螺柱焊机及其焊接技术Word文件下载.docx
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可焊螺柱直
径d(mm
焊接电流I
(A)
保护
最低板厚
电弧螺
柱焊
>
100
3〜25
300〜3000
瓷环
1/4d但不能
小于1mm
气体
3-16
1
可
/8d但不能小
二1mm
短周期焊接
<
3〜12
1500
不保护或气体保护
二0.6mm
拉弧式电容放电螺柱焊
10
3〜10
3000
不保护
/10d但不能小
二0.5mm
注:
最低板厚是指预防烧穿的厚度.
1.1电弧螺柱焊机
电弧螺柱焊机是由焊接电源、限制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成.但大多数焊接设备的焊接电源都与限制器合并为一体,称为
主机.比拟先进的限制方式是使用微处理器,以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数.焊接电源一般为晶闸管限制的或逆变式的弧焊整流器.逆变式的弧焊整流器体积小、重量轻、动特性好,无疑是焊机的首选,但受大功率器件的限制,所以目前大容量的焊机还是以晶闸管限制的弧焊整流器为主.但不管那种结构的焊接电源,具平安要求都应符合ISO14555的规定.用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点:
a、焊接电源应具有下降的静外特性.只有这样才能维持电弧
的稳定性,保证焊接质量
b、焊接电源应有引弧电流〔40〜50A〕和较高的空载电压〔70〜100V〕.以保证100%的引弧成功率,对于大直径的螺柱焊接,具空载电压甚至超过100V.只有这样才能满足提升高度较大时的需求.
c、要有较高的负载电压.按弧焊电源下降特性的定义,当焊接电流A600A时,其负载电压应保持44V不变.在施工现场使用的焊机,其焊接电缆较长,有的长达50m电压降很大.如果不增加负载电压加以补偿,就势必会降低其焊接水平,假设不根据ISO14555规
定配制焊接电缆的截面积,情况就会更加严重,甚至无法焊接.这就是为什么不同厂家制造的同一电流等级的焊机,其焊接螺柱的最大直径有较大差异的主要原因之一.
d、焊接电流要有陡升的前沿.螺柱焊接的最大特点是瞬间大电流,因此要求焊接电源在接通后的32ms之内,焊接电流应到达其峰值.对于短周期螺柱焊而言,其焊接电流的上升时间应该更短,否那么就有可能出现焊接时间已到,但焊接电流还没有到达其峰值的现象.设定的焊接电流与螺柱焊接所得到的能量不成比例,那么很难保证
其焊接质量.
提升焊接电流上升速度的唯一方法是减小电抗器的电感量.普通弧焊整流器之所以要加大电抗器,除了滤波之外还要限制短路电流的上升速度和短路电流的峰值,以降低引弧时的冲击电流,减小飞溅和弧坑,并预防烧穿工件.螺柱焊那么不同,是根据已设定的引弧、螺柱提升、接通主电源等逻辑顺序进行的.也就是说,在螺柱与工件
有一定间隙的情况下才接通焊接主电源的,因而预防了引弧时的飞溅.其实螺柱焊的最大“飞溅〞是发生在螺柱压入熔池时,瞬间发生
的喷溅物.
通过试验已经证实:
三相全波硅整流电源〔纹波系数丫=
0.042〕,即使没有滤波电抗器,照样可以进行螺柱焊接.螺柱焊用的由晶闸管限制的焊接电源的电抗器只是滤波而已,因此可以大大减
小,至于减少多少要视电源的主电路结构和电流调节范围而定.
e、电源要有较小的内阻抗.焊接电源的主电路的电气绝缘,采用H级耐热等级与B级相比,具有体积小重量轻的优点,倍受人们的推崇.但深入分析后发现,也并非完美无缺.ISO14555规定:
H、B级耐热等级的最高温度分别为180c和130c,H级比B级允许的温度约高40%.也就是说,在主电路设计时,其线圈的电流密度可以大幅度提升,以减小导线的截面积.随之而来的是导线的电阻,也即电路的阻抗增加.这对于大电流焊接的螺柱焊机而言,那么是致命的缺点.假设焊接电源主电路的绝缘由B级改为H级,次级回路所有导线截面积的减小而导致总电阻的增加那怕只有0.006Q.焊接电源主电路的功耗增加,势必减小输出的焊接功率,使焊接水平下降,这便是体积、重量的减小付出的代价.也就是说,焊接同一直径的螺柱,H
级比B级绝缘的焊机需要更高的功率才能到达同一效果,效率明显下降.
f、供电的电源柜〔箱〕应有足够的容量,电弧螺柱焊机的负载持续
率很低,一般都小于15%,消耗的平均功率较低,但瞬间功率却很
大,大直径螺柱焊接时,瞬间功率甚至超过300kw这就要求供电的电源柜〔箱〕应有足够的容量,以满足螺柱焊接的要求.如果供电电源的容量小,在焊接时,电源电压的降低到达其额定值的15%以下,
超过了晶闸管的调压稳流的范围,就很难保证焊接质量,有些焊机甚至根据已设定的电源电压限值强迫停机.架设专线,提升电源柜〔箱〕的容量或错开用电顶峰是解决问题的好方法
1.2电容放电螺柱焊机
电容放电螺柱焊的特点是时间短,热变形小,很适合薄板的螺柱焊接,在造船、汽车、电控柜、橱柜等行业应用很广.电容放电螺柱焊不用气体保护,操作也比拟简单.螺柱焊接的生产率依赖于电容器的充电速度,可以到达8个/分钟〔手工焊〕,60个/分钟〔自动焊〕.
电容放电螺柱焊有拉弧式和引弧梢式两种.拉弧式电容放电螺柱焊类似于拉弧式短周期电弧螺柱焊,其焊接时间约3〜10ms见表1.引弧梢式电容放电螺柱焊的特点是欲焊螺柱的端面有一引弧尖梢,它又分为接触式和间隙式两种.接触式螺柱焊的焊接时间w3ms而间隙式螺柱焊的焊接时间大约1m$采用间隙式电容放电螺柱焊,即使焊接铝及其合金也可以不用气体保护.电容放电螺柱焊的焊接时间都是不可调节的.
电容放电螺柱焊的焊接能量依赖于电容器的电容量和充电电压,可按下式进行计算:
W=CU2
(1)式中:
M焊机的额定储存能量,J;
5电容器组的总电容量,F;
L-充电电压,V.
电容放电螺柱焊的焊接电流的峰值约为iooo~10000A这依赖于电容器的电容量、充电电压和焊接回路的电感和电阻.从平安方面考虑,充电电压一般不超过200V.
电容放电螺柱焊机都应设有限流保护装置或恒流充电装置以及自动放电装置,以保护人身和设备的平安
1.3焊接极性
一般地讲,焊接黑色金属时,应采用“直流正接〞,即螺柱
〔焊枪〕接焊接电源的负极,工件接正极,这样可以增加熔深.由于焊接时,阳极的温度高于阴极的温度.假设焊接铜、铝及其合金时,那么应“直流反接〞,即螺柱接正极,工件接负极.这样可以利用正离子的轰击雾化作用,去除工件外表的氧化层,提升焊接质量.使用电弧螺柱焊机或电容放电螺柱焊机焊接时,其极性都应如此.
2.电弧螺柱焊的焊接工艺参数
电弧螺柱焊的焊接工艺参数有焊接电流、焊接电压、焊接时间、提升高度、伸出长度、插入速度等.
a、焊接电流主要根据螺柱的直径进行调节,大约为300〜
3000A对于非合金钢,在螺柱直径d时,可以用下式估算焊接电流2〕:
I(A)=80xd(mmdw16mm
(2)
I(A)=90xd(mmd>
16mm(3)
对于合金钢,其焊接电流大约比上式计算值少10%.
短周期电弧螺柱焊的焊接电流(150〜1500Q与电源有关,是固定的,因此,焊接能量仅依赖于焊接时间.
b、电弧电压与焊接电流的关系是由焊接电源的静外特性决定的.电弧电压主要取决于提升高度和焊接电流,具值一般为20〜40V.焊接时,工件外表上的油或油脂会增加弧压,而惰性气体那么会降低电弧电压.
c、对于平焊(工件焊接平面平行于地平面),其焊接时间可用下式进行估算:
tw(s)=0.02xd(mmdw12mm(4)
tw(s)=0.04xd(mmd>
12mm(5)
对于横焊(工件焊接平面垂直于地平面),其焊接时间应该减小.短周期焊接时间小于100ms这不仅依赖于螺柱直径,而且还与电流强度有关.
d、焊柱的提升高度正比于螺柱的直径,大约为1.5〜7mm提升高度主要是为了预防熔滴过渡时造成短路而影响电弧的稳定性及焊缝质量.维持电弧的稳定,为焊接提供足够的能量至关重要.因为弧柱的温度远比阳极或阴极的温度要高.穿透焊接时,要加大提升
高度,利用电弧的高温迅速烧穿镀锌板,以获得满意的接头.当然增加提升高度也有害处,一方面会增加电弧的长度,使之更易受磁场的影响,发生磁偏吹;
另一方面也会增加焊缝的气孔.
e、螺柱的伸出长度正比于螺柱的直径,一般为1〜8mm当使用瓷环对熔池进行保护时,也与要求的焊缝四周焊脚的形状有关.当要求周边的焊脚高而宽时,螺柱的伸出长度应该增加,反之那么可以减小.
螺柱的伸出长度实际上是螺柱的熔化长度.此值假设设计的过长,在螺柱提升后螺柱端面与工件之间的距离过短,使之无法形成稳
定的电弧,造成大量的金属飞溅并出现夹渣缺陷;
反之假设螺柱伸出长度过短,金属熔化量缺乏,其焊缝成型肯定不良.
f、螺柱插入熔池是采用挤压的方式,在焊缝成型前的瞬间将熔化的有害物质挤出焊缝,以便形成良好的焊接接头.但插入速度又不可太快,以预防形成大量的喷溅.螺柱的插入速度,当螺柱的直径dw14mm寸,大约为200mm/§
当d>
14mm寸,为100mm/$
焊枪一般都带有可调节的阻尼装置,以满足上述要求.螺柱焊接时,金属的熔化量正比于伸出长度和螺柱的直径,因此大直径螺柱焊接时,因金属熔化量多,应该调低螺柱的插入速度,以减小这种喷溅.
焊接电流、焊接时间、提升高度和伸出长度是电弧螺柱焊的四个主要焊接工艺参数,应根据螺柱的直径,工件的材质进行设定.对于同一螺柱直径的焊接,使用不同厂家制造的焊接设备,其焊接工艺参数也不尽相同,因此应进行屡次试焊,并对焊缝的外观和成型、螺柱焊后高度和力学性能〔拉伸、锤击、弯曲、扭力等〕评定后,才能选定一组最正确的工艺参数进行焊接.
3.电弧的磁偏吹
由于钢结构的不对称性和接地钳固定点不合理等诸多因素,造成螺柱焊接处附近的磁场分布不均匀,使电弧四周受到的电磁力不平衡,因而产生电弧的磁偏吹现象,致使螺柱四周的焊缝不对称,这在大直径螺柱焊或穿透焊时,由于提升高度较大,因而更容易出现.焊后检查如发现焊缝四周不均匀,或某边根本没有焊肉,或某边焊缝有大量气孔,那么应疑心是磁偏吹造成的,解决的方法有:
a、设置双接地钳,使焊点尽量在两接地钳的中央,如图1a1
b、试着改变接地钳的位置,如图1b1.
c、设置临时的导磁板,以减少冗余物的影响,或去掉另一边接地钳,如图1C1、图1C2
d、将焊接电源的输
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