焊接工程學第二篇焊接方法及自動化.ppt

第二篇 焊接方法及自動化,緒論 第一章 埋弧焊 第二章 熔化極氬弧焊 第三章 CO2氣體保護電弧焊,緒 論,焊接方法的發(fā)展及其在現(xiàn)代工業(yè)中的作用 焊接的本質(zhì) 通過適當?shù)奈锢砘瘜W過程使兩個分離表面的金屬原子之間接近到晶格距離并形成結合力。 焊接的基本方法及分類 如下圖所示：,電焊機產(chǎn)品類別,1-弧焊發(fā)電機 2-弧焊整流器 3-弧焊變壓器 4-埋弧焊機 5-氣體保護焊機 6-電渣焊機 7-點焊機 8-凸焊機 9-縫焊機 10-對焊機 11-等離子弧設備 12-超聲波焊機 13-電子束焊機 14-激光焊機 15-其他焊機 16-控制設備,第一章 埋弧焊,第一節(jié) 埋弧焊的特點和應用 第二節(jié) 埋弧自動焊機 第三節(jié) 埋弧焊工藝和常見缺陷及其防止措施 第四節(jié) 高效埋弧焊及埋弧堆焊,第一節(jié) 埋弧焊的特點和應用,埋弧焊過程 埋弧焊過程如圖4-1所示。焊劑2由漏斗3流出后，均勻地堆敷在裝配好的焊件1上，焊絲4由送絲機構經(jīng)送絲滾輪5和導電嘴6送入焊接電弧區(qū)，焊接電源的兩端分別接在導電嘴和焊件上。 送絲機構，焊機漏斗及控制盤經(jīng)常裝在一臺小車上。通過操作控制盤上的按鈕開關來實現(xiàn)焊接過程的自動化,優(yōu)點：生產(chǎn)效率高；焊縫質(zhì)量高；勞動條件好。 缺點：主要適用于水平面焊縫焊接；不能用來焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金；只適用于長焊縫的焊接；不適合焊接厚度小于1mm的薄板。,埋弧焊的特點,主要用于焊接各種鋼板結構?？珊附拥匿摲N包括碳素結構鋼、低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼及其符合鋼材等。 埋弧焊在造船、鍋爐、化工容器、橋梁、起重機械及冶金機械制造業(yè)中應用最為廣泛。 用埋弧焊堆焊耐磨耐蝕合金或用于焊接鎳基合金、銅合金也是較為理想的。,埋弧焊的應用,第二節(jié) 埋弧自動焊機,埋弧焊機的分類 按用途分為：通用焊機、專用焊機 按送絲方式分為：等速送絲式、電弧電壓調(diào)節(jié)式 按行走機構形式分為：小車式、門架式、懸臂式。圖4-26所示為小車式行走機構。 按焊絲（電極或電?。?shù)量分為：單絲、雙絲和多絲焊機。,埋弧焊的結構特點,機械結構 1 送絲機頭 包括送絲傳動系統(tǒng)、送絲滾輪和矯直滾輪等。 右圖為焊絲給送機構的傳動系統(tǒng)。,2行走小車 包括行走傳動機構、行走輪及離合器。 右圖為小車行走機構的傳動系統(tǒng),3 機頭調(diào)節(jié)結構 右圖為mz-1000型焊車可調(diào)部件的示意圖。,4 導電嘴 作用：將電流導至焊絲。 結構形式：滾輪式導電嘴、夾瓦式導電嘴、偏心 式導電嘴。圖4-30為三種導電嘴結構的示意圖。,此外，埋弧焊機結構還有包括： 電源 可根據(jù)產(chǎn)品焊接要求及焊劑型號交流或直流電源。 控制系統(tǒng) 通用小車式埋弧自動焊機的控制系統(tǒng)包括：電源外特性控制、送絲和小車拖動控制及程序自動控制。大型專用焊機還包括橫臂升降收縮、立柱旋轉(zhuǎn)、焊劑回收等控制系統(tǒng)。,MZ-1000 型自動埋弧焊機,用途 焊接開坡口或不開坡口的對接焊縫、角接焊縫等。 技術規(guī)格 電源電壓380V；控制線路電壓36V(交流)、18V(直流)；焊接電流4001200A；送絲速度0.52m/min；焊絲直徑36mm； 焊接速度1570m/h 表4-12為埋弧自動焊機的常見故障及排除方法,埋弧自動焊機常見故障及排除方法,第三節(jié) 埋弧焊工藝和常見缺陷及其防止措施,埋弧焊工藝 焊前的準備 包括：后焊件的坡口加工、焊件部位的清理及焊件的裝配。 埋弧焊工藝及焊接規(guī)范參數(shù)的選擇 1平板對接焊縫：采用雙面焊接。措施有：采用焊劑墊、臨時工藝墊板和不用襯托的懸空焊接。 2角接焊縫：常出現(xiàn)在丁字接頭和搭接接頭中?？刹捎么秃负托苯呛浮?埋弧焊常見缺陷及其防止措施,埋弧焊常見缺陷有：焊縫成形不良、咬邊、未焊透、氣孔、裂縫、夾渣等。 缺陷的產(chǎn)生原因及防除方法見表4-17.,埋弧焊常見缺陷的產(chǎn)生原因及其防除方法,第四節(jié) 高效埋弧焊及埋弧堆焊,單面焊雙面成形 原理：使用較大的焊接電流將焊件一次熔透。 采用強制成形的襯墊，使較大的熔池在襯墊上冷卻凝固，才能達到一次成形。 埋弧焊可分為： 1 龍門壓力架焊劑銅墊法 （1）裝配及焊接過程,（2）焊縫缺陷及消除方法： 焊縫背面焊瘤、凹陷以及咬肉 措施：減小裝配間隙，貼緊銅墊，正確選用規(guī)范并保證其穩(wěn)定。 氣孔 措施：烘干焊劑并保持清潔；清理焊件接縫邊緣，消除水分來源。 裂縫,2 水冷滑塊式銅墊法 一次焊成雙面成形焊縫，是生產(chǎn)率提高。 必須具備專用的焊接設備，銅襯墊磨損較大，填充金屬的消耗也大。 3 熱固化焊劑襯墊法 可通過在坡口內(nèi)堆敷一定高度的金屬粒來提高生產(chǎn)率。,窄間隙埋弧焊,適用于鍋爐和原子反應堆等較厚鋼板的焊接。 特點：坡口截面積小，需要的熱量少；熱影響小，材料性能和變形小；破口簡單為I型。 1 能提高生產(chǎn)率、降低成本，但實際應用有較大困難。焊縫窄，焊接在底層進行時，焊渣不易脫落。 2 可以通過研究改進焊劑，使形成的焊渣易脫落除去。,多絲多弧埋弧焊,可以保證合理的焊縫成形和良好的焊接質(zhì)量，又可提高焊接速度的有效方法。 實例分析： 雙絲埋弧焊 分為：縱列式、橫列式和直列式。 圖4-45為雙絲埋弧自動焊的原理圖。,雙絲焊用得較多的是縱向排列的方式。 根據(jù)焊絲間的距離不同可分為：單熔池和雙熔池。 右圖為：縱向排列雙絲焊的示意圖,右圖為多絲焊焊接速度的一個對比資料。 觀察可知：焊絲數(shù)目越多，焊接速度的提高越為顯著。,三絲埋弧焊,一般稱第一根焊絲為L，第二根焊絲為M，第三根焊絲為T。 L的作用：焊縫寬度隨電壓升高而變寬。熔池狀態(tài)變化如圖4-48所示。 M的作用：M的電弧熔化焊縫寬度和深度方向的金屬，對焊縫的成形起較主要的作用。 T的作用：主要在L和M的基礎上控制焊縫成形。,埋弧堆焊,原理：熔化和熔敷焊接材料，使其成為焊件上的堆焊層，但是對焊層熔深要小。 進行埋弧堆焊時用圓截面的實芯焊絲或藥芯焊絲的方法熔敷率低，速度慢。但當采用帶極埋弧堆焊或多根藥芯焊絲進行無保護氣體堆焊時，就有它獨特的優(yōu)點，如圖4-50所示。 實例應用：采用埋弧帶極堆焊；“淺熔深”法應用；關于成型帶極,第二章 熔化極氬弧焊,第一節(jié) 熔化極氬弧焊的特點和應用 第二節(jié) 熔化極脈沖氬弧焊 第三節(jié) 窄間隙焊接 第四節(jié) 混合氣體選擇及應用 第五節(jié) 氣體保護半自動焊機的送絲系統(tǒng),第一節(jié) 熔化極氬弧焊的特點和應用,熔化極氬弧焊用焊絲作電極及填充金屬，其焊接原理如圖6-1所示。,熔化極氬弧焊的特點,幾乎可焊所有金屬； 焊接厚板鋁、銅等金屬時生產(chǎn)率比TIG焊高，焊件變形比TIG焊小； 可直流反接，焊接鋁及其鋁合金時有良好的陰極霧化作用； 焊接鋁及其鋁合金時有顯著的亞射流電弧的固有自調(diào)節(jié)作用。,熔化極氬弧焊的應用,熔化極氬弧焊50年代初應用于鋁及鋁合金的焊接，以后擴大到銅和不銹鋼。現(xiàn)在也廣泛用于低合金鋼等黑色金屬焊接中。 MIG焊接應注意：噴射過渡焊接時，電弧電壓應稍低一些；在中等電流范圍內(nèi)，可進行亞射流電弧焊接；粗絲大電流MIG平焊厚板時通常采用雙層保護焊槍，可加強對熔池的保護。,第二節(jié) 熔化極脈沖氬弧焊,工藝特點：具有較寬的電流調(diào)節(jié)范圍；有利于實現(xiàn)全位置焊接；可有效的控制輸入熱量，改善接頭性能。 此外還具有加強熔池攪拌的作用，可以改善熔池冶金性能以及有助于消除氣孔。 適合進行厚板窄間隙焊接。 合理進行脈沖參數(shù)選擇。包括：基值電流，脈沖電流，脈沖頻率，脈沖寬比的選擇。,第三節(jié) 窄間隙焊接,窄間隙焊接是焊接厚板的一種高效率的焊接方法。 坡口形式主要是I形，在橫焊及管接頭焊接時也可以是小角度的V形。間隙一般在614mm。 可以應用于平焊、垂直焊、橫向焊以及全位置焊接?？梢院附雍谏饘伲部梢院附佑猩饘?。 按照熱輸入量大小分為：低熱輸入窄間隙焊接和高熱輸入窄間隙焊接。,低熱輸入窄間隙焊接,低熱輸入窄間隙焊接的優(yōu)點： 1 減小了殘余應力和工件的變形； 2 可防止熱影響區(qū)產(chǎn)生再熱裂紋； 3 焊縫金屬晶粒細小，韌性好； 4 母材金屬能夠均勻地稀釋到焊縫金屬中去； 5 細絲窄間隙焊接 ，板厚大于50mm，其生產(chǎn)率等經(jīng)濟指標可超過埋弧焊。,高熱輸入窄間隙焊接,采用直流正極性焊接法及脈沖電流焊接法。 直流正極性焊接法如圖6-12所示。 其特點如下： 焊道淺而寬，成形系數(shù)大，產(chǎn)生結晶裂縫的傾向性較小，焊絲熔化速度快，生產(chǎn)率較高； 只適合于焊接板厚1240mm的低合金鋼，并且只用于平焊； 最佳規(guī)范參數(shù)的范圍很窄。,脈沖電流焊接法 示意圖如圖6-13所示。 特點：改善了焊縫形狀，即使在反極性下，也可得到無裂縫的優(yōu)質(zhì)焊縫。 在國外，已應用于電站鍋爐大直徑厚壁管環(huán)縫的焊接。,電弧擺動技術,電弧擺動技術是窄間隙焊接發(fā)展過程中的重要內(nèi)容。主要方式有： 導電管在坡口內(nèi)作橫向擺動。如圖6-14所示。 借助彎成15的扁平導電管在坡口內(nèi)左右旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)電弧的擺動。如圖6-15所示。 焊絲呈波浪形送進。 采用絞合焊絲。,第四節(jié) 混合氣體選擇及應用,Ar+He 焊接鋁及鋁合金可改善焊縫熔深，減少氣孔和提高生產(chǎn)率；焊接銅及銅合金可改善焊縫金屬的潤濕性，提高焊接質(zhì)量；對于鈦、鋯等金屬的焊接，也可改善熔深及焊縫金屬的潤濕性。 Ar+H2 可用來焊接鎳及其合金，可以抑制和消除鎳焊縫中的CO氣孔；可提高電弧溫度，增加母材熱量輸入。,Ar+N2 主要用于焊接銅及銅合金；焊接奧氏體不銹鋼時，對提高電弧的剛度以及改善焊縫成形有一定效果。 Ar+O2 進行高強度鋼的窄間隙垂直焊時，可減少焊縫金屬產(chǎn)生樹枝狀晶間裂紋的傾向；焊縫形狀為蘑菇形。 Ar+CO2 廣泛應用于焊接碳鋼及低合金鋼；焊接電弧穩(wěn)定、飛濺小、容易獲得軸向噴射過渡；克服了陰極漂移現(xiàn)象及焊縫成形不良等情況。,Ar+O2+CO2 試驗證明30%Ar+15%CO2 +5%O2混合氣體對于焊接低碳鋼、低合金鋼是最佳的。無論焊縫成形，接頭質(zhì)量以及金屬熔滴過渡和電弧穩(wěn)定性方面都非常滿意。 O2+CO2 熔敷速度高，熔深大；焊縫金屬含氫量較低；能采用強規(guī)范（大電流）進行焊接,第五節(jié)氣體保護半自動焊機的送絲系統(tǒng),熔化極氣體保護焊機按機械化程度分為：自動焊機和半自動焊機。 半自動焊機的送絲方式：見圖6-19 推絲式 焊槍結構簡單，操作方便；穩(wěn)定性差。 拉絲式 實現(xiàn)均勻送進。 推拉絲式 等速送進焊絲,影響送絲穩(wěn)定性的因素,焊絲在送絲軟管中的阻力 相關因素：軟管內(nèi)徑、材料、彎曲度和焊絲彎曲度。 焊絲在導電嘴中的阻力 導電嘴應有合適的孔徑和長度，保證導電可靠，又要保證送絲通暢。 送絲滾輪結構和對焊絲的驅(qū)動方式,1 平面式送絲機構 （見圖6-21） 特點：結構簡單，使用與維修方便；工作前需要仔細調(diào)節(jié)壓緊輪的壓力。,送絲滾輪結構和對焊絲的驅(qū)動方式,在平面式送絲機構中，可以用一對送絲滾輪，也可采用兩對或者三對送絲滾輪。每對滾輪又可單主動或雙主動。滾輪結構如圖6-22。,上下滾輪應根據(jù)焊絲材質(zhì)及直徑進行不同的組合，以V形槽滾輪為例，其組合情況如圖6-23。,2 行星式送絲機構 優(yōu)點：適合于輸送藥芯焊絲及小直徑鋁絲和鋼焊絲；可以將幾個行星送絲機構單元串聯(lián)起來，組成線式送絲系統(tǒng)；不需要減速齒輪箱，因而體積小，重量輕。 3 雙曲面滾輪行星式送絲機構 優(yōu)點：可傳遞很大的軸向推力而不損傷焊絲表面；體積小，重量輕。,第三章 CO2氣體保護電弧焊,第一節(jié) CO2電弧焊的特點和應用 第二節(jié) CO2電弧焊的冶金特性 第三節(jié) CO2氣體及焊絲 第四節(jié) CO2電弧焊規(guī)范參數(shù)選擇 第五節(jié) 減少金屬飛濺的措施 第六節(jié) CO2電弧焊設備 第七節(jié) 特種CO2電弧焊,第一節(jié) CO2電弧焊的特點和應用,特點： 生產(chǎn)率高；焊接成本低；能耗低；使用范圍廣；抗銹能力較強；焊后不需要清渣。 應用： 主要用于焊接低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬，還有對焊縫性能要求不高的不銹鋼焊件。 按操作方式分類： 自動焊和半自動焊。,第二節(jié) CO2電弧焊的冶金特性,合金元素的氧化 CO2電弧從兩個方面使Fe及其合金元素氧化 1 是與CO2直接作用 （低于金屬熔點的溫度下進行，不占主要地位） 2與高溫分解出的原子氧作用 （出現(xiàn)合金元素的氧化燒損） 主要問題：合金元素燒損，CO氣孔，飛濺,脫氧措施及焊縫金屬的合金化 脫氧劑：Al、Ti、Si、Mn等合金元素 試驗表明：Si和Mn以適當比例聯(lián)合脫氧效果最佳。 氣孔問題 氣孔類型：一氧化碳氣孔、氫氣孔、氮氣孔。,第三節(jié) CO2氣體及焊絲,CO2氣體純度對焊縫質(zhì)量的影響 CO2氣體的純度對焊縫金屬的致密性有較大的影響。焊接用 CO2的純度要99.8%。 CO2氣體的提純,焊絲 采用含有Si、Mn等脫氧元素的焊絲有利于減少氣孔和飛濺、保證焊縫具有較高的機械性能。 包括：實芯焊絲、藥芯焊絲、活化處理焊絲。 活化處理：在焊絲表面涂一薄層堿金屬、堿土金屬或稀土金屬的化合物來提高焊絲發(fā)射電子的能力和降低弧柱的有效電離勢，起到細化金屬熔滴，減少飛濺，改善焊縫成形。 常用活化劑為Cs的鹽類。,第四節(jié) CO2電弧焊規(guī)范參數(shù)選擇,在CO2電弧焊中，為獲得穩(wěn)定的焊接過程，通常采用短路過渡和細顆粒自由飛落過渡兩種熔滴過渡形式。 短路過渡焊接在我國應用最為廣泛。,短路過渡焊接,特點： 電壓低、電流小，適合于焊接薄板及進行全位置焊接；生產(chǎn)率高，變形小；操作容易，規(guī)范小，光輻射、熱輻射以及煙塵都較小。 主要采用細焊絲。,細顆粒過渡焊接,定義：在CO2電弧中，對于一定直徑焊絲，在電流增大到一定數(shù)值并配以適當?shù)碾娀‰妷汉?，焊絲金屬熔滴可以較小的尺寸自由飛落形式進入熔池。 特點：電弧穿透能力強，母材熔深大，適合于焊接中等厚度及大厚度工件；對規(guī)范參數(shù)的影響比較敏感，對設備穩(wěn)定性要求高；一般都采用較粗的焊絲。,焊接規(guī)范參數(shù)的選擇 焊接電流增大，電弧電壓必須相應提高； 采用直流反極性； 此外，還有一種介于兩者之間的過渡形式，稱為混合過渡（或稱半短路過渡）。,第五節(jié) 減少金屬飛濺的措施,正確選擇工藝參數(shù)（焊接電流與電壓、焊槍角度、焊絲伸出長度）； 顆粒過渡焊接時在CO2中加入Ar氣； 短路過渡焊接時限制金屬液橋爆斷能量（在回路中串聯(lián)電抗器、電阻或增大變壓器的阻抗；電流切換法；電流波形控制法）； 采用低飛濺率焊絲（實芯焊絲盡量減少含碳量；采用活化過的焊絲，進行正極性焊接；采用藥芯焊絲）。,焊接規(guī)范參數(shù)選擇： 較低的電弧電壓和與之匹配的焊接電流； 串聯(lián)焊接回路電感，以調(diào)節(jié)短路電流增長速度、電弧燃燒時間以及控制母材的熔深； 選擇合適的焊接速度控制單位能； 焊絲伸出長度應為焊絲直徑1012倍； 采用直流反極性 氣體流量515L/min(小)，20L/min(中)，2550L/min(大),第六節(jié) CO2電弧焊設備,對電源外特性的要求 恒壓和下降外特性都可以滿足電源。 對電源動特性的要求 顆粒過渡焊接時對電源的動特性沒有什么要求； 短路過渡焊接時要求：1足夠大的短路電流增長速度 2當焊絲成分及直徑不同時，短路電流增長速度可進行調(diào)節(jié)。,供氣系統(tǒng),供氣系統(tǒng)如圖7-11 預熱器：一般采用電熱式，用電阻絲加熱。盡量裝在靠近鋼瓶的出氣口附近。 干燥器：用來防止氣孔和減少焊縫金屬中的含氫量。裝在氣路中。,CO2焊機控制電路舉例,NBC-250型CO2半自動焊機主