星空体育:【失传技术机械所】先进机械加工技术
文章出处:本站 人气:发表时间:2024-04-25 14:11
高能率成型技术:(含PDF)
碰焊机实为电阻焊机,其焊接原理,是利用焊接区本身的电阻热和大量塑性变形能量,使两个分离表现的金属原子之间接近到晶格距离形成金属键,在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、焊缝或对接接头。
它是一种焊接质量稳定,生产效率高,易于实现机械化、自动化的连接方法,广泛应用在汽车、航天航空、电子、家用电器等领域。
用以焊接棒、管子、型钢等。能焊接直径达16MM金属及200平方毫米切面金属,适用于各五金制品行业使用,如自行车、风扇、厨具器皿等制品。
机型 输入 功率 输出电流 加压压力 焊接能力
WL-B-16K 380V/1¢ 16KVA 4500uF 10000A 2~4MM
WL-B-25K 380V/1¢ 25KVA 13500uF 12000A 3~6MM
WL-B-35K 380V/1¢ 35KVA 27000uF 16000A 3~8MM
WL-B-60K 380V/1¢ 60KVA 40500uF 27000A 5~12MM
铝焊机:Aluminum welding machine,实际上是将铝及铝合金材料,通过加热或加压使其熔化达到结合的效果,在熔合过程中可采用焊丝或金属填充,也可采用两工件自熔,使两工件熔合处的分子相互渗透而形成永久性连接的工艺设备。
铝焊机:Aluminum welding machine,实际上是将铝及铝合金材料,通过加热或加压使其熔化达到结合的效果,在熔合过程中可采用焊丝或金属填充,也可采用两工件自熔,使两工件熔合处的分子相互渗透而形成永久性连接的工艺设备。
在我们日常生活、工业上常指的铝焊机一般为氩弧铝焊机,氩弧铝焊机分为钨极氩弧铝焊机和熔化极氩弧铝焊机(MIG气保焊),而采用钨极氩弧焊就必须用交流氩弧焊才能焊接铝及铝合金。
铝焊机采用低电压大电流电能,将电能通过电弧瞬间转换为热能,采用高纯度氩气作为焊接时的保护气体,避免焊接时产生气孔、杂质,同时交流氩弧焊和MIG气保焊均具有一定的阴极清理功能,可以直接去除铝及铝合金上的氧化膜。因为铝焊机体积小,操作简单,使用方便,焊接效率高,焊缝成形好,熔深大,能焊透铝及铝合金板达到优质的结合效果,且焊接强度同母材同等,密封性好,从而得到工业及生活各领域的广泛使用。
铝焊机在使用过程中会产生弧光,弧光中含有红外线、紫外线,同时也会产生金属蒸汽和烟尘等有害物质,钨极氩弧焊中的钨棒含有少量放射性元素,所以必须做足防护措施,另外由于采用氩气作为保护气体,不宜在有风的焊接场操作。
高效节能
铝焊接由之前的传统的火焰钎焊慢慢地转向交流氩弧铝焊机,焊接效率和水平都是一个质的飞跃,而采用脉冲MIG气保焊,焊接效率又是手工交流氩弧焊的3倍,同时也将节省金属填充材料,及焊中厚铝板时的预热等辅助工序,可节省30%-50%的焊接成本。由此可见未来将大量采用脉冲MIG气保铝焊机代替现在占有一定份额的交流氩弧铝焊机。
高品质、高难度接效果
脉冲MIG气保铝焊机可以满足中厚板的工业焊接,国内已有很多案例焊到60mm厚度以上。但对于0.8mm厚度以下的铝薄板焊接,脉冲MIG焊接技术还相当欠缺,目前世界上也只有Fronius的铝焊机才能焊到,因此打破这个技术瓶颈是志在必行。
数字化自动化焊接
随着工业技术的发展,采用单片机、DSP、FPGA等数字化电焊机已相继成熟,通过点对点、总线结构实现焊接专机或者弧焊机器人自动焊接也相继运用到生产上,可以代替人工无法完成的高难度,高强度的自动焊接作业,同时数字化铝焊机支持网络远程监控、故障诊断;铝焊机的自动化在近几年也将得到广泛的推广与应用。
等离子弧焊,是指利用等离子弧高能量密度束流作为焊接热源的熔焊方法。等离子弧焊接具有能量集中、生产率高、焊接速度快、应力变形小、电孤稳定且适宜焊接薄板和箱材等特点,特别适合于各种难熔、易氧化及热敏感性强的金属材料(如钨、钼、铜、镍、钛等) 的焊接。气体由电弧加热产生离解,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧,因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用纯氩。根据各种工件的材料性质,也有使用氦、氮、氩或其中两者混合的混合气体的。
等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割工艺方法。它利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料,并借助内部的或者外部的高速气流或水流将熔化材料排开直至等离子气流束穿透背面而形成割口。
等离子弧焊接和切割:
等离子弧的产生:
(1)等离子弧的概念:
自由电弧:未受到外界约束的电弧,如一般电弧焊产生的电弧。
等离子弧:受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。
自由电弧弧区内的气体尚未完全电离,能量未高度集中,而等离子弧弧区内的气体完全电离,能量高度集中,能量密度很大,可达10~10W/cm2,电弧温度可高达24000~50000K(一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000~20000K,能量密度在10W/cm2以下)能迅速熔化金属材料,可用来焊接和切割。
(2)等离子弧的产生
等离子弧发生装置如图6-4-1所示。
在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压,经高频振荡使气体电离形成自由电弧,该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。
①机械压缩效应(作用)——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道,使电弧截面受到拘束,不能自由扩展。
②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时,冷气流均匀地包围着电弧,使电弧外围受到强烈冷却,迫使带电粒子流(离子和电子)往弧柱中心集中,弧柱被进一步压缩。
③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体,在弧柱电流本身产生的磁场作用下,产生的电磁力使孤柱进一步收缩。
电弧经过以上三种压缩效应后,能量高度集中在直径很小的弧柱中,弧柱中的气体被充分电离成等离子体,故称为等离子弧。
当小直径喷嘴,大的气体流量和增大电流时,等离子焰自喷嘴喷出的速度很高,具有很大的冲击力,这种等离子弧称为“刚性弧”,主要用于切割金属。反之,若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时,该等离子弧称为“柔性弧”,主要用于焊接。
等离子弧焊接
用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。
焊接时离子气(形成离子弧)和保护气(保护熔池和焊缝不受空气的有害作用)均为纯氩。
等离子弧焊所用电极一般为钨极(与钨极氩弧焊相同,国内主要采用钍钨极和铈钨极,国外还采用锆钨极和锆极),有时还需填充金属(焊丝)。一般均采用直流正接法(钨棒接负极)。故等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。
(1)微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。
(2)具有小孔效应,能较好实现单面焊双面自由成形。
(3)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,实现10~12mm厚度钢材不开坡口焊接,能一次焊透双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。
(4)设备比较复杂,气体耗量大,组对间隙、对工件的洁净要求严格,只宜于室内焊接。
等离子弧有两种工作方式。一种是“非转移弧”,
电弧在钨极与喷嘴之间燃烧,主要用於等离子喷镀或加热非导电材料。
另一种是“转移弧”,电弧由辅助电极高频引弧后,电弧燃烧在钨极与工件之间,用於焊接。形成焊缝的方式有熔透式和穿孔式两种。前一种形式的等离子弧只熔透母材,形成焊接熔池,多用于0.8~3mm厚的板材焊接;后一种形式的等离子弧只熔穿板材,形成钥匙孔形的熔池,多用于3~12mm厚的板材焊接。此外,还有小电流的微束等离子弧焊,特别适合於0.02~1.5毫米的薄板焊接。
等离子弧焊接属于高质量焊接方法。焊缝的深/宽比大,热影响区窄,工件变形小,可焊材料种类多。特别是脉冲电流等离子弧焊和熔化极等离子弧焊的发展,更扩大了等离子弧焊的使用范围。
等离子弧焊与TIG焊十分相似,它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是,通过在焊炬中安置电极,能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来,随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将电弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度,可以实现三种操作方式:
1、微束等离子弧焊:30A以下的熔透型等离子弧焊
是指电流在30A以下的熔透型等离子弧焊,通常称为微束等离子弧焊。为了保证小电流等离子弧的稳定,一般采用混合型等离子弧。主要用于超薄件的焊接。
2、熔透型等离子弧焊:15~200A
它是采用较小的焊接电流和较小的离子气流量,等离子弧在焊接过程中只熔化焊件不产生小孔效应,焊接方法与钨极氩弧焊很相似,焊接时可以不添加金属,主要用于薄板(0.5~2.5mm)的焊接。
3、穿透型等离子弧焊:100~300A
又称穿孔型焊接法,通过增加焊接电流和等离子气流速度,可产生强有力的等离子束,利用它温度高、能量密度强、穿透力强的特点,焊接时等离子弧把焊件完全熔透并在等离子流量的作用下形成一个穿透焊件的小孔(小孔背面露出等离子弧),形成正反面都有鱼鳞纹的焊缝,即所谓的“小孔效应”,焊接时一般不加填充金属。适用于3~8mm的不锈钢、12mm以下的钛合金、2~6mm低碳钢低合金钢以及铜、黄铜和镍及镍合金的焊接。
电源
使用等离子弧焊时,通常采用直流电流和垂降特性电源。由于从特别的焊炬排列方式和各自分离的等离子、保护气流中获得了独特的操作特性,可在等离子控制台上增加一个普通的TIG电源,还可以使用特别组建的等离子系统。采用正弦波交流电时,不容易使等离子弧稳定。当电极和工件间距较长且等离子被压缩时,等离子弧很难发挥作用,而且,在正半周期内,过热的电极会使导电嘴变成球形,从而干扰弧的稳定。
可使用专用的直流开关电源。通过调节波形的平衡来减少电极正极的持续时间,使电极得到充分冷却,以维护尖头导电嘴形状,并形成稳定的弧。
起弧
虽然等离子弧是通过采用高频产生的,但它首先是在电极和等离子喷嘴之间形成的。该维弧被装在焊炬中,需要焊接时,再将它转移到工件上。与在焊缝间保持的维弧相同,维弧系统能确保稳定的起弧,这避免了对产生电子干涉的高频的需要。
电极
用于等离子过程使用的是含2%氧化钍的钨电极和铜的等离子喷嘴。与TIG焊使用的导电嘴不同,在等离子过程中,对电极导电嘴的直径要求不那么严格,但压缩角须保持在30°~60°左右。等离子喷嘴孔的直径是很重要的,在相同的电流强度和等离子气流速度下,孔直径太小会导致喷嘴被过度腐蚀甚至熔化。在工作电流下,需要谨慎使用直径过大的等离子喷嘴。
注:孔的直径过大,可能会对弧的稳定及孔的维护造成困难。
气体
通常等离子气体的组合气体是纯氩,并含有2%~5%的氩气作为保护气体。氦气也能用做等离子气体,但由于它温度较高,会降低喷嘴的电流上升率。氢气含量越少,进行小孔型等离子焊接就越困难。
广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。
等离子弧的类型
按电源连接方式的不同,等离子弧有非转移型、转移型和联合型三种形式见图23。
(1)非转移型等离子弧 钨极接电源负端,喷嘴接电源正端,等离子弧体产生在钨极与喷嘴之间,在等离子气体压送下,弧柱从喷嘴中喷出,形成等离子焰。
(2)转移型等离子弧 钨极接电流负端,焊件接电流正端,等离子弧产生在钨极和焊件之间。因为转移弧能把更多的热量传递给焊件,所以金属焊接、切割几乎都是采用转移型等离子弧。
(3)联合型等离子弧 工作时非转移弧和转移弧同时并存,故称为联合型等离子弧。非转移弧起稳定电弧和补充加热的作用,转移弧直接加热焊件,使之熔化进行焊接。主要用于微束等离子弧焊和粉末堆焊。
转移型等离子弧
为建立转移型等离子弧,应将钨极接电源负极,喷嘴和焊件同时接正极,转移型弧示意图见图24。首先接通钨极与喷嘴之间的电路,引燃钨极与喷嘴之间的电弧,接着迅速接通钨极和焊件之间的电路,使电弧转移到钨极和焊件之间直接燃烧,同时切断钨极和喷嘴之间的电路,转移型等离子弧就正式建立。
在正常工作状态下,喷嘴不带电,在开始引燃时产生的等离子弧,只是作为建立转移弧的中间媒介。
弧焊方法
常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊三种。
(1)小孔型等离子弧焊
使用较大的焊接电流,通常为50~500A,转移型弧。施焊时,压缩的等离子焰流速度较快,电弧细长而有力,为熔池前端穿透焊件而形成一个小孔,焰流穿过母材而喷出,称为
“小孔效应”,其示意图见图25。随着焊枪的前移,小孔也随着向前移动,后面的熔化金属凝固成焊缝。由于等离子弧能量密度的提高有一定限制,因此小孔型等离子弧焊只能在有限厚板内进行焊接,见表2。
表2 小孔型等离子弧焊一次焊透厚度 (mm)
不锈钢 ≤8
钛及钛合金 ≤12
镍及镍合金 ≤6
低合金钢 ≤7
低碳钢 ≤8
(2)熔透型等离子弧焊 当等离子气流量较小、弧柱压缩程度较弱时,此种等离子弧在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应,焊缝成形原理与钨极氩弧焊相似,称为熔透型等离子弧焊,主要用于厚度小于2~3mm的薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。
(3)微束等离子弧焊 焊接电流30A以下熔透型焊接称为微束等离子弧焊。采用小孔径压缩喷嘴(ф0.6mm~ф1.2mm)及联合型弧,当焊接电流小至1A以下,电弧仍能稳定地燃烧,能够焊接细丝和箔材。
和钨极氢弧焊一样,按操作方式,等离子弧焊设备可分为手工焊和自动焊两类。手工焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成。自动焊设备则由焊接电源、焊枪、焊接小车(或转动夹具)、控制电路、气路及水路等部分组成。
焊接电源
下降或垂直下降特性的整流电源或弧焊发电机均可作为等离子弧焊接电源。用纯氢作为离子气时,电源空载电压只需65-80V;用氢、氢混合气时,空载电压需110-120V。
大电流等离子弧都采用等离子弧,用高频引燃非转移弧,然后转移成转移弧。
30A以下的小电流微束等离子弧焊接采用混合型弧,用高频或接触短路回抽引弧。由于非转移弧在非常焊接过程中不能切除,因此一般要用两个独立的电源。
气路系统
等离子弧焊机供气系统应能分别供给可调节离子气、保护气、背面保护气。为保证引弧和熄弧处的焊接质量,离子气可分两路供给,其中一路可经气阀放空,以实现离子气流衰减控制。
控制系统
手工等离子弧焊机的控制系统比较简单,只要能保证先通离子气和保护气,然后引弧即可。自动化等离子弧焊机控制系统通常由高频发生器,小车行走。填充焊口逆进拖动电路及程控电路组成。程控电路应能满足提前送气、高频引弧和转弧、离子气递增、延迟行走、电流和气流衰减熄弧。延迟停气等控制要求。
一种新开发的用于等离子弧焊的焊矩系统,采用反极性电极和选用100~200A焊接电流可以经济有效地焊接铝制零件,焊接质量很好。经对各种铝镁合金的焊接试验表明:在焊接2~8mm的板材时,可以使用熔入和锁孔式焊接技术。
使用电极极性可变的锁孔技术进行等离子弧焊,可用来焊圆周焊缝,如AlMg3管道、法兰盘以及GK-AlSi7Mg冷铸合金制造的形状各异的零件,能够进行8mm壁厚材料的无坡口对焊连接。使用新开发的特殊气体控制系统可以无缺陷地完成圆周焊缝的收尾焊接。由于只在铸件一侧才会产生气孔,因此要确定铸件熔化金属的原子氢含量。如果铸件熔化金属中的氢含量低于0.3mL/100g,焊缝产生的气孔就很少。采用此方法要修复的焊缝总长度可达39m,占整个焊缝长度的27.2%。
在研究开发最现代化的电源和控制技术条件下,采用等离子弧焊技术是一种质量最佳、经济有效、重复性好的连接工艺。另外,通过调节电流,确保厚板等离子弧对接接头焊接时产生锁孔的传感器系统、导电的熔池支撑与被焊板材绝缘,并通过带电的车架在等离子弧穿透时测量电流,并随之移动。
这种新的工艺与TIG焊接相比具有如下特点:
(1)采用等离子弧焊时的特定工艺优点,不仅主要表现在微型等离子弧焊的板材厚度范围方面,而且涉及使用锁孔技术。
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