当前位置：首页 > 1 过程设备焊接基础
弧引燃困难，焊接过程不稳定。电弧电压过高，则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡，焊接过程也不稳定。只有电弧电压与焊接电流匹配得较合适时，才能获得稳定的焊接过程，且飞溅小，焊缝成型好。表1—10是三种不同直径焊丝典型的短路过渡焊接规范。
表1—10 不同直径焊丝典型的短路过渡焊接规范
③焊接回路电感 进行短路焊接时，焊接回路中一般要串接附加电感。串接电感的作用主要有以下两方面。一是调节短路电流增长速度。电流增长速度过小，会发生大颗粒飞溅，甚至焊丝大段焊断而使电弧熄灭；电流增长速度过大，则产生大量小颗粒的金属飞溅。二是调节电弧燃烧时间，控制母材熔深，以适应不同厚度焊件需要。短路频率高的电弧，其燃烧时间短，因此熔深小。适当增大电感，虽然频率降低，但电弧燃烧时间增加，从而增大了母材熔深。所以，调整焊接回路的电感，可以调节电弧燃烧时间，从而控制母材的熔深。在实际焊接中，由于焊接电缆较长，常常将其中一部分电缆盘绕起来，这实际上是在焊接回路中串入了一个附加电感，使得焊接回路电感值改变，导致飞溅情况、母材熔深、都将发生改变。因此,焊接过程正常后，电缆盘绕的圈数就不宜变动。一般来说，电感值的选择可参考表1—11选定。
表1—11 短路过渡时电感值 在没有仪表指示的条件下，焊接时调节电感主要通过观察飞溅大小和焊缝成型，以及从电弧的声音情况去判断。以柔和、清晰、连续而不夹杂暴躁的炸裂声为好。
④电源极性 二氧化碳气体保护焊一般采用直流反极性。因为反极性时飞溅小，电弧稳定，成型较好，且直流反极性时焊缝金属含氢量低、焊缝熔深大。
焊丝直径（mm）电弧电压（V）焊接电流（A）1.818100—1101.219120—1351.620140—180焊丝直径（mm）电感值（mh）0.60.22—0.230.80.04—0.310.08—0.41.20.08—0.51.4.6 气体保护电弧焊技术的发展
（1）脉冲氩弧焊
脉冲氩弧焊与一般氩弧焊的区别是它的焊接电流按一定频率周期性地变化，其电流由一个恒定不变的基本电流和高于基本电流的脉冲峰值电流组成。脉冲电流是按一定频率周期性变化的。在脉冲电流工作时形成熔池，基本电流时熔池凝固，如此周而复始形成焊缝金属。
钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊均可采用脉冲电弧。前者称为钨极脉冲氩弧焊，后者为熔化极脉冲氩弧焊。脉冲氩弧焊可以通过改变脉冲电流、脉冲频率等参数来改变电弧的热量输入，具有许多非脉冲弧焊所没有的优点，是近年来发展起来的气体保护焊新工艺，已在许多领域获得推广应用。例如熔化极脉冲弧焊，其焊接质量好，生产效率高，既可用于薄板焊接，也可用于厚板焊接，特别是可以采用较粗的焊丝焊接薄板，降低了焊接成本。
熔化极脉冲氩弧焊用于不锈纲、铜镍合金等均显示出明显的优越性。
钨极脉冲氩弧焊在换热器管子与管板、锅炉集箱管接头的焊接中已被较多的采用,并已有成套的专用焊机。ZXG-250-1型脉冲旋转氩弧焊机适用于φ32-60mm锅炉集箱管接头的焊接；瑞典PRO-TIG250微机控制管一板钨极脉冲氩弧焊机，用于φ10-78mm管子与管板的焊接，不但自动化程度高，而且质量稳定可靠。
（1） 窄间隙活性气体保护电弧焊 窄间隙活性（氧化性）气体保护电弧焊是随着厚板材料的焊接而发展起来的一种普通自动熔化极气体保护电弧焊的改型。这种焊接方法的最大特点是采用多道多层焊方法,焊接具有I型或夹角很小的V型坡口厚断面金属材料。与窄间隙埋弧焊和电渣焊相比，窄间隙氧化性气体保护焊具有接头应力小、变形小、热影响区小、焊缝金属夹渣少、焊后表面无渣壳、力学性能高、经济性好、生产率高等优点。
窄间隙氧化性气体保护焊通常采用直流或脉冲电源。根据所使用的焊丝直径，窄间隙氧化性气体保
21
护焊有细丝窄间隙焊和粗丝窄间隙焊两种类型。
细丝窄间隙焊热输入低，通常采用氧化性混合气体(如Ar+CO220%)作为保护气体。焊丝直径0.8—1.0mm，间隙6—9mm，直流反接，喷射过渡焊接工艺。可采用两根焊丝分别指向间隙两个不同侧壁的双层多道焊的方式。也可采用单层加摆动的多层焊方式，以保证根部焊透。
粗丝窄间隙焊热输入高，通常采用（Ar+CO210%）或（Ar+O23%）活性混合气体作为保护气体。焊丝直径2.4—4.8mm，间隙10一15mm，直流正接或反接的或脉冲电流的单道多层焊工艺。 除平焊位置外，采用专门的焊机还可进行横焊、向下立焊、向上立焊和全位置焊。
窄间隙氧化性气体保护焊通常遇到的缺陷是侧壁或焊道之间未熔合。这主要是由于焊丝的位置不当所造成的。应当注意坡口间隙和装配精度，以及精确跟踪焊丝位置和加强气体保护。否则，缺陷不但易于产生,而且难以消除。
（3）等离子弧焊与切割
等离子弧焊接是利用高温等离子体为热源熔化金属进行焊接的。等离子体是完全电离的气体，全部由带正、负电荷的离子组成，具有极好的导电能力，可以承受很大的电流密度，具有极高的温度和极好的导热性。能量高度集中，故可熔化难熔金属与非金属。
① 等离子弧焊工艺特点
等离子弧焊与钨极氩弧焊相比具有以下优点：1）热量高度集中，温度极高，可达30000K以上，电弧稳定性高，故穿透能力和焊接速度显著提高；2)具有收孔效应，客易实现单面焊双面成形；3)焊缝的深宽比大，热影响区小，适用于焊接冶金焊接性较差的钢材。
等离子弧焊的缺点是设备费用高，焊枪喷嘴寿命较短，保护气体的消耗量较大，安全防护要求较高。设备费用一般是氩弧焊的2—5倍。
② 等离子弧焊工作原理与应用
等离子弧焊是由钨极氩弧焊发展而成的一种焊接方法，与钨极氩弧焊有很多相似之处，电极也是采用钨极。但除保护气体外，等离子弧焊还需要产生等离子弧的离子气。离子气与保护气均为惰性气体，通常是氩、氦等气体。等离子弧
焊的焊枪与氩弧焊焊枪有本质区别。钨极内缩在焊枪喷嘴之内，因此钨极不可能与工件接触。等离子弧是由喷嘴孔道的机械压缩作用，冷气流的热收缩作用以及电磁收缩作用而形成。其过程原理如图1—26b所示。等离子弧有两种形式；一种是电弧在钨极与工件之间建立，称为转移型电弧；另一种是电弧在电极和喷嘴之间产生，称为非转移型电弧。前一种等离子弧适用于3—20mm焊件的焊接，后一种主要用于薄板的焊接。
等离子弧焊一般可不加填充焊丝直接熔透工件整个厚度而形成焊缝，这种方法可焊接的极限厚度，对于碳钢和低合金钢为8mm，对于不锈钢为10mm，对于钛材为14mm。在焊接厚度较大工件时，必须将焊缝边缘开坡口，在这种情况下，焊接时必须添加焊丝来填满焊接坡口。
等离子弧焊可以焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、钛及镍合金等。但从费用上考虑厚度10mm以上不宜采用等离子弧焊接。对于质量要求高的厚板，尤其是单面焊双面成型，可以用等离子弧焊打底，然后再用其它更经济的焊接方法完成其余各层焊接。
在锅炉和压力容器的制造中，主要采用转移型等离子弧焊。常用的焊接电流范围为100—200A。这种方法用于厚10mm以下的不锈钢薄板和碳钢及低合金钢管，可取得较好的经济效果。
③ 等离子弧切割
22
等离子弧具有极高的温度，远远超过所有金属与非金属的熔点。等离子弧切割就是利用高速、高温等离子气流来加热和熔化进行切割的。它不是靠氧化燃烧，而是靠熔化来切割。故其适用范围比氧切割大得多，它能切割绝大多数金属和非金属。但由于切割成本等因素，等离子切割仅限于无法用氧切割的金属，如不锈钢和铝等。
1.5 电渣焊
1.5.1 电渣焊的原理与过程
电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热熔化焊丝与母材形成焊接熔池的一种焊接方法.它能在垂直位置以一次行程完成全厚度焊缝的焊接,因此,电渣焊是锅炉、压力容器制造中效率最高的焊接工艺。电渣焊过程如图1—27所示。
电渣焊时，先在焊缝端部的引弧板上引弧,同时添加适量的焊剂，电弧立即将焊剂熔化。当液态熔渣层到达一定高度后,电弧熄灭,转变为电渣过程。液态熔渣具有一定的导电性。当焊接电流由焊丝经过渣池至焊件时,从焊丝端
O
部至金属熔池表面形成了温度高达l90OC的高温锥,使焊丝和接缝边缘母材熔化而形成液态金属熔池。随着焊丝不断地熔化,金属熔池逐渐上升,远离热源的熔化金属在滑块的强制冷却下凝固而形成焊缝。
为保证电渣过程稳定地进行,要求浮在金属熔池上的渣池,必须具有一定的深度和容积。
这样,焊缝需处于垂直位置或接近垂直位置,并在接缝的两侧装上强迫成形装置。
1.5.2 电渣焊的特点与应用
和其他焊接方法比较,电渣焊有以下特点:
①大厚度工件可以一次焊成。厚度在40毫米以上的工件,即使采用埋弧自动焊,也必须开坡口多层焊接。若使用电渣焊,由于渣池加热范围比热量集中的电弧来得广,所以很厚的工件也可用电渣焊一次焊成。
②生产率高,焊接材料消耗少。电渣焊时,大厚件也不需开坡口，只要使焊接面之间保持25—40毫米的间隙,就可一次焊成。因此,对厚件焊接,电渣焊生产率最高。另外,电渣焊可以节省较多的填充金属，焊剂的消耗也只占埋弧自动焊的1/15左右。因此对厚件焊接来说电渣焊生产率最高成本最低。 ③电渣焊热循环的最大特点是线能量大,与埋弧焊相比约大I5—50倍,主要是因为用大间隙焊接，一次成形，焊接速度极慢(约lm/h),因此焊后冷却缓慢。这有两个显著的特点：一是焊接易淬火钢时，近缝区不会产生马氏体类的淬火组织,因此不需要预热,给大厚件的焊接带来极大的方便；二是高温停留时间长,近缝区晶粒严重长大,焊缝金属可能出现O一Ⅰ级(晶粒度图为l至8级,8级最小)的粗大柱状晶和等轴晶,降低了焊缝金属的机械性能，特别是韧性。所以电渣焊后一般都要对焊缝进行细化晶粒热处理，通常碳钢要进行正火，低碳钢要进行正火与回火处理。
④电渣焊的熔池和渣池都比电弧焊大得多，但温度较电弧焊低,熔渣的更新率也很低，渣池与金属熔池间的冶金反应很弱，几乎没有象埋弧焊的渗Mn、渗Si反应。因此，电渣焊的焊缝成分只能通过焊丝来控制。焊接同样的钢，电渣焊用焊丝的合金元素含量应较埋弧焊用焊丝稍高。
由于电渣焊的某些特点，在锅炉和压力容器制造中，电渣焊主要用于厚板的拼接及厚壁筒体纵、环缝的焊接。但由于环缝电渣焊过程比纵缝电渣焊复杂得多，且工件接长后整体正火处理受炉膛尺寸限制，因此目前环缝电渣焊应用的还比较少。丝极电渣焊可焊接厚度为30—500范围内的板材，板厚小于30mm不宜采用。碳钢和低合金钢均可采用电渣焊。
23
1.5.3 电渣焊设备
按电渣焊所用电极形式的不同,电渣焊可分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。其中丝极电渣焊应用较为广泛。现仅介绍丝极电渣焊。
通用的丝极电渣焊机(如HS-1000型焊机)由焊接电源、焊接机头、控制系统及包括成型滑块在内的水冷却系统等部分所组成，其主要机构与功能如下： ①电源 电渣焊电源可分直流和交流两种，一般多采用交流电源。因每根焊丝均需配一台电源设备，故电渣焊用电源是一台三相降压变压器。电源的空载电压应大于60Ⅴ，在100%的负载持续率下,额定电流不应小于750A。焊接电源还应配备可调节输出电压的机构。
电渣焊机通常配等速送丝机构，因此要求电源具有平的外特性。电渣焊时,只需在开始时引弧熔化焊剂，因此电渣焊用的焊接电源不需很高的空载电压，也无需严格要求它保持电弧稳定燃烧。所以国内都通用BP1—3ⅹ1000型交流变压器（P表示平特性），由三相供电,供三根焊丝焊接使用。
②焊机头 焊机头装在导轨上。导电嘴和冷却滑块均为机头的组成部分，可以随焊接的不断进行均匀上升。冷却滑块用纯铜制成，内部有冷却水不断流过,因之可使电渣焊焊缝金属强迫冷却成型。
在电渣焊中，对导电嘴提出了一系列特殊的要求。首先，导电嘴必须具有良好的,耐久的接触导电性能；第二，导电嘴应有校直焊丝弯度的机构，应使焊丝的给送方向垂直于熔池表面；第三，导电嘴应有一定的刚度，在长时间连续焊接后不至受熔池辐射热的作用而变形；第四，导电嘴的形状应成扁平型，使其在接缝间隙中能自由地摆动。除起导电作用外，焊丝的摆动也是由整个导电嘴的摆动来完成的，摆动机构是利用可反转的交流电机驱动丝杆，通过螺母带动导电嘴。摆动机构必须能调节摆幅、摇动速度
以及在两端停留的时间。图1—28为三丝电渣焊机头部分结构。
1.5.4电渣焊规范参数与技术要点
（1）电渣焊规范参数
丝极电渣焊的主要规范参数有焊接电压、焊接电流、接缝间隙、焊丝伸出长度和焊丝摆动等。各种规范参数对焊接过程的稳定性和接头质量的影响及其选择原则分述如下：
①焊接电流 电渣焊中，焊接电流与送丝速度成正比。焊接电流对焊缝的熔宽有一定的影响.在低电流的范围内，增加焊接电流熔宽增大；但 是,当焊接电流超过此范围时，熔宽反而减小。这是因为焊丝熔化速度加快,导致熔池上升速度提
高,使焊件接缝边缘在单位时间内吸收的热量相对减少。此外，大的焊接电流会使金属熔池的液面下凹，焊丝末端高温对接缝边缘的直接热作用减弱。如电流过小，则熔池的热量不足，导致容宽急剧减小甚至会产生未熔合。若电流小于200A，因热量不足，将产生未焊透。但必须指出，提高焊接电流，促使金属熔池深度增加，从而恶化了焊缝的形状系数,加剧了热裂纹倾向。因此，电渣焊在焊接裂纹敏感性较高的钢材时,必须限制焊接电流。对于普通碳钢，电渣焊实际使用的电流范围为400一650A。
②焊接电压 焊接电压对焊缝形状有着显著的影响，随着焊接电压的提高，焊缝熔宽增加。因此,焊接电压是控制焊缝边缘熔化深度的主要参数。但是电压过高,会使渣池过 热或沸腾，甚至在焊丝与渣池表面之间产生电弧，破坏了正常的电渣过程。焊接电压过低会导致焊丝与金属熔池短路。在实际生产中.每根焊丝上的焊接电压应控制在34—45V范围内，对于较厚的焊件,通常选用较高的焊接电压。
③渣池深度 渣池深度对焊缝熔宽有较大的影响，随着渣池深度的增加,焊缝熔宽减小，这是因为渣池深度增加时，作为热源的渣池高温锥扩展角减小,熔渣对流速度减慢,直接作用于接缝边缘的热量减少，熔渣池过深，还可能产生未熔合。但渣池过浅，会产生飞溅，电渣过程不稳定。最佳的渣池深度以50—70mm为宜。
24
本文作者：...共分享92篇相关文档
