焊接工藝介紹

1、焊 接 工 藝 介 紹一、概 述二、CO2氣體保護焊三、點 焊四、電 極一、 概述1、 焊接工藝的基本概念焊接工藝是根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)性質(zhì)、圖樣和技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)有條件，運用現(xiàn)代焊接技術(shù)知識和先進生產(chǎn)經(jīng)驗，確定出的產(chǎn)品加工方法和程序，是焊接過程中的一整套技術(shù)規(guī)定。包括焊前準備、焊接材料、焊接設(shè)備、焊接方法、焊接順序、焊接操作的最佳選擇以及焊后處理等。制訂焊接工藝是焊接生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其合理與否直接影響產(chǎn)品制造質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率和制造成本，而且是管理生產(chǎn)、設(shè)計焊接工裝和焊接車間的主要依據(jù)。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的一船工藝過程如圖所示。焊接是整個過程中的核心丁序，焊前準備和焊后處理的各個工序都是圍繞著獲得符合焊接

2、質(zhì)量要求的產(chǎn)品而做的工作。質(zhì)量檢驗貫穿于整個生產(chǎn)過程，以控制和保證焊接生產(chǎn)的質(zhì)量。每個工序的具體內(nèi)容，由產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點、復(fù)雜程度、技術(shù)要求和生產(chǎn)量的大小等因素決定。2 焊接工藝的發(fā)展概況焊接方法是焊接工藝的核心內(nèi)容，其發(fā)展過程代表了焊接工藝的進展情況。焊接方法的發(fā)明年代及發(fā)明國家見表21.1。按照焊接過程的特點，焊接分為熔焊、壓焊和釬焊三大類，每一類根據(jù)工藝特點又分為若干不同方法，見圖212。目前許多新的焊接工藝正逐步用于焊接生產(chǎn)，極大地提高了焊接生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量。在重型機械、冶金礦山機械、工程機械、電站鍋爐壓力容器、石油化工、機車車輛、汽車等行業(yè)中普遍采用了數(shù)控切割技術(shù)、埋弧自動焊、電渣焊、

3、CO2氣體保護焊、TIG焊、MIG焊、電阻焊和釬焊等焊接方法并具有成套的焊接工藝裝備。尤其是汽車生產(chǎn)線中采用了co 2氣體保護焊、TIG焊、MIG焊等焊接機器人、電阻焊機器人和自動生產(chǎn)線，大大提高了焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，焊接機械化、自動化水平己達到總焊接工作量的35一45。與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的焊接機械化和自動化水平還較低，按熔化焊來計算，目前日本為67，德國為80美國為56，原蘇聯(lián)為40，而我國還不到20，其主要原因是我國焊接生產(chǎn)主要還靠手工電弧焊，自動化水平高的氣體保護焊和埋弧自動焊應(yīng)用少。從焊接生產(chǎn)工藝裝備水平來看，我國近年來，生產(chǎn)了成套的焊接工藝裝備和焊接生產(chǎn)線，也有的廠家從國外引進

4、了自動化水平較高的焊接輔助裝置、焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了很大提高。計算機控制系統(tǒng)在焊接生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用、在國外已經(jīng)比較普遍，除用于焊接工藝參數(shù)的控制之外，還可用于整條生產(chǎn)線、焊機的群控。它還可以根據(jù)材料厚度自動選擇并預(yù)置焊接工藝參數(shù)對焊接過程實現(xiàn)自適應(yīng)控制、最佳控制以及智能控制等。研究開發(fā)具有智能的焊接機器人，特別是具有自動路徑規(guī)劃，自動校正軌跡，自動控制熔深的機器人將是近期和21世紀的重點方向。電子束、激光、等離子等高能束流用于焊接，可以完成難熔合金和難焊材料的焊接，焊接熔深大、熱影響區(qū)小、焊縫性能好、焊接變形小、精度高，并具有較高的生產(chǎn)率。必將在核、航空、航天、汽車等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，推

5、進焊接工藝的進步。采用復(fù)合熱源焊接是焊接工藝的又一發(fā)展動向。利用復(fù)合熱源焊接不僅可以降低焊接成本，而且可以擴大焊接的材料。目前激光加電弧的復(fù)合熱源已在國外開始采用，采用等離子和位于工件背面的TIG電弧復(fù)合熱源也有效地增大了熔深，為大厚度工件的焊接開辟了新途徑。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的一般結(jié)構(gòu)過程二、 CO2氣體保護焊1、二氧化碳氣體保護焊的特點及分類二氧化碳氣體保護焊是利用二氧化碳作保護氣體，以燃燒于工件與焊絲間的電弧作熱源種焊接方法，簡稱Co2焊。由于二氧化碳具有一定的氧化性，因此，二氧化碳焊一般采一定脫氧元素的專用二氧化碳焊絲。2、二氧化碳氣體保護焊的特點及應(yīng)用(1)優(yōu)點1) 焊接成本低 Co 2氣

6、體及Co 2焊焊絲價格便宜，焊接能耗低，因此，二氧化碳氣體保護焊的使用成本很低，只有埋弧焊及手工電弧焊的30一50。2) 焊縫質(zhì)量好 二氧化碳氣體保護焊抗銹能力強，焊縫含氫量低，抗裂性能好。3) 生產(chǎn)效率高 二氧化碳氣體保護焊的電弧集中，熔透能力強，熔敷速度快，因此生產(chǎn)效率高；半自動二氧化碳焊的效率比手工電弧焊高12倍，自動二氧化碳焊比手工電弧焊高25倍。4) 適用范圍廣 適用于各種位置的焊接、而且既可用于薄板的焊接又可用于厚板的焊接。5) 便于實現(xiàn)自動化 二氧化碳焊是明弧焊，便于監(jiān)視及控制，而且焊后無需清渣，有利于實現(xiàn)焊接過程機械化及自動化。(2)缺點1)焊縫成形較粗糙，飛濺較大。 2)勞動

7、條件較差二氧化碳焊弧光強度及紫外線強度分別為手工電弧焊的23倍和20一40倍，而且操作環(huán)境中cO 2的含量較大，對工人的健康不利。 (3)二氧化碳焊的應(yīng)用 目前，二氧化碳焊已廣泛用于機車車輛業(yè)，汽車、摩托車、船舶、煤礦機械及鍋爐制造，主要用于焊接低碳鋼及低合金鋼。此外補焊以及電鉚焊等方面。二氧化碳焊還用于耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的焊接。 3、二氮化碳焊設(shè)備的組成及分類 (1)二氧化碳焊設(shè)備的組成二氧化碳焊設(shè)備由弧焊電源、控制箱、送絲機構(gòu)、焊炬及供氣系統(tǒng)組成。自動Co 2焊設(shè)備還配有行走小車或懸管梁等，而送絲機構(gòu)及焊炬均安裝在小車上或懸臂梁的機頭上。大電流CO2：焊設(shè)備還配有水冷系統(tǒng)。半自動二氧化

8、碳焊機通常由電源、控制盒、送絲機構(gòu)、焊炬等組成，其典型配置圖如圖36I所示。電源與送絲機構(gòu)分離的二氧化碳焊機稱為分體式焊機；電源與送絲機構(gòu)安裝在一個機箱中的焊機稱為一體化焊機。 半自動二氧化碳設(shè)備般用細焊絲進行焊接。由于細絲焊接時電弧具有很強的自調(diào)節(jié)作用，因此，通常選用平特性或緩降特性的電源，配等速送絲機構(gòu)。這種匹配可保證在受到外界干擾時，弧長迅速恢復(fù)到原來的長度，保證焊接規(guī)范參數(shù)的穩(wěn)定。通過改變送絲速度可調(diào)節(jié)電流，改變電源外特性可改變電壓，因此，規(guī)范參數(shù)的調(diào)節(jié)方便。 1)電源 粗絲二氧化碳焊設(shè)備要求使用陡降外特性的電源采用弧壓反饋調(diào)節(jié)來保持弧長的穩(wěn)定。細絲二氧化碳焊設(shè)備要求使用具有緩降外特性

9、或平特性的弧焊電源，采用自調(diào)節(jié)作用來保持弧長的穩(wěn)定。二氧化碳焊設(shè)備僅采用直流電源，焊接時一般采用反極性接法。2)控制箱 控制箱中裝有焊接時序控制電路。其主要用途是控制焊絲的自動送進、提前運氣、滯后停氣、引弧、電流通斷、電流衰減、冷卻水流的通斷等。對于自動焊機，還要控制小車或其他行走機構(gòu)的行走。 3)送絲機構(gòu)及焊炬 二氧化碳焊設(shè)備的送絲機構(gòu)和焊炬與熔化極氬弧焊相同 4)氣路和水路 氣路系統(tǒng) 除了一般氣體保護焊氣路系統(tǒng)中必須有的氣瓶、減壓閥氧化碳焊機的氣路系統(tǒng)有時還需安裝預(yù)熱器及干燥器。 安裝預(yù)熱器是為了防止二氧化碳中的水分在鋼瓶出氣口處或減壓閥中結(jié)冰而堵塞氣路。焊接過程中鋼瓶內(nèi)的液態(tài)二氧化碳不斷

10、氣化，氣化過程中要吸收大量的熱，而且鋼瓶中的二氧化碳是高壓的，經(jīng)過減壓閥減壓后，也會使氣體溫度下降；氣體流量越大，溫度下降越明顯。因此，氣體流量較大時(大于10Lmin)，在減壓閥之前必須安裝加熱器，以防止氣體中的水分結(jié)冰。通常采用電熱式加熱器，其結(jié)構(gòu)比較簡單，只需將套有絕緣瓷管的加熱電阻絲套在通二氧化碳氣體的紫銅管上即可。 氣路中安裝干燥器是為了減少焊縫中的含氫量。一般市售的二氧化碳氣體中含有一定量的水分，因此需在氣路中安裝干燥器，以去除水分，減少焊縫中的合氫量。干燥器有兩種：高壓干燥器和低壓干燥器。高壓干燥器安裝在減壓閥前，低壓干燥器安裝在減壓閥之后。一般情況下，只需安裝高壓干燥器。如果對

11、焊縫質(zhì)量的要求不高，也可不加干燥器。 水路系統(tǒng) 水路系統(tǒng)通以冷卻水，用于冷卻焊炬及電纜。通常水路中設(shè)有水壓開關(guān)，當水壓太低或斷水時，水壓開關(guān)將斷開控制系統(tǒng)電源，使焊機停止工作，保護焊炬不被損壞。 4、焊接材料選擇二氧化碳氣體保護焊的保護氣體是二氧化碳，因此焊接材料的選擇主要指焊絲的選擇。焊絲可分為實芯焊絲和藥芯焊絲。表2337給出了適合于二氧化碳氣體保護焊的實芯和藥芯焊絲的性能及用途。 5、焊前清理 二氧化碳氣體保護焊采用二氧化碳作為保護氣體，電弧氣氛的氧化性比較強，因此對于工件表面的銹、油污等污物不太敏感，對于一些不重要的焊件，可不進行焊前清理。焊前清理可參照手工電弧焊酸性焊條焊接時的清理要

12、求。 6、焊接工藝參數(shù) CO 2焊的焊接工藝參數(shù)主要有焊絲直徑、焊絲干伸長、焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。焊絲直徑影響熔深、焊絲熔化速度及熔滴過渡形式。直徑大于2mm的焊絲只能用于細顆粒過渡的焊接。焊接電流相同的情況下，焊絲直徑超小，熔深越大，熔化速度越高。一般地，細絲用于焊接薄板，隨著被焊板材厚度的增加，焊絲直徑也應(yīng)該相應(yīng)增加。表2338為各種焊絲直徑的適用范圍，供選擇焊絲直徑時參考。焊絲干伸長度也是一個重要的參數(shù)。干伸長度越長，其電阻熱越大，預(yù)熱作用越強，送絲速度不變時，將降低焊接電流，容易引起未焊透和未熔合等缺陷。干伸長度越小，若送絲速度不變時，將提高焊接電流，容易在全位置焊時引起鐵水

13、的流失，另一方面也影響觀察電弧，影響焊工操作。 焊接電流影響熔敷速度及熔深電流增加，熔敷速度和熔深都要增加。反之，熔敷速度和熔深都要減小。選擇電流時必須根據(jù)焊絲直徑，不同的焊絲直徑都有一個合適的電流區(qū)間，在這一區(qū)間，焊接過程才能穩(wěn)定進行。不同焊絲直徑適合的焊接電流區(qū)間。電弧電壓的大小影響焊接過程的穩(wěn)定性、焊絲金屬熔滴過渡形式、焊縫金屬的氧化和飛濺等。電弧電壓增加，熔寬明顯增加，熔深略有減少，但增加焊縫金屬的氧化和飛濺、降低焊縫的力學性能。電壓和電流必須適當配合，才能獲得良好的工藝性能。由于co：氣體保護焊的電弧靜持性是上升特性，所以電弧電壓隨焊接電流的減小而降低。 CO2氣體流量的大小，應(yīng)根據(jù)

14、焊接電流、焊接速度、焊絲伸出長度、噴嘴直徑來選擇。三、 電阻焊的方法及應(yīng)用點焊部分1、點焊 點焊是依靠被焊工件接觸面之間形成的焊點、將工件連接起來的電阻焊方法。按一次形成的焊點數(shù)，可分為單點焊和多點焊；按對焊件的供電方向，可分為單面點焊和雙面點焊等。典型的點焊方法如圖382所示。 最常見的點焊方法是雙面點焊(電極從工件兩側(cè)供電)，尤其是雙面單點焊。單面點焊主要用于電極難以從兩側(cè)接近工件或工件一側(cè)要求壓痕較淺的場合。點焊接頭的尺寸可參考表381大致確定，常用金屬材料的焊接點距見表382。 點焊是一種高速、經(jīng)濟的連接方法，適用于制造可裝配成搭接接頭、接頭無密封性要求的薄板構(gòu)件，如汽車駕駛室、轎車車

15、身、 長機機翼、儀表殼體，也可用于焊接建筑用鋼筋、電器元件引線、家用電器等。2、點焊機（1）焊機的分類 點焊機的分類見圖387。 通用焊機可焊接各種不同厚度和形狀的工件，專用焊機則用于焊接形狀、尺寸、厚度、材質(zhì)接近的一定類型的工件。中大功率焊機重量大，一般都固定安裝。焊接外形復(fù)雜或尺寸較大的薄壁工件時，工件通常不動而使焊機(焊鉗)相對工件移動。絕大多數(shù)通用點焊機采用雙面饋電，可用于焊接各種尺寸和形狀、各類金屬材料的工件，通常一次焊接循環(huán)獲得一個焊點。單面點焊可提高生產(chǎn)率，減小焊接變形，并可從單面接近某些可達性差的焊件。（2） 固定式焊機 通用固定式焊機主要有搖臂式和直壓式兩種。前者僅用于點焊，

16、后者適用于點焊和凸焊。直壓式固定點(凸)焊機的組成見圖388。其中，加壓機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)和機身等組成機械部分；焊接回路、阻焊變壓器、主電力電路、功率調(diào)節(jié)機構(gòu)利控制設(shè)備等組成電氣部分。圖389是點（凸）焊機焊接回路示意圖。直壓式焊機的下電極通常固定不動，而上電極沿垂直方向作直線運動。電極壓力通過氣缸或油缸帶動電極施加于工件。通用直壓式焊機大多數(shù)采用氣動加壓系統(tǒng)，既能用于點焊也能用于凸焊(圖3812)。點焊機的管伸長度一般較大，而凸焊機的臂伸長度都很小(因剛度要求高)。此外，凸焊機要求加壓機構(gòu)的隨動性要好，因而均采用滾動導軌、小質(zhì)量活塞和蝶形彈簧緩沖等措施，以提高電極運動部分的跟隨性。 直壓式焊機有

17、工頻交流、次級整流、直流沖擊波、電容貯能等多種類型。這類焊機的功率一般都比較大，所以焊接變壓器常采用次級繞組水冷、初級繞組可分段串并聯(lián)的殼型變壓器。級數(shù)換接器以插刀式居多，主電力開關(guān)通常采用大容量的整流元件(晶閘管或引燃管)。國產(chǎn)凸焊機大多數(shù)為專用焊機，通用凸焊機品種很少。在凸焊質(zhì)量要求不高時，可用直壓式點焊機代替凸焊機進行凸焊。（3）移動式焊機 移動式焊機分為兩類，即懸掛式焊機和手提式焊機。前者用于焊接形狀復(fù)雜、笨重龐大、移動因難的大型工件，后者用于維修工作。兩者均適于點焊。 手提式焊機通常采用空氣自然冷卻的阻焊變壓器，其額定功率很小(25kvA)，負載持續(xù)率非常低(一分鐘只能焊一次)，但瞬

18、時焊接電流仍可達7000一10000A。懸掛式焊機有整體式和分體式兩種(見圖3813)。前者是阻焊變壓器與焊鉗連成一體，后者是阻焊變壓器與焊鉗分離。一般來說，大功率焊機多為分體式，而小功率焊機則趨于一體化。分體式懸掛焊機需用較長的水冷電纜傳遞焊接電流，焊接回路阻抗大、功率損耗多，其焊接變壓器的次級空載電壓比固定式焊機高24倍。整體式懸掛焊機因焊鉗與變壓器連成一體，其性能與固定式焊機類似。懸掛式點焊鉗按用途和形狀可分為X型和C型兩種。X型焊鉗用于點焊水平及接近于水平位置的焊點，電極的運動軌跡為圓弧形；C型焊鉗用于點焊垂直及接近于垂直位置的焊點，電極作直線運動。用于移動式焊機的加壓機構(gòu)有氣液壓式和

19、氣壓式兩種施壓，前者通過焊鉗上的小汽缸對電極施壓，可獲得很高的電極壓力，并且壓力穩(wěn)定、體積較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；后者的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低。移動式焊機的最新發(fā)展是將焊鉗安裝在機械手上，通過計算機控制，使機械手按指令進行操作。此外，環(huán)氧樹脂澆注變壓器和逆變電源在移動焊機上的應(yīng)用日益增多，從而使焊機的重量和體積大大減小。3、點焊機器人 焊接機器人是工業(yè)機器人技術(shù)的一個主要應(yīng)用分支，目前已應(yīng)用于電阻點焊、電弧焊、切割及熱噴涂等。電阻點焊機器人是一種較為簡單的點位控制機器人，它只需控制點焊位置及點焊程序，而中間的軌跡無關(guān)緊要。目前，點焊機器人僅在大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)中用于焊接lmm十lmm以下的薄

20、板結(jié)構(gòu)。圖3830是汽車生產(chǎn)中應(yīng)用的點焊機器人結(jié)構(gòu)實例。 通用點焊機器人一般由三個相互關(guān)聯(lián)的部分組成：機械手、控制系統(tǒng)和示教系統(tǒng)。機械于(又稱操作機)是機器人的執(zhí)行機構(gòu)，由它直接帶動點焊鉗完成各種運動和操作；控制系統(tǒng)是機器人的神經(jīng)中樞，它處理機器人工作過程中的全部信息和控制機械手的各種運動；示教系統(tǒng)是機器人與人的交互接口，在示教過程中它將控制機器人的全部動作，并將其全部信息送入控制器的存貯器中。 (1)機械手 點焊機械手最普遍的結(jié)構(gòu)形式是全關(guān)節(jié)式(見圖3832)。典型的全關(guān)節(jié)式機械手一般由機身、大臂、小臂和手腕四部分組成，機械手的每個關(guān)節(jié)分別由一臺伺服電機驅(qū)動，機械手的位置和姿態(tài)全部由旋轉(zhuǎn)運動

21、實現(xiàn)。全關(guān)節(jié)式機械手的特點是機構(gòu)緊湊、靈活性好、占地面積小、工作空間大，但高精度控制難度較大。 (2)控制系統(tǒng) 現(xiàn)代工業(yè)機器人大都采用二級計算機控制。第一級計算機的任務(wù)是系統(tǒng)監(jiān)控、作業(yè)管理和實時修正等；第二級計算機的任務(wù)是進行伺服電機閉環(huán)控制，它接受第一級計算機送來的伺服信號，經(jīng)運算處理后通過高速脈沖發(fā)生器控制各個運動機構(gòu)。目前工業(yè)機器人采用的控制方式是將機械手上的每一個關(guān)節(jié)都當作一個單獨的伺服機構(gòu)加以控制。圖3l 833為主從雙微機式機器人控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)造。 (3)示教系統(tǒng) 工業(yè)機器人示教方式主要有兩種：人工引導示教和示教盒示教。焊接機器人目前都采用示教盒示教，即由人通過示教盒操縱機器人進

22、行示教。示教盒本身是一套專用計算機，它不斷掃描盒上的功能和數(shù)字鍵、操縱桿，并把信息和命令送給控制器。今后的發(fā)展方向是離線編程示教，它無需現(xiàn)場示教，可根據(jù)圖紙，在計算機上進行編程，然后輸給機器人控制器。目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)機器人大都具有示教再現(xiàn)功能，其內(nèi)容包括示教、存貯和再現(xiàn)三項。示教再現(xiàn)功能對環(huán)境變化沒有應(yīng)變能力。目前正處于研究開發(fā)階段的機器人是智能控制機器人，它具有完備的視覺、聽覺、觸覺等傳感功能，能夠直接識別語言、圖像及鍵盤指令，并考慮各種傳感系統(tǒng)給出的有關(guān)對象和環(huán)境的信息以及信息庫的規(guī)則、數(shù)據(jù)、經(jīng)驗等資料，做出規(guī)劃并指揮機器人操作。表3824列出了點焊機器人本體的幾項主要技術(shù)指標及其與弧焊機器人相應(yīng)指標的對比。焊接機器人的技術(shù)指標還有很多，如工作空間、最大連度、用戶內(nèi)存量、語言轉(zhuǎn)換功能自診斷功能、自保護功能等。4、點焊機器人焊接系統(tǒng) 焊接系統(tǒng)主要由焊鉗(含阻焊變壓器)、焊接控制器以及水、電、氣等輔助部分組成。 (1)點焊機器人焊鉗 機器人用點焊鉗與普通點焊鉗類似，分一體式和分離式、c型和x型等。點焊機器人通常應(yīng)采用重量輕、具有浮動加壓裝置的專用焊鉗。分離式焊鉗也可用普通懸掛式焊鉗及阻焊變壓器，但二次電線需特殊制造。分離式焊鉗運動速度高，價格便宜，可減小機器人負載，但需用大容量焊接變壓器。一體式焊鉗節(jié)省能量，但要求機器人本體承載能力大(見表3824)。 (2)焊接控制