[科普中国]-埋弧自动焊

简称埋弧焊，是电弧在焊剂层下燃烧，用机械自动引燃电弧并进行控制，自动完成焊丝的送进和电弧移动的一种电弧焊方法。

原理埋弧自动焊技术指的是电弧在焊剂层之下进行燃烧从而进行机械的焊接的技术，埋弧焊的形成主要是在焊丝和焊件之间形成电弧，通过电弧的辐射热的挥发从而使得周围的焊丝进行焊接，在进行埋弧焊技术的焊缝的融化的过程中，由于部分由于高温被蒸发掉，从而形成一个比较封闭的空间，从而隔绝电弧和外面的空气，电弧砸在形成的封闭的空间内进行燃烧从而使得焊丝融化，形成滴状而不断落下，从而与焊件熔化形成的液态的金属的混合物形成环节的熔化池，并且随着焊接的进行，不断把电弧向前变移动，由于电弧位置的变化，导致焊接池冷却并凝固，从而一些重量比较小的熔渣就会漂浮在熔池的表面，形成渣壳的形式。

埋弧焊自动焊接技术和手动的焊接技术的最主要差别就是手动的焊接技术在引弧、使得电弧保持稳定的形式进行燃烧、焊丝的送入和电弧的移动以及在结束焊接的操作时，对于弧坑的填满的一系列的操作全都是靠着手动的形式进行操作的。

特点焊接生产率高埋弧自动焊所用焊接电流大，加上焊剂和熔渣的隔热作用，热效率高，熔深大，单丝埋弧焊在焊件不开坡口的情况下，一次可熔透20mm。焊接速度高，以厚度8-10mm的钢板对接焊为例，单丝埋弧焊速度可达50-80cm/min，手弧焊则不超过10-13cm/min。

焊接质量好焊剂和熔渣的存在不仅防止空气中的氮、氧侵入熔池，而且熔池较慢凝固，使液态金属与融化的焊剂间有较多时间的冶金反应，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。焊剂还可以向焊缝渗合金，提高焊缝金属的力学性能。另外焊缝成型美观。

劳动条件好焊接过程的机械化操作显得更为便利，而且烟尘少，而且没有弧光辐射，劳动条件得到改善。

由于埋弧焊采用颗粒状焊剂，一般仅适用于平焊位置，其他位置的焊接则需采用特殊措施，以保证焊剂能覆盖焊接区，埋弧自动焊主要适用于低碳钢及合金钢中厚板的焊接，是大型焊接结构生产中常用的一种焊接技术。1

风电塔筒生产中埋弧自动焊的应用塔筒设备是风电生产过程中常用的设备，其具有直径大、高度高等特点，运输难度较大，通常采取分段制作的方式，运输到施工现场高强螺栓联接安装。制作塔筒类设备，由于此设备制作焊接量较大并且为了控制焊接质量，通常采取埋弧自动焊接技术，以确保项目施工的进度与质量。

一、风电塔筒的母材焊接性能分析

风电机组使用的塔筒，其主要是由钢板卷制圆柱筒或圆锥筒组成，为筒形塔架，板材以低合金高强度结构钢为主。单段塔筒高度在15 ～ 30m不等，重量在20 ～ 80t范围内，焊缝长度较长。焊接遵循NB/T47013相关标准，焊接质量达到达到Ⅰ级。其母材焊接特性如下：法兰材质为Q345E-Z25；筒体材质为Q345E，钢板厚度为12 ～ 50mm，母材屈服强度≥325MPa，抗拉强度在470 ～ 630MPa范围内，延伸率≥20。母材含碳在0.18%以下，适量添加Mo与Mn等合金元素，能够确保材料的强度与韧性，采用合适的轧制工艺，能够确保材料的综合力学性能。基于此，在进行风电塔筒制作时，要合理选择焊接制作工艺，以确保塔筒质量。2

二、埋弧自动焊在风电塔筒中的具体应用

埋弧自动焊技术具有焊接电流大、焊接速度快等优势，其焊接效率高，辐射小，作业劳动强度比较低。埋弧焊为自动送丝，能够确保焊接参数自动调节，对于焊接操作工艺的要求不高，适用于风电塔筒制作。现对埋弧自动焊在塔筒制作中的应用要点，做以下分析：

1、焊接材料与设备的选择

风电塔筒母材为Q345E，其低温冲击韧性要求相对较高，因此使用H10Mn2高锰焊丝，使用锰中硅焊剂。在焊接的过程中，由焊丝直接向焊缝金属渗碳，利用还原反应，使得焊缝金属能够适量渗硅，确保焊缝金属的冲击韧度。对于厚板多层埋弧焊，考虑到母材具有裂纹倾向，因此配合使用SJ101焊剂。焊接设备使用MZ-1250型弧 焊电源， 焊接机头为MZ-ZK1250。焊接滚轮架使用聚氨酯滚轮，以增加滚轮和工件之间的摩擦力，避免发生打滑情况。需要注意的是，滚轮架要无极调速，而且精度要高，调整范围要宽，以确保能够实现焊接速度调整。辅助工装设备选择龙门式风电发电塔架焊接支架，利用此平台，埋弧焊机能够随车移动，满足风电塔筒焊接需求，使用较为方便，能够缩短焊接电缆，实现快速响应，确保焊接的质量。2

2、焊接工艺

1）坡口形式

通常来说，焊接坡口越大，焊接的难度越小，但会增加填充金属的量，增加焊接工作量。焊接坡口越小，则焊接难度就越大，极易出现脱渣困难或者夹渣等情况。基于相关试验研究表明，若板厚度δ≤16mm,一般采取不开坡口的方式，也就是Ⅰ形坡口，背面清根焊接 ；若板厚度δ在16 ～ 32mm范围内，则采用V型坡口，角度为60°。若板厚度δ≥32mm，采用X型非对称坡口，角度为55°，正面深度要控制在板厚的2/3。埋弧自动焊的应用，要合理选择坡口，并且预留4 ～ 6mm厚的钝边。2

2）焊接参数

埋弧自动焊的应用，要合理设置焊接参数，包括焊接电流与电弧电压等，充分考虑焊接实际情况，从设备能力与焊缝质量保证等因素方面入手，进行综合考虑，通过焊接工艺评定合格后，才能够作为制作指导。譬如 ：某塔筒厂，开展塔筒制作，母材厚度为46mm，采取埋弧自动焊，焊缝焊道布置如图1所示，1焊道焊丝直径为φ4.0/mm，电源种类DC，极性为RP，焊接电流520-570A，焊接速度为30-36min-1，焊接线能量≤34.0cm-1。2焊道焊丝直径为φ4.0/mm，电源种类DC，极性为RP，焊接电流580-620A，焊接速度为32-34min-1，焊接线能量≤38.0cm-1。3-6焊道焊丝直径为φ4.0/mm，电源种类DC，极性为RP，焊接电流620-670A，焊接速度为33-35min-1，焊接线能量≤38.0cm-1。2

三、 焊接质量的把控

在焊接作业前，需要做好烘干处理，烘干温度控制在350℃左右，以消除结晶水，降低氢含量，避免焊缝出现气孔或者裂纹等缺陷。同时需要做好坡口与金属表面的清理工作，以露出金属光泽为标准。纵向焊缝两端要安装规格大于150×100mm的引弧板与熄弧板，保证和焊缝平齐。在外环缝焊接过程中，焊缝距筒体最高点距离，要保持在25mm左右的偏移量，焊丝偏移能使其处于上坡焊的位置，要确保熔深与成形效果。每道环缝接头要重叠100mm左右，各层接头需要错开。采取预设内倾的方式，结合运用高精度单节筒体制造以及无间隙组对等措施，做好法兰变形控制，以确保能够达到风电塔筒质量要求。

综上所述，在风电塔筒生产中应用埋弧自动焊技术，从其实际应用效果来看，适用于塔筒生产。在实际应用的过程中，需要合理选择焊接材料与设备，加强焊接质量的把控，确保能够达到塔筒设计标准。埋弧自动焊接技术的应用，能够加快生产速度，提升产品的质量，极具推广应用价值。2

埋弧自动焊技术在钢结构日型钢的应用由于钢结构的建筑都是很浪费人为、物为的，所以为了节约能源，在钢结构的施工现场使用埋弧自动焊技术对H型钢进行焊接，不仅可以提高钢结构的工艺质量，还可以大大提高工人的工作效率，降低了手工电弧焊焊接H型钢导致钢梁出现扭曲变形或者焊接变形的现象的发生，大大降低了技术人员的劳动强度现在就以H型钢为例进行埋弧自动焊技术的应用。

1）选用合适的焊接材料

吊车梁所使用的钢的材质是Q315，对Q315钢进行焊接角度的分析，可以得知其由于变冷容易导致裂纹的出现，所以在进行焊接时可以采用低氢型的焊接材料;但是由于焊接的接头的强度应该和母材的强度相等，为了克服这点就可以选了E5015型的电焊条进行焊接。

2）用埋弧自动焊技术焊接的方法

在进行焊接操作之前，要注意清除焊接部位和坡口部位的氧化皮、水分、有无或者表面由于锈蚀产生的物质，若是有必要的话可以采用手工清除或者乙炔和氧共同烘烤的办法在对翼缘板进行焊接操作之前，首先需要做的就是对其进行预热，保持恒温状态30分钟之后在进行预热在进行H型钢的焊接之前，由于其一般在有45度的倾斜角的焊接托架上进行，此时的焊丝保持的垂直的状态，但是此时的熔池是出于水平的状态，从而办证了焊接的工艺和质量一般采用手工电弧焊的方式来进行封底焊的操作、在进行第一道焊缝的焊接时，需要注意的就是对封底焊的背面进行b弧气刨的彻底清理，才能接下来进行下一步的操作，从而防止出现刚才的裂纹在进行焊装时，需要加入熄弧板和引弧板，这样可以避免出现焊接的缺陷为了避免出现焊接变形情况的出现，可以对每一根H型钢采用施焊的焊接技术在进行第一道焊缝的焊接时要使用小规范进行操作。3

埋弧自动焊发展现状由于埋弧自动焊具有较强的应用优势，包括焊接电流大与生产效率高等，在中厚板结构中应用，进行长焊缝焊接，具有较强的应用优势，适用于多种材料的焊接。现阶段，风电行业快速发展，需要生产大量的塔筒，来支撑风机运行，使得埋弧自动焊技术被广泛的应用。其发挥着焊接速度快、工作效率高、焊接质量稳定的作用，是手工焊的6-8倍，焊接合格率能够达到99%，焊接工艺要求较低，适用的工况较多，在塔筒类设备生产中具有推广价值。2

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学