1、焊接设备操作与维护 主编 徐宏彤 HJ1 第一节惰性气体保护焊简介HJ1惰性及混合气体保护焊是气体保护焊大类中的一种重要方法。采用惰性气体氩气、氦气或在惰性气体中加入其他的气体作为混合保护气体,利用电极之间产生的电弧热作为热源的电弧焊方法。它包括钨极惰性气体保护焊(TIG)和熔化极气体保护焊(GMAW)。两者的差别在于所用的电极不同,前者用的是非熔化电极钨棒,后者用的是熔化电极焊丝。TIG焊能获得焊接质量优良的焊缝,它的缺点是焊接能量有限,不适合焊接厚件,尤其是导热性能较强的金属。为了克服这一缺点,1948年产生了熔化金属极惰性气体保护电弧焊(MIG),这种方法利用金属焊丝作为电极,电弧产生在
2、焊丝和工件之间,焊丝不断送进,并熔化过渡到焊缝中去。因此这种方法所用焊接电流可大大提高,适合于中、厚板的焊接。HJ1惰性气体保护焊主要用于铝及其合金,铜及其合金,钛及其合金等非铁金属的焊接;在气体保护电弧焊初期,使用的主要是单一气体;如氩气(Ar)和氦气(He),后来发现在一种气体中加入一定分量的另一种或两种气体后,可以分别在细化熔滴、减少飞溅、提高电弧的稳定性、改善熔深以及提高电弧的温度等方面获得满意的效果。常用的混合气体有:1)Ar+He。广泛用于大厚度铝板及高导热材料的焊接,以及不锈钢的高速机械化焊接。2)Ar+H2。利用混合气体的还原性来焊接镍及其合金,可以消除镍焊缝中的气孔。3)Ar
3、+O2混合气体(O2量为1%)。特别适用于不锈钢MIG焊接,能克服单独用氩气时的阴极飘移现象。4)Ar+CO2或Ar+CO2+O2。适于焊接低碳钢和低合金钢,焊缝成形、接头质量以及电弧稳定性和熔滴过渡都非常满意。活性混合气体保护焊主要用于高强钢、高合金钢的焊接。HJ1第二节钨极氩弧焊设备HJ1一、钨极氩弧焊特点及设备组成1.钨极氩弧焊工作原理钨极氩弧焊又称TIG焊,利用钨极与焊件之间产生的电弧热来熔化附加的填充焊丝或自动给送的焊丝(也可不加填充焊丝)及基本金属,形成熔池而形成焊缝。焊接时,氩气流从焊枪喷嘴中连续喷出,在电弧区形成严密的保护气层,将电极和金属熔池与空气隔离,以形成优质的焊接接头。
4、HJ1图4-1TIG焊的焊接原理1钨极2导电嘴3绝缘套4喷嘴5氩气流6焊丝7焊缝8母材9进气管HJ1图4-1所示为TIG焊的焊接原理。焊接时,惰性气体5从焊枪的喷嘴4中连续喷出,在电弧周围形成气体保护层隔绝空气,以防止对钨极1、熔池及邻近热影响区的有害影响,从而获得优质焊缝7。薄板焊接一般不需要填充金属。厚板焊接需填充金属时,把焊丝6从旁边不断送入焊接区,靠电弧热熔入熔池而成为焊缝金属的组成部分。HJ12.钨极氩弧焊分类按照钨极氩弧焊工艺的基本特征可进行如下分类。(1)按照保护气体的成分分类1)氩弧焊。2)氦弧焊。3)混合气体保护焊(主要是氩和氦气的组合,有时也加入一些其他气体,如氢气)。HJ
5、11)直流TIG焊。2)交流TIG焊。3)脉冲TIG焊按照脉冲频率的大小又可分为低频氩弧焊(0.110Hz)、中频氩弧焊(1015kHz)和高频氩弧焊(15kHz)三种。(3)按照送丝的状态分类1)冷丝焊。2)热丝焊。3)双丝焊。(2)按照电流的种类分类HJ1(4)按照自动化程度分类1)手工TIG焊。2)自动TIG焊。HJ13.钨极氩弧焊的特点及应用(1)优点1)焊接质量好。2)适应能力强。(2)缺点1)熔深浅,熔敷效率低,焊接生产率低。2)钨极载流能力有限,过大的电流会引起钨极熔化和蒸发,过大的颗粒会进入焊缝,造成对焊缝的污染。3)野外焊接时,需采取防风装置。4)惰性气体较贵,焊接成本高。H
6、J14.钨极氩弧焊焊机的结构(1)TIG焊机的组成典型的手工钨极氩弧焊设备由焊接电源、控制部分、送气系统、冷却系统和焊枪等部分组成,如图4-2所示。自动TIG焊机比手工TIG焊机多一个焊枪移动装置和一个送丝机构,通常两者结合在一台可行走的焊接机头(小车)上。图4-3是焊枪与导丝嘴在焊接小车上的相对位置。图4-4是自动TIG焊焊枪与导丝嘴的实物图,焊丝通过导丝嘴,以一定的速度的送入焊接区域,在电弧的热量作用下过渡到熔池当中。自动送丝TIG焊加大了送丝的效率,具有良好的对中性,焊丝可达性好。若采用焊丝加热电路,即采用热丝TIG焊,则能显著提高熔敷效率,但由于磁偏吹的影响,一般填丝系统需采用交流电源
7、,焊丝直径一般不宜选择过大,另外采用短弧焊接可以避免电弧的偏移。HJ1图4-2手工钨极氩弧焊设备HJ1图4-3自动TIG焊焊枪与导丝嘴的调节1钨极2喷嘴3焊枪体4焊枪夹5焊丝导管6导丝装置7导丝嘴8焊丝9保护气体10熔池HJ1图4-4自动TIG焊焊枪与导丝嘴(以常用弧焊产品为例)HJ1(2)焊接电源无论是直流还是交流TIG焊都采用陡降的外特性。1)直流电源。2)交流电源。表4-1可供直流TIG焊用的部分弧焊电源3)方波交流电源。HJ1表4-1可供直流TIG焊用的部分弧焊电源HJ1图4-5方波电源焊接电流的波形HJ12)可以根据焊接条件选择最小而必要的KR,使其既能满足清除氧化膜的需要,又能获得
8、可能的最大熔深和最小的钨极损耗。3)由于采用电子电路控制,焊接铝、镁及其合金时,无需另加消除直流分量的装置。国产方波弧焊电源多做成交、直流两用的钨极氩弧焊机,可以进行直流的TIG焊和焊条电弧焊,也可以进行交流的TIG焊和焊条电弧焊。表4-2为这类焊机的技术数据。1)方波电流过零后增长快,再引燃容易,大大提高了稳弧性能,如空载电压在70V以上,不需再加稳弧装置,可使电流10A以上的电弧稳定燃烧。HJ1表4-2国产WSE5系列交流方波/直流钨极氩弧焊机技术数据HJ1陡降(或恒流)外特性的交、直流两用弧焊整流器。国产的ZXE系列,ZXE1系列和ZXE6系列的交直流两用弧焊整流器均可用。近年来迅速发展
9、的逆变式(ZX7系列)弧焊电源用于交直流两用或焊条电弧焊/TIG两用焊机则更为简单和方便,而且节能。表4-3列出了部分国产逆变式焊条电弧焊/TIG焊两用电源的技术数据。4)TIG焊的其他电源。交、直流两用TIG焊机和焊条电弧/TIG焊两用焊机使用的电源都是具有HJ1表4-3部分国产逆变式焊条电弧/TIG焊两用弧焊电源技术数据HJ1图4-6自动TIG焊焊接参数控制程序HJ1(4)焊枪1)作用与要求。进气口设缓冲室,降低气流的初速。在气流通道中加设多层孔板或金属丝网制成的气筛,使气流分布均匀。尽量采用圆角形喷嘴,以扩大有效保护区域。(3)控制部分此部分主要任务是控制气流通断、提前送气、滞后关气、引
10、弧、电流通断、电流衰减、水路信号等。自动焊机还有小车行走机构、填丝输送机构等。其焊接参数控制程序如图4-6所示。加长喷嘴出口端直筒长度约为喷嘴孔径的1.5倍。HJ12)类型与结构。表4-4钨极氩弧焊焊枪负载能力表4-4钨极氩弧焊焊枪负载能力HJ1(5)典型TIG焊焊机数据表4-5是典型的通用TIG焊焊机技术数据。表4-5典型的通用TIG焊焊机技术数据HJ1表4-5典型的通用TIG焊焊机技术数据HJ1表4-5典型的通用TIG焊焊机技术数据HJ1二、钨极氩弧焊设备的操作规程钨极氩弧焊操作技术关系到焊接过程的正常进行以及焊接的质量。图4-7和图4-8是TIG焊操作的现场图片。能够看出TIG焊焊接电弧
11、燃烧稳定,焊缝成型美观,飞溅小。图4-7现场操作图HJ1图4-8TIG焊焊接电弧与焊缝成形HJ12)清理好工作场地,准备好辅助工具和防护用品。3)检查设备。4)检查工件。5)不要在风口处或强制通风的地方施焊。6)依据工艺文件和产品图样的要求,正确选择焊丝。1.准备工作1)熟悉图样及工艺规程,掌握施焊位置、尺寸和要求,合理地选择施焊方法及顺序。HJ12)工件必须可靠接地,用直流电源焊接时要注意减少高频电流作业时间,引弧后要立即切断高频电源。3)冬季施焊时,一定要用压缩空气将整个水路系统中的水吹净,以免冻坏管道。4)修磨钨极时要戴手套和口罩。以下是目前市面上能够见到的比较普遍的钨极打磨机,如图4-
12、9所示。2.安全技术1)穿戴好个人防护用品,应在通风良好的环境下工作,工作场地严防潮湿和存有积水,严禁堆放易燃物品。HJ1图4-9钨极打磨机(以常见设备为例)HJ1 专用钨针夹持器,保证精确的锥形和角度进行纵向磨削,使焊接电极保持最佳外形尺寸。提供多种钨针直径可选。考虑到具体的生产条件和焊接结构件的要求,电动砂轮机在钨极打磨中方便耐用,使用广泛。以下是常见的手动砂轮机,如图4-10所示。环保、安全,全封闭紧凑设计,防止有害粉尘吸入人体。集钨针磨削与平口一体,角度可任意调节。HJ1图4-10电动平面砂轮机HJ1图4-11不同的钨极状态HJ13.焊接参数的选择钨极氩弧焊的焊接参数主要有焊接电流种类
13、及极性、焊接电流、钨极直径及端头形状、保护气体流量等。此外,还有钨极伸出长度、喷嘴与工件之间的相对位置等。确定各参数的程序:先选定焊接电流的大小,然后选定钨极的种类和直径大小,再选定喷嘴直径和保护气体流量,最后确定焊接速度。在施焊过程中,适当调整钨极的伸出长度和喷嘴与工件的相对位置。HJ1(1)焊接电流种类及大小一般根据工件材料选择电流种类。焊接电流的大小是决定焊缝熔深的最主要参数,它主要根据工件材料、厚度、接头形式、焊接位置选择,有时还考虑焊工的技术水平(手工焊时)等因素。(2)钨极直径及端头形状钨极直径根据焊接电流大小、电流极性选择。钨极端头形状也是一个重要的焊接参数,根据所用焊接电流种类
14、,选用不同的端头形状。钨电极的载流能力见表4-6。(3)气体流量和喷嘴直径氩弧焊质量在很大程度上取决于氩气的保护效果。在一定条件下,气体流量和喷嘴直径有一个最佳范围,此时,气体保护效果最佳,有效保护区最大。氩气保护效果的评定主要是根据焊缝表面的颜色。表4-7为不锈钢焊接区颜色与保护效果的关系,表4-8为钛合金焊接区颜色与保护效果的关系。HJ1表4-6钨电极载流能力HJ1表4-7不锈钢焊接区颜色与保护效果表4-8钛合金焊接区颜色与保护效果(4)电弧电压电弧电压主要影响焊缝宽度,它由电弧长度决定。增加弧长会降低气体保护效果,一般弧长控制在15mm为宜,应以钨极直径和末端形状及填充焊丝粗细灵活掌握。
15、HJ2(5)焊接速度当焊接电流确定后,焊接速度的大小决定着单位长度的焊缝所输入的能量。若要保持一定的焊缝成形系数,焊接电流和焊接速度应同时提高或减小。(6)电极伸出长度电极伸出长度是指钨极从喷嘴孔伸出的距离,主要取决于焊接接头的外形。常规的电极伸出长度一般在12倍的钨极直径。要求短弧焊时,其伸出长度宜比常规的大一些,以便清除观察熔池,并有利于控制弧长。但是,电极伸出长度过长,势必会加大保护气体流量,才能维持良好的保护状态。HJ21.操作要点1)保证正确的持枪姿势,随时调整焊枪角度及喷嘴高度;既要有良好的保护效果,又能便于观察熔池。2)注意气体对熔池的保护,在焊接过程中,如果钨极没有变形,焊后钨
16、极端部为银白色,说明保护效果良好;如果焊后钨极发蓝,说明保护效果差。3)焊接时确保焊枪、焊丝和工件之间的相对位置。2.操作技术钨极氩弧焊的操作技术包括引弧、填丝焊接、收弧等过程。HJ2(1)引弧引弧方法有短路引弧法和高频引弧法两种。短路引弧法(接触引弧法),即在钨极与焊件瞬间短路,立即稍稍提起,在焊件和钨极之间便产生了电弧。高频引弧法,利用高频引弧器把普通工频交流电(220V或380V,50Hz)转换成高频(150260kHz)、高压(20003000V)电,把氩气击穿电离,从而引燃电弧。(2)填丝焊接填丝时必须等母材熔化充分后才可填加,以免产生未熔合,填充位置一定要填到熔池前沿部位,并且焊丝
17、收回时尽量不要马上脱离氩气保护区。HJ2(3)收弧收弧方法有增加焊接速度法和电流衰减法两种。增加焊接速度法,即在焊接即将终止时,焊炬逐渐增加移动速度。电流衰减法,焊接终止时,停止填丝使焊接电流逐渐减少,从而使熔池体积不断缩小,最后断电,焊枪或焊炬停止行走。HJ23.焊机常见故障及消除方法TIG焊设备的常见故障有水、气路堵塞或泄漏,钨极太脏引不起弧;焊枪钨极卡头未旋紧,电流不稳,焊枪开关接触不良,使焊机不能起动等,这类故障应由焊工自己排除。若焊接设备内部的控制线路或电子元器件损坏,或出现其他机械故障,焊工不应自行拆修,应由维修电工或钳工处理。对于常见故障的处理可参照表4-9进行。HJ2表4-9T
18、IG焊机的故障及处理方法HJ2表4-9TIG焊机的故障及处理方法HJ2四、钨极氩弧焊设备的安全与保养1.氩弧焊安全技术氩弧焊中可能产生的安全问题除了与焊条电弧焊相同的触电、烧伤、火灾以外,还有高频电磁场、电极放射线和比焊条电弧焊强得多的弧光伤害、焊接烟尘和有毒气体等。HJ2(1)预防放射线伤害1)钍钨极应有专用的储存设备,大量存放时应藏于铅箱内,并安装排气管。2)采用密闭罩施焊时,在操作过程中不应打开罩体,手工操作时,必须戴送风防护头盔或采用其他有效防护措施。3)应备有专门砂轮来磨削钍钨极,砂轮机要安装除尘设备,砂轮机地面上的磨屑要经常做湿式扫除,并集中深埋处理。4)磨削钍钨极时应戴防尘口罩。
19、5)焊割时选择合理的参数,避免钍钨极的过量烧损蒸发。6)尽可能不用钍钨极而用铈钨棒或钇钨极,因后两者无放射性。HJ2(2)预防弧光伤害1)为了防护弧光对眼睛的伤害,焊工在焊接时必须佩戴镶有特制滤光片的面罩。2)为了预防焊工皮肤受到电弧伤害,焊工的防护服装应采用浅色或白色的帆布制成,以增加对弧光的反射能力。3)为了防止辅助工和焊接地点附近的其他人员受到弧光伤害,要注意互相配合,焊接引弧前先打招呼,辅助工要戴墨镜。HJ21)焊工在操作时,必须穿帆布工作服,戴工作帽和长袖手套,穿工作鞋,工作服上衣不要束在裤腰里,口袋应盖好,并扣好纽扣,必要时脖子上要围毛巾,长时间坐着焊接时要系围裙。2)当高空或多层
20、焊接时,在焊件下方应设置挡板,防止液态金属和熔渣下落时溅起,扩大伤害面。(3)预防飞溅金属灼伤HJ2(4)预防焊接粉(烟)尘及有毒气体中毒1)除了设计焊接车间时要考虑到全面通风外,还可采取局部通风的技术措施。2)加强个人防护措施,主要是对人身各部位要有完善的防护用品。3)通过改进焊接工艺和焊接材料来改善焊接卫生条件,是防止焊接烟尘和有毒气体中毒的主要措施。HJ2(5)预防火灾和爆炸1)焊前要认真检查工作场地周围是否有易燃易爆物品(如棉纱、油漆、汽油、煤油、木屑、乙炔瓶等),如有易燃易爆物品,应将这些物品搬离焊接工作地点5m以外。2)在高空作业时,应注意防止金属火花飞溅而引起的火灾。3)无安全可
21、靠的措施和方案时,严禁在有压力的容器和管道上焊接。4)焊接存储过易燃物的容器(如汽油)时,焊前必须将容器内的介质放净,并用碱水冲洗内壁,再用压缩空气吹干,应将所有孔盖完全打开,确认安全可靠后方可焊接。HJ25)在进入容器内工作时,焊枪和割炬应随焊工同时进出,严禁将焊枪和割炬放在容器内而焊工擅自离去,以防混合气达到一定浓度产生燃烧和爆炸。6)红热的焊丝(条)头及焊后的焊件不能随便乱扔,要妥善管理,更不能扔在易燃易爆物品的附近,以免发生火灾。7)每天下班时应检查工作场地附近是否有引起火灾的隐患,确认安全方可离开。HJ2(6)气瓶使用安全技术1)气瓶在运输、储存和使用过程中,应避免剧烈振动和碰撞,严
22、禁从高处滑下或在地面滚动。2)夏天用车辆运输或室外使用气瓶时,瓶身应加以覆盖,避免阳光暴晒。3)使用气瓶时要检查气瓶试压日期是否过期,装上减压器后检查是否漏气,表针是否灵活。4)精心操作。5)气瓶在使用过程中必须按照国家气瓶安全监察规程要求,对充装无腐蚀性气体的气瓶,每三年检验一次;充装有腐蚀性气体的气瓶,每两年检验一次。HJ22.氩弧焊焊机的检查焊机的质量检查和其他产品一样,分为一般出厂检查和形式检查两种。这里主要介绍保证产品基本性能的一般出厂检查。(1)外观检查检查产品外观是否合乎要求。如果是成套设备,则检查零部件是否齐全。(2)电气绝缘性能检查1)绝缘电阻。2)绝缘介电强度。HJ2(3)
23、控制系统性能检查试验1)具有提前送氩气和滞后切断氩气的功能。2)焊接前及焊接时氩气流量可以调节。3)在产品电流调节范围内,应保证电极与焊件间非接触地可靠引燃电弧。4)在采用高频振荡器引弧时,电弧引燃后应自动切断高频。5)采用水冷系统时,当流量低于规定值时应能可靠地切断主回路,中止焊接,并装有指示信号。HJ2(4)结构系统性能试验1)200A以下的焊枪采用空冷,200 A以上的焊枪可采用空冷或水冷。2)自动焊接时,保证焊车行走平稳和填丝均匀,无打滑现象。3)产品的齿轮箱在运转时应无异常噪声。4)水路系统在压力下无漏水现象。5)保护气的气路系统应在压力下正常工作。6)电源检查应根据电源类型和要求进
24、行。HJ2(5)安全检查1)有安全可靠的接地装置。2)经常移动与人体容易接触的控制电路。3)产品裸露的强电接线柱的带电体之间最小距离不得小于表4-10的规定。表4-10接线栓带电体最小间距HJ2表4-10接线栓带电体最小间距(6)施焊检查1)按接线图正确接线。2)电源、控制系统及焊炬,分别检查后进行空载检查。3)分别进行气、水、电路检查,是否正常。4)在额定电流下堆焊,观察设备运行是否正常、焊道成形及保护性能是否良好。HJ23.TIG焊设备的保养和故障处理(1)TIG焊设备的保养1)安装焊接设备前,必须看懂焊接设备使用说明书,掌握设备的基本构造和使用方法。2)每次使用前,必须检查设备的水、气管
25、连接是否可靠,若用自来水冷却,则需先将冷却水接通,看到出水管有水流出时才能接通焊机电源。3)定期检查钨极夹头的夹紧情况和焊炬的绝缘情况。4)氩气瓶要固定好,防止倾倒,并远离操作范围。5)工作完毕或离开工作场地时,必须切断焊机电源,关闭水源及气瓶阀门。6)建立并健全焊机的一、二级保养制度,按期进行保养。HJ2(2)焊机使用的注意事项1)接线时,应检查焊机铭牌电压值和网路电压值是否相符,电压值不符合时不得使用。2)焊机应定期检查各连接电缆,如发现接头松动,应随时拧紧,否则会烧坏接头或造成焊接过程不稳定。HJ23)对焊机需定期检查各继电器等触点情况,如发现有损坏时,应及时清理或换新。4)冷却水必须清
26、洁,无杂质和锈蚀物,否则会堵塞冷却水路,烧坏焊枪。5)焊接结束后应关闭氩气和水路,并将焊机与网路切断,否则会造成触电等事故。6)负责操作焊机的焊工,必须熟悉本焊机的性能和原理。7)氩弧焊工作现场要有良好的通风装置,以排出有害气体及烟尘。8)尽可能采用放射剂量极低的铈钨极。HJ29)为了防备和削弱高频电磁场的影响,采取的措施有:工件良好接地,焊枪电缆和地线要用金属编织线屏蔽;适当降低频率;尽量不要使用高频振荡器作为稳弧装置,减小高频电作用时间。10)其他个人防护措施,氩弧焊时,由于臭氧和紫外线作用强烈,宜穿戴非棉布工作服(如耐酸尼、柞丝绸等)。HJ2第三节熔化极氩弧焊设备HJ2一、熔化极氩弧焊特
27、点及设备组成1.熔化极惰性气体保护焊焊接工艺(1)熔化极惰性气体保护焊的特点熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)通常采用惰性气体氩气、氦气或它们的混合气体作为焊接区的保护气体。由于焊丝外表没有涂料层,电流可大大提高,因而母材熔深大,焊丝熔化速度快,熔敷率高。与钨极氩弧焊相比,可大大提高生产效率,尤其适用于中等厚度和大厚度板材的焊接。鉴于我国氦气价格昂贵,生产上广泛采用的是氩气保护,所以也称熔化极氩弧焊。HJ2熔化极氩弧焊主要特点如下:1)单原子惰性气体保护,电弧燃烧稳定,熔滴细小,熔滴过渡过程稳定,飞溅小,焊缝冶金纯净度高,力学性能好。2)焊丝作为熔化电极,电流密度高,母材熔深大,焊丝熔化速度和焊
28、缝熔敷速度高,焊接生产率高,尤其适用于中等厚度和大厚度结构的焊接。3)铝及铝合金焊接时,一般采用直流反极性,具有良好的阴极清理作用,用亚射流过渡时,电弧具有很强的固有自调节作用。4)几乎可焊所有金属,尤其适用于铝、镁及其合金,铜及其合金,钛、锆、镍及其合金,不锈钢等材料的焊接。HJ2(2)熔化极氩弧焊的熔滴过渡熔化极氩弧焊通常采用的熔滴过渡类型为滴状过渡、短路过渡和喷射过渡。滴状过渡使用的电流较小,熔滴直径比焊丝直径大,飞溅较大,焊接过程不稳定,因此在生产中很少采用。短路过渡电弧间隙小,电弧电压较低,电弧功率较小,通常仅用于薄板焊接。生产中应用最广泛的是喷射过渡。对于一定的焊丝和保护气体,当电
29、流增大到临界电流值时,熔滴过渡形式即由滴状过渡转变为喷射过渡。不同材料和不同直径焊丝的临界电流值见表4-11。HJ2表4-11不同材料和不同直径焊丝的临界电流参考值HJ2表4-11不同材料和不同直径焊丝的临界电流参考值HJ2(3)保护气体1)氩气和氦气。2)氩气和氦气混合气体。对于铜及其合金,氮气相当于惰性气体。氮气是双原子气体,热导率比氩气高,弧柱的电场强度也较高,因此电弧热功率和温度可大大提高。与氩气和氦气混合气体相比,氮气价格便宜。HJ2图4-12双层气流保护示意图HJ2采用双层气流保护的目的一般有以下两个:提高保护效果。熔化极气体保护焊时,由于电流密度较大,易产生较强的等离子流,容易将
30、保护气层破坏而卷入空气,破坏保护效果。这在大电流熔化极惰性气体保护电弧焊时尤其严重。将保护气分内、外层流入保护区,外层的保护气流可以较好地将外围空气与内层保护气隔开,防止空气卷入,提高保护效果。对于铝合金大电流焊可以收到显著的效果。此时,两层保护气可用同种气体,但流量不同,需要合理配置,一般内层气体流量与外层气体流量的比为12时可以得到较好的效果。3)双层气流保护。HJ2本身相接触的部分。为了节省高价的氩气,可以采用内层氩气保护电弧区、外层CO2气体保护熔池。少量CO2气体卷入内层氩气体保护区,仍能保证富氩性能。保证稳定的喷射过渡特点。熔池在CO2气体保护下凝固结晶,可以得到性能良好的焊接接头
31、,采用富氩保护气时需要消耗80%Ar+20%CO2(体积分数),而采用这种双层气流保护时,焊接效果相同,但气体消耗是80%CO2+20%Ar(体积分数),故可以大幅度降低成本。节省高价气体。熔化极气体保护焊焊接钢材时,为获得喷射过渡需要用富氩气体保护。但是,影响熔滴过渡形式的气体环境只是直接与电弧HJ2(4)焊丝熔化极惰性气体保护焊使用的焊丝成分通常应和母材的成分相近,它应具有良好的焊接工艺性能,并能获得良好的接头性能。熔化极惰性气体保护焊使用的焊丝直径一般为0.82.5mm。在焊丝加工过程中进入焊丝表面的拔丝剂、油或其他的杂质可能引起气孔、裂纹等缺陷。因此,焊丝使用前必须经过严格的化学或机械
32、清理。另外,由于焊丝需要连续而流畅地通过焊枪送进焊接区,所以,焊丝一般是以适当尺寸的焊丝卷或焊丝盘的形式提供的。HJ2(5)焊接参数影响焊缝成形和工艺性能的焊接参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、焊丝的倾角、焊丝直径、焊接位置、极性等。此外,保护气体的种类和流量大小也会影响熔滴过渡、焊缝的形状和焊接质量。1)焊接电流和电弧电压。2)焊接速度。3)焊丝伸出长度。4)焊丝位置。5)焊接位置。6)气体流量。HJ22.熔化极氩弧焊的设备的组成熔化极气体保护焊采用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属,并向焊接区输送保护气体,使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金
33、属免受周围空气的有害作用。连续送进的焊丝金属不断熔化并过渡到熔池,与熔化的母材金属熔合形成焊缝金属,从而使工件相互连接。由于熔化极气体保护焊对焊接区的保护简单、方便,焊接区便于观察,焊枪操作方便,生产效率高,易进行全位置焊,易实现机械化和自动化,因此在实际生产中被广泛采用。目前,电弧焊领域的机械化、自动化发展方向主要是最大限度地采用熔化极气体保护焊和埋弧焊代替焊条电弧焊。随着现代化生产的发展,熔化极气体保护焊在焊接生产中将占有越来越重要的地位。HJ2熔化极气体保护焊设备可分为半自动焊和自动焊两种类型。半自动熔化极气体保护电弧焊设备如图4-13所示。图4-13半自动熔化极气体保护电弧焊设备示意图
34、a)示意图b)常见MIG焊设备HJ2(1)电源熔化极气体保护焊通常采用直流焊接电源,目前生产中使用较多的是弧焊整流器式直流电源。近年来,逆变式弧焊电源发展也较快。焊接电源的额定功率取决于各种用途所要求的电流范围。熔化极气体保护焊所要求的电流通常为100500A,电源的负载持续率为60%100%,空载电压为5585V。1)焊接电源的外特性。2)电源输出参数的调节。HJ2(2)控制箱控制箱中装有焊接时序控制电路。其主要任务是控制焊丝的自动送进、提前送气、滞后停气、引弧、电流通断、电流衰减、冷却水流的通断及焊丝的送进等。对于自动焊机,还要控制小车行走机构。焊接设备的程序控制系统的主要作用如下:1)控
35、制焊接设备的起动和停止。2)控制电磁气阀动作,实现提前送气和滞后停气,使焊接区受到良好保护。3)控制水压开关动作,保证焊枪受到良好的冷却。4)控制引弧和熄弧。5)控制送丝和小车(或工作台)移动(自动焊时)。HJ2图4-14CO2焊的焊接程序a)半自动CO2焊焊接程序b)自动CO2焊焊接程序HJ2(3)气路和水路焊机的气路系统由气瓶、减压阀、流量计、软管及气阀组成。水路系统通以冷却水,用于冷却焊炬及电缆,通常水路中设有水压开关,当水压太低或断水时,水压开关将断开控制系统的电源,使焊机停止工作,保护焊接设备不被损坏。HJ2图4-15CO2供气系统示意图1气瓶2预热器3高压干燥器4气体减压阀5气体流
36、量计6低压干燥器7气阀HJ21)供气系统。为了紧凑,常把预热过程和干燥过程结合在一起,一体式预热干燥器的结构如图4-17所示。预热是由电阻丝加热,一般用36V交流电,功率75100W。干燥剂常用硅胶或脱水硫酸铜,吸水后其颜色会发生变化,经加热烘干后可重复使用。2)水冷系统。HJ2图4-16CO2气体保护焊减压表HJ2图4-17一体式预热干燥器1电源接线柱2绝缘垫3进气接头4接头螺母5电热器6导气管7气筛垫8壳体9硅胶10毡垫11铅垫圈12出气接头HJ2图4-18气体混合比与流量的关系HJ2(4)焊枪焊枪是焊机系统的执行部件,按结构分为自动和半自动两类,通常必须满足以下要求:1)把焊丝稳定、连续
37、、准确地送达焊接区,且抗干扰能力强。2)导电嘴导电性能优异,耐磨,熔点较高。3)对焊接区保护可靠。4)半自动焊枪要具有轻便、操作灵活自如、操作者易于观察焊接区等要求HJ2图4-19熔化极气体保护半自动焊枪a)鹅颈式(气冷)b)手枪式(水冷)HJ2图4-20细丝空冷式自动化焊枪1导电杆2锁紧螺母3衬套4绝缘衬套5螺钉6枪体7导电嘴8喷嘴9通气管HJ2图4-21粗丝水冷式自动化焊枪1导电嘴2喷嘴外套3出水管4喷嘴内套5下导电杆6外套7纺织锤形内套8绝缘衬套9出水连接管10进气管11气室12绝缘压块13背帽14出水管15上导电杆16、19进水管17进水连接管18铜丝网20螺母HJ2图4-22双层气流
38、保护的自动焊枪1钢管2镇静室3导流体4铜筛网5分流套6导电嘴7喷嘴8帽盖HJ2表4-12鹅颈式气冷熔化极气体保护焊焊枪技术数据HJ2盘绕在焊丝盘上的焊丝经过矫直轮和送丝轮送往焊枪。根据送丝方式的不同,送丝系统可分为推丝式、拉丝式、推拉丝式三种类型,如图4-24所示。(5)送丝系统送丝系统通常由送丝机(包括电动机、减速器、矫直轮、送丝轮)、送丝软管、焊丝盘等组成。HJ2 图4-23自保护药芯焊丝用自动焊枪HJ2 图4-24送丝方式示意图a)推丝式b)、c)、d)拉丝式e)推拉丝式HJ2图4-25平面式送丝机构1 焊丝盘转轴2送丝滚轮(压紧轮)3减速器4电动机5送丝滚轮(主动轮)6焊丝矫直机构7焊
39、丝盘HJ2(6)送丝机构送丝系统中核心部分是送丝机构,通常是由动力部分(电动机)、传动部分(减速器)和执行部分(送丝轮)等组成。由于采用的传动方式和执行机构不同,目前有三种送丝机构。图4-26送丝滚轮a)单主动滚轮b)双主动滚轮HJ21)平面式送丝机构。从焊丝盘出来的焊丝,经矫直轮矫直后进入两只送丝滚轮之间,滚轮由电动机驱动,靠滚轮与焊丝间的摩擦力驱动焊丝沿切线方向移动。根据焊丝直径和材质,送丝滚轮可以是一对或23对。每对滚轮又可分为单主动滚轮或双主动滚轮(如图4-26所示)。单主动滚轮的缺点是从动滚轮易打滑,送丝不够稳定;双主动滚轮靠齿轮啮合而传动,增大送进力,减小焊丝偏摆,焊丝指向性强,因
40、而送丝稳定性好,但两主动滚轮尺寸须相等,否则焊丝会打滑。送丝滚轮的表面形状有多种,如图4-27所示。其中轮缘压花且带V形槽,这样能有效地防止焊丝打滑和增加送进力,但容易压伤焊丝表面,增加送丝阻力和导电嘴的磨损。滚轮材料常用45钢,制成后淬火达4550HRC,以增强耐磨性。HJ22)三滚轮行星式送丝机构。图4-27V形槽送丝滚轮的不同组合HJ2图4-28三滚轮行星式送丝机构的工作原理HJ2图4-29双滚轮行星式送丝机械工作原理1、4送丝滚轮2焊丝3螺旋轨迹HJ23)双滚轮行星式送丝机构。因滚轮工作面为双曲面,与焊丝表面接触面积大,可向焊丝传递较大的轴向推力而不至于伤害焊丝表面。和上述三滚轮行星式
41、送丝机构一样,由空心轴电动机驱动,不需减速器,也不需矫直机构,因送丝过程中送丝滚轮同时对焊丝有矫直作用,故体积和质量小。HJ2表4-13部分国产熔化极气体保护焊送丝机HJ23.MIG焊设备的分类(1)按操作方式分类MIG焊设备可分为半自动和自动两种。(2)按所用的电源分类MIG焊设备可分为直流及脉冲两种。(3)按送丝方式分类MIG焊可分为等速送丝式和均匀送丝式两种。(4)按用途分类MIG焊可分为通用设备和专用设备两种。(5)按照焊接参数的调节方式根据焊接电流的调节方式的不同,MIG焊设备可分为以下三类。1)抽头式调节。2)两元化调节。3)一元化调节。HJ24.熔化极气体保护焊机及其选用(1)焊
42、机的技术性能近年我国熔化极气体保护焊工艺迅猛发展,这与高技术性能焊机的研发和大量进口国外的先进设备有关。目前国内气体保护焊机市场上种类繁多、规格齐全,技术含量不断提高。现把当前比较典型的焊机性能归纳如下。抽头式整流焊机和晶闸管整流焊机的技术性能见表4-14,其中晶闸管整流焊机国内许多厂家都有生产,主要电路是双反星形带平衡电抗的形式为国内熔化极气体保护焊机的主要机型。,HJ2表4-14抽头式和晶闸管整流焊机的技术参数HJ2表4-14抽头式和晶闸管整流焊机的技术参数HJ2表4-15逆变式整流焊机的技术参数HJ2表4-15逆变式整流焊机的技术参数HJ2表4-16逆变式极脉冲MIG/MAG焊机的技术参
43、数HJ2表4-16逆变式极脉冲MIG/MAG焊机的技术参数HJ2(2)焊机的选用熔化极气体保护焊因其优质高效,成本低和使用方便而获得飞速发展,相应的焊机也随之迅猛发展,因而形成了种类繁多、功能各异、价格差别大的局面。因此在选用时应本着满足焊接工艺要求、焊接质量好、性能稳定、兼顾耐用、调控精确、操作灵便、价格便宜等原则。具体遵循下列几点。1)根据焊接产品及其技术要求选择。2)根据产品生产的类型和批量大小来选择。3)根据性价比选择。HJ21.准备1)操作人员必须经过培训取得合格证后,持证上岗。2)操作人员应仔细阅读焊机使用说明书,了解机械构造、工作原理,熟知操作和保养规程,并严格按规定的程序操作。
44、3)作业前应做好准备工作,按规定进行日常检查。二、熔化极氩弧焊设备操作规程HJ23)焊接过程中,要经常注意焊丝盘内焊丝的数量,以避免整条焊缝未焊完而中断焊接。4)焊接电源和机头部分,不能受雨水和腐蚀性气体的侵袭腐蚀,以免电器、元器件受潮或腐烂,引起变质或损坏,从而影响机器运行和缩短寿命。2.焊接1)自动焊接前,检查电网电压是否正常,各电缆连接是否牢固、无破损。2)焊接前,工件应干燥无水迹及潮气,焊丝须在盘丝除锈机上盘成焊丝盘要求的尺寸和质量(一般12kg/盘),同时要将有锈迹的地方除锈。HJ25)设备出现故障时,要派专人负责维修,严格按照每台设备说明书中要求的步骤来排除故障,切不可私自改线。6
45、)施工过程中应注意各种仪表数值的变化,如有变化应停机检修。7)每天对焊机外观及能力进行一次检测。8)焊机和电缆接头处的螺钉必须拧紧。9)焊机内部电流刻度处应经常打扫,清除灰尘杂物,以保证转动灵活。10)焊机应放在清洁、干燥、通风的地方,防止受潮。11)焊接结束后,必须切断电源,仔细检查工作场所周围的防护措施,确认无起火危险后方可离去。HJ23)填写好“交接班记录”。3.停止1)断开焊接电源开关,清理工作现场,检查并扑灭现场火星,把工具放在规定的地方。2)按维护规程做好焊机的保养工作。HJ24.安全操作技术熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊除遵守焊条电弧焊、气体保护焊的有关规定外,还应注意以下
46、几点:1)焊机内的接触器、断电器的工作元件,焊枪夹头的夹紧力以及喷嘴的绝缘性能等,应定期检查。2)电弧温度为600010000,电弧光辐射比焊条电弧焊强,因此应加强防护。HJ23)工作现场要有良好的通风装置,以排出有害气体及烟尘。4)焊机使用前应检查供气、供水系统,不得在漏水、漏气的情况下运行。5)高压气瓶应小心轻放,竖立固定,防止倾倒。6)大电流熔化极气体保护焊接时,应防止焊枪水冷系统漏水破坏绝缘并在焊把前加防护挡板,以免发生触电事故。7)移动焊机时,应取出机内易损电子器件,单独搬运。HJ21.操作要点1)保证正确的持枪姿势,随时调整焊枪角度及喷嘴高度;既要有良好的保护效果,又能便于观察熔池
47、。2)注意气体对熔池的保护,在焊接过程中,气体要均匀,能在焊接区内搅动,防止空气倾入。3)在焊接铝、镁及其合金时,要采用化学清理与机械清理相结合的方法,并及时焊接,以防止再次氧化。4)若采用Ar+CO2作为混合保护气体,采用气体配比器调节两者比例,在CO2气路需加装预热器和干燥器,保证气路的畅通和气体的纯度。三、常用熔化极氩弧焊机操作与维修HJ22.操作技术MIG焊的操作技术包括送气和停气,引弧、送丝、收弧等过程。(1)引弧MIG焊通常采用接触引弧法,在引弧之前需提前送气。(2)收弧1)增加焊接速度法,即在焊接即将终止时,焊枪逐渐增加移动速度,并适当调整焊枪角度。2)电流衰减法,焊接终止时,停
48、止填丝使焊接电流逐渐减少,从而使熔池体积不断缩小,最后断电,焊枪或停止行走。HJ23.典型材料焊接参数的选择MIG焊的焊接参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊接位置和极性等。此外,还有保护气体及其流量大小等,都影响着焊接工艺性能、熔滴过渡的形式、焊缝的几何形状和焊接质量。(1)铝及铝合金MIG焊焊接工艺要点1)铝氧化后形成Al2O3氧化膜,熔点较高,不熔于液体金属,防止焊缝正常熔合,需采用直流反极性进行“阴极清理”。2)铝及铝合金焊接可以采用短路过渡、滴状过渡以及射流过渡等形式。HJ23)可以采用脉冲电源,可实现焊丝熔化速度以及熔滴过渡的控制、改善电弧的稳定
49、性、可用较小的平均电流实现喷射过渡,可以进行全位置焊接,也可实现用粗焊丝焊接薄铝板。4)需采用较小的焊接热输入来减小焊接接头区的宽度和软化,为此可以采用较大的电流和较高焊接速度相配合的焊接参数。(2)不锈钢的MIG焊焊接工艺要点1)用纯Ar作为保护气体进行不锈钢焊接,存在液体黏度和表面张力大的问题,容易形成气孔,且阴极斑点漂移而电弧不稳。2)焊接时,可以采用短路过渡射流过渡或脉冲过渡等形式。HJ24.焊机常见故障及消除方法MIG焊设备的常见故障有水、气路堵塞或泄漏;焊枪开关接触不良,使焊机不能起动;焊丝与导电嘴接触不良,电弧不稳;送丝速度不均匀,送丝滚轮位置不当以及滚轮槽面磨损导致焊丝打滑等。这类故障应由焊工自己排除。若焊接设备内部的控制线路或电子元器件损坏,或出现其他机械故障,焊工不应自行拆修,应由维修电工或钳工处理。常用熔化极氩弧焊设备为NB系列,在使用中常见的焊机故障及处理方法见表4-17。HJ2表4-17熔化极氩焊焊机的故障及处理方法
