材料成形工艺：埋弧焊

1Fig.12-4 Volt-ampere Characteristics of welding arcl在焊接电弧稳定燃在焊接电弧稳定燃烧的情况下烧的情况下,电弧电电弧电压和电流之间的关压和电流之间的关系系.（3 3）焊接电弧的静特性）焊接电弧的静特性第第10章章:金属连接成形的主要工艺 l影响因素影响因素:电弧长度电弧长度;周围气体种类周围气体种类;周围气周围气体介质压力体介质压力/502/503/5045Fig.12-5 Volt-ampere Characteristics of power sources（4 4）焊接电源的动特性）焊接电源的动特性l 在稳定状态下弧焊电源的输出电压和输出电在稳定状态下弧焊电源的输出电压和输出电流之间的关系流之间的关系.l 电弧稳定燃烧的条件电弧稳定燃烧的条件l 平平-降降 or陡降陡降;升升-平平 第第10章章:金属连接成形的主要工艺 64.焊接电弧中的能量平衡焊接电弧中的能量平衡电能电能(through arc)热能和光能热能和光能 弧柱区弧柱区 (1)产热产热:Kinetic energy of e heat energy (2)特点特点:i)Heat energy=IELc ii)producing Heat=losing Heat a)radiation b)conduction c)convection第第10章章:金属连接成形的主要工艺 7 阴极区阴极区 产热产热:eunder UkIUk 热损热损:i)eemissionIUw ii)eto columnIUT 能量平衡能量平衡:Pk=I(Uk-Uw-UT)阳极区阳极区 能量分量:i)eunder UAI UA ii)efrom KIUw iii)efrom column IUT能量平衡能量平衡:PA=I(UA+Uw+UT)第第10章章:金属连接成形的主要工艺 8讨论讨论:UT=(3/2e)KT=1.2910-4T If T=6000K then UT1;For I UA0 Thus:Pk=I(Uk-Uw),PA=IUw 应用应用:1)热阴极热阴极 Uk2Uw:Pk Uw:Pk PA第第10章章:金属连接成形的主要工艺 9 能量和温度分布能量和温度分布 能量密度能量密度:102104w/cm2 电流密度：电流密度：cathode:1061010A/m2 anode:106 109A/温度分布温度分布:different from those of energy density and current densityEnergy and Temperature Distribution第第10章章:金属连接成形的主要工艺 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE&TECHNOLOGY10/50内容提要l埋弧焊的原理、方法与应用l自动焊中的自动调节原理1112l埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，由于电弧掩埋在焊剂下燃烧，弧的方法，由于电弧掩埋在焊剂下燃烧，弧光不外露，因此称为埋弧焊，该方法都为光不外露，因此称为埋弧焊，该方法都为自动焊接方法，因此，该方法又称为焊剂自动焊接方法，因此，该方法又称为焊剂层下自动电弧焊或埋弧自动焊。层下自动电弧焊或埋弧自动焊。第第10章章:金属连接成形的主要工艺 13Fig.12-6 The submerged arc welding process 第第10章章:金属连接成形的主要工艺 14SAW film第第10章章:金属连接成形的主要工艺 151)埋弧焊的特点、应用独特的电弧型式独特的电弧型式;焊接质量优良焊接质量优良;工作条件好工作条件好;生产效率高生产效率高;多丝多丝更好的调节灵敏性更好的调节灵敏性;Arc form第第10章章:金属连接成形的主要工艺 16应用领域应用领域:l适用于大型焊件的制造适用于大型焊件的制造;l 用于造船和大型建筑用于造船和大型建筑,铁路机车和管道建设铁路机车和管道建设;l 用于碳钢用于碳钢,合金钢合金钢,不锈钢不锈钢,耐热钢耐热钢,镍基合金镍基合金,铜合金的焊接铜合金的焊接;l 用于堆焊用于堆焊;l 1.5mm;第第10章章:金属连接成形的主要工艺 17 弱点弱点:l 仅平焊位置仅平焊位置l 不适用于铸铁，奥氏体锰钢，高碳不适用于铸铁，奥氏体锰钢，高碳工具钢，铝，镁及合金工具钢，铝，镁及合金第第10章章:金属连接成形的主要工艺 /5018（）焊剂（）焊剂l具有良好的保护性能和冶金性能；具有良好的保护性能和冶金性能；氧，氮，氢；合金化氧，氮，氢；合金化l具有良好的工艺性能具有良好的工艺性能稳弧、造渣、成形、脱渣；重复使用稳弧、造渣、成形、脱渣；重复使用l分类分类熔炼、烧结、粘结熔炼、烧结、粘结高锰、高硅、低氟高锰、高硅、低氟）埋弧焊的焊剂、焊丝及其选配/5019(2)(2)焊丝焊丝l实芯，实芯，1.6-6mm.1.6-6mm.l碳钢碳钢;合金结构钢合金结构钢;有色金属有色金属;堆焊堆焊(3)(3)焊丝和焊剂与焊接钢种的配合焊丝和焊剂与焊接钢种的配合l低碳钢低碳钢 高锰高硅低氟高锰高硅低氟 H08MnAH08MnAl低合金高强钢低合金高强钢 中锰中硅低氟中锰中硅低氟oror低锰中硅低低锰中硅低氟氟 低合金高强度钢焊丝低合金高强度钢焊丝l耐热钢耐热钢,低温钢低温钢 中锰中硅中锰中硅l不锈钢不锈钢 低锰高硅中氟低锰高硅中氟第10章:金属连接成形的主要工艺 203）埋弧焊过程调节系统nAutomatic(Self-propelled):n使用按纽使用按纽,继电器继电器,电机和机械系统电机和机械系统.n To achieve:i)起弧起弧arc starting,ii)送丝送丝wire feeding,iii)焊接小车的移动焊接小车的移动tractor moving,iv)自动焊接自动焊接welding and v)自动断弧自动断弧arc off(extinguishing)automatically第第10章章:金属连接成形的主要工艺 21Why automatic control in arc welding?外界干扰外界干扰(i)外特性的变化（外特性的变化（网压波动）网压波动）(ii)静特性的变化静特性的变化【弧长波动（焊件不平、装配不良、定位焊点、送弧长波动（焊件不平、装配不良、定位焊点、送丝速度不均匀）丝速度不均匀）】弧长变化扰动影响最大弧长变化扰动影响最大使工作点波动造成焊接电流和电压点波动使工作点波动造成焊接电流和电压点波动/5022l熔化焊弧长自动控制系统分二类：熔化焊弧长自动控制系统分二类：1 1）实时调节焊接电源的输出电流，改变焊丝）实时调节焊接电源的输出电流，改变焊丝熔化速度，控制弧长；熔化速度，控制弧长；利用电弧自身负反馈利用电弧自身负反馈特性特性2 2）焊丝送进速度，适应焊丝熔化速度而保持）焊丝送进速度，适应焊丝熔化速度而保持弧长；弧长；弧压反馈调节送丝速度弧压反馈调节送丝速度第10章:金属连接成形的主要工艺 23(1)等速送丝埋弧焊自身调节系统(Constant wire-feeding consumable arc welding)原理原理:电弧自身内反馈电弧自身内反馈 if:LcUa,IaVmLc(back)等速送丝自身调节系统静特性等速送丝自身调节系统静特性:Vf=Vm(arc is stable)Vm=KiIakuUa Ia=Vf/Ki+（Ku/Ki）Ua （10-1.2.3）第第10章章:金属连接成形的主要工艺 24l等熔特性曲线等熔特性曲线(“C”)Fig.10-7a等熔特性等熔特性:1)Vf=Vm on the line 2)dw,lcKi,Ku:Ia=Vf/Ki(等电流曲线等电流曲线 图中图中1)Ia is proportional to Vf 3)Vf“C”right I Le“C”left I dw“C”right I第第10章章:金属连接成形的主要工艺 25调节分析调节分析:In working point O0,Vf=VmO arc is stableO0 O1In point O1,Ia1Ia0;Ua1Vm0 For Vf=constantby self-adjusting effect,L1 L0,O1 O0(return)第第10章章:金属连接成形的主要工艺 26Ia Ia、Ua Ua 的调节方法的调节方法:“C”(Vf)Ia电源外特性电源外特性 Ua 第第10章章:金属连接成形的主要工艺 27(2)电弧电压反馈调节系统l 调节原理:Vf=f(Ua),laUaVfLaUa(back)l调节特性:Vf=k(Ua-Uc)auicuaIKKKUKKKU28auicuaIKKKUKKKUa straight line“A”系统静特性系统静特性:i)Vf=Vm on the lineii)Uc“A”,Uc“A”iii)dw,Le tg第第10章章:金属连接成形的主要工艺 29调节过程调节过程 Fig12-10bif l0 l1i)UaVf l feedback controlii)U,IVm1Vm0l self-adjusting第第10章章:金属连接成形的主要工艺 30调节器调节器 i)发电机发电机-电动机系统电动机系统 ii)晶体管整流晶体管整流-电动机系统电动机系统 由电工原理由电工原理:Vf=K(UaUc)调节器的输入、输调节器的输入、输出静态特性方程出静态特性方程31Ia,Ua 调节方法调节方法:“A”Ua“电源外特性”IaThe system is not suitable for thinner wire第第10章章:金属连接成形的主要工艺 32第第10章章:金属连接成形的主要工艺 33第第10章章:金属连接成形的主要工艺 /504）埋弧焊工艺及技术l焊缝形状描述l工艺参数 焊缝形状 力学性能34/50(1)焊缝成形的控制3536/50焊接电流的影响l 37a)800A b)1200A c)1600A 40V 30mm/min/50电弧电压的影响38/50焊接速度的影响39/50焊丝直径的影响4041（2）对接接头的埋弧焊技术42433.船形接头和搭接接头的埋弧焊技术/504.双丝，多丝埋弧焊4445/50应用实例4647/5048/5049/5050