埋弧焊工艺及影响因素

埋弧焊时使用的焊接材料为焊丝和焊剂。与焊条电弧焊用的电焊条中焊芯和药一样，焊丝与焊剂直接参与焊接过程中的冶金反应，它们的化学成分和物理特性都会影响焊接的工艺过程，并通过焊接过程对焊缝金属的化学成分、组织和性能发生影响。正确选择焊丝并与焊剂配合使用是埋弧焊接技术的一项关键内容。

（一）焊缝形状与尺寸及对其影响的因素

焊缝的形状与尺寸影响到焊缝的质量和工作性能，焊接时必须进行控制。

焊缝形状是指焊接接头中经熔化及随后冷凝而形成焊缝的截面形状，它由焊接熔池形状所决定。一般用熔深H、焊缝宽度B和余高a三个参数来表征焊缝的形状和尺寸，如图4-31所示。

1.焊缝成形系数

熔深H反映焊接的熔透程度，它决定着焊接接头的承载能力，是说明焊缝质量的重要指标之一。焊缝宽度B不直接反映接头的承载能力，但它和熔深H构成的焊缝的基本形状却影响着焊缝的质量，常用焊缝成形系数φ＝B/H来描述。当φ小时，说明焊缝窄而深，这样的焊缝往往在熔池金属冷凝过程中气体难以逸出而易产生气孔，同时熔池的结晶方向有利于焊接裂纹的生成。另外，这样的焊缝反映其焊接热量较集中，其接头的热影响区较小。当φ大时，说明焊缝浅而宽，这样的焊缝根部不易焊透。通常埋弧焊接头的焊缝成形系数φ＞1.3较为合理。若是埋弧堆焊，为了保证堆焊层成分和高的堆焊生产率，其焊缝成形系数φ一般要求较大，可达10。

图4-31　常见焊缝形状与尺寸

2.余高系数

焊后焊缝产生凹陷是不允许的。焊缝余高是为了避免熔池金属凝固时产生凹陷而留出的工艺允许偏差，它的存在还能增大焊缝工作截面，从而提高其承受静载的能力。但是，余高过大，则在焊趾处引起应力集中，使接头的疲劳寿命下降。所以要加以限制，使余高a与焊缝宽度B应有一个合理的比例关系，常用余高系数——B与a之比（即B/a）来表示这种关系。一般要求B/a＞4～8，为了提高焊件的疲劳寿命，最好的办法是把对接接头的焊缝余高去掉，或把角焊缝焊成凹面的或者焊后加工焊趾，使余高向母材平滑过渡，如图4-32所示。

3.焊缝熔合比

熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的体积分数称焊缝熔合比。可见熔合比γ可用下式表示：

γ＝Fm/（Fm＋FH）

图4-32　高疲劳寿命的焊缝表面形状

式中　Fm、FH——母材熔化的横截面积和填充金属熔敷的横截面积（mm2）。

熔合比γ随坡口和熔池的形状与尺寸的改变而改变，在焊接中碳钢、合金钢和有色金属时，可以通过改变熔合比的大小来调整焊缝的化学成分和组织，这是防止焊缝产生冶金缺陷、提高焊缝力学性能的有效途径。

（二）影响焊缝形状及尺寸的因素

影响焊缝形状及尺寸的因素可归纳为焊接工艺参数、工艺因素和结构因素三方面。

1.焊接工艺参数

埋弧焊接的工艺参数主要是焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

1）焊接电流

其他条件不变时，做平面堆焊，焊接电流对焊缝形状及尺寸的影响如图4-33所示。熔深H几乎与焊接电流成正比，即H＝KmI，Km为熔深系数，它随电流种类、极性、焊丝直径以及焊剂化学成分而异。对φ2和φ5焊丝实测的Km值分别为1.0～1.7和0.7～1.3，这些数据可作为按熔深要求初步估算焊接电流的出发点。其余条件相同时，减小焊丝直径，可使熔深增加而缝宽减小。为了获得合理的焊缝成形，通常在提高焊接电流的同时，相应地也提高电弧电压。

图4-33　焊接电流对焊缝成形的影响

B—焊缝宽度；H—熔深；a—余高

2）电弧电压

在其他条件不变的情况下，电弧电压对焊缝形状及尺寸的影响如图4-34所示。电弧电压与电弧长度有正比关系，埋弧焊接过程中为了电弧燃烧稳定总要求保持一定的电弧长度，若弧长比稳定的弧长偏短，意味着电弧电压相对于焊接电流偏低，这时焊缝变窄而余高增加；若弧长过长，即电弧电压偏高，这时电弧出现不稳定，缝宽变大，余高变小，甚至出现咬边。在实际生产中电弧电压和电流的关系，在焊接电流增加时，电弧电压也相应增加，或熔深增加的同时，熔宽也相应增加。但是，在每一挡焊接电流上约有10V的电压变动范围，较低的电压焊出窄焊道，而较高电压将焊出宽焊道，超出10V的工作范围焊缝金属的质量下降。

图4-34　电弧电压对焊缝成形的影响

3）焊接速度

在其他条件不变的情况下，焊接速度对焊缝形状及尺寸的影响如图4-35所示。提高焊接速度则单位长度焊缝上输入热量减小。加入的填充金属量也减少，于是熔深减小、余高降低和焊道变窄。过快的焊接速度减弱了填充金属与母材之间的熔合并加剧咬边、电弧偏吹、气孔和焊道形状不规则的倾向。较慢的焊接速度使气体有足够时间从正在凝固的熔化金属中逸出，从而减少气孔倾向。但过低的焊速又会形成易裂的凹形焊道，在电弧周围流动着大的熔池，引起焊道波纹粗糙和夹渣。

图4-35　焊接速度对焊缝成形的影响

实际生产中为了提高生产率，在提高焊接速度的同时必须加大电弧的功率（即同时加大焊接电流和电弧电压保持恒定的热输入量），才能保证稳定的熔深和熔宽。

2.工艺因素

主要指焊丝倾角、焊件斜度和焊剂层的宽度与厚度等对焊缝成形的影响。

1）焊丝倾角

通常认为焊丝垂直水平面的焊接为正常状态，若焊丝在前进方向上偏离垂线，如产生前倾或后倾，其焊缝形状是不同的，后倾焊熔深减小，熔宽增加，余高减少，前倾恰相反，如图4-36所示。

2）焊件倾斜

图4-36　焊丝倾角对焊缝形状及尺寸的影响

图4-37　焊件倾斜对焊缝形状及尺寸的影响

（a）上坡焊；（b）平焊；（c）下坡焊

图4-38　侧面倾斜对焊缝形状的影响

其是指焊件倾斜后使焊缝轴线不处在水平线上，出现了上坡焊或下坡焊。上坡焊随着斜角β增加，重力引起熔池向后流动，母材的边缘熔化并流向中间，熔深和熔宽减小，余高加大。当倾斜度β＞6°～12°，则余高过大，两边出现咬边，成形明显恶化，如图4-37a所示。应避免上坡焊，或限制倾角小于6°（约1∶10）。下坡焊效果与上坡焊相反，若β过大，焊缝中间表面下凹，熔深减小，熔宽加大，就会出现未焊透、未熔合和焊瘤等缺陷。在焊接圆筒状工件的内、外环缝时，一般都采用下坡焊，以减少烧穿的可能性，并改善焊缝成形。厚1.3mm薄板高速焊接，β＝15°～18°。下坡焊效果好。随着板厚增加，下坡焊斜角相应减少，以加大熔深。侧面倾斜也对焊缝形状造成影响，如图4-38所示。一般侧向倾斜度应限制在3°（或1∶20）内。

3）焊剂层厚度

在正常焊接条件下，被熔化焊剂的重量约与被熔化的焊丝的重量相等。焊剂层的厚度对焊缝外形与熔深的影响如图439所示。焊剂层太薄时，则电弧露出，保护不良，焊缝熔深浅，易生气孔和裂纹等缺陷。过厚则熔深大于正常值，且出现峰形焊道。

图4-39　焊剂层厚度对焊缝形状的影响

（a）焊剂层太薄；（b）正常；（c）焊剂层太厚

在同样条件下用烧结焊剂焊的熔深浅宽大，其熔深仅为熔炼焊剂的70%～90%。

4）焊剂粗细

焊剂粒度增大时，熔深和余高略减，而熔宽略增，即焊缝成形系数φ、余高系数β增大，而熔合比γ稍减。

5）焊丝直径

在其他工艺参数不变的情况下，减小焊丝直径，意味着焊接电流密度增加，电弧窄因而焊缝熔深增加，宽深比减小，如图4-40所示。

图4-40　焊丝直径对堆焊焊缝形状及尺寸的影响

（碳钢埋弧焊U＝30V，I＝600A，V＝76cm/min）

6）极性

直流正极性（焊件接正极）焊缝的熔深和熔宽比直流反接的小，而交流电介乎两者之间。

综合上述各焊接工艺参数对焊缝形状的影响见表4-18。

表4-18　工艺参数对焊缝形状和焊缝组成比例的影响（交流电焊接）

3.结构因素

其主要指接头形式、坡口形状、装配间隙和工件厚度等对焊缝形状和尺寸的影响。表4-19列出了其他焊接条件相同的情况下，坡口形状和装配间隙对对接接头焊缝形状的影响。

通常是增大坡口深度或宽度时，或增大装配间隙时，则相当于焊缝位置下沉，其熔深略增，熔宽略减，余高和熔合比则明显减小。因此，可以通过改变坡口的形状、尺寸和装配间隙来调整焊缝金属成分和控制焊缝余高。留或不留间隙与开坡口相比，两者的散热条件有些不同，一般开坡口的结晶条件较为有利。

表4-19　接头的坡口形状与装配间隙对焊缝形状的影响

对T形接头和搭接接头的角焊缝，若处在船形位置平焊，其焊缝形状就相当于开90°角的V形坡口对接焊缝的形状相同。若水平横焊，角焊缝的形状还要受到焊条运条的角度、速度和方式的影响。

工件厚度t和散热条件对焊缝形状也有影响，当熔深H≤（0.7～0.8）t时，则板厚与工件散热条件对熔深影响很小，但散热条件对熔宽及余高有明显影响。用同样的工艺参数在冷态厚板上施焊时，所得的焊缝比在中等厚度板上施焊时的熔宽较小而余高较大。当熔深接近板厚时，底部散热条件及板厚的变化对熔深的影响变得明显。焊缝根部出现热饱和现象而使熔深增大。

（三）焊接接头设计与坡口加工

1.焊接接头设计

埋弧焊接头应是根据结构特点（主要是焊件厚度）、材质特点和埋弧焊工艺特点综合考虑后进行设计。最常用的接头形式是对接接头、T形接头、搭接接头和角接头。每一种接头的焊缝坡口的基本形式和尺寸现已标准化。对于碳钢和低合金钢埋弧焊焊接接头的坡口是按工件不同厚度从标准《埋弧焊的推荐坡口》（GB/T985.2—2008）中选用，为了正确地选用或者由于特殊的需要而必须自行设计接头坡口形式和尺寸时，应掌握如下要点：

（1）根据埋弧焊熔深大的特点，最经济的是不开坡口的，又称I形坡口的接头设计。这样的接头如果采用单道焊接的话，通过调节装配间隙和背面加或不加衬垫，就可焊接不同厚度范围的钢板。

如果不留间隙和背面不加衬垫进行单面单道焊，一般可焊到厚为8mm的钢板，最高可达14mm进行；双面单道焊一般可达16mm的钢板。如果留一定间隙且背面采用某种形式的衬垫，单面单道焊的厚度可达12mm以上，随间隙加大一次可焊厚度也随之增加。

（2）接头开坡口的目的主要是为了使焊丝很好地接近接头根部，保证熔透。此外还可改善焊缝成形、调整母材的熔合比和焊缝金属结晶形态等。若结构只能做单面焊，则开V形或U形坡口；若可做两面施焊，可开双V形（或X形）或双U形坡口。在同样厚度下，V形坡口较U形坡口消耗较多的填充金属，板愈厚，消耗愈多。但U形坡口加工费较高。

一般情况下，板厚为12～30mm时，开单V形坡口，30～50mm时可开双面V形（即X形）口，20～50mm时可开U形坡口，50mm以上时可开双面U形坡口。

（3）无论是坡口焊缝还是角焊缝的焊接，在装配时一般都给定装配间隙，主要是为了保证根部熔透和改善焊缝外形。确定装配间隙时，要考虑坡口形状和尺寸以及背面有无衬垫等情况。如果所开坡口的角度较小，则须加大装配间隙。但是，过大的间隙易烧穿，还需较多的焊缝填充金属，增加焊接成本和焊件的变形。通常装配间隙不应大于焊丝直径。如果间隙过小，则在焊缝根部易发生未焊透或夹渣。双面焊时就会增加背面清根的工作量。

对多道焊在施焊第一焊道时，如果背面有焊接衬垫，其间隙可以加大，坡口角可相应减小。

钝边主要是用来补充金属的厚度，可避免烧穿的倾向，如果采用永久性焊接衬垫单面焊时，建议不用钝边。

（4）对双面单道开坡口对接接头焊接时，如果先焊面与后焊面采用同样的工艺参数，则其坡口形状和尺寸要做适当调整，如图4-41所示的实例。

图4-41　双面单道开坡口对接接头的设计

Ⅰ（先焊面）：I＝1250A，U＝38V，V＝20cm/min；
Ⅱ（后焊面）：I＝1250A，U＝38V，V＝20cm/min

2.坡口加工

坡口的加工可以用机械方法和热切割方法进行。机械加工的坡口，加工后坡口处要去油污，热切割后要去熔渣。埋弧焊的坡口要求加工精度较高，坡口角度的允许偏差一般不大于±5°，钝边高不大于±1mm。

（四）组装和定位焊1.接头组装

接头组装是指组合件或分组件的装配，它直接影响焊缝质量、强度和变形。当厚板埋弧焊时需严格控制组装质量，接头必须均匀地对准，并具有均匀的根部间隙，应严格控制错边和间隙的允许偏差。当出现局部间隙过大时，可用性能相近的焊条电弧焊修补。不允许随便塞进金属垫片或焊条头等。

2.定位焊

定位焊是为装配和固定焊件接头的位置而进行的焊接。通常由焊条电弧焊来完成，使用与母材性能相接近而抗裂抗气孔性能好的焊条。焊缝的位置一般在第一道埋弧焊缝的背面，板厚＜25mm的定位焊缝长50～70mm，间距300～500mm，板厚＞25mm，其焊缝长70～100mm，间距200～300mm。施焊时注意防止钢板变形，对高强度钢、低温钢易产生焊缝裂纹，焊前要预热。焊后需清渣，有缺陷的定位焊缝在埋弧焊前必须除掉，还必须保证埋弧焊也能将定位焊缝完全熔化。

（五）引弧板与引出板

为了在焊接接头始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面，和焊条电弧焊一样在直的接缝始、末端焊前装配一块金属板，开始焊接用的板称引弧板，结束焊接用的板称引出板，用后再把它们割掉。

通常始焊和终焊处最易产生焊接缺陷，如焊瘤、弧坑等，使用引弧板和引出板就是把焊缝两端向外延长，避免这些缺陷落在接头的始、末端，从而保证了整条焊缝质量稳定均匀。

图4-42　开槽引出板及其连接方式

1—焊件；2—连接焊缝；3—引出板

引弧板和引出板宜用与母材同质材料，以免影响焊缝化学成分，其坡口形状和尺寸也应与母材相同。平板长对接缝由于有定位焊拘束存在等原因，焊时易产生终端裂纹，对于板厚在25mm以下的焊件，推荐采用开槽的引出板，如图4-42所示。引弧板和引出板尺寸的确定，是在长度方面要足以保证工件的焊缝金属在接头的两端有合适的形状，宽度方面足以支托所需的焊剂。

（六）焊接衬垫与打底焊

为了防止烧穿、保证接头根部焊透和焊缝背面成形，沿接头背面预置的一种衬托装置称焊接衬垫。埋弧焊接用的衬垫有可拆的和永久的，前者属临时性衬垫，焊后须拆除掉；后者与接头焊成一体，焊后不拆除。

1.永久衬垫

其是用与母材相同的材料制成的板条或钢带，简称垫板。在装配间隙过大时，如安装现场，最后合拢的接缝其间隙不易控制的情况下，可采用这种衬垫，目的是为了防止焊时烧穿，附带作用是便于装配；在单面焊时，焊后无法从背面拆除衬垫的情况下也可采用。垫板的厚度视母板厚度而定，一般在3～10mm，其宽度在20～50mm。为了固定垫板，须采用短的断续定位焊；垫板与母材板边须紧贴，否则根部易产生夹渣。不等厚板对接时可用锁边坡口，如图4-43所示，其作用与垫板相同。

图4-43　带锁边坡口的接头

永久衬垫成为接头的组成部分使接头应力分布复杂化，主要在根部存在应力集中。垫板与母材之间存在缝隙，易积垢纳污引起腐蚀，重要的结构一般不用。

2.可拆衬垫

根据用途和焊接工艺而采用各种形式的可拆衬垫，平板对接时应用最多的是焊剂垫和焊剂 铜垫，其次是移动式水冷铜衬垫和热固化焊剂垫。

1）焊剂垫

双面埋弧焊焊接正面第一道焊缝时，在其背面常使用焊剂垫以防止烧穿和泄漏。图4-44是其中两种结构形式，适用于批量较大、厚度在14mm以上的钢板对接。单件小批量生产时，可使用较为简易的临时性工艺垫，进行反面焊时须把临时工艺垫去掉。

图4-44　焊剂垫

1—焊件；2—焊剂；3—帆布；4—充气软管；5—橡皮膜；6—气槽压板；7—气槽

单面焊用的焊剂垫必须既要防止焊接时烧穿，还要保证背面焊道强制成形。这就要求焊剂垫上托力适当且沿焊缝分布均匀，否则会出现如图4-45所示的缺陷。

图4-45　焊剂垫上托力不正常引起的缺陷

2）焊剂-铜垫

单面焊背面成形埋弧焊工艺常使用的衬垫之一，是在铜垫表面上撒上一层约3～8mm焊剂的装置，如图4-46所示。铜垫应带沟槽，其形状和尺寸见表4-20。沟槽起强制焊缝背面成形作用，而焊剂起保护铜垫作用，其颗粒宜细些，牌号可与焊正式焊缝用的相同。这种装置对焊剂上托力均匀与否不甚敏感。

图4-46　焊剂 铜垫的截面

表4-20　铜垫截面尺寸　　（mm）

3）水冷铜垫

铜热导率较高，直接用作衬垫有利于防止焊缝金属与衬垫熔合。铜衬垫应具有较大的体积，以散走较多热量防止熔敷第一焊道时发生熔化。在批量生产中应做成能通冷却水的铜衬垫，以排除在连续焊接时积累的热量。铜衬垫上可以开成形槽以控制焊缝背面的形状和余高。不管有无水冷却，焊接时不许电弧接触铜衬垫。长焊缝焊接可以做成移动式的水冷铜垫，如图4-47所示。它是一块短的水冷铜滑块，其长度以焊接熔池底部能凝固不焊漏为宜，把它装在焊件接缝的背面，位于电弧下方，靠焊接小车上的拉紧弹簧，通过焊件的装配间隙（一般3～6mm）将其强制紧贴在焊缝背面。随同电弧一起移动，强制焊缝背面成形。这种装置适于焊接6～20mm板厚的平对接接头。其优点是一次焊成双面成形，使生产效率提高，缺点是铜衬垫磨损较大，填充金属消耗多。

图4-47　移动式水冷成形铜滑块结构

1—铜滑块；2—铜板；3—拉片；4—拉紧滚轮架；5—滚轮；6—夹紧调节装置；7—顶杆

此外，还有利用陶瓷焊垫，其主要成分为氧化硅和氧化铝，呈中性，既不熔入熔池，也不与焊缝金属发生反应。

3.打底焊道

焊接有坡口的对接接头时，在接头根部焊接的第一条焊道，称打底焊道。使用打底焊道的主要目的是保证埋弧焊能焊透而又不至于烧穿。其作用与焊接衬垫基本相同。通常是在难以接近、接头熔透或装配不良、焊件翻转困难而又不便使用其他衬垫方法时使用。焊接方法可以是焊条电弧焊、等离子弧焊或TIG焊等。使用的焊条或填充焊丝必须使其焊缝金属具有相似于埋弧焊焊缝金属的化学成分和性能。打底焊道尺寸应足够大，以承受住施工过程中所施加的任何载荷。焊完打底焊道之后，须打磨或刨削接头根部，以保证在无缺陷的清洁金属上熔敷第一道正面埋弧焊缝。

如果打底焊道的质量符合要求，则可保留作为整个接头的一部分。焊接质量要求高时，可在埋弧焊缝完成之后用氧气切割、碳弧气刨或机械加工方法将此打底焊道除掉。然后再焊上永久性的埋弧焊缝。

（七）焊前和层间的清理

在焊接前须将坡口和焊接部位表面锈蚀、油污、氧化皮、水分及其他对焊接有害物质清除干净，方法可以是手工清除，如钢丝刷、风动或电动的手提砂轮或钢丝轮等；也可用机械清除，如喷砂（丸）等，或用气体火焰烘烤法（将母材表面加热到200～315℃）。大批量生产的情况下，常安排焊前预处理工序。

在熔敷下一焊道之前，必须将前一焊道熔渣、表面缺陷、弧坑以及焊接残余物，用刷、磨、锉、凿等方法去除掉。

（八）自动埋弧焊接常规工艺与技术

熔深大是自动埋弧焊接的基本特点，若不开坡口不留间隙对接单面焊，一次能熔透14mm以下的焊件，若留5～6mm间隙就可熔透20mm以下的焊件。因此，可按焊件厚度和对焊透的要求决定是采用单面焊还是双面焊，是开坡口焊还是不开坡口焊。

1.对接焊缝单面焊（工艺）

当焊件翻转有困难或背面不可达而无法进行施工的情况下须做单面焊。无须焊透的工艺最为简单，可通过调节焊接工艺参数、坡口形状与尺寸以及装配间隙大小来控制所需的熔深，是否使用焊接衬垫则由装配间隙大小来决定。要求焊透的单面焊必须使用焊接衬垫，使用焊接衬垫的方式与方法前面已述及。应根据焊件的重要性和背面可达程度而选用。

2.对接焊缝双面焊

工件厚度超过12～14mm的对接接头，通常采用双面埋弧焊，不开坡口可焊到厚20mm左右，若预留间隙，厚度可达到50mm。

焊接第一面时，所用的埋弧焊工艺和技术与前述单面焊不要求焊透的相似，有悬空、在焊剂垫上焊和临时工艺垫焊等方法。

1）悬空焊

一般不留间隙或留不大于1mm的间隙，若双面只焊一道并要求焊透的话，第一面焊接的熔深约为焊件厚度的一半，反面焊接的熔深要求达到焊件厚度的60%～70%，以保证完全焊透。

2）在焊剂垫上焊

焊接第一面时，采用预留间隙不开坡口的方法最经济，应尽量采用。所用的焊接工艺参数应保证第一面的熔深超过焊件厚度的60%～70%，待翻转焊件焊反面焊缝时，采用同样的焊接工艺参数即能保证完全焊透。

3）在临时工艺垫上焊

通常是单件或小批量生产时，而不开坡口预留间隙对接双面焊时使用临时性工艺垫。若正反面采用相同焊接工艺参数，为了保证焊透则要求每一面焊接时熔深达板厚的60%～70%。反面焊之前应清除间隙内的焊剂和焊渣。

3.角焊缝的埋弧焊焊剂工艺

焊接T形接头、搭接接头和角接接头的角焊缝时，最理想的焊接方法是船形焊，其次是横角焊。

1）船形焊

其是把角焊缝处于平焊位置进行焊接的方法，相当于开90°V形坡口平对接焊，如图4-48所示，通常采用左右对称的平焊（角焊缝两边与垂线各成45°），适于焊脚尺寸大于8mm的角焊缝的埋弧焊接。一般间隙不超过1～1.5mm，否则必须采取衬垫以防烧穿或铁水和熔渣流失的措施。

2）横角焊

图4-48　角焊缝的船形焊

图4-49　横角焊

焊脚尺寸小于8mm可采用横角焊或者当焊件的角焊缝不可能或不便于采用船形焊时，也可采用横角焊，如图4-49所示。这种焊接方法有装配间隙也不会引起铁水或熔渣的流淌，但焊丝的位置对角焊缝成形和尺寸有很大影响。一般偏角α在30°～40°，每一道横角焊缝截面积一般不超过40～50mm2。相当于焊脚尺寸不超过8mm×8mm，否则会产生金属溢流和咬边。大焊脚尺寸须用多道焊，图4-50为双道焊的工艺。

图4-50　双道角焊缝横焊工艺

4.筒体对接环焊缝

锅炉、压力容器和管道等多为圆柱形筒体，筒体之间对接的环焊缝常采用自动埋弧焊来完成，一般都要求焊透。

若双面焊，则先焊内环缝后焊外环缝。焊接内环缝时，焊接接头须在筒体内部施焊，在背（外）面采用焊剂垫，图4-51是其中一种示意图。在焊接外环缝之前，必须对已焊内环缝清根，最常用的方法是碳弧气刨，既可清除残渣和根部缺陷，还开出沟槽，像坡口一样保证熔透和改善焊缝成形。外环缝的焊接是机头在筒体外面上方进行，不须放焊接衬垫，如图4-52所示。为了保证内外环缝成形良好和焊透，使焊接熔池和熔渣有足够的凝固时间，焊接时，焊丝都应根据筒体直径大小，在逆筒体旋转方向偏离其形心垂线一个距离e。偏距e可参考表4-21选用。

图4-51　内环缝埋弧焊示意图

图4-52　外环缝埋弧焊示意图

表4-21　筒体环缝埋弧焊焊丝的偏距e（mm）

5.薄板埋弧焊

当焊件厚度小于3mm时，采用埋弧焊困难较大，主要是要求焊接的电弧功率小，电弧燃烧不稳定。因此，必须使用细焊丝，和直流正接电源。为了防止烧穿须使用焊接衬垫如永久衬垫或焊剂 铜垫等，此外要严格控制装配间隙和焊接工艺参数，表4-22为供参考的工艺参数。

表4-22　薄板自动埋弧焊工艺参数

（续表）

薄板容易变形，定位焊的点距要适当短些。产量大时最好使用焊接夹具（如电磁平台上），在刚性固定下施焊。

（九）高效埋弧焊接工艺与技术

同时使用两根以上焊丝完成同一条焊缝的埋弧焊称为多丝埋弧焊。它既能保证获得合理的焊缝成形和良好的焊缝质量，又可大幅度提高焊接生产率。目前工业上应用最多的是双丝和三丝埋弧焊，在特殊情况下可用到十几根焊丝的埋弧焊。

根据焊丝的数量、焊丝之间的相对排列方式以及焊接电源的连接方式的变化，就可以获得不同技术与经济效果的多丝埋弧焊接系统。

以双丝埋弧焊为例，它的两根焊丝之间的排列有横列式和纵列式两种，如图4-53所示。横列式是一根焊丝位于另一根焊丝的一侧沿着焊接方向移动，它可以焊出较宽的焊缝，这对于装配不良的接头焊接或表面堆焊很有利；纵列式是沿着焊接方向一前一后向前移动，当两焊丝靠近（一般在10～30mm）时，两电弧共形成一个大熔池，其体积大，存在时间长，冶金反应充分，有利于气体逸出，冷凝过程不易生气孔等缺陷。当前后焊丝远离（一般大于100mm）时，两熔池则分离，如图4-54所示，后随电弧不是作用在基本金属上，而是作用在前导电弧已熔化而又凝固的焊道上。同时后随电弧必须冲开已被前一电弧熔化而尚未凝固的熔渣层，若前后焊丝使用不同的焊接电流和电压，就可以控制焊缝成形。通常使前导电弧获得足够大的熔深，使后随电弧获得所需的缝宽。这种方法很适合水平位置平板拼接的单面焊背面成形工艺，对于厚板大熔深的焊接也十分有利。

图4-53　双丝埋弧焊焊丝排列方式

（a）横列式；（b）纵列式

图4-54　纵列式双丝埋弧焊的示意图

（a）单熔池；（b）双熔池（分列电弧）

双丝埋弧焊可以由一个电源同时供给两根焊丝用电。这种情况通常采用较小直径的焊丝，从一个共用导电嘴送出。两根焊丝靠得较近，形成一个长形熔池，以改善熔池的形状特征，在保持适当的焊道外形的情况下可以加快焊接速度。这种焊接工艺可以进行角焊缝的横焊和船形焊，以及对接坡口焊缝焊，其熔敷率比一般单丝埋弧焊高40%以上，其焊接速度对薄件比单丝埋弧焊快25%以上，对厚件快50%～70%；由于焊接热输入小，可以减小焊接变形，对热影响区韧性要求高而对热敏的高强钢焊接很有利。

双丝埋弧焊两根焊丝对于只用一个电源供电的连接有两种不同的接法，图4-55是并联连接，而图4-56则为串联连接。并联连接的双丝是从各自的焊丝盘通过单一的焊接机头送出，而串联连接的两根焊丝既可以分别由两个送丝机构送进，也可以由同一个送丝机使两焊丝同步进出，焊接电源输出的两根电缆分别接到每根焊丝上。焊接时，电流从一根焊丝通过焊接熔池流到另一根焊丝。焊件与电源之间并不连接，几乎所有焊接能量都用于熔化焊丝，而很少进入工件中。因此这种连接很适于在母材上熔敷具有很小稀释率的堆焊层。

图4-55　单电源的双丝埋弧焊（并联）

图4-56　单电源的双丝埋弧焊（串联）

每一根焊丝对应都有一台焊接电源供电的多丝埋弧焊属多电源连接，这时每根焊丝有各自的送丝机构、电压控制机构和焊丝导电嘴，这样的焊接系统，可调节的参量多，如焊丝排列方式与相互位置、电弧电压、焊接电流和电源类型等都可以根据需要进行调节，因而可以获得最理想的焊缝形状和最高的焊接速度。电流类型可以是直流或交流，或者交、直流联用。使用直流电可以利用极性，而使用交流可使焊丝之间的磁偏吹减到最小。国产双丝埋弧焊机多数是前导焊丝用直流电，后随焊丝用交流电。三丝埋弧焊通常也是前导焊丝用直流电，后随焊丝用交流电，即DC—AC—AC方式。

用不同的焊接电流和电压，就可以控制焊缝成形。通常使前导电弧获得足够大的熔深，后随电弧获得所需的缝宽，对于厚板大熔深的焊接十分有利。

总之，多丝埋弧焊可以通过调节焊丝之间排列方式与间距、各焊丝的倾角和电弧功率获得所需焊缝形状和尺寸。焊接生产率随焊丝的增加而提高。