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相对于其它弧焊机,MIG焊机添加了送丝结构及相应的送丝控制电路,在焊接过程中实现了半自动化,不但提高了效率,也减少了损耗。
焊接过程中使用廉价的CO2气体作保护,使得起弧容易,焊接成本低而效果好。
而且,送丝速度、输出电压可调节,可使两者达到良好匹配,提高了焊接质量,适用于各类焊接。
MIG机的送丝方式一般有三种:
推丝式、拉丝式、推拉结合式,不同的送丝方式对送丝的软管要求各不相同。
对于推丝式送丝软管一般在2.5米左右,而推拉结合式的送丝软管可达15米,为了保正送丝稳定,相应的送丝电机和送丝控制电路都要求严格。
3.2CO2气体保护焊系统的组成
(1)保护气体供给装置
(2)送丝装置
(3)焊丝
(4)焊接电源
(5)电缆和接线装置
(6)焊枪
(7)保护气体
(8)控制面板
图1工作原理图
3.3优缺点
(1)焊接成本低。
其成本只有埋弧焊和手工电弧焊的40~50%。
(2)生产效率高。
其生产率是手工电弧焊的1~4倍。
(3)操作简便。
明弧,对工件厚度不限,可进行全位置焊接而且可以向下焊接。
(4)焊缝抗裂性能高。
焊缝低氢且含氮量也较少。
(5)焊后变形较小。
角变形为千分之五,不平度只有千分之三。
(6)气体保护焊可使焊接母材100%地熔化。
焊接过的部位可修平或研磨到与母材表面同样的高度,而不会降低强度。
(7)可以使用弱电流,预防热量对邻近部位的损害,避免了可能发生的强度降低和变形。
(8)电弧平稳,熔池小,便于控制。
确保熔敷金属最多、溅出物最少。
(9)减少了母材的疲劳和变形,能够轻松进行立焊和仰焊操作。
3.4二氧化碳气体保护焊工艺特点
CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。
究其不足主要是:
很难使用交流电源,焊接飞溅多。
特别是采用短路过渡形式时,在焊接过程会产生大量的金属飞溅。
造成大量金属的损失,使熔敷率降低,焊后清理工作量增加。
同时,飞溅的产生降低了电弧的稳定性,严重影响焊接质量。
此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。
主要表现为焊缝表面不光滑、熔深熔深浅、焊缝成形窄而高,
容易出现未熔合的焊接缺陷。
所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用,则必须解决和控制这些工艺问题。
3.5焊接规范参数
在用co2气体保护焊焊接薄板时,焊接规范一般采用比较小的,即较低的电弧电压和较小的焊接电流,因此,熔滴呈短路过渡。
主要的规范参数有:
电弧电压,焊接电流,焊接回路电感,焊接速度,气体流量以及焊丝干伸长等。
(1)电弧电压及焊接电流
电弧电压是焊接规范中关键的一个参数。
它的大小决定了电弧的长短,决定了熔滴的过渡形式。
实现短路过渡的条件之一是保持较短的电弧长度。
所以就焊接规范而言,短路过渡的一个重要特征是低电压。
确定电弧电压数值时,要考虑和焊接电流之间的匹配关系。
在一定的焊丝直径及焊接电流下,电弧电压若过低,电弧引燃困难,焊接过程不稳定。
电弧电压过高,则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡,焊接过程也不稳定。
只有电弧电压与焊接电流匹配得较合适时,才能获得稳定的焊接过程,并且飞溅小,焊缝成形好。
当电流小于300A时,焊接电压与电流遵循以下:
U=0.04I+16(±
)1.5
(2)焊接回路电感
焊接回路电感直接影响着短路电流的增长速度。
因此,调节焊接回路电感,就可以调节短路电流的增长速度,从而控制电弧的燃烧时间,控制母材的熔深。
(3)焊接速度
焊接速度过快会引起焊缝两侧咬肉,焊接速度过慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷,因此为了保证焊缝的质量,需要选择合适的焊接速度。
(4)焊丝干伸长
由于短路过渡焊接所采用的焊丝都比较细,因此焊丝干伸长度上产生的电阻便成为焊接规范中不可忽视的因素。
随着焊丝干伸长度增加,焊丝上的电阻热增大,焊丝熔化加快,从提高生产率上看这是有利的,但是当焊丝干伸长度过大时,焊丝容易发生过热而成段熔断,飞溅严重,焊接过程不稳定。
焊丝干伸长度过小势必缩短喷嘴与工件间的距离,飞溅金属容易堵塞喷嘴。
(5)气体流量。
在焊接电流较大,焊接速度较快,焊丝干伸长度较长以及在室外作业等情况下,气体流量要适当加大,以使保护气体有足够的挺度,提高其抗干扰的能力。
但是,气体流量过大,保护气流的紊流度增大,反而会将外界空气卷入焊接区,使保护效果变差,甚至在焊缝中引起气孔。
(6)电源极性。
co2电弧焊在焊接薄板时一般都是采用直流反接(反极性),即焊件接阴极,焊丝接阳极。
因为采用反极性,飞溅小,电弧稳定,成形较好。
3.6焊接参数对焊缝影响
(1)焊接电流影响
焊接电流的大小会影响母材的焊接熔深、焊丝熔化的速度、电弧的稳定性、焊接溅出物的数量;
随着电流强度的增加,焊接熔深、剩余金属的高度和焊缝的宽度也会增大。
(2)焊接电压影响
电弧电压过高时,电弧的长度增大,焊接熔深减小,焊缝呈扁平状。
电弧电压过低时,电弧的长度减小,焊接熔深增加,焊缝呈狭窄的圆拱状。
(3)导电嘴到母材的距离
标准的距离为7-15mm。
过大,焊丝长度增加而产生预热,加快了焊丝熔化的速度。
过小,将难以进行焊接,并会烧毁导电嘴。
(4)焊接时的焊枪角度
(5)保护气体的流量
细丝焊接时,保护气体流量应调整为6~15L/min;
粗丝焊接时,保护气体流量应调整为20~30L/min。
太大,会形成涡流而降低保护的效果。
太少,保护的效果也会降低。
(6)焊接速度
移动速度快,熔深和焊缝的宽度都会减小,焊缝成圆拱形。
移动速度进一步加快,会产生咬边。
速度过低则会烧穿孔
(7)送丝速度
速度正常:
焊接噪声连续、均匀、平稳,电弧闪光随着电弧的缩短,闪光亮度逐渐减弱,趋于稳定。
速度太慢:
可听到嘶嘶声或啪哒声。
视觉信号为反光的亮度增强。
速度较慢:
所形成的焊接接头较平坦。
速度太快:
堵塞电弧,焊丝不能充分的熔化,熔化成许多金属熔滴,焊接部位产生大量飞溅。
视觉信号为频闪弧光。
3.7焊接缺陷及原因分析
(1)气孔\凹坑产生的原因:
母材上有锈迹或污物;
焊丝上有锈迹或水分;
喷嘴堵塞、气体流量过小;
电弧过长;
焊丝规格不正确;
焊接表面不干净
(2)咬边产生的原因:
电弧太长;
焊枪角度不正确;
焊接速度太快;
电流太大;
焊炬送进太快;
焊炬角度不稳定等。
(3)不正确熔化产生的原因有:
焊炬的进给太快;
电压过低;
焊接部位不干净等。
(4)焊瘤产生的原因有:
焊接速度太慢;
电弧太短;
焊炬进给太慢;
电流太小等。
(5)熔深不足产生的原因有:
电流太小;
焊丝端部没有对准两层金属板的对接位置;
槽口太小等。
(6)焊接溅出物太多产生的原因有:
母材金属生锈;
焊枪角度太大等。
(7)焊缝不均匀产生的原因:
焊枪嘴的孔被损坏或变形,焊丝通过嘴口时发生摆动;
焊枪不稳定;
移动速度不稳等
(8)烧穿产生的原因:
焊接电流太大;
两块金属之间的坡口槽太宽;
焊枪移动速度太慢;
焊枪到母材之间的距离太短等。
4钨极氩弧焊
4.1工作原理
氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上,利用氩气对金属焊材的保护,通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池,使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术,由于在高温熔融焊接中不断送上氩气,使焊材不能和空气中的氧气接触,从而防止了焊材的氧化,因此可以焊接铜、铝、合金钢等有色金属。
氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。
非熔化极氩弧焊工作原理及特点:
非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件之间燃烧,在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(常用氩气),形成一个保护气罩,使钨极端头,电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触,能防止氧化和吸收有害气体。
从而形成致密的焊接接头,其力学性能非常好。
4.2钨极氩弧焊(TIG)的优缺点
(1)氩气具有极好的保护作用,能有效地隔绝周围空气;
它本身既不与金属发生化学反应,也不溶于金属,使得焊接过程中熔池的冶金反应简单且容易控制,因此为获得高质量的焊缝提供了良好条件。
(2)钨极氩弧焊非常稳定,即使在很小的电流情况下(<
10A)仍可稳定燃烧,特别适合于薄板材料焊接。
(3)热源和填充焊丝可分别控制,因而热输入容易调整,所以这种焊接方法可进行全位置焊接,也是实现单面焊双面成形的理想方法。
(4)由于填充焊丝不通过电流,故不会产生飞溅,焊缝成形美观。
(5)交流氩弧焊具有在焊接过程中能够自动清除工件表面氧化膜的作用,因此,可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属,如铝、镁及其合金。
(6)钨极承载电流能力较差,过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。
因此,熔敷速度小,熔深浅、生产率低。
(7)采用的氩气较贵,熔敷率低,且氩弧焊机又较复杂,和其它焊接方法(如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊)比较,生产成本较高。
(8)氩弧受周围气流影响较大,不适宜室外工作。
综上所述,钨极氩弧焊可用于几乎所有金属和合金的焊接,但由于其成本较高,通常多用于焊接铝、镁、钛、铜等有色金属,以及不锈钢、耐热钢等。
对于低熔点和易蒸发的金属(如铅、锡、锌),焊接较困难。
4.3钨极氩弧焊种类及特点
不同的金属材料,在进行钨极氩弧焊时要求不同的电流种类及极性。
铝、镁及其合金一般选用交流,而其它金属焊接均采用直流正接。
(1)直流钨极氩弧焊
直流钨极氩弧焊时采用直流电流,没有极性变化,因此电弧燃烧非常稳定。
然而它有正、负极性之分。
工件接电源正极,钨极接电源负极称为正接法;
反之,则称为反接法。
1)直流正接:
电弧燃烧时,弧柱中的电子流从钨极跑向工件,正离子流跑向钨极。
由于此时钨极为阴极,具有很强的热电子发射能力,大量高能量的电子流从阴极表面发射出来,跑向弧柱。
在发射电子流的同时,这些具有高能的电子要从阴极带走一部分能量,即阴极以气化潜热形成失掉一部分能量,这些能量的损失将造成阴极表面的冷却,此时钨极烧损极少。
同时由于阴极斑点集中,电弧比较稳定,工件受到质量很小的电子流撞击,故不能除去金属表面的氧化膜。
除铝、镁合金外,其它金属表面不存在高熔点的氧化膜问题,故一般金属焊接均采用此种焊接方法。
采用直流正接有如下优点:
①工件为阳极,接受电子轰击放出的全部动能和逸出功,电弧比较集中,阳极加热面积比较小,因此获得窄而深的焊缝。
②钨极的热电子发射能力强,所以直流正接时电弧非常稳定。
③钨极发射电子的同时,具有很强的冷却作用,所以钨极不易过热,采用直流正接法钨极允许通过的电流要比焊接时大很多。
2)直流反接法:
反接时弧柱内的电子流跑向钨极而正离子流跑向工件。
当离子流撞向工件时,工件表面的氧化膜会自动地破碎被清除,即出现所谓的阴极清理作用。
而钨极受到电子流的撞击,把电子流所携带的能量以凝固热形式吸收进来,使得钨极具有很高的温度而过热,导致熔化,所以反接时钨极允许承受的焊接电流很小。
焊接的工件材料如钢、铝、铜等一般都属冷阴极材料,其电子发射主要为场致发射,场致发射时对阴极材料没有冷却作用,所以工件所处的温度较
高,但由于氧化膜存在,阴极斑点在氧化膜上来回游动,电弧不集中,加热区域大,因此电弧不稳,且熔深浅而宽,此法生产率低,电弧稳定性不好,一般不推荐使用。
(2)交流钨极氩弧焊
交流电流的极性是在周期性地变换,相当于在每个周期里半波为直流正接,半波为直流反接。
正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而又不致于过热,有利于电弧的稳定。
反接的半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。
这样,同时兼顾了阴极清理作用和钨极烧损少、电弧稳定性好的效果。
对于活泼性强的铝、镁、铜等金属及其合金一般都选用交流氩弧焊。
交流氩弧焊较直流氩弧焊复杂,主要表现在以下几方面:
1)阴极清理作用
当工件为负极时,表面生成的氧化膜逸出功小,易发射电子,所以阴极斑点总是优先在氧化膜处形成。
工件为冷阴极材料时,阴极区有很高的电压降,因此阴极斑点能量密度相当高,远远高于阳极。
正离子在阴极电场作用下高速撞击氧化膜,使得氧化膜破碎,分解而被清理掉,接着阴极斑点又在邻近氧化膜上发射电子,继而又被清理,阴极斑点始终在金属表面的氧化膜上游动,被清理的氧化膜面积也不断地扩大,直到在氩气所能保护的范围内。
清理作用的强弱与阴极区
的能量密度和正离子质量有关,能量密度越高,离子质量越大清理效果越好。
正接时,工件转为阳极,不存在清除氧化膜的功能。
2)直流分量
交流钨极氩弧焊的正半波时,钨极为负极,因具有熔点和沸点高,且导热差,直径小,则钨极具有很高温度使得热电子发射容易,所以电弧电压低,焊接电流大,导电时间长;
负半波时,工件为负极,其熔点和沸点低,且尺寸大,散热快,电子发射困难,所以电弧电压高,焊接电流小,导电时间短。
由于正负半波电流不对称,在交流焊接回路中存在一个由工件流向钨极的直流分量,这种现象称为电弧的“整流作用”。
电极和工件的熔点、沸点、导热性相差越大(如钨和铝、镁),上述不对称情况就越严重,直流分量就越大。
直流分量的存在减弱了阴极清理作用,使焊接过程困难,另外,直流分量磁通将使得焊接变压器铁芯饱和而发热,降低功率输出甚至烧毁变压器。
为此要降低或消除直流分量。
可在焊接回路中串接无极性的电容器组,容量按300~400μF/A计量。
3)引弧和稳弧性能差
由于交流氩弧焊的电压和电流随着时间其幅值和极性在不断地变化,每秒有100次过零,因此电弧的能量也是不断地在变化,电弧空间温度随之而改变。
电流过零时,电弧熄灭,下半周必须重新引燃,重新引燃所需的电压值与电弧空间气体残余电离度、电极发射电子能力及反向电源电压上升速度有关,因此焊接参数、电弧空间气体介质、电极材料、电源的动态特性等对交流氩弧的引弧和稳弧性,必须要采取相应的措施。
(3)脉冲氩弧焊
脉冲氩弧焊是采用可控的脉冲电流来加热工件。
当每一次脉冲电流通过时,工件被加热熔化形成一个点状熔池,基值电流通过时使熔池冷凝结晶,同时维持电弧燃烧。
因此焊接过程是一个断续的加热过程,焊缝是由一个一个点状熔池叠加而成。
电弧是脉动的,有明亮和暗淡的闪烁现象。
由于采用了脉冲电流,故可以减少焊接电流平均值(交流是有效值),降低焊件的热输入。
通过脉冲电流、脉冲时间和基值电流、基值时间的调节能够方便地调整热输入量大小。
实践证明,脉冲电流频率超过5kHz后,电弧具有强烈的电磁收缩效果,使得高频电弧的挺度大为增加,即使在小电流情况下,电弧亦有很强的稳定性和指向性,因此对薄板焊接非常有效;
电弧压力随着焊接电流频率的增高而增大,所以高频电弧具有很强的穿透力,增加焊缝熔深、高频电弧的振荡作用有利于晶粒细化、消除气孔,得到优良的焊缝接头。
交流脉冲氩弧焊可以得到稳定的交流氩弧,同时通过调节正负半波的占空比既满足去除氧化膜,又能得到大的熔深,钨棒烧损又最少。
脉冲氩弧焊具有以下几个特点:
1)焊接过程是脉冲式加热,熔池金属高温停留时间短,金属冷凝快,可减少热敏感材料生产裂纹的倾向性;
2)焊件热输入少,电弧能量集中且挺度高,有利于薄板、超薄板焊接;
接头热影响区和变形小,可以焊接0.1mm厚不锈钢薄片;
3)可以精确地控制热输入和熔池尺寸,得到均匀的熔深,适合单面焊双面成形和全位置管道焊接;
4)高频电弧振荡作用有利于获得细晶粒的金相组织,消除气孔,提高接头的力学性能;
5)高频电弧挺度大、指向性强,适合高速焊,焊接速度最高可达到3m/min,大大提高生产率。
4.4钨极氩弧焊适用范围
钨极氩弧焊,以人工或自动操作都适宜,且能用于持续焊接、间续焊接(有时称为‘跳焊’)和点焊,因为其电极棒是非消耗性的,故可不需加入熔填金属而仅熔合母材金属做焊接,然而对于个别的接头,依其需要也许需使用熔填金属。
钨极氩弧焊是一种全姿势位置焊接方式,且特别适于薄板的焊接—经常可薄至0.005英寸。
钨极氩弧焊的特性使其能使用于大多数的金属和合金的焊接,可用钨极氩弧焊焊接的金属包括碳钢、合金钢、不锈钢、耐热合金、难熔金属、铝合金、镁合金、铍合金、铜合金、镍合金、钛合金和锆合金等等。
铅和锌很难用钨极氩弧焊方式焊接,这些金属的低熔点使焊接控制极端的困难,锌在1663F汽化,而此温度仍比电弧温度低很多,且由于锌的挥发而使焊道不良,表面镀铅、锡、锌、镉或铝的钢和其它在较高温度熔化的金属,可用电弧焊接,但需特殊的程序。
在镀层的金属中的焊道由于“交互合金”的结果。
很可能具有低的机械性质为防止在镀层的金属焊接中产生交互合金作用,必须将要焊接的区域的表面镀层移除,焊接后在修补。
4.5钨极氩弧焊的焊接工艺参数对焊缝成形和焊接过程的影响
(1)焊接电流
焊接电流是TIG焊的主要参数。
在其他条件不变的情况下,电弧能量与焊接电流成正比;
焊接电流越大,可焊接的材料厚度越大。
有三种焊接电流可供选择:
1)直流正极性,2)直流反极性,3)交流。
(2)电弧电压(或电弧长度)
当弧长增加时,即电弧电压增加,焊缝熔宽和加热面积都略有增大。
但弧长超过一定范围后,会因电弧热量的分散使热效率下降,电弧力对熔池的作用减小,熔宽和母材熔化面积均减小。
(3)焊接速度
焊接时,焊缝获得的热输入反比于焊接速度。
在其他条件不变的情况下,焊接速度越小,热输入越大,则焊接凹陷深度、熔透深度、熔宽都相应增大;
反之上述参数减小。
当焊接速度过快时,焊缝易产生未焊透、气孔、夹渣和裂纹等缺陷;
反之,焊接速度过慢时,焊缝又易产生焊穿和咬边现象。
(4)填丝速度与焊丝直径
焊丝的填送速度与焊丝的直径、焊接电流、焊接速度、接头间隙等因素有关。
一般焊丝直径大时送丝速度慢,焊接电流、焊接速度、接头间隙大时,送丝速度快。
送丝速度选择不当,可能造成焊缝出现未焊透、烧穿、焊缝凹陷、焊缝余高太大、成形不光滑等缺陷。
(5)保护气体流量和喷嘴直径
保护气体流量和喷嘴直径的选择是影响气保护效果的重要因素。
为了获得良好的保护效果,必须使保护气体流量与喷嘴直径匹配,也就是说,对于一定直径的喷嘴,有一个获得最佳保护效果的气体流量,此时保护区范围最大,保护效果最好。
如果喷嘴直径增大,气体流量也应随之增加才可得到良好的保护效果。
(6)电极直径和端部形状
钨极直径的选择取决于焊件厚度、焊接电流的大小、电流种类和极性。
4.6钨极氩弧焊焊接常见缺陷及预防
4.7钨极氩弧焊的应用
TIG焊几乎可用于所有钢材、有色金属及其合金的焊接,特别适合于化学性质活泼的金属及其合金。
常用于不锈钢、高温合金、铝、镁、钛及其合金以及难熔的活泼金属(如锆、钽、钼、铌等)和异种金属的焊接。
TIG焊容易控制焊缝成形,容易实现单面焊双面成形,主要用于薄件焊接或厚件的打底焊。
脉冲TIG焊特别适宜于焊接薄板和全位置管道对接焊。
但是,由于钨极的载流能力有限,电弧功率受到限制,致使焊缝熔深浅,焊接速度低,TIG焊一般只用于焊接厚度在6mm以下的焊件。
4.8钨极氩弧焊焊接工艺
(1)焊前准备
因钨极氩弧焊的抗气孔能力最弱,必须在焊前要对焊接工件进行清理。
去除工件上的油污,氧化膜等等,以保证焊缝质量。
(2)焊接参数的选择
钨极氩弧焊的焊接参数,主要包括焊接电流,电弧电压,焊接速度,电极直径,保护气体流量和喷嘴直径等等参数,可参照资料查询,再通过试焊来确定。
钨极氩弧焊可以使用交流,直流和脉冲电流,以适应不同材料的焊接要求。
5实训体会
为期两周的实习给我的体会是①通过这次实习我们进一步了解二氧化碳气体保护焊和钨极氩弧焊的焊接过程,通过自己亲自动手知道了如何选择焊接参数等。
②通过小组合作、实际动手具有初步的独立操作技能。
③这次实习让我们明白做事要认真小心细致不得有半点马虎。
同时也培养了我们坚强不屈的本质不到最后一秒决不放弃的毅力④培养和锻炼了劳动观点、质量和经济观念强化遵守劳动纪律、遵守安全技术规则提高了我们的整体综合素质。
⑤在整个实习过程中老师对我们的纪律要求非常严格对学生的综合工程素质培养起到了较好的促进作用。
很快我们就要离开校园,很快我们就要步入社会面临就业了,就业单位不会像老师那样点点滴滴细致入微地把要做的工作告诉我们更多的是需要我们自己去观察、学习。
不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。
这次的实训可以说对我们非常重要,是我们在校期间的最后一次亲自动手的机会了,这次实训让我们更好的融入即将面临的工作中,培养了我们学习能力,使这次实习达到了他的真正目的。
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