钢结构埋弧焊焊接技术[摘要] 随着我国经济的发展，越来越多的国家重点工程采用重型钢结构。
其特点是:所用结构件板厚大都在50mm以上，焊接工作量大。
如何采用高效焊接方法满足生产需要是摆在各重型钢构企业面前的一道难题。
渣相保护的埋弧焊以其焊接效率高、焊缝质量好、操作环境佳等优点在钢结构行业中有广泛的应用。
关键词：埋弧焊；钢结构；力学性能；焊接1 前言焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。
焊接的实质就是利用加热、加压或加压的同时加热等方法将两个分离的物体达到原子间相互结合，从而连接成一个整体的过程。
几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。
焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产成本、效率和市场反应速度。
到目前为止，还没有另外一种制造工艺比焊接更为广泛地应用于材料间的连接，并对所焊产品产生更大的附加值。
埋弧焊产生于20世纪30年代，其特点是采用大的焊接电流、电弧受熔渣保护、焊接时无弧光等，所以操作工人的劳动环境比较好，受弧光的污染和刺激很小。
埋弧自动焊是世界上最早摆脱手工操作走上机械自动化的焊接方法，埋弧焊的熔深大、生产效率高、机械化程度高，非常适合于中厚板结构长焊缝的焊接，埋弧焊在造船、压力容器、桥梁、铁路车辆、工程机械、管道、核电站结构、海洋结构等领域有着广泛的应用，是当今焊接生产过程中应用最普遍的熔焊方法之一。
其中双丝埋弧焊是一种先进高效的焊接方法，双丝的引入减少了焊接道次，焊接生产效率得到显著提高，通过调节前、后丝焊接电流，能够在较宽的范围内控制输入的焊接线能量，从而满足不同使用条件下的性能要求。
所以80年代中期，双丝埋弧焊已在国际上成为主要焊接方法，而且在先进工业国家的应用比例越来越大。
因双丝埋弧焊工艺比较复杂，我国关于其理论的研究尚不成熟，且现场操作人员对这项技术的掌握还处于起步阶段，各种因素对焊接接头最终能的影响还有待进一步研究。
2 埋弧焊技术2.1埋弧焊的发展历史美国国家管道公司根据宾夕法尼亚州麦基斯波特的一家管道工厂的需要发明了埋弧焊技术。
当时该技术用于焊接管道中的纵缝。
1930年Robinoff获得了该技术专利权，随后又将其卖给Linde气体产品公司，Linde气体产品公司将其更名为Unionmelf焊接技术。
1938年，美国的船厂和军械厂都采用了埋弧焊技术。
它是比较高效的焊接方法之一，到目前埋弧焊技术得到了进一步的发展和应用。
2.2埋弧焊的原理及特点2.2.1弧焊成型原理预先把颗粒状焊剂散布在焊接线上，通过自动送丝装置把焊丝连续地送进焊剂中，在焊丝前端与母材间引燃电弧进行自动电弧焊(图1) 。
埋弧自动焊焊接时，引燃电弧、送丝、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾等过程完全由机械来完成。
由于电弧被掩埋在焊剂里面，从外部看不见，因此称作埋弧焊。
1-焊丝2-电弧3-熔池金属4-熔渣5-焊剂6-焊缝7-焊件8-渣壳图1埋弧焊焊缝形成过程示意图2.2.2埋弧焊特点1.保护效果好：埋弧焊时，焊丝、电弧、液态熔池以及凝固但仍处于高温的焊缝金属均可以受到颗粒状的焊剂和所生成熔渣壳的保护，熔渣可以隔绝空气，保护效果好，电弧区的主要气体成分是CO，焊缝金属含氮量、含氧量大大降低，所以焊缝成形好，成分稳定，力学性能比较好。
2.防护好:较厚的焊剂层遮住了电弧和飞溅，基本消除了弧光和飞测物对焊工的危害。
3.生产效率高:埋弧焊生产效率高，一方面是因为其易于实现机械化操作，焊丝导电长度缩短，焊丝电流密度都得以提高。
因此，电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率都大大提高。
另一方面由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧基本上没有热的辐射散失，飞溅也小，因此热效率大大提高，使埋弧焊的焊接速度得以大大提高。
以厚度8-10mm的钢板对接接头的焊接为例，单丝埋弧焊速度可达30-50m/h;双丝或多丝埋弧焊还可提高一倍以上[1,2]，而焊条电弧焊则不超过6-8m/h，所以埋弧焊特别适用于中厚板长焊缝的焊接。
4.可供选用的焊丝和焊剂的品种较多。
5.焊丝和焊剂的配合使用，易于实现焊缝的成分调整。
2.2.3埋弧焊的工艺参数1.焊接电流当其他参数都不变时，焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响较大。
一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流的大小成正比，随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。
同时，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加。
随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。
2.电弧电压随着电弧电压的不断增加，焊缝熔宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。
但是电弧电压太大时，不仅使熔深变小、产生未焊透，而且会导致焊缝成形差、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。
所以在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。
3.焊接速度当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。
焊接速度太大会造成未焊透等缺陷。
为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。
4.焊丝直径与伸出长度当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。
反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。
当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。
5.焊丝倾角焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾。
倾角的方向和大小不同时，电弧对熔池的力和热作用也不同，从而影响到焊缝的成形。
当焊丝后倾一定角度时，由于电弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了预热作用，电弧对熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊缝变宽而熔深变浅。
反之，焊缝宽度较小而熔深较大，但易使焊缝边缘产生未熔合和咬边，并且使焊缝成形变差。
2.2.4埋弧焊机的种类1.多电源串列双丝埋弧焊；2.单电源并列双丝埋弧焊；3.热丝填丝埋弧焊；4.单电源串联双丝埋弧焊；2.2.5埋弧焊的应用范围由于埋弧焊焊接熔深大、生产效率高、机械化程度高，因而特别适用于厚板长缝的焊接，在造船、锅炉与压力容器、化工、桥梁、铁路车辆、起重机械、工程机械、管道、核电设备、海洋结构制造等领域得到广泛应用。
随着焊接冶金技术和焊接材料的发展，埋弧焊所能焊接的材料己从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及一些有色金属材料，如镍基合金、铜合金等(表1)。
表1埋弧焊的应用范围2.3埋弧焊技术的研究现状及发展前景我国焊接设备制造业起步比较晚，20世纪50，60年代我国重点企业的大型焊接装备大部分靠进口，到了20世纪70年代，国内才组建一批专门生产焊接装备的制造厂。
埋弧焊机电源的发展经历了4个阶段:机械调节型电源、磁饱和放大器电源、晶闸管整流电源和IGB'I，逆变电源。
其控制系统的发展也经历3个阶段:机械控制、分离元件控制、集数字控制闸管整流电源、埋弧焊逆变电源，以其高效节能、良好的动特性和弧焊工艺性能等优点成为常规埋弧焊电源的更新换代产品。
随着电力电子技术的发展，埋弧焊设备的电路、器件及其控制技术向集成化、高频化、全控化、电路弱电化、控制数字化以及多功能化的方向发展。
在埋弧焊接过程控制方面，微机被广泛运用于埋弧焊规范参数的控制、焊接工件的自动定位和埋弧焊焊缝自动跟踪、埋弧焊的过程控制以及焊接生产线的自动化。
随着埋弧焊工艺的发展，为适应一些特定的焊接要求，派生出了许多新的埋弧焊工艺，如双丝埋弧焊和多丝埋弧焊、窄间隙埋弧焊、带极埋弧焊、添加粉末埋弧焊、添加磁性焊剂埋弧焊等。
传统埋弧焊生产中有两种自动调节方法:一是电弧自身调节系统，它采用缓降特性或平特性电源配等速送丝系统，通过改变焊丝熔化速度进行调节，该系统主要用于4mm以下细丝埋弧焊接;二是电弧电压反馈变速送丝调节系统，它采用陡降特性或垂降特性电源配变速送丝系统，利用电弧电压反馈改变送丝速度进行调节。
目前国内大多数埋弧自动焊机及焊接操作机仍是采用分离元件模拟控制，由于埋弧自动焊动态过程是一个具有高度非线性、时变性及多变量祸合作用的复杂系统，固定的控制模式和控制参数难以保证各种焊接条件下的焊接性能，难以适应整个调节范围内参数的优化;在较强、较弱的焊接规范下，往往焊接性能不理想，随着焊接技术的发展焊机也不断的发展进步。
微机控制多功能晶闸管焊机，微机控制埋弧焊逆变焊机，它们是采用微机控制技术和逆变技术相结合的一种功能齐全、性能稳定、具有多种输出外特性的逆变埋弧自动焊系统。
进入21世纪，随着国家冶金、矿山、起重、锻压、焦炉、塔架等开发投资力度的增加，给我国重型机械金属行业带来了新的发展机遇。
尤其是我国加入WTO以后，重型机械行业面临着更激烈的竞争。
我们必须清醒地认识到，焊接技术仍然严重制约着重型机械行业的产量、质量、成本和生产周期。
结合我国国情，重型机械金属结构行业的发展方向应是努力提高焊接设备和工艺技术水平，平衡发展相关焊接技术，结合新产品开发及新项目立项，研究应用焊接新工艺、新设备、新材料和新技术，进一步提高焊接生产效率和质量，降低成本，缩小与工业发达国家的差距，推动我国焊接技术的不断发展。
埋弧焊作为现代工业的一个重要加工环节，焊接过程的自动化和智能化是保证焊接质量、提高生产效率、改善劳动条件的重要手段，也是未来焊接技术的发展方向。
埋弧焊机控制技术随着科学技术的不断进步，尤其是计算机技术的迅速发展，现代智能控制中的专家系统控制方法、模糊控制方法、人工神经网络控制方法和复合控制方法等，在埋弧焊生产过程中得到了广泛的应用。
焊接工艺高效化、焊接电源控制数字化、焊接质量控制智能化、焊接生产过程自动化己经是国内外焊接加工技术研究和应用的重要发展趋势。
进入21世纪，科学技术突飞猛进的发展，高效化焊接已经提到日程，埋弧焊焊接高效化己是国内外焊接技术研究和应用的重要方面。
以前在高效化焊接中主要以材料焊接方面的问题居多，随着冶金业的进步，焊材的可焊性提高，对线能量不再敏感，允许使用大电流焊接;另外，焊接过程机械化与自动化水平的提高，也要求提高焊接效率。
高速焊接和高熔敷率焊接是今后焊接技术的发展方向，而双丝高速高效焊接又是热点之一，它将在工业生产中得到越来越广泛的应用。
3埋弧焊实验3.1注意事项焊接时，先将焊丝由送丝机构送进，经导电嘴与焊件轻微接触，焊剂由漏斗口经软管流出后，均匀地堆敷在待焊处，把导电嘴及焊口埋在焊剂下面。
引弧后电弧将焊丝和焊件熔化形成熔池，同时将电弧区周围的焊剂熔化并有部分蒸发，形成一个封闭的电弧燃烧空间，密度较小的熔渣浮在熔池表面上，将液态金属与空气隔绝，有利于焊接冶金反应的进行。
随着电弧向前移动，熔池液态金属随之冷却凝固而形成焊缝，浮在表面上的液态熔渣也随之冷却而形成渣壳。