[科普中國]-埋弧自動焊

簡稱埋弧焊，是電弧在焊劑層下燃燒，用機械自動引燃電弧并進行控制，自動完成焊絲的送進和電弧移動的一種電弧焊方法。

原理埋弧自動焊技術指的是電弧在焊劑層之下進行燃燒從而進行機械的焊接的技術，埋弧焊的形成主要是在焊絲和焊件之間形成電弧，通過電弧的輻射熱的揮發(fā)從而使得周圍的焊絲進行焊接，在進行埋弧焊技術的焊縫的融化的過程中，由于部分由于高溫被蒸發(fā)掉，從而形成一個比較封閉的空間，從而隔絕電弧和外面的空氣，電弧砸在形成的封閉的空間內進行燃燒從而使得焊絲融化，形成滴狀而不斷落下，從而與焊件熔化形成的液態(tài)的金屬的混合物形成環(huán)節(jié)的熔化池，并且隨著焊接的進行，不斷把電弧向前變移動，由于電弧位置的變化，導致焊接池冷卻并凝固，從而一些重量比較小的熔渣就會漂浮在熔池的表面，形成渣殼的形式。

埋弧焊自動焊接技術和手動的焊接技術的最主要差別就是手動的焊接技術在引弧、使得電弧保持穩(wěn)定的形式進行燃燒、焊絲的送入和電弧的移動以及在結束焊接的操作時，對于弧坑的填滿的一系列的操作全都是靠著手動的形式進行操作的。

特點焊接生產(chǎn)率高埋弧自動焊所用焊接電流大，加上焊劑和熔渣的隔熱作用，熱效率高，熔深大，單絲埋弧焊在焊件不開坡口的情況下，一次可熔透20mm。焊接速度高，以厚度8-10mm的鋼板對接焊為例，單絲埋弧焊速度可達50-80cm/min，手弧焊則不超過10-13cm/min。

焊接質量好焊劑和熔渣的存在不僅防止空氣中的氮、氧侵入熔池，而且熔池較慢凝固，使液態(tài)金屬與融化的焊劑間有較多時間的冶金反應，減少了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。焊劑還可以向焊縫滲合金，提高焊縫金屬的力學性能。另外焊縫成型美觀。

勞動條件好焊接過程的機械化操作顯得更為便利，而且煙塵少，而且沒有弧光輻射，勞動條件得到改善。

由于埋弧焊采用顆粒狀焊劑，一般僅適用于平焊位置，其他位置的焊接則需采用特殊措施，以保證焊劑能覆蓋焊接區(qū)，埋弧自動焊主要適用于低碳鋼及合金鋼中厚板的焊接，是大型焊接結構生產(chǎn)中常用的一種焊接技術。1

風電塔筒生產(chǎn)中埋弧自動焊的應用塔筒設備是風電生產(chǎn)過程中常用的設備，其具有直徑大、高度高等特點，運輸難度較大，通常采取分段制作的方式，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場高強螺栓聯(lián)接安裝。制作塔筒類設備，由于此設備制作焊接量較大并且為了控制焊接質量，通常采取埋弧自動焊接技術，以確保項目施工的進度與質量。

一、風電塔筒的母材焊接性能分析

風電機組使用的塔筒，其主要是由鋼板卷制圓柱筒或圓錐筒組成，為筒形塔架，板材以低合金高強度結構鋼為主。單段塔筒高度在15 ～ 30m不等，重量在20 ～ 80t范圍內，焊縫長度較長。焊接遵循NB/T47013相關標準，焊接質量達到達到Ⅰ級。其母材焊接特性如下：法蘭材質為Q345E-Z25；筒體材質為Q345E，鋼板厚度為12 ～ 50mm，母材屈服強度≥325MPa，抗拉強度在470 ～ 630MPa范圍內，延伸率≥20。母材含碳在0.18%以下，適量添加Mo與Mn等合金元素，能夠確保材料的強度與韌性，采用合適的軋制工藝，能夠確保材料的綜合力學性能?；诖?，在進行風電塔筒制作時，要合理選擇焊接制作工藝，以確保塔筒質量。2

二、埋弧自動焊在風電塔筒中的具體應用

埋弧自動焊技術具有焊接電流大、焊接速度快等優(yōu)勢，其焊接效率高，輻射小，作業(yè)勞動強度比較低。埋弧焊為自動送絲，能夠確保焊接參數(shù)自動調節(jié)，對于焊接操作工藝的要求不高，適用于風電塔筒制作?，F(xiàn)對埋弧自動焊在塔筒制作中的應用要點，做以下分析：

1、焊接材料與設備的選擇

風電塔筒母材為Q345E，其低溫沖擊韌性要求相對較高，因此使用H10Mn2高錳焊絲，使用錳中硅焊劑。在焊接的過程中，由焊絲直接向焊縫金屬滲碳，利用還原反應，使得焊縫金屬能夠適量滲硅，確保焊縫金屬的沖擊韌度。對于厚板多層埋弧焊，考慮到母材具有裂紋傾向，因此配合使用SJ101焊劑。焊接設備使用MZ-1250型弧 焊電源， 焊接機頭為MZ-ZK1250。焊接滾輪架使用聚氨酯滾輪，以增加滾輪和工件之間的摩擦力，避免發(fā)生打滑情況。需要注意的是，滾輪架要無極調速，而且精度要高，調整范圍要寬，以確保能夠實現(xiàn)焊接速度調整。輔助工裝設備選擇龍門式風電發(fā)電塔架焊接支架，利用此平臺，埋弧焊機能夠隨車移動，滿足風電塔筒焊接需求，使用較為方便，能夠縮短焊接電纜，實現(xiàn)快速響應，確保焊接的質量。2

2、焊接工藝

1）坡口形式

通常來說，焊接坡口越大，焊接的難度越小，但會增加填充金屬的量，增加焊接工作量。焊接坡口越小，則焊接難度就越大，極易出現(xiàn)脫渣困難或者夾渣等情況。基于相關試驗研究表明，若板厚度δ≤16mm,一般采取不開坡口的方式，也就是Ⅰ形坡口，背面清根焊接 ；若板厚度δ在16 ～ 32mm范圍內，則采用V型坡口，角度為60°。若板厚度δ≥32mm，采用X型非對稱坡口，角度為55°，正面深度要控制在板厚的2/3。埋弧自動焊的應用，要合理選擇坡口，并且預留4 ～ 6mm厚的鈍邊。2

2）焊接參數(shù)

埋弧自動焊的應用，要合理設置焊接參數(shù)，包括焊接電流與電弧電壓等，充分考慮焊接實際情況，從設備能力與焊縫質量保證等因素方面入手，進行綜合考慮，通過焊接工藝評定合格后，才能夠作為制作指導。譬如 ：某塔筒廠，開展塔筒制作，母材厚度為46mm，采取埋弧自動焊，焊縫焊道布置如圖1所示，1焊道焊絲直徑為φ4.0/mm，電源種類DC，極性為RP，焊接電流520-570A，焊接速度為30-36min-1，焊接線能量≤34.0cm-1。2焊道焊絲直徑為φ4.0/mm，電源種類DC，極性為RP，焊接電流580-620A，焊接速度為32-34min-1，焊接線能量≤38.0cm-1。3-6焊道焊絲直徑為φ4.0/mm，電源種類DC，極性為RP，焊接電流620-670A，焊接速度為33-35min-1，焊接線能量≤38.0cm-1。2

三、 焊接質量的把控

在焊接作業(yè)前，需要做好烘干處理，烘干溫度控制在350℃左右，以消除結晶水，降低氫含量，避免焊縫出現(xiàn)氣孔或者裂紋等缺陷。同時需要做好坡口與金屬表面的清理工作，以露出金屬光澤為標準?？v向焊縫兩端要安裝規(guī)格大于150×100mm的引弧板與熄弧板，保證和焊縫平齊。在外環(huán)縫焊接過程中，焊縫距筒體最高點距離，要保持在25mm左右的偏移量，焊絲偏移能使其處于上坡焊的位置，要確保熔深與成形效果。每道環(huán)縫接頭要重疊100mm左右，各層接頭需要錯開。采取預設內傾的方式，結合運用高精度單節(jié)筒體制造以及無間隙組對等措施，做好法蘭變形控制，以確保能夠達到風電塔筒質量要求。

綜上所述，在風電塔筒生產(chǎn)中應用埋弧自動焊技術，從其實際應用效果來看，適用于塔筒生產(chǎn)。在實際應用的過程中，需要合理選擇焊接材料與設備，加強焊接質量的把控，確保能夠達到塔筒設計標準。埋弧自動焊接技術的應用，能夠加快生產(chǎn)速度，提升產(chǎn)品的質量，極具推廣應用價值。2

埋弧自動焊技術在鋼結構日型鋼的應用由于鋼結構的建筑都是很浪費人為、物為的，所以為了節(jié)約能源，在鋼結構的施工現(xiàn)場使用埋弧自動焊技術對H型鋼進行焊接，不僅可以提高鋼結構的工藝質量，還可以大大提高工人的工作效率，降低了手工電弧焊焊接H型鋼導致鋼梁出現(xiàn)扭曲變形或者焊接變形的現(xiàn)象的發(fā)生，大大降低了技術人員的勞動強度現(xiàn)在就以H型鋼為例進行埋弧自動焊技術的應用。

1）選用合適的焊接材料

吊車梁所使用的鋼的材質是Q315，對Q315鋼進行焊接角度的分析，可以得知其由于變冷容易導致裂紋的出現(xiàn)，所以在進行焊接時可以采用低氫型的焊接材料;但是由于焊接的接頭的強度應該和母材的強度相等，為了克服這點就可以選了E5015型的電焊條進行焊接。

2）用埋弧自動焊技術焊接的方法

在進行焊接操作之前，要注意清除焊接部位和坡口部位的氧化皮、水分、有無或者表面由于銹蝕產(chǎn)生的物質，若是有必要的話可以采用手工清除或者乙炔和氧共同烘烤的辦法在對翼緣板進行焊接操作之前，首先需要做的就是對其進行預熱，保持恒溫狀態(tài)30分鐘之后在進行預熱在進行H型鋼的焊接之前，由于其一般在有45度的傾斜角的焊接托架上進行，此時的焊絲保持的垂直的狀態(tài)，但是此時的熔池是出于水平的狀態(tài)，從而辦證了焊接的工藝和質量一般采用手工電弧焊的方式來進行封底焊的操作、在進行第一道焊縫的焊接時，需要注意的就是對封底焊的背面進行b弧氣刨的徹底清理，才能接下來進行下一步的操作，從而防止出現(xiàn)剛才的裂紋在進行焊裝時，需要加入熄弧板和引弧板，這樣可以避免出現(xiàn)焊接的缺陷為了避免出現(xiàn)焊接變形情況的出現(xiàn)，可以對每一根H型鋼采用施焊的焊接技術在進行第一道焊縫的焊接時要使用小規(guī)范進行操作。3

埋弧自動焊發(fā)展現(xiàn)狀由于埋弧自動焊具有較強的應用優(yōu)勢，包括焊接電流大與生產(chǎn)效率高等，在中厚板結構中應用，進行長焊縫焊接，具有較強的應用優(yōu)勢，適用于多種材料的焊接?，F(xiàn)階段，風電行業(yè)快速發(fā)展，需要生產(chǎn)大量的塔筒，來支撐風機運行，使得埋弧自動焊技術被廣泛的應用。其發(fā)揮著焊接速度快、工作效率高、焊接質量穩(wěn)定的作用，是手工焊的6-8倍，焊接合格率能夠達到99%，焊接工藝要求較低，適用的工況較多，在塔筒類設備生產(chǎn)中具有推廣價值。2

本詞條內容貢獻者為:

宋春霖 - 副教授 - 江南大學