第10章电渣焊

1、第10章 电渣焊 电渣焊(ElectroslagWelding) 是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的熔焊方法。 根据使用的电极形状，电渣焊可以分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊等，其中，丝极电渣焊应用最普遍。 本章将讲述电渣焊的原理及特点、焊接材料，重点介绍了丝极电渣焊设备及焊接工艺，并简要介绍板极电渣焊、熔嘴电渣焊、管极电渣焊、电渣压力焊等方法。 101 电渣焊的原理、特点及应用 1011电渣焊的工作原理 以丝极电渣焊为例，工作原理如图l0-1所示。 焊前先把焊件垂直放置两焊件问预留一定问隙焊件上、下两端分别装好引弧槽板 和引出板，焊件两侧表面装强迫成形装置。焊接开始时，焊丝

2、与引弧板短路起弧，然后加入适量的焊剂，电弧的热量使焊剂熔化形成液态熔渣，熔渣温度1600-2000，渣池深度达到一定时，增加焊丝送进速度并降低焊接电压，焊丝插人渣池，电弧熄灭，转入电渣焊接过程。随着熔池的不断上升，焊丝送进装置和强追成形装置亦随之不断提升，焊接过程因而得以持续进行。 图l0一l 电渣焊原理示意图 a)立体示意图b)断面图1一焊件2一金属熔池3一渣池4一导电嘴 5一焊丝6一强迫成形装置7一引出板 8一金属熔滴9一焊缝10一引弧槽 10.1.2 电渣焊的特点 与其他熔化焊方法比，电渣焊有如下特点 1适宜垂直位置焊接 2厚大焊件能一次焊接成形 3生产率高 4焊缝成形系数和熔合比调节范

3、围大 5渣池对焊件有较好的预热作用 6焊缝和热影响区昌粒粗大 10.1.3 电渣焊的类型及其应用 电渣焊是一种高效的焊接方法，适宜于大壁厚、大断面的各类箱形、筒形等重型结构，通过焊、锻焊或铸一焊等结构可取代整锻、整铸结构，可克服铸、锻设备吨位的限制和不足。 根据所采用电极的形状和电极是否固定，电渣焊的类型： 丝极电渣焊、 熔嘴电渣焊、 板极电渣焊、 管极电渣焊 电渣压力焊等。10.2 电渣焊热过程和结晶组织的特点 10.2.1 电渣焊热源及热过程的特点 (1)熔渣的电导率与温度相关 电渣焊热源的温度比一般电弧焊低得多，分布也不均匀。 (2)热源区呈锥体 由于电流主要是通过电极末端经过熔渣流到金

4、属熔池，而电极末端截面积小，金属熔池面积较大，所以焊接电流比较集中流过的区域呈锥形。 (3)高温停留时间长，热影响区宽 由于大厚度焊件是一次焊成，焊接速度缓慢，焊接热输人大，且母材是在较长时间内逐渐升温，因此电渣焊时的高温停留时间长，加热及冷却速度比电弧焊低的多。 10.3 电渣焊用焊接材料 10.3.1 焊剂 电渣焊用焊剂的主要作用与一般埋弧焊用焊剂不同。 电渣焊过程中焊剂熔化形成熔渣后，依靠其电阻使电能转化成熔化填充金属和母材的热能，该热能还起到预热焊件、延长金属熔池存在时间和使焊缝金属缓冷的作用，而不像埋弧焊用焊剂那样还要具有对焊缝金属合金化的作用。 对电渣焊用焊剂的要求是：对电渣焊用焊

5、剂的要求是： (1)必须能容易、迅速地形成熔渣熔渣要有适当的导电性，但导电性也不能过高，否则将增加焊丝周围的电流分流而减弱高温区内熔渣的对流作用，导致熔宽减小甚至产生未焊透。 (2)液态熔渣应具有适当的粘度 粘度过大时，易在焊缝金属中产生夹渣和咬肉现象；粘度太小时，熔渣易从焊件与滑块之间的缝隙中流失，严重时会导致焊接中断。 电渣焊焊剂一般由硅、锰、钛、钙、镁和铝的复合氧化物组成，不要求通过焊剂向焊缝掺合金。 电渣焊焊剂见表l0-l。HJ360较HJ431适当提高了CaF：的含量，而降低了Si02的含量，使熔渣的导电性和电渣过程的稳定性得到改善。 HJl70中Ti02的含量大，焊剂在固态下具有导

6、电性，属导电焊剂，在电渣焊造渣阶段，利用其电阻热使焊剂加热熔化，完成造渣过程，待渣池建立后再根据需要添加其他焊剂。 10.3.2 电极材料 电渣焊过程中，向焊缝金属掺加合金一般不通过焊剂，而主要是通过调整电极材料的合金成分来实现对焊缝金属化学成分和力学性能的控制。 在选择电渣焊电极时应考虑到母材对焊缝的稀释作用 104丝极电渣焊设备 10.4.1丝极电渣焊设备的组成 丝极电渣焊设备由焊接电源、机械机构和控制系统三部分组成，其中，机械机构为焊接执行机构，包括机头、水冷成形滑块、导轨、焊丝盘等。 如图l0-8所示。 图l09是丝极电渣焊示意图。 10.4.2焊接电源 电渣焊多采用交流电源。为保持稳

7、定的电渣过程及减小网路电压波动的影响，电渣焊电源应避免出现电弧放电过程或电渣一电弧混合过程，否则将破坏正常的电渣过程。 10.4.3机头 丝极电渣焊机头包括送丝机构、摆动机构及升降机构。 10.4.5控制系统 丝极电渣焊的控制系统，主要由送丝电动机、送丝速度控制器、机头摆动控制器、升降机构控制器以及电流表、电压表等组成，以完成焊接过程的自动调节及对焊接参数的控制。 10.4.4 10.4.4 水冷成形滑块水冷成形滑块 水冷成形滑块又称强迫成形装置。水冷成形滑块一般用纯铜板制成。图l0-l0至图10-12是3种不同形式的成形滑块。10.5 丝极电渣焊工艺 10.5.2 焊接参数的选择 丝极电渣焊

8、的主要焊接参数有：焊接电流，、焊接电压U、渣池深度和装配间隙。等； 焊接参数有：焊丝直径d、焊丝根数n、焊丝伸出长度f、焊丝摆动速度、焊丝在水冷成形滑块附近的停留时间和距水冷成形滑块距离等。 这些参数中焊丝直径d、焊丝根数n对焊接生产率有较大影响，焊丝距水冷成形滑块距离对焊透及焊缝外观成形有较大影响，其余参数影响不大。 1主要焊接参数的影响 (1)焊接电流(或焊丝送进速度) 在电渣焊过程中，焊接电流与焊丝送进速度成严格的正比关系，如图l014所示。 焊丝送进速度q增大，熔池变深，熔宽增大；当”，超过一定数值时熔宽反而减小。熔池变深和熔宽减小对结晶方向不利，抗热裂性能降低，飞溅亦增加。 (2)焊

9、接电压U U增大，熔宽增大；U过小，易产生未焊透，渣池温度降低，焊丝 易与熔池短路，飞溅增加；U过大，焊丝易与渣池表面发生电弧 (3)渣池深度h h减小，熔宽增大，h过浅，焊丝在渣池表面易发生电弧；h过深，焊丝易与金属熔池短路，发生熔渣飞溅，也易产生未焊透、未熔合等缺陷。 (4)装配间隙c c增大，熔宽增大，渣池易于稳定；c过小，渣池难于控制，电极易与工件短路，电渣过程稳定性差，易产生缺陷。 2 2一般焊接参数的影响一般焊接参数的影响 (1)(1)焊丝直径焊丝直径d d d d增大，熔宽增加，生产率提高，增大，熔宽增加，生产率提高，但操作困难，易产生缺陷；但操作困难，易产生缺陷；d d过小，电

10、渣过程稳定过小，电渣过程稳定性较差。一般采用的焊丝直径为性较差。一般采用的焊丝直径为3mm3mm。 (2)(2)焊丝数目焊丝数目n n 焊丝数目增多焊丝数目增多, ,熔宽均匀性好熔宽均匀性好, ,生生产率高，但操作复杂，准备时间长。产率高，但操作复杂，准备时间长。 (3)(3)焊丝间距焊丝间距 焊丝间距对熔宽均匀性影响大，焊丝间距对熔宽均匀性影响大，选取不当时易产生裂纹或未焊透。选取不当时易产生裂纹或未焊透。 (4)(4)焊丝伸出长度焊丝伸出长度 L L增大增大, ,电流略有减小电流略有减小, ,可通过可通过调节调节l l来少量调节焊接电流；来少量调节焊接电流；L L过长，会降低焊丝过长，会降

11、低焊丝在间隙中位置的准确性，影响熔宽的均匀性，严在间隙中位置的准确性，影响熔宽的均匀性，严重时会产生未焊透；重时会产生未焊透；L L过短，飞溅易堵塞导电嘴，过短，飞溅易堵塞导电嘴，一般选用一般选用50-60mm50-60mm。 (5)(5)焊丝摆动速度焊丝摆动速度 摆动速度增加，熔深略减小，摆动速度增加，熔深略减小，熔宽均匀性好。熔宽均匀性好。10.5.3 焊接操作工艺 1接头制备接头制备 焊件待焊边缘的加工质量、表面状态和装配时错边量的大小对接头质量有重要影响。 2焊接工卡具准备焊接工卡具准备 每次电渣焊前都要对水冷成形滑块进行认真检查。首先检查水冷成形滑块与焊件间是否有明显的缝隙，保证焊接

12、过程中不产生漏渣。此外应检查进出水方向，确保水冷成形滑块下端进水，上端出水。防止焊接时水冷成形滑块内产生蒸汽，造成爆渣、伤人事故。 3引弧槽与引出板引弧槽与引出板 焊件底部应装有引弧槽，在引弧槽内建立渣池。引弧槽应有一定的高度。在焊缝结尾处应装引出板，用以将渣池引出，并避免在收尾处产生缩孔、裂缝等缺陷。 4焊接过程焊接过程 电渣焊过程一旦开始之后就应连续进行，直到结束。焊前应作好一切准备。(1)引弧造渣引弧造渣是从引弧开始到形成稳定渣池的过程。建立渣池可利用固态导电焊剂或依靠电弧熔化焊剂。(2)正常焊接严格按照工艺进行控制，保持焊接参数稳定在预定值，保持焊丝在间隙中的正确位置，注意检测渣池深度

13、，均匀添加焊剂，保持电渣过程稳定。 (3)收尾阶段进入收尾阶段后，应逐渐降低焊接电压和焊接电流，焊接结束后应立即割去定位板、引弧槽、引出板，表面缺陷要尽快清理、焊补。10.6 其他电渣焊简介 10.6.1板极电渣焊板极电渣焊 板极电渣焊采用金属板条为电极，焊接时板极经送进机构不断地向熔池中送进。根据被焊件的厚度，可采用一块或数块金属板作电极进行焊接，如图l0-l9所示。 板极在焊接过程中无需作横向摆动，因而板极电渣焊设备及工艺简单。 10.6.2 熔嘴电渣焊 熔嘴电渣焊的电极为固定在接头间隙中的熔嘴(通常由钢板和钢管点焊而成)和不断向熔池中送进的焊丝构成，图l0-20所示。 根据焊接厚度的不同

14、，可采用单个或多个熔嘴。 由于熔嘴不用送进，可以制成与焊接断面相似的形状，因而使这种方法适宜于焊接变截面的工件。 10.6.3 管极电渣焊管极电渣焊 管极电渣焊是熔嘴电渣焊的一个特例。其不同点是用一根涂有药皮的管子代替熔嘴板，如图l0-22所示。管极涂料具有一定的绝缘性能，用以防止管极与焊件发生电接触。 由于管极与焊件绝缘，装配间隙可以缩小，因而管极电渣焊可节省焊接材料，提高焊接生产率。 10.6.4 电渣压力焊 电渣压力焊主要用于钢筋混凝土建筑工程中竖向钢筋的连接，所以也叫钢筋电渣压力焊，其原理如图10-25所示。 它具有电弧焊、电渣焊和压力焊的特点，属于熔化压力焊的范畴。钢筋电渣压力焊时，

15、将两钢筋安放在竖直位置，采用对接形式，利用焊接电流通过端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生的电弧热和电阻热熔化钢筋端部，最后加压完成连接。 焊接过程包括引弧过程、电弧过程、电渣过程、顶压过程四个阶段。 1引弧过程引弧过程 上、下钢筋分别与电源的两个输出端相接，钢筋端部埋于焊剂之中，两端面之间留有一定间隙。 引弧方法有两种： 一是直接引弧法，将上钢筋下压，使其与下钢筋接触并立即上提产生电弧； 另一种方法是铁丝圈引弧法，在两钢筋的间隙中预先安放一个高10mm的引弧铁丝圈或者一个高约lOmm的焊条芯，焊接电流通过时，由于铁丝(或焊条芯)细，电流密度大，能立即熔化、蒸发，产生电离而引弧。

16、2电弧过程电弧过程 焊接电弧在两钢筋之间燃烧时。熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂形成熔渣(渣池)覆盖于熔池之上。熔池受到熔渣和焊剂蒸汽的保护，隔绝了与空气的接触。为了保持电弧的稳定，上钢筋应不断下送，送进速度应与钢筋熔化速度相适应。 3电渣过程电渣过程 随着电弧过程的延续，两钢筋端部熔化量增加，熔池和渣池加深，待达到一定深度时，加快上钢筋的下送速度，使其端部直接与渣池接触，这时，电弧熄灭，电弧过程变为电渣过程。 4顶压过程顶压过程 待电渣过程产生的电阻热使上下两钢筋的端部达到整个断面均匀加热的时候，迅速将上钢筋向下顶压，液态金属和熔渣全部挤出，随即切断电源，焊接结束。冷却后打掉渣壳，露出带金属光

17、泽的接头，如图l0-26所示。10.7 电渣焊常见的缺陷及其防止 1电渣焊常见的缺陷电渣焊常见的缺陷 电渣焊接头常见缺陷有热裂纹、冷裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等，如图10-27所示。 (I)热裂纹热裂纹 热裂纹一般不伸展到焊缝表面，多数分布在焊缝中心,也有的分布在等轴晶区与柱状晶区交界处。热裂纹表面多呈氧化色彩,有的裂纹中有夹渣。 (2)冷裂纹冷裂纹 冷裂纹多存在于母材或热影响区,有的冷裂纹由热影响区或母材向焊缝中延伸,冷裂纹在焊接结构表面即可发现,裂纹表面有金属光泽。 (3)未焊透未焊透 母材没有熔化,与焊缝之间有一定的缝隙,内部有夹渣,在焊缝表面即可发现。 (4)未熔合未熔合 尽管母

18、材已熔化,但焊缝金属与母材没有熔合,中间有夹渣。未熔合一般在焊缝表面即可发现,但也有不延伸至焊缝表面的。 (5)气孔气孔 氢气孔在焊缝断面上呈圆形,在纵断面上沿焊缝中心线方向生长,多集中于焊缝局部地区;一氧化碳气孔在焊缝横截面上呈密集的蛹形,在纵截面上沿柱状晶方向生长,一般分布在整条焊缝。 (6)夹渣夹渣 常存在于焊缝中或熔合线上,多呈圆形。2.2.缺陷产生的原因及预防措施缺陷产生的原因及预防措施(1)(1)热裂纹热裂纹产生的原因有：热裂纹热裂纹产生的原因有： 焊丝送进速度过大,熔池过深,母材中的S、P等杂质元素含量过高,焊丝选用不当,引出部分裂纹主要是由于焊接结束时送丝速度没有逐步降低。应采

19、取的预防措施主要有：降低焊丝送进速度,降低母材中s、P等杂质元素含量,选用抗热裂纹性能好的焊丝,焊接结束前应逐步降低焊丝送进速度等。(2)(2)冷裂纹冷裂纹产生的原因有：冷裂纹冷裂纹产生的原因有： 焊接应力过大,金属较脆,沿着焊接接头的应力集中处开裂;结构复杂,焊缝多,没有进行中间热处理;焊缝中存在未焊透、未熔合等缺陷;焊接过程中断,咬口处没及时补焊等。应采用的预防措施主要有;结构设计时应避免焊缝密集,避免中间停焊； (3)未焊透未焊透产生的原因有：未焊透未焊透产生的原因有： 焊接电压过低，焊丝送进速度太快或太慢，渣池太深，电渣过程不稳定，焊丝或熔嘴距水冷成形滑块太远或在装配间隙中位置不正确。应采用的预防措施主要有：选择适当的焊接参数，稳定电渣过程，使焊丝或熔嘴与水冷成形滑块问的距离及在焊缝中的位置符合工艺要求。 (4)未熔合未熔合产生的原因有：未熔合未熔合产生的原因有： 焊接电压过高，送丝速