。引弧槽應(yīng)有一定的高度。在焊縫結(jié)尾處應(yīng)裝引出板，用以將渣池引出，并避免在收尾處產(chǎn)生縮孔、裂縫等缺陷。 4焊接過程焊接過程 電渣焊過程一旦開始之后就應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，直到結(jié)束。焊前應(yīng)作好一切準(zhǔn)備。(1)引弧造渣引弧造渣是從引弧開始到形成穩(wěn)定渣池的過程。建立渣池可利用固態(tài)導(dǎo)電焊劑或依靠電弧熔化焊劑。(2)正常焊接嚴(yán)格按照工藝進(jìn)行控制，保持焊接參數(shù)穩(wěn)定在預(yù)定值，保持焊絲在間隙中的正確位置，注意檢測渣池深度

13、，均勻添加焊劑，保持電渣過程穩(wěn)定。 (3)收尾階段進(jìn)入收尾階段后，應(yīng)逐漸降低焊接電壓和焊接電流，焊接結(jié)束后應(yīng)立即割去定位板、引弧槽、引出板，表面缺陷要盡快清理、焊補(bǔ)。10.6 其他電渣焊簡介 10.6.1板極電渣焊板極電渣焊 板極電渣焊采用金屬板條為電極，焊接時板極經(jīng)送進(jìn)機(jī)構(gòu)不斷地向熔池中送進(jìn)。根據(jù)被焊件的厚度，可采用一塊或數(shù)塊金屬板作電極進(jìn)行焊接，如圖l0-l9所示。 板極在焊接過程中無需作橫向擺動，因而板極電渣焊設(shè)備及工藝簡單。 10.6.2 熔嘴電渣焊 熔嘴電渣焊的電極為固定在接頭間隙中的熔嘴(通常由鋼板和鋼管點(diǎn)焊而成)和不斷向熔池中送進(jìn)的焊絲構(gòu)成，圖l0-20所示。 根據(jù)焊接厚度的不同

14、，可采用單個或多個熔嘴。 由于熔嘴不用送進(jìn)，可以制成與焊接斷面相似的形狀，因而使這種方法適宜于焊接變截面的工件。 10.6.3 管極電渣焊管極電渣焊 管極電渣焊是熔嘴電渣焊的一個特例。其不同點(diǎn)是用一根涂有藥皮的管子代替熔嘴板，如圖l0-22所示。管極涂料具有一定的絕緣性能，用以防止管極與焊件發(fā)生電接觸。 由于管極與焊件絕緣，裝配間隙可以縮小，因而管極電渣焊可節(jié)省焊接材料，提高焊接生產(chǎn)率。 10.6.4 電渣壓力焊 電渣壓力焊主要用于鋼筋混凝土建筑工程中豎向鋼筋的連接，所以也叫鋼筋電渣壓力焊，其原理如圖10-25所示。 它具有電弧焊、電渣焊和壓力焊的特點(diǎn)，屬于熔化壓力焊的范疇。鋼筋電渣壓力焊時，

15、將兩鋼筋安放在豎直位置，采用對接形式，利用焊接電流通過端面間隙，在焊劑層下形成電弧過程和電渣過程，產(chǎn)生的電弧熱和電阻熱熔化鋼筋端部，最后加壓完成連接。 焊接過程包括引弧過程、電弧過程、電渣過程、頂壓過程四個階段。 1引弧過程引弧過程 上、下鋼筋分別與電源的兩個輸出端相接，鋼筋端部埋于焊劑之中，兩端面之間留有一定間隙。 引弧方法有兩種： 一是直接引弧法，將上鋼筋下壓，使其與下鋼筋接觸并立即上提產(chǎn)生電??； 另一種方法是鐵絲圈引弧法，在兩鋼筋的間隙中預(yù)先安放一個高10mm的引弧鐵絲圈或者一個高約lOmm的焊條芯，焊接電流通過時，由于鐵絲(或焊條芯)細(xì)，電流密度大，能立即熔化、蒸發(fā)，產(chǎn)生電離而引弧。

16、2電弧過程電弧過程 焊接電弧在兩鋼筋之間燃燒時。熔化的金屬形成熔池，熔融的焊劑形成熔渣(渣池)覆蓋于熔池之上。熔池受到熔渣和焊劑蒸汽的保護(hù)，隔絕了與空氣的接觸。為了保持電弧的穩(wěn)定，上鋼筋應(yīng)不斷下送，送進(jìn)速度應(yīng)與鋼筋熔化速度相適應(yīng)。 3電渣過程電渣過程 隨著電弧過程的延續(xù)，兩鋼筋端部熔化量增加，熔池和渣池加深，待達(dá)到一定深度時，加快上鋼筋的下送速度，使其端部直接與渣池接觸，這時，電弧熄滅，電弧過程變?yōu)殡娫^程。 4頂壓過程頂壓過程 待電渣過程產(chǎn)生的電阻熱使上下兩鋼筋的端部達(dá)到整個斷面均勻加熱的時候，迅速將上鋼筋向下頂壓，液態(tài)金屬和熔渣全部擠出，隨即切斷電源，焊接結(jié)束。冷卻后打掉渣殼，露出帶金屬光

17、澤的接頭，如圖l0-26所示。10.7 電渣焊常見的缺陷及其防止 1電渣焊常見的缺陷電渣焊常見的缺陷 電渣焊接頭常見缺陷有熱裂紋、冷裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等，如圖10-27所示。 (I)熱裂紋熱裂紋 熱裂紋一般不伸展到焊縫表面，多數(shù)分布在焊縫中心,也有的分布在等軸晶區(qū)與柱狀晶區(qū)交界處。熱裂紋表面多呈氧化色彩,有的裂紋中有夾渣。 (2)冷裂紋冷裂紋 冷裂紋多存在于母材或熱影響區(qū),有的冷裂紋由熱影響區(qū)或母材向焊縫中延伸,冷裂紋在焊接結(jié)構(gòu)表面即可發(fā)現(xiàn),裂紋表面有金屬光澤。 (3)未焊透未焊透 母材沒有熔化,與焊縫之間有一定的縫隙,內(nèi)部有夾渣,在焊縫表面即可發(fā)現(xiàn)。 (4)未熔合未熔合 盡管母

18、材已熔化,但焊縫金屬與母材沒有熔合,中間有夾渣。未熔合一般在焊縫表面即可發(fā)現(xiàn),但也有不延伸至焊縫表面的。 (5)氣孔氣孔 氫氣孔在焊縫斷面上呈圓形,在縱斷面上沿焊縫中心線方向生長,多集中于焊縫局部地區(qū);一氧化碳?xì)饪自诤缚p橫截面上呈密集的蛹形,在縱截面上沿柱狀晶方向生長,一般分布在整條焊縫。 (6)夾渣夾渣 常存在于焊縫中或熔合線上,多呈圓形。2.2.缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施(1)(1)熱裂紋熱裂紋產(chǎn)生的原因有：熱裂紋熱裂紋產(chǎn)生的原因有： 焊絲送進(jìn)速度過大,熔池過深,母材中的S、P等雜質(zhì)元素含量過高,焊絲選用不當(dāng),引出部分裂紋主要是由于焊接結(jié)束時送絲速度沒有逐步降低。應(yīng)采

19、取的預(yù)防措施主要有：降低焊絲送進(jìn)速度,降低母材中s、P等雜質(zhì)元素含量,選用抗熱裂紋性能好的焊絲,焊接結(jié)束前應(yīng)逐步降低焊絲送進(jìn)速度等。(2)(2)冷裂紋冷裂紋產(chǎn)生的原因有：冷裂紋冷裂紋產(chǎn)生的原因有： 焊接應(yīng)力過大,金屬較脆,沿著焊接接頭的應(yīng)力集中處開裂;結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊縫多,沒有進(jìn)行中間熱處理;焊縫中存在未焊透、未熔合等缺陷;焊接過程中斷,咬口處沒及時補(bǔ)焊等。應(yīng)采用的預(yù)防措施主要有;結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)避免焊縫密集,避免中間停焊； (3)未焊透未焊透產(chǎn)生的原因有：未焊透未焊透產(chǎn)生的原因有： 焊接電壓過低，焊絲送進(jìn)速度太快或太慢，渣池太深，電渣過程不穩(wěn)定，焊絲或熔嘴距水冷成形滑塊太遠(yuǎn)或在裝配間隙中位置不正確。應(yīng)采用的預(yù)防措施主要有：選擇適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)，穩(wěn)定電渣過程，使焊絲或熔嘴與水冷成形滑塊問的距離及在焊縫中的位置符合工藝要求。 (4)未熔合未熔合產(chǎn)生的原因有：未熔合未熔合產(chǎn)生的原因有： 焊接電壓過高，送絲速