電弧焊基礎知識

電弧焊基礎知識焊接工程基礎一、對不同熔滴過渡形式進行比較，包括形成條件、熔滴過渡過程的不同特點、應用等內容。答：電弧焊的熔滴過渡形式可以分為自由過渡、接觸過渡和渣壁過渡。1、自由過渡熔滴從焊絲端部脫落后，經電弧空間自由地的飛行二落入熔池，熔滴脫離焊絲末端一、前不與熔池接觸。按過渡形態(tài)不同分為滴狀過渡、噴射過渡和爆炸過渡。1）滴狀過渡：（1）大滴過渡a、滴落過渡：高電壓、小電流、MIG焊b、排斥過渡：高電壓、小電流、CO2焊（2）細顆粒過渡：較大電流的CO2焊當電流較小時，在電弧作用力下，隨著焊絲融化，熔滴逐漸長大，當熔滴的重力能夠克服其表面張力的作用時，就以較大的顆粒脫離焊絲，落入熔池實現(xiàn)熔滴過渡。電流較大，電磁收縮力增大，表面張力作用減小，熔滴在脫離焊絲之前就偏離了焊絲軸線，甚至上翹，脫離之后不能沿焊絲軸向過渡時，成為排斥過渡。這兩種過渡的熔滴都較大，一般大于焊絲直徑，屬于大滴過渡。大滴過渡的熔滴大，行成時間長，影響電弧穩(wěn)定性，焊縫成型粗糙，飛濺較多，生產中很少采用。當電流較大時，電磁收縮力大，熔滴的表面張力減小，熔滴細化，其直徑一般等于或略小于焊絲直徑，熔滴向熔池過渡頻率增加，飛濺少，電弧穩(wěn)定，焊縫成形較好，這種過渡形式稱為細顆粒過渡，在生產中廣泛應用。2）噴射過渡：（1）射滴過渡鋁MIG焊及鋼焊絲脈沖焊（2）亞射流過渡鋁、鎂及其合金的熔化極氣體保護焊（3）射滴過渡鋼焊絲MIG焊（4）旋轉射流過渡特大電流MIG焊電流增加時，熔滴的尺寸變得更小，過渡頻率也急劇提高，在電弧力的的強制作用下，熔滴脫離焊絲沿焊絲軸向飛速的射向熔池，這種過渡形式稱為噴射過渡。射滴過渡是介于滴狀過渡與連續(xù)射流過度之間的一種熔滴過渡形式，熔滴直徑與焊絲直徑相近，過渡時有明顯的熔滴分離。其工藝條件與連續(xù)射流過渡有相似之處，主要適用于鋼焊絲脈沖焊及鋁合金焊絲融化及氣體保護焊。亞射流過渡是介于短路過渡與舍滴過渡之間的一種過渡形式，形成條件：大電流，低電壓，反極性，CO2氣氛和粗焊絲。形成機理：大電流，電弧靜壓力大且集中，形成弧坑；低電壓，弧長短，呈潛弧形態(tài)，；弧坑中場強低，電弧上爬，形成射滴過渡形式。特點：潛弧過渡的熔深大，焊縫深而窄，余高大，成形不理想，熱裂傾向大。應用：中、大厚板的水平位置焊接，使用時注意調整到合適的焊接速度。射流過渡：出現(xiàn)跳弧后，焊絲末端已經存在的大滴即行脫離，電弧隨之變成圓錐形狀。由于熔滴細小，連續(xù)不斷地向熔池過渡，頻率高，速度達重力加速-1-焊接工程基礎度的幾十倍，故稱射流過渡。形成條件：純氬或富氬保護氣氛；直流反接；高弧壓且電流大于臨界電流。形成機理：電流增加，電弧陽極斑點達到熔滴根部，熔滴細頸上表面溫度達到沸點，發(fā)生跳弧，特點：熔滴體積小，過渡頻率快，等離子流力大，形成沖擊力大。應用：鋼焊絲MIG焊。旋轉射流過渡：焊絲伸出長度較大，焊接電流比射流過渡臨界電流高出很多時，出現(xiàn)的過渡形式。由于熔滴細長，在各種作用力下失穩(wěn)產生旋轉，因此焊縫成形不良，但用于表面堆焊效果較好。2）爆炸過渡由于激烈的冶金反應，熔滴內部產生CO氣體，使熔滴急劇膨脹而爆裂的金屬過渡形式。時常在CO2氣體保護焊和焊條電弧焊中出現(xiàn)。2、接觸過渡：a、短路過渡：CO2焊b、搭橋過渡：非熔化極填絲焊1） 短路過渡形成條件：短弧、細焊絲、小電流形成機理：電弧燃燒形成熔滴、熔滴長大并與熔池短路熄弧，液橋頸縮斷開熔滴過渡，電弧復燃。特點：細絲、短弧、燃弧熄弧交替進行，平均電流小，峰值電流大，適合薄板及全位置焊接；小直徑焊絲電流密度大，產熱集中，焊接速度快。應用：短路過渡平穩(wěn)，適合于全位置焊接。2） 搭橋過渡：在非熔化極電弧焊或氣焊中，填充焊絲的熔滴過渡與上述的短路過渡過程相似，同屬接觸過渡，只是填充焊絲不同電，故不稱短路過渡，而稱搭橋過渡，又稱橋接過渡。3、渣壁過渡：a、渣殼過渡埋弧焊b、藥皮筒過渡焊條電弧焊1） 沿渣殼過渡：埋弧焊時，電弧在熔渣形成的空腔內燃燒，熔滴大部分是通過渣殼的內壁流向熔池，這種過渡形式稱沿渣壁過渡。2） 沿藥皮筒過渡：焊條電弧焊時，焊條金屬熔滴總是沿著焊條套筒內壁的某一側滑出套筒，并在沒有脫離套筒邊緣之前，已脫離焊芯端部而和熔池接觸（不構成短路），然后向熔池過渡。渣壁過渡電路穩(wěn)定，飛濺小，綜合工藝性能優(yōu)良，是理想過渡形式，細熔滴和深套筒是焊條熔滴渣壁過渡的基本條件，使熔滴和熔渣表面張力減小或藥皮厚度增大，使套筒變長，都有利于渣壁過渡。二、了解STT,CMT焊接工藝答：①CMT冷金屬過渡焊接技術由Froniu公司在2004年歐洲板材技術博覽會上展示的CMT冷金屬過渡焊接技術是一種無焊渣飛濺的新型焊接工藝技術。所謂冷金屬過渡，指的是數(shù)字控制方式下的短電弧和焊絲的換向送絲監(jiān)控。其中的換向送絲系統(tǒng)由前、后兩套協(xié)同工作的焊絲輸送機構組成，從而使焊絲的輸送過程呈間斷的送絲。后送絲機構按照-1-焊接工程基礎恒定的送絲速度向前送絲，前送絲機構則按照控制系統(tǒng)的指令以70Hz的頻率控制著脈沖式的電焊絲輸送。數(shù)字式焊接控制系統(tǒng)能夠知道電弧生成的開始時間，自動降低焊接電流，直到電弧熄滅，并調節(jié)中脈沖式的焊絲輸送，這種脈沖式焊絲輸送有效改善了焊絲熔滴的過渡。在熔滴從焊絲上滴落之后，數(shù)字控制系統(tǒng)再次提高焊接電流，并進一步將焊絲向前送出。之后，重新生成焊接電弧，開始新一輪的焊接過程。這種“冷-熱”之間的交替變化大大降低了焊接熱的產生，并減少了焊接熱在被焊接件中的傳導。除此之外，還可實現(xiàn)多種功能：可正確的設置熔滴的參數(shù)，實現(xiàn)更好的焊縫厚度過渡，并具有很高的焊接速度且不產生任何飛濺。據Froniu公司介紹，該設備極大的提高了焊接的生產能力，并可有效保證被焊件的焊接質量。CMT（冷金屬過渡）工藝系統(tǒng)主要特點是通過焊絲附加回抽動作過渡熔滴。焊絲的回抽由交流伺服電機和焊絲緩沖器來實現(xiàn)，焊接中焊絲的送進速度在傳統(tǒng)的等速基礎上疊加脈沖，焊絲脈動頻率可以達到70Hz。其結果是，焊絲的熔化和過渡成為兩個相對獨立的過程，對于焊接線能量的控制更加靈活。雖然雙機控制可能實現(xiàn)多功能、復雜的控制和網絡化監(jiān)控等管理，但雙機結構只是搭建了一個硬件平臺，因此還必須有相應的軟件來支持，而軟件的編制需要在對焊接工藝的深入研究和理解的基礎上才能實現(xiàn)。總之，只有數(shù)字控制接管了焊機的功率控制、工藝控制和通訊控制之后，數(shù)字化焊機才成為真正意義上的高端數(shù)字化焊機，才有可能更好地滿足未來焊接生產的需要。CMT熔滴過渡過程。第一步為燃弧脈沖，形成熔滴，焊絲送進；第二步，發(fā)生短路，控制系統(tǒng)進行檢測、判斷；第三步，焊絲回抽，形成熔滴的液態(tài)細頸，直至拉斷；第四步，電弧重新引燃，焊絲由回抽變?yōu)樗瓦M。雖然雙機控制可能實現(xiàn)多功能、復雜的控制和網絡化監(jiān)控等管理，但雙機結構只是搭建了一個硬件平臺，因此還必須有相應的軟件來支持，而軟件的編制需要在對焊接工藝的深入研究和理解的基礎上才能實現(xiàn)?？傊?，只有數(shù)字控制接管了焊機的功率控制、工藝控制和通訊控制之后，數(shù)字化焊機才成為真正意義上的高端數(shù)字化焊機，才有可能更好地滿足未來焊接生產的需要。CMT熔滴過渡過程如下圖所示，上部為示意圖，下部為CMT高速攝像。第一步為燃弧脈沖，形成熔滴，焊絲送進；第二步，發(fā)生短路，控制系統(tǒng)進行-1-焊接工程基礎檢測、判斷；第三步，焊絲回抽，形成熔滴的液態(tài)細頸，直至拉斷；第四步，電弧重新引燃，焊絲由回抽變?yōu)樗瓦M。②STT（表面張力過渡）工藝是根據CO2焊接短路過渡特點開發(fā)出的一種波形控制技術，其主要特點是兩高兩低，即在短路初期和末期拉低電流，減?。ㄉ踔料╋w濺，在短路中期和燃弧初期施加較大的電流，促進縮頸形成和控制燃弧能量。STT是指熔滴過渡時電流趨近于零，熔滴過渡的驅動力不再是傳統(tǒng)控制方式中的電爆炸力，而是表面張力。STT具有飛濺小、搭橋能力強的特點，在中小工藝規(guī)范區(qū)間內具有優(yōu)勢，該工藝在管道打底焊中應用比較成功。隨著汽車輕量化的發(fā)展，薄板焊接問題日益突出，為此國外公司利用直流正反接熔深的差異，研究出了ACSTTH藝，通過控制正反極性比例來控制熔深，得到了良好的工藝效果STT:氣保護半自動根焊。特點：1引弧容易，電弧燃燒穩(wěn)定；2飛濺小，焊接煙塵少，噪聲??；3焊縫成型美觀；4精確的熱輸入控制可以減少焊接變形和燒穿;5成本低；6焊接速度快，效率高；7焊后不需清理；8操作容易。第二章電弧焊自動控制基礎分析電弧調節(jié)系統(tǒng)靜特性，調節(jié)原理，調節(jié)精度，調節(jié)靈敏度，適用范圍。答：電弧調節(jié)系統(tǒng)分為兩部分：一是熔化極等速送絲電弧自身調節(jié)系統(tǒng)，一是電弧電壓反饋調節(jié)系統(tǒng)，是一種變速送絲調節(jié)系統(tǒng)。1.等速送絲電弧自身調節(jié)系統(tǒng)①靜特性：焊絲以設定的速度Vf恒速送入電弧。當弧長穩(wěn)定燃燒時必有Vf=Vm.Vm為焊絲熔化速度Vm=Ki某Ia-Ku某Ua可得Ia=Vf/Ki+（Ku/Ki）某Ua稱為等速送絲熔化極電弧等熔化曲線或自身調節(jié)系統(tǒng)靜特性方程，該方程表示為一直線，線上任何一點，均滿足Vm=Vf,且與電源外特性曲線的相交點構成系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點，偏離此線，則會Ia,Ua波動，造成VmNVf。曲線左邊Vm〉Vf;曲線左邊Vm<Vf。靜特性曲線特點如下：a長弧細焊絲時，由于Ki很大，而Ku很小，所以la^Vf/Ki，此時靜特性曲線幾乎垂直于電流坐標軸，稱為等電流曲線；b隨著弧長縮短，電弧等熔化曲線斜率減小，Vm增大，弧長縮短到一定范圍時，等熔化-1-焊接工程基礎曲線左拐，具有固定的自動調節(jié)作用；c其它的條件不變時，Vf增大（減?。?，等熔化曲線平行向右（向左）移動；焊絲伸出長度增加（減少），Ki增加（減少），等熔化曲線向左（向又）移動；焊絲直徑增大（減?。琄i增加（減?。?，等熔化曲線向右（左）移動。而斜率減?。ㄔ龃螅?。②調節(jié)原理：依靠電弧自身內反饋具有的自身調節(jié)作用來實現(xiàn)的。③調節(jié)精度：調節(jié)精度是指系統(tǒng)調節(jié)過程結束后，靜態(tài)誤差的大小°A弧長波動時的自身調節(jié)精度。誤差大小除與焊絲伸出長度變化量，直徑及電阻率有關外，還與電源外特性的形狀有關。當電弧靜特性為平特性時，陡降特性電源將比緩降特性電源引起更大的電弧電壓靜態(tài)誤差；當電弧靜特性為上升特性時，由于上升特性電源弧長誤差最小，造成的焊絲伸出長度誤差也最小，故實際電壓誤差以上升特性電源為最小。因此，為了減少電弧電壓及弧長的靜態(tài)誤差，宜采用緩降（對平特性電弧）或微升（對上升特性電?。┨匦噪娫?。B網絡電壓波動時的系統(tǒng)調節(jié)誤差，長弧采用緩降外特性電源，短弧采用陡降外特性電源，上述誤差都減小。調節(jié)的靈敏度，是指調節(jié)過程中的速度，速度越快，所需調節(jié)時間越短，系統(tǒng)的調節(jié)效果越好。該系統(tǒng)調節(jié)的快慢，即調節(jié)靈敏度取決于熔化速度的變化量的大小。AVm二Ki某AIa。由式中可知，Ki和Ala是影響調節(jié)靈敏度的主要因素。aKi，電流不變，焊絲直徑變細，Ki增大，AVm增大，系統(tǒng)的調節(jié)靈敏度提高°bAIa，電弧靜特性與電源外特性的匹配將影響調節(jié)過程中AIa的大小。以調節(jié)靈敏度而言，一般等速送絲長弧焊接應采用緩降或平特性，甚至上升特性的電源。此外，電場強度E越大，弧長變化時引起的AIa和AUa也越大，自身調節(jié)靈敏度也越高。適用范圍：這種調節(jié)應用自動焊接的等速調節(jié)中。電弧電壓反饋調節(jié)系統(tǒng)，即變速送絲調節(jié)系統(tǒng)靜特性：Ua=[K/(K+Ku)]某Uc'+[Ki/(K+Ku)]某Ia此式為熔化極電弧焊電壓反饋調節(jié)系統(tǒng)靜特性方程。焊接調節(jié)一定時，K,Ki,Ku均為常數(shù)，為一斜截式直線方程。特性為a該直線上所有點均滿足Vf=Vm,并與電源外特性相交確定系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點。b當KNMKi,Ku時，tanP=Ki/(K+Ku)無限趨近于0,系統(tǒng)靜態(tài)性為接近于平行電流坐標軸的直線。當系統(tǒng)機電結構改變，即K值改變時，其斜率隨之變動。c其它條件不變時，增加Uc'，系統(tǒng)靜特性平行上移，反之，則平行下移；減小-1-焊接工程基礎焊絲直徑或增大焊絲伸出長度時，Ki增加tanB增加。此外，焊絲材質和保護條件對tanB也略有影響。調節(jié)原理：電弧電壓反饋調節(jié)系統(tǒng)是一種典型的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，其調節(jié)原理為：以電弧電壓Ua為被調量，送絲速度Vf為操作量，Vf=f(Ua);當弧長由于外界干擾增大（縮短）時，Ua增大（減小），Uf增大（減?。瑥亩仁够￠L回到原來長度，保證焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定。調節(jié)精度：a焊槍高度變化使弧長波動時的調節(jié)精度。由于這種系統(tǒng)多用粗焊絲和低電流密度的焊接條件，Ki較小，所以焊絲伸出長度變化引起的這種誤差可以忽略不計。b電網電壓波動時系統(tǒng)誤差，調節(jié)器K值越大即調節(jié)特性越平，電源外特性越平硬，電流誤差就越大。因此，這種系統(tǒng)宜用陡降特性電源。調節(jié)靈敏度：該系統(tǒng)調節(jié)靈敏度主要取決于弧長變動時送絲速度變化量AVf二K某AUa。aK值越大，調節(jié)靈敏度越高。但由于系統(tǒng)的機電慣性，K值過大則容易產生振蕩，因此，K值不宜過大。同時也應采用慣性較小的印刷電動機為送絲電機°b^柱電場強度越大，同樣弧長引起的AUa越大，調節(jié)靈敏度也越高。應用范圍：應用于不等速送絲自動焊的調節(jié)中。-1-焊接工程基礎焊絲直徑或增大焊絲伸出長度時，Ki增加tanB增加。此外，焊絲材質和保護條件對tanB也略有影響。調節(jié)原理：電弧電壓反饋調節(jié)系統(tǒng)是一種典型的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，其調節(jié)原理為：以電弧電壓Ua為被調量，送絲速度Vf為操作量，Vf=f（Ua）;當弧長由于外界干擾增大（縮短）時，Ua增大（減小），Uf增大（減小），從而迫使弧長回到原來長度，保證焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定。調節(jié)精度：a焊槍高度變化使