初學者在埋弧自動焊操作實驗中遇到的問題及解決辦法

馬磊鋒，王玉安，蔣應田，史旭龍，房中華

(遼寧石油化工大學 材料學院，遼寧 撫順 113001)

0 前言

埋弧自動焊是一種高效的自動焊接方法，因其焊接電流大、焊縫質量好、焊接效率高、焊工操作環境好[1]，且對焊接操作者的具體操作技術要求不高而在現代大中型焊接生產制造企業得到了廣泛的應用。鑒于此，該項技術成為各中高等學校焊接專業教學中的必修內容。雖然從表面上看，埋弧焊的操作技術很簡單，但是，要想真正熟練掌握該項技術，還需要下一番功夫從理論技術和操作實踐上全面去領會和積累。關于埋弧焊的書籍和文獻目前非常多，但是從初學者角度出發介紹埋弧自動焊操作要領及經驗的文獻較少，在此以MZ-1000-1埋弧自動焊機為例，從一個本科學生首次接觸埋弧自動焊接操作者的體會出發，談一下埋弧自動焊接學習過程和一點膚淺體會，供廣大同學借鑒。

1 埋弧機的組成及焊接原理

在進行埋弧焊操作實踐之前，建議同學們對埋弧焊機組成及焊接原理進行必要的學習。

埋弧焊接系統由三部分組成焊接電源、焊接行走小車、控制系統。先進一點的埋弧焊機將焊接行走小車和控制系統組合為一體，即焊接小車[2]。其焊接過程如圖1所示。焊劑由焊機漏斗流出后，堆敷在組裝好的工件待焊接區域。焊絲由送絲滾輪和導電嘴送入焊接電弧區。焊接電源的兩端分別接在導電嘴和工件上形成電回路。送絲機構、焊機漏斗及控制盤一般裝在一起。焊接過程以及焊接參數的調整都可通過小車控制盤上的按鈕開關和參數旋鈕進行自動控制。

圖1 埋弧自動焊接過程

在焊接過程中時，電弧是在焊劑層下持續地燃燒形成一個電弧空腔。在空腔內，電弧燃燒既熔化了焊絲，又熔化了母材形成一定的熔深，同時電弧也將熔化部分焊劑。這樣熔化的焊絲、母材、焊劑在電弧磁力的強烈攪拌下混合在一起，進行復雜的氧化、還原等化學反應后最終形成焊縫和覆蓋在焊縫表面的熔渣。為了保持焊接過程形成的焊縫均勻性，要求在焊接過程中各項焊接參數保持相對穩定。對于焊接速度，控制直流伺服電機的電樞電壓恒定就可以實現。而對于電弧長度則要求電弧燃燒系統或送絲系統應具有一定的調節能力。這一調節能力可根據選用的焊絲直徑以及電源外特性采用電弧自身調節或電弧電壓調節。對于細焊絲（直徑小于3 mm）可采用電弧自身調節系統；粗焊絲可采用弧壓反饋調節系統。教學焊機采用的是3 mm的粗焊絲，因此，采用的是弧壓反饋調節系統。弧壓反饋一般由接在導電嘴與工件底線上的細導線組成。因此，在焊接之前需要檢查反饋線是否接觸良好。

在焊絲自動送進電弧區的同時小車在行走伺服電機的驅動下，按照事先設定的焊接速度沿著焊接預定路徑行走從而形成焊縫。為保證焊接時的引弧和收弧質量，一般要求在焊接試板的兩端安裝引弧板和收弧板。焊接引弧應從引弧板上起弧，在收弧板進行收弧。收弧時，只需要按下正常停止按鈕，焊機就進入停止程序，這時小車和送絲電機停止，而電弧繼續燃燒進行填充弧坑。當弧坑填滿且電弧電壓升高到設定值（大約為55 V）時，控制箱中的弧壓繼電器吸合而斷開焊接電源的輸出。在焊接之前，要嚴格根據工件厚度、焊接質量以及焊縫成形要求按照事先制訂的焊接工藝參數進行焊接電流、電壓、焊接速度等參數的調整，原則上在焊接過程中不予調整。在焊接過程中，焊劑從焊機漏斗沿導管送出覆蓋在電弧區實現埋弧過程。焊接過程中，未融化的焊劑可通過回收系統或人工清掃的方式進行回收再使用。

2 埋弧焊接之前的安全操作及工藝準備

在進行埋弧焊操作之前，同學們應掌握一定的操作安全技術和工藝準備。現將埋弧自動焊操作安全技術要點歸結如下：

（1）焊接電源、控制箱的殼體必須可靠接地；焊接行走小車應與工件有良好的絕緣。

（2）接通焊機的網絡電源三相380 V電壓后，不可觸及焊機的輸入接線端，以免發生觸電事故。

（3）焊接之前要仔細檢查焊接主回路的導線是否接觸良好，如有松動，應使用扳手擰緊，防止因焊接電流大時在松動點出現發熱或打火。

（4）對于直流焊接，要檢查控制箱面板上的焊接極性開關是否和焊接極性接法一致，不一致的話，會造成電壓反饋信號無法與送絲電機給定電壓比較，無法實現弧壓反饋調節過程，送絲電機一直翻轉，焊絲回抽。對于交流焊接，該項無須檢查。如果利用埋弧焊機進行手弧焊接的話，需要極性開關打反，且將送絲電機給定電壓設定為零。

（5）開始焊接前，應仔細檢查焊機小車行走軌道上可能造成小車與焊件短路隱患點。在焊接過程中，要仔細觀察焊車行走和電弧燃燒的穩定情況，避免焊接過程中出現短路，造成中斷焊接。

（6）焊接之前，要檢查被焊接工件與工作臺（地線接在工作臺時）是否接觸良好，最好利用夾具將焊接件與工作臺夾持住，這樣既可導電，又可以防止工件變形引起兩者間接觸點的變動。在引燃電弧前，應檢查焊劑的堆覆蓋情況，焊劑的堆覆量要合適，以埋住電弧為宜。

（7）當焊絲與焊件粘連后，不要急于用手去拉焊絲，以免被熱焊絲灼傷；應采用焊絲專用剪刀將焊絲剪斷，消除焊劑。露出工件金屬，重新引弧焊接。

工藝準備：埋弧焊接之前，需要做一定的工藝準備工作，如焊劑的烘干、焊絲的油銹清理（鍍銅焊絲可以不用清理）、焊絲盤中的焊絲填充、工件焊接區域的污物清理、工件坡口的加工以及組對等。對于初學練習，前面所述部分工作可以省略。

3 埋弧焊操作過程中的心理準備

埋弧焊的焊接電流比其他弧焊方法要大，通常在400～800 A。雖然在進行埋弧焊接之前，很多同學都進行過焊條電弧焊、TIG焊以及CO2焊接，但是這些焊接方法焊接電流一般都在100～200 A。在初次焊接練習過程中，有時會因為引弧要領掌握不好出現工件打火或焊機因抽絲或頂絲出現焊機傾斜時，加劇了同學的恐懼心理。克服這一心理障礙的前提是，在指導老師的精心指導和示范操作與講解下，同學認真聽指導老師的講解，牢記操作要領，鼓足勇氣大膽實踐。

4 埋弧焊操作的基本程序

在埋弧焊操作之前，首先應熟悉焊機控制箱面板上的所有開關和旋鈕的作用及使用。圖2所示為MZ-1000-1焊機的控制箱面板實物圖。其次，應該熟悉焊機的機械系統及調節。最后，通過焊接操作來熟悉焊接不同條件下的焊接參數。根據實驗操作過程，列出基本的操作程序供同學們參考。

圖2 埋弧自動焊控制箱面板實物

（1）焊前準備主要包括：根據工件厚度、焊接位置及焊接條件設計坡口形式及坡口加工、焊接部位的清理、裝配要求等。

（2）根據焊件材料及質量要求確定焊接材料，這里指焊絲及其規格、焊劑類型及其型號。并根據焊接質量要求，確定焊劑的烘干溫度及烘干時間。必要的話，還需要對焊絲進行除銹油等準備工作。

（3）檢查設備，主要檢查電纜接線是否牢固可靠。其次，檢查弧壓反饋系統是否正常。最后檢查焊接極性開關與工件極性接法一致性，檢查焊接參數的設定是否滿足工藝。

（4）調節機頭高度，相應地確定了焊絲的干伸長。埋弧焊的焊絲干伸長度是指焊絲從導電嘴出口到電弧根部之間的焊絲長度。焊絲干伸長度在電流通過時產生的電阻熱對焊絲起到預熱作用，因此，需要根據焊絲的熔敷效率進行適當調整，此外它直接影響到電弧電壓的高度，因為干伸長度電阻電壓包含在弧壓反饋中。

（5）根據引弧方式確定焊絲與工件的接觸情況。對于埋弧焊，一般采用短路回抽引弧法，可通過焊絲上下點動開關調節焊絲與工件輕接觸，使其有較大的短路電阻。

（6）合上小車離合器，打開焊機漏斗閘門或者利用鐵鏟將焊劑均勻掩埋到預焊接區域。根據小車行走方向將小車方向開關置于相應位置，并將小車預調開關置于自動位置。

（7）按下焊接按鈕AN3啟動焊接，焊接過程中可以轉換電壓檢測開關，在控制箱電壓表上檢測電弧電壓或小車行走電機的電樞電壓。

（8）焊接到工件引出板，按下停止按鈕實現正常焊接停止。

（9）回抽少量焊絲，使焊絲端頭離開焊接區域。同時松開離合器，推動小車離開收弧區域。清掃未熔化焊劑，敲去渣殼觀察焊縫成形情況。

5 埋弧焊操作中出現的問題及其解決辦法

在埋弧焊的初次操作實踐過程中，因為對于操作要領不熟悉或缺乏經驗可能會出現引弧失敗或其他問題，在此列舉初次學習中遇到的幾種情況供同學們借鑒。

（1）采用短路回抽引弧，焊絲與工件輕微接觸。但是啟動焊接開關后，電弧不能引燃且小車被頂起形成左傾斜。原因是，工件與工作臺間未實現接觸，沒形成主回路，形成假短路回抽狀態，此時，引弧過程變為慢送絲引弧過程，在按下啟動開關后，慢送絲導致小車頂起形成左傾斜。因此，需要檢查工件與工作臺的接觸情況。工件與工作臺間未接觸可能是工件因焊接變形翹起后與工作臺之間進入焊劑所致，也有可能是工件尺寸太小（學生操作練習時多使用小塊焊接試板）或工件背面油銹太厚所致。

（2）采用短路回抽引弧，焊絲與工件間處于輕微接觸。但是啟動焊接開關后，電弧不能引燃且工件被拉起。原因是，工件與工作臺接觸不良，主回路雖然形成，但是工件與工作臺間接觸不良導致主回路電阻大，減小了短路電流，在焊絲引弧處的電阻熱量過小，不足以熔化短路接觸點。此外因該處熱量少，鋼板溫度低散熱快，回抽動作尚未形成，熔化的焊絲端頭快速凝固無法提起焊絲。在反饋電壓為零的情況下，送絲電機持續回抽，若工件尺寸小，重量輕時，工件將被拉起。若工件較重，會導致機頭被拉下出現小車右側傾斜。

（3）采用短路回抽引弧，焊絲與工件接觸。啟動焊接開關后，電弧不能引燃且工件被拉起。原因是，焊絲與工件接觸太緊，導致短路電阻太小。電源接通后短路電流在焊絲引弧處的電阻熱量過小，不足以熔化短路接觸點。而當鋼板溫度低散熱快時，熔化的焊絲端頭快速凝固，回抽動作無法提起焊絲。在反饋電壓為零的情況下，送絲電機持續回抽，若工件尺寸小，重量輕時，工件將被拉起。若工件較重，會導致機頭被拉下出現小車右側傾斜。

（4）當采用慢送絲短路回抽引弧時，有兩種情況出現，第一種情況為出現左傾斜，原因有兩種情況：一是由于工件與工作臺間未接觸所致，原因同（1）一樣。第二種原因是可能焊絲頂到顆粒較大的焊劑上。第二種情況為出現右傾斜或工件被拉起情況，原因如同（3）。

（5）當采用慢送絲短路回抽引弧時，按下啟動開關后立即松開，焊接過程不能建立。原因是慢送絲短路回抽引弧過程需要持續按下啟動開關，形成慢送絲過程，當焊絲送進與工件接觸形成短路并回抽形成電弧后才能松開啟動開關。否則松開啟動開關，電源輸出的空載電壓導致控制箱中的弧壓繼電器動作，電源主回路交流接觸器不能吸合而關斷主電路。

6 結論

（1）埋弧自動焊操作過程表面看很簡單，其實蘊藏很多知識。要想很好地掌握該操作過程，需要熟悉焊機工作原理和引弧實質與過程。

（2）埋弧自動焊接對于本科專業學生是必修課程內容，需要同學們認真學習才能更好地領會和掌握該項技術。

（3）實踐出真知，實際操作中出現的問題，需要不斷探索和思考才能積累和提高。

[1]王宗杰.熔焊方法及設備[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]姜煥中.電弧與電渣焊[M].北京：機械工業出版社，1988.