1、气电立焊关键参数得控制
气电立焊得焊接位置垂直或接近于垂直方向,电弧轴线方向与母材熔深方向成直角,熔化得焊丝金属堆积迭加,熔池不断水平上移形成焊缝,其熔深产生所需热量得传递方式与其它电弧焊有所不同。气电立焊焊接电弧产生得热量主要流向三个方向:熔化焊丝、熔化母材、滑块吸收;
(1)母材坡口截面积控制 就是影响熔深得主要参数之一:熔深反映了坡口两侧母材得熔化量,直接决定了焊接质量。增加坡口截面积就增加了焊接线能量,导致熔深增加。熔深得大小由熔池过热金属得过热度即温度梯度决定;影响熔池熔融金属得过热度得因素也就就是影响熔深得大小得因素;
(2)线能量控制 对于一般电弧焊焊接线能量为E=IU/Vw; 对于气电立焊,焊接时采用等速送丝、大电流密度、较高得电弧电压,其送丝速度等于熔化速度熔化速度正比于向坡口填充金属得速度,经推导可得焊接线能量为E=ki、U、S 式中ki 为焊丝熔化系数、S 为坡口截面积。增加电弧电压可增加焊接线能量;
(3)冷却速度控制 当焊接规范与坡口参数确定后,焊丝与母材吸热可以认为就是不变得,而强制成形得铜滑块吸热,则随冷却介质水变化较大。水得温度、水得流量对吸热影响很大,低得水温与大得流速水带走得热量,远大于高水温低流速得情况,所以在焊接厚板时应减少水流量;焊接薄板时可增加水得流量;通过调节水流量来调节熔池得冷却速度可有效得控制熔深得大小;
由于气电立焊熔池与普通未受约束得焊接熔池状态不同熔深得形成方式以及影响熔深得因素也就不同;
表1给出了两种厚板EGW焊接工艺参数,供参考。
2、气电立焊得焊接参数
在普通得电弧焊方法中焊缝熔深与焊丝轴线成同一方向,且熔深随焊接电流得升高而增大。但在气电立焊中,熔化得母材深度(接头侧面)与焊丝轴线成直角。
在气电立焊中提高焊接电流或送丝速度,焊缝宽度减小。提高电弧电压会增大熔深与焊缝宽度。电弧电压按工艺方法、焊丝直径与焊件厚度可由30V变到50V。
当焊接电流升高时,送丝速度、熔敷率与接头得填充速度(行走速度)也将增加。对于给
定得焊接条件,过高得焊接电流与送丝速度可能引起焊缝宽度或焊件熔深得急剧减小。 在气电立焊中,焊丝伸出长度约为40mm。对于自保护气电立焊,焊丝伸出长度为6075mm。如同通用得GMAW一样,这样长得伸出长度因为电阻热得作用,也提高了焊丝得熔化速度。 厚度大于30mm得焊件一般要摆动焊接。应使导电嘴在距每一冷却滑块约10mm处停留,摆动速度一般为78mm/s。为了使焊缝表面完全熔合,在每一摆动行程得终端要有一段时间得停留。为了抵消水冷滑块得激冷作用,停留时间应为13s。
3、缺陷
在正常操作条件下进行气电立焊, 总可形成质量高而无缺陷得焊缝 。 不正常得焊接条件可能导致形成有缺陷得焊缝。常见得缺陷有夹渣、气孔与裂纹。
(1)夹渣
在气电立焊焊缝中可能出现夹渣 。 气电立焊就是一种单道焊方法, 这样不必进行焊道间清渣。 焊缝金属凝固速度比较缓慢, 有足够时间使任何熔渣浮到熔融焊缝金属表面。若焊丝摆动, 当电弧靠近某一滑块时, 在另一块滑块附近就可能局部地凝固; 当电弧返回时, 如果熔渣未被再次熔化就会夹在焊缝金属中 。
(2)气孔
药芯焊丝得药芯中含有脱氧剂与脱氮组分。 药芯中兼有造气与造渣组分, 通常能形成致密得无气孔组分。但对正常得保护气体覆盖层稍有干扰便可能产生气。
气电立焊焊缝中产生气孔得其她原因, 可能有抽风过大、 冷却滑块漏水、 药芯焊丝中得药粉不足、 焊丝或保护气体污染以及在焊接开始时有空气侵入等 。
气电立焊焊缝中得气孔通常在焊缝边缘附近起源, 顺着焊缝金属凝固路径朝着中心线扩展。 不能用肉眼检查方法发现气电立焊焊缝中得气孔, 除、非在割掉起焊板与引出板时露出焊缝内部才能发现。
(3)裂纹
在正常焊接条件下焊缝中不会出现裂纹。焊缝金属得加热与冷却比较慢,大大地减小了在寒风中产生冷裂纹得危险。热影响区也具有高得抗冷裂纹得性能。
如果产生裂纹,通常就是热裂纹。裂纹就是在凝固过程中,或在刚凝固后形成。这些裂纹几乎就是在焊缝得中心部分。
消除焊缝裂纹最有效得办法就是改善焊缝得凝固形式。这可以通过适当改变焊接参数而修正焊接熔池形状实现,如提高电弧电压、降低电流与行走速度等。加大板材间得接头间隙有助于消除裂纹。如果裂纹就是由钢中得高C或高S引起得,则应减小母材得熔深,以使焊态金属中母材得稀释量降到最小。此外,焊接高S钢时应使用Mn含量高得焊丝。
五、焊接方法(系统)设备与装置组成与性能指标
气电立焊设备主要组成部分包括(图6、图7):① 携焊机头升降得机械系统;② 快速送丝系统;③ 水冷强迫成型系统;④ 焊接电源及供(保护)气系统;⑤ 焊枪及焊枪摆动控制系统;⑥ 焊接过程自动控制系统。
气电立焊得主要机械设备,与传统得电渣焊相似。当要求保护气体时,基本得差别就是要在电弧与焊接熔池上覆盖保护气体。其她方面没有什么不同。
实质上,气电立焊得装置就是由直流电源、水冷滑块、焊枪、送丝机构、摆动机构组成。当采用保护气体时还有输入保护气体得器件。在典型得气电立焊装置中,主要得部件除了电源之外,组成一体得焊接机头在焊接过程中垂直向上移动。水冷滑块得横向加压、焊枪得摆动、送丝以及垂直移动等得控制装置与电渣焊得相似。当使用实心焊丝或某些药芯焊丝进行气电立焊时,要求有保护气体得流量控制器。
(1)电源
气电立焊用电源通常采用直流反接(焊丝接正极)。电源可以用恒压源或恒流源。当采用恒压源时,垂直行走可用手工控制或利用一种机构控制,如用光电管通过检测上升得焊接熔池高度来控制。使用恒流源时,可以改变电弧电压来控制垂直行走。当电弧电压降到设定值以下时,行走机构自动起动,并且一直向上移动到恢复设定电压位置。在焊接开始阶段及焊接中,有时也可采用手工控制。
电源必须稳定地输出所要求得电流,能无中断地焊接数米长得焊缝。气电立焊用电源,在100%负载持续率得额定电流输出为7501000A。
(2)送丝机构
作为垂直移动得焊接机头组成部分得送丝机构,就是推丝式得,与熔化极气体保护电弧焊或自保护药芯焊丝电弧焊所用得送丝机构相同。这种机构必须能以高速度送给焊丝。送丝机构常装有起焊速度控制器,随着起始电压变为预设得电弧电压,送丝速度自动提高。 在送丝系统得焊丝盘与送丝轮之间可装有矫丝机构。适当地调整该矫丝机构可消除焊丝得任何抛射型弯曲。因为气电立焊中焊丝伸出长度为38mm或更长,伸出焊丝必须就是直得。
(3)焊枪
气电立焊得焊枪与熔化极气体保护电弧焊焊枪得功能相同。主要差别在于板材之间得接头间隙相平行方向得尺寸有一定限制。焊枪喷嘴必须能装到这种窄间隙内。当气电立焊焊机垂直向上爬行时,焊枪(或至少就是其一部分))就是在间隙内得熔池正上方运动得,必须有足够得间隙,以便其能在两个滑块之间做横向摆动。为此,为了适应17mm最小得间隙,焊枪得宽度常限制在10mm。焊接厚板时,如采用较宽得接头间隙,则可采用较大得焊枪。大号焊枪用水冷或加厚得绝缘套隔绝焊接熔池得热量。
(4)摆动机构
电弧得热量必须均匀地作用于整个焊接接头上。对于厚度为32102mm得板材,焊枪就是在焊接熔池得上方作横向摆动,以均匀地熔敷金属并保证钝边得两侧融合。摆动机构与控制器沿接头横向行走速度固定不变,而在每端得停留时间可调。焊接厚度小于32mm板材时通常不需要横向摆动。但就是,焊接较薄得板材时,为了控制母材得熔透深度,有时也需要横向摆动。气电立焊焊枪得摆动机构如图716所示。
(5)水冷滑块
与电渣焊一样,为了保持接头中得熔融焊缝金属而使用滑块挡板。随焊接过程得进行,通常有两个滑块向上方移动。在某些焊件中,可用固定得焊接垫板代替一个滑块。 为了防止熔化金属与铜滑块相焊,也为了使焊缝加快凝固,滑块用水冷却。铜滑块可以做成凹形,以便在板得每侧形成适当得焊缝余高。
(6)气罩
对于气电立焊,可靠得电弧保护就是最重要得。不能只靠焊枪喷嘴给送保护气体,可将“气罩”装在冷却滑块上对焊丝、焊接电弧及焊接熔池提供辅助保护。气体从气罩中通过喷
口直接喷出,其气流得位置与大小应能均匀覆盖电弧与焊接熔池。
(7)控制器
跟所有得自动焊接系统一样,为了获得最佳功能,需要采用电气控制器。除了垂直行走控制与焊枪摆动控制之外,熔化极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊与电渣焊所用得控制器基本上均就是适用得。行走机构,诸如电动机驱动得升降机或轨道机架,通常还要监控焊缝水平面得电传感器,以提高或降低行走速度,保持规定得焊丝伸出长度。
(8)焊丝盘
在大多数商用气电立焊焊机中,在焊机得尾部装有焊丝盘。焊丝盘应保证连续地给送焊丝。焊丝盘应使送丝机构以最小得载荷给送焊丝,这样就不会发生打结或中断。焊丝盘必须具有足以单程完场整条焊缝得容量。
常用得焊丝直径为1、63、2mm。送丝机构必须适应所要求得焊丝直径,并且能够以所要求得熔敷速度来送给焊丝。
六、典型零件得应用实例
气电自动焊最适用于船体总段大合拢缝(图8)得焊接,多个永磁体吸盘将铝合金齿条轨道固定在船体钢板上,其轨道可以接长数十米;焊机得整体机架内具有自动提升机构与自动锁定装置,便于船体立缝焊接时得高空作业,使操作安全可靠,使焊接熔池始终处于最佳观察状态;
另外,送丝系统控制箱、焊接电源、循环冷却器等都装在焊机整体机架内,与被焊物体较近故各配套线管大为缩短,有利于焊前准备与设备操作,也便于安装运输;
焊接控制系统中设置了电压电流传感器,能自适应焊接坡口变化; 设置供气控制传感器与循环冷却水压指示调节器保证焊接质量控制;
瑞典ESAB公司,采用悬挂在焊缝顶部得牵引电机得动链条牵引机头上升得方案,这样既节省了磁力轨道及其装卸工时费用,又减轻了工人得劳动强度。
气电立焊焊接方法学习要点总结
