钨极氩弧焊焊接工艺.ppt

6 3电流的种类和极性 钨极氩弧焊一般情况下 都采用直流正极性 而对Al Mg及其合金则选用交流焊接为好 薄板时 亦可采用直流反接 一 直流钨极氩弧焊直流钨极氩弧焊没有极性变化 电弧燃烧很稳定 当采用直流正极性时 钨极是阴极 钨极的溶点高 在高温时电子发射能力强 电弧燃烧稳定性更好 1 直流反接特点 W极受热大 工件为阴极 溶点低 且面积大发射电子能力弱 电弧稳定性差 具有阴极破碎作用 直流反极性时 阴极斑点有自动寻找氧化膜的性质 这是因为金属氧化膜逸出功小 容易发射电子 所以氧化膜上容易形成阴极斑点并产生电弧 阴极破碎作用实质 阴极斑点的能量密度高 被质量很大的正离子撞击 致使氧化膜破碎 但是 直流反极性时 电子轰击钨极 放出大量的热量 TIG焊时 阳极热量多于阴极热量 反极性的热作用对焊接时不利的 放出的热量很容易使钨极过热熔化 同时 由于在焊件上放出的能量不够 焊缝熔深浅宽 生产率低 而且只能焊接小于3mm的薄板 所以 钨极氩弧焊中直流反接除焊接Al Mg等薄板外很少采用 2 直流正极性直流正极性没有阴极破碎的特点 因为 阳极斑点的密度为200A cm2 而阴极斑点的电流密度为106A cm2 阳极斑点的能量比阴极斑点的能量小几百倍 同时 阳极只受到质量很小的电子撞击 所以 阳极没有去除氧化膜的作用 采用直流正极性有下列优点 工件为阳极 工件接受电子轰击放出的全部能量 产生大量的热 因此熔池深而窄 生产率高 工件的收缩变形都小 钨极不易过热 钨极接收正离子轰击时放出的能量小 发射电子付出大量的逸出功 钨棒的热发射能力很强 当采用小直径钨棒时 电流密度大 有利于电弧稳定 电弧稳定性比反极性好 所以 除焊接Al Mg等合金外一般都采用直流正接 二 交流钨极氩弧焊焊接Al Mg合金一般都用交流电 这样交流负极性的半波里 阴极有去除氧化膜的作用 它可以清除熔池表面的氧化膜 正极性的半波里 钨极得到冷却 同时又发射足够的电子 有利于电弧稳定 但交流电源也存在如下问题 1 直流分量 2 交流电弧的稳弧措施 1 直流分量在交流电弧的情况下 由于电极和母材的电热物理性能以及几何尺寸等方面存在差异 造成了交流电两半周中的弧柱导电率 电场强度和电弧电压不对称 如图6 3所示 正半周内 钨极为阴极 弧柱电导率高 电场强度小 电弧电压低而电流大 而母材的情况刚好相反 电场强度大而电流小 造成正负半周内电流 弧压不对称 危害a 使阴极去除氧化膜的作用减弱 b 直流磁通叠加在原来的交变磁通上 使铁芯在一个方向上可能达到磁饱和状态 导致变压器的激磁电流大大增加 导致变压器铁损 铜损增大 效率降低 温度升高 另一方面使焊接电流的波形严重畸变 消除措施 a 在焊接回路中串接一蓄电池组 如图6 4a b 在焊接回路中接入电阻和二极管如图6 4b c 在焊接回路中串接电容如图6 4c 2 引弧和稳弧措施交流电弧稳定性差 且钨极氩弧焊负半周时引弧更困难 解决的办法有 提高焊接电源的空载电压稳弧效果好 但变压器的容量增大很多 功率因素降低 成本高 也不安全 采用高频振荡器 高频振荡器电路如图6 5所示 实际上它是一个L C振荡器 它由升压变压器T1 火花气隙放电器P 振荡电容Ck 高频输出变压器T2等组成 T1的二次电压为2500 3000V 当它对CK充电时 将导致间隙为0 1一1 0mm的P击穿而产生火花放电 这时Ck和T2电感线圈Lk构成的振荡电路被P短路 P被击穿时 T1二次绕组即被短接 为保护T1不致损坏 T1设计成高漏抗变压器 此外 C为保护电容 S为门开关 都是为了防护操作者触及2500 3000V工频高压造成人身伤害 用脉冲引弧 稳弧它可以与高频振荡器联合使用 振荡器在保证第一次引弧后即行切断 以后用脉冲放电保证重复引燃 也可以第一次引与以后的稳弧都用脉冲放电 6 4交流钨极氩弧焊机 一 钨极氩弧焊机的一般结构TIG焊机一般结构由焊接电源 焊炬 供气及供水系统及焊接控制装置 若是自动焊还有送丝机构 小车行走机构 一 焊接电源TIG焊机采用直流 交流或交直流两用电源 铝及铝合金用交流电 若进行不锈钢等金属的焊接 则用直流正接 钨极氩弧焊机 无论是直流还是交流都采用陡降外特性或垂直外特性 弧长发生变化时 引起电流变化极小 二 供气及供水系统1 供气系统主要由氩气瓶 减压器 流量计及电磁气阀等组成 2 焊炬结构及气体保护效果1 气体保护效果 气体保护焊时 要达到保护的效果 即要求气体从喷嘴喷出后能排除空气 那么 保护气体要有合适的流态 流体有两种流态 一种是层流 一种是紊流 保护气体的保护作用主要是依靠喷嘴外端近壁层流层的作用 犹如保护膜一样 包围着氩气流 近壁层流层越厚 其保持稳定气层的长度越长 保护效果越好 2 焊炬及喷嘴的结构TIG焊焊炬的作用在于夹持电极 导电 输送保护气体 焊炬一般可分为大 中 小型三种 小型的最大电流可为100A 不用水冷 大型的可为400 600A 采用水冷 焊枪的结构一般可分为两大部分 气体镇静宝和气体喷嘴 a 气体镇静室从焊枪进气口到喷嘴入口的部分 其作用是将进入焊枪的气体气流的压力 流速沿内腔截面均匀化 一般在镇静室下面装设节流装置 常用的有钢丝网或金属隔板也可用耐热透气塑料或纤维填料等 b 喷嘴喷嘴的结构形式 尺寸对喷嘴气体的流态及保护效果有很大的 影响 经过镇静室的气流 能否在喷嘴内形成近壁层流 取决于喷嘴形状和尺寸 实验证明 圆柱形喷嘴保护效果好 圆锥形的喷嘴由于出口处截面减小 气流速度变快 这是气流的挺度虽好一些 但容易造成紊流 故保护效果较差 但这种喷嘴操作方便 熔池可见性好 生产中常用 喷嘴的长度越长保护效果越好 但由于使用不方便 很少采用 3 供水系统主要用来冷却焊接电缆 焊炬 钨棒等 三 焊接程序控制TIG焊工艺需要在焊接过程中实现下列程序控制 1 提前送气和滞后停气 以保护钨极及引弧 熄弧处的焊缝 2 自动控制引弧器 稳弧器的动作和切除 3 能自动接通和切断焊接电源 4 焊接电流能自动衰减 尤其是焊接环缝或裂缝敏感性强的材料 二 NSA 500 1型交流手工钨极氩弧焊机 一 特点 额定焊接电流为500A 采用陡降外特性 空载电压为80V和88V两档 可通过500 380和150A焊接电流 二 工作原理1 焊接主回路1 电源NSA 500 1型焊机主要用来焊接Al Mg及其合金 选用BX3 1 500型交流弧焊机 采用陡降外特性 2 消除直流分量电路由隔直流电容 二极管 电阻组成 3 高压脉冲旁路高压脉冲旁路由二极管 电阻和电容组成 其作用是避免高压脉冲电流通过焊接回路造成对电源设备的损坏以及脉冲损耗 2 脉冲引弧与脉冲稳弧电路 图6 6所示的为两种晶闸管脉冲引弧及稳弧电路 其中图a为并联式 依靠串联在焊接回路中的脉冲变压器T2获得焊件将成为阴极前电流过零点时使VT触发的同步触发信号 在这之前被充电的C1两端电压经VT放电产生所需之稳弧脉冲 脉冲幅值降取决于T1的二次电压及R2大小 而R1则应保证C1在小于 时间内充完电 图b为串联式晶闸管脉冲引弧及稳弧电路 若T1二次边为800V C1可充电至1100V 当VT1 VT2导通时利用1 4的T2升压可在其两次边形成2 3KV高压脉冲 这种电路在NSA 400 1型手工钨极氩弧焊中采用 为了有效的利用这一高压脉冲引弧和熄弧 触发控制电路应使VT1 VT2在焊件为阴极且电压最大时触发引弧 然后在焊件成为阴极时在次触发以产生稳弧脉冲 2 引弧脉冲和稳弧脉冲的相位要求一般的氩弧焊机引弧和稳弧脉冲是由同一个电路提供的 但是两个脉冲由不同触发电路控制的 不仅两者在相位上不一样而且两者不能共存 即在引弧之前只产生引弧脉冲 而当电弧引燃之后 则只产生稳弧脉冲 3焊接程序控制 NSA 500 1型焊机是用简单的电容充放电延时电路来控制气体的提前或滞后 其他程序是由继电器来控制的 没有电流衰减装配 6 5熔化极氩弧焊 一 熔化极氩弧焊的特点1 熔化极氩弧焊采用焊丝作电极 电流密度可大大提高 因而母材熔深大 焊丝熔化速度快 比TIG焊具有更高的生产率 适用于中等厚度和大厚度板材的焊接 2 采用惰性气体保护 电弧燃烧稳定 熔滴过渡平稳 无激烈飞溅 焊接质量好 3 和TIG焊一样 几乎可焊接所有的金属 尤其适合于焊接铝及铝合金 铜及铜合金以及不锈钢等材料 4 熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时 一般采用直流反接 具有良好的阴极雾化作用 可实现亚射流过渡 其电弧具有很强的固有自调节作用 二熔化极氩弧焊的应用根据采用保护气体的类型 熔化极氩弧焊分为M G焊和MAG焊 以Ar或Ar He作保护气体时称为MIG焊 主要用于焊接铝及铝合金 而用Ar与少量氧化性气体混合作为保护气体时 如Ar O2 Ar CO2或Ar CO2 O2称为MAG焊 主要用于焊接各种钢材 熔化极氩弧焊的熔滴过渡主要采用连续喷射过渡 脉冲喷射过渡和短路过渡这几种形式 焊接时应注意以下几个问题 1 喷射过渡焊接时 Ua应选择稍低一点 使电弧略带轻微爆声 此时熔低形式属于喷射过渡中的射滴过渡 2 在中等电流范围内 可将弧长控制在喷射过渡区与短路过渡区之间 进行亚射流电弧焊接 特别在焊接Al及Al合金时 亚射流电弧的弧长自动调节系统为 等速送丝焊机匹配恒流特性电源 如图6 8 当弧长由l0变为l1时 工作点由O变为O1 图中C C是电源外特性 因是恒流 弧压增大 弧长增加 熔化速度减小 V熔 Vf O1回到O点 用亚射流焊铝有以下优点 1 与射流电弧相比 出于弧长减小 电弧呈碟形 所以阴极雾化区大 降低了铝及铝合金焊接时的焊缝起皱及形成黑粉的倾向 2 采用恒流外特性电源 当弧长在一定范围内变化时 焊接电流始终不变 因此焊缝成形比较均匀 3 射流电弧焊缝的熔深为 指形 而亚射流电弧为 碗形 避免了指形熔深引起的熔透不足等缺陷 采用亚射流过渡电弧焊接时 弧长调节范围不宽 例如 1 6mm铝焊丝 在Ar气中弧长约2 8mm 对于一定的焊接电流 最佳送丝速度范围较窄 如图6 9所示 送丝速度过小 易引起焊丝回烧 送丝速度过大 又会使焊丝粘着在焊件上 因此 采用普通的等速送丝焊机是很难用亚射流过渡电弧来进行焊接 要求焊机必须带有特殊的控制系统 即送丝速度与焊接电流同步控制系统 以保证电弧在图6 9中阴影部分的中心线上燃烧 3 粗丝大电流MIG焊方法在平焊厚板时 具有熔深大 生产效率高 缺陷少 变形小等优点 但由于熔池尺寸大 为加强对熔池的保护通常采用双层保护焊枪 这样即扩大了保护区域又改善了熔深形状 电流比较大时 为保护熔池后面的焊道 还需要在双层喷嘴后面再安装附加喷嘴 三保护气体的选择通常熔化极氩弧焊时 应用各种混合气体的目的是 可以控制焊接电弧的形态和能量密度 提高电弧燃烧及熔滴过渡的稳定性 稳定阴极斑点 改善焊缝成形 减少焊接缺陷 提高焊缝接头的综合性能 增大电弧的热功率等 下面是较为典型和常用的混合气体 1Ar O2纯Ar焊接不锈钢等材料时 存在以下一些问题 l 液体金属的粘度及表面张力较大 易产生气孔 焊缝金属润湿性差 焊缝两侧易形成咬肉等缺陷 2 电弧阴极斑点不稳定 产生所谓阴极飘移现象 电弧根部这种不稳定 会引起焊缝熔深及焊缝成形的不规则 3 容易产生指状熔深 容易产生气孔及未焊透现象等 实践证明 在Ar中加入甚至1 的O2 便可有效地克服阴极斑点飘移现象 在混合气体中加入20 左右O2后可提高电弧温度 从而提高生产率 其接头性能 如抗气孔性能 缺口韧性等比加20 的CO2焊接时要好 同时还可改善纯氩焊接时的指状熔深 由于这种气体具有很强的氧化性 故只适于焊接低碳钢和低合金钢 并应配以含Si Mn等脱氧元素较多的焊丝 2Ar CO2这种混合气体被广泛用来焊接碳钢及低合金钢 它既具有Ar弧的特点 如电弧燃烧稳定 飞溅小 容易获得轴向喷射过渡等 又克服了用单一氩气焊接时产生的阴极飘移 气孔 咬边及焊缝成形不良等问题 Ar与CQ的比例 通常为70一80 30一20 这种比例即可用于喷射过渡电弧又可用于短路过渡及脉冲喷射过渡 而当CO2含量大于30时 不能获得喷射过渡 另外 这种气体还可用来焊接不锈钢 但要控制CO2的比例不超过5 否则焊缝金属有渗碳的可能 从而降低接头的抗腐蚀性能 3 Ar CO2 O2实验证明 80 Ar 15 CO2 5 O2 混合气体对于焊接低碳钢 低合金钢是最佳的 无论焊缝成形 接头质量还是熔滴过渡和电弧稳定性方面都比采用其它混合气体更好 焊缝截面如图6 10所示 4 Ar He和Ar一样