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TIG焊工艺及设备(2)
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:6/7/2006 阅读:17835

 

 

 

TIG焊工艺及设备

 

 

 

20  如何进行铸造铝合金的补焊?

一些铝合金铸件在铸造或者作用时,常常会出现一些缺陷和损伤,如缩孔、裂纹、蔬松、夹渣、穿孔以至断裂。所以需要进行修补。铸铝件中常用的材料成分为铝硅、铝铜、铝镁合金。焊接性能亦为上述顺序排列。

根据实践经验,可用下述方法鉴别铝铸件。铝硅合金颜色发青、发暗、断口组织较细,熔化后液体金属流动性较好,上面附有黑色斑点。铝镁合金颜色发白、断口组织粗大,加热熔化时有白花飞出23m高,发出白色亮光,并冒白烟。

20.1 补焊前准备

补焊件必须彻底清除泥砂等杂物。铸件缺陷应全部铲除干净,当壁厚大于5mm时,还应加工成60°的V形坡口。如果缺陷为裂纹,则在裂纹两端钻止裂孔,为了防止补焊处烧穿,可在背面垫上湿石棉布。离补焊处较近的铸件边缘也应用金属块垫好或挡牢。为了保证铸件的冶金缺陷彻底清除,重要件应在焊前用X射线检查补焊处。

焊丝选用与工件相同的材料。也可用HS311铝硅焊丝补焊除铝镁合金以外的各种铸铝合金。

20.2 预热及焊后退火

为了避免焊接时产生变形和裂纹,同时,不致散热太快,厚大铸件焊前要进行预热,预热温度为300左右。而壁厚小于10mm、重量小于10㎏的小铸件一般可不用预热,为了消除焊接内应力,焊后最好将焊件进行300350℃退火,然后缓冷。

有时将铸件放入箱内,周围用粘土和石英砂固定,送入炉中预热后补焊,焊后随型砂缓冷。

有关工艺参数可参考铝合金的焊接。

 

21  铜及其合金采用TIG焊时将产生什么问题?需要采取什么措施?

铜是一种导电性与导热性非常好的金属,广泛用于各种电器设备中。TIG焊是这种金属的主要焊接方法。纯铜中加入各种元素可制成铜合金,常用的铜合金有黄铜和青铜两类。

这种金属具有如下的一些焊接特性。

1)具有高的热导率,纯铜的热导率在常温下为钢的8倍,要把纯铜焊件局部加热到熔化状态需要很大的热量,随着板厚增加,这一情况越显严重,因此焊前往往需要采用预热。

2)容易出现裂纹,裂纹呈晶间破坏特征,断面上可以看到明显的氧化色。

3)焊缝中常会出现气孔,纯铜焊缝中的气孔主要是由氢气引起,有时亦会出现CO2气孔。铜合金形成气孔的倾向要比纯铜大得多。

4) 接头的力学性能往往要低于基体金属,在焊接过程中或多或少地会发生铜的氧化和合金元素的烧损、蒸发。同时铜及合金在焊接过程没有相变,焊缝及热影响区金属经过加热晶粒明显粗大。

为此,进行焊接时要采取相应的措施,保证焊接质量。

21.1 焊丝要满足要求

1)具有良好的脱氧能力,通常在焊丝中加入钛、锆、铝、硅、锰、磷等元素,可以显著地降低焊缝中气体含量,并可提高焊接时电弧稳定性。

2)能获得良好的焊缝成形。若采用与工件成分相近的焊丝,所焊成的焊缝中应无气孔、裂纹及其他缺陷。为防止裂纹产生,焊丝中铅、铋、镉、硫等杂质的质量分数均应小于0.01%,氧的质量分数小于0.1%

3)纯铜接头的导电性应接近于基体金属,所以选用纯度较高的纯铜丝。

铜及其合金焊丝的牌号、性能、成分参照表28

28  国产的铜及铜合金焊丝

牌号

直径/mm

力学性能

化学成分(质量分数)(%

σb/MPa

δs(%)

Mn

Si

Sn

Al

P

Ni

Cu

其他

HS201

1.56.0

210

0.20.5

0.20.5

0.81.2

0.020.15

余量

HS202

1.06.0

155

0.20.4

余量

HS203

175

00.001

B=0.0060.010

HS220

0.51.5

5761

 

HS221

333

2025

0.150.35

0.81.2

5961

 

HS222

333

2025

0.030.09

0.050.15

0.71.0

0.1

5759

 

HS224

333

2025

0.30.7

6163

 

9-2铝青铜焊丝

25

2

79

锡青铜焊丝

3.26

23

34

79

0.250.4

1.01.5

硅青铜焊丝

3.24

1.01.5

 

 

 

 

 

 

杂质1.1

Cu70Ni30白铜焊丝

3.24.0

 686

25

30

70

Cu80Ni20白铜焊丝

3.24.0

20

80

Cu90Ni白铜焊丝

3.24.0

10

90

 

如选用不含有脱氧元素的普通纯铜丝,则焊前用酒精将焊剂CJ301调成糊状刷涂于焊件坡口表面,以增加溶池金属流动性及增加脱氧能力,改善焊缝性能。

21.2 焊前准备

首先进行焊件及焊丝的清理,清理方法见表29

29  铜件及焊丝清理方法

 

 

 

时间

工件

  用汽油、酒精擦拭,然后置于NaOH的体积分数为10%水溶液中脱脂,溶液加热温度3040然后用清水冲洗

用钢丝轮或不锈钢丝轮清理

 

焊丝

  HNO3的体积分数为35%40%H2SO4 的体积分数为10%15%水溶液

23min

 

21.3 焊接工艺

一般采用左向焊法。厚板多层焊时,层数不宜过多,第一层焊接主要控制反面成形,因此该层焊缝堆高要小(约23mm)。多层焊时,层间温度不应低于预热温度,在焊下一层焊缝之前,要用不锈钢丝刷或铜丝刷刷掉焊缝表面上的氧化物。

4mm以内的薄纯铜板单面对接立焊时,一般由一名焊工在焊件正面进行焊接,而另一名焊工在焊件反面用氧乙炔焰进行预热。焊矩与焊件表面的夹面为45°;焊丝与焊件的夹角为15°。412mm厚纯铜板对接立焊时,建议由两名焊工在相对位置上进行双面焊接,如图24所示。

纯铜TIG焊工艺参数可参照表30

30  纯铜的手工TIG焊工艺参数

板厚

/mm

预热温度

/

钨极直径/mm

喷嘴孔径/mm

焊丝直径/mm

焊接电流/A

氩气流量/(L/min)

 

1

不预热

23

10

1.62.0

120160

1012

 

1.5

不预热

23

10

1.62.0

140180

1012

 

2.0

不预热

23

12

2

160200

1416

 

3.0

不预热

34

12

2

200240

1416

可实现单面焊双面成形

4.0

300350

34

1014

3

220260

1620

正面焊12层反面焊160°

V形坡口钝边1.0mm

5.0

350400

4

1014

34

240320

1620

6.0

400450

45

1418

34

280360

2022

10.0

450500

56

1620

4

340400

2226

  正面焊2层反面1V形坡口

12.0

450600

56

1620

45

360420

2226

20.0

500700

56

2022

45

400450

2428

正面焊3层反面焊1

 

22  试述TIG焊机的组成及各部分的作用。

常见的TIG焊机包含电路部分、焊炬(焊枪)、气路系统,水路系统4部分,如图25所示,自动TIG焊还应加上送丝机构和焊接小车行走机构。

焊接电路部分中有:

1)焊接电源。用来提供焊接所需的能量,同时要求满足TIG焊必须的电气特性。

2)控制电路。包括两个功能:一个是为了保证焊接电源达到TIG焊所需要的电气性能如电流调节范围、电源的下降外特性等设置的电路;另一个是为了协调保护气体与电源之间先后顺序的控制电路,TIG焊要求焊接开始阶段先通保护气,然后再接通焊接电源,焊接结束时先断电源,延迟断气。其典型顺序见图26。交流TIG焊机还应加上引弧器和稳弧器。

3)焊矩。用来夹持钨极,传导电流和输送保护气。

4)气路系统。提供和调节保护气体。它由气源(氩气瓶)、减压阀、电磁气阀、流量计等组成。

5)水路系统。大电流焊接时用水冷却焊矩。

 

23  TIG焊对焊接电源有哪些具体要求?

对焊接电源有如下的一些要求。

1)空载电压   电源的空载电压高些引弧容易、电弧燃烧稳定。因此在符合安全性条件下空载电压高些对焊接有利。标准规定TIG焊机空载电压≤80V。(交流有效值或直流平均值)

2)电源的外特性   TIG焊要求电源具有下降的外特性,如图27所示。这样可以保证焊接过程中焊接电流不随着弧长的变化而变化。根据我国标准,外特性曲线工作部分斜率应>7V/100A

 

3)调节特性   为了适合不同的工件材料厚度、接头形式、产品结构,要求足够的焊接电流调节范围。调节范围越宽,适应性越强。通常规定直流焊接电源的最小焊接电流Imin 10%Ie,交流焊接电源的最小焊接电流Imin 20%Ie,最大焊接电流Imin Ie Ie 为额定焊接电流)。

4)负载持续率   它是反映焊机工作时间长短对输出功率影响的一个指标,具体定义用下式表示:

 

           负载持续运行时间                 t

FS = ────────────── × 100% = ─ ×100%

       负载持续运行时间+休止时间            T

 

我国标准规定手工TIGT10min,额定FS35%60%两种,自动TIGT10minFS60%100%两种。焊机的额定焊接电流是指在规定的环境温度下,在按照额定负载持续率时能够保证焊接电源不过载输出的电流值。如果按照不同的负载持续率工作,允许使用的焊接电流是不同的,换算方法可按照下式计算:

 

式中    FSe ——额定负载持续率;

         Ie ——额定焊接电流;

FS ——实际使用的负载持续率;

Iw ——实际可以使用的焊接电流。

 

24  交流TIG焊对稳弧器有什么要求,稳弧器有几种类型?

交流TIG焊机必须配备稳弧器才能实现正常的焊接。因为在铝工件为负半波期间,铝的热电子发射能力极差,它的再引燃电压很高,往往超过电源空载电压的好几倍,如图28所示如果没有稳弧措施电弧熄灭。为此,交流TIG焊接设备中都有稳弧器。

目前焊机中采用的稳弧器有如下几种类型。

24.1 高频振荡器

高频振荡器不仅用来引弧而且作为稳弧器。在焊接过程中高频振荡器始终在工作,只是在作为稳弧器时适当降低它的高频电压,以减少电磁干扰。这种方法在国外焊机中用得较为普遍。

24.2 高压脉冲稳弧器

其原理如图29所示。

在电弧从正极性转换到反极性瞬间提供一个高压脉冲(23kV左右)帮助电弧很快引燃。稳弧脉冲和电源电压的相位关系如图30所示。

稳弧器用电弧电压作为信号源,当工件为负,钨极为正的半波,稳压管VS3 击穿,通过晶体三极管VT1VT2VT3 组成的射极输出器触发晶闸管VH3 ,脉冲变压器T3 导通,它的二次侧将使晶闸管VH1 VH2 触发导通,电容C1 充好的电场能量释放出来,经脉冲变压器T2 耦合进入焊接主回路,提供一个稳弧脉冲。

另外一种高压脉冲稳弧电路如图31所示。当正极性焊接电流向反极性转换瞬间,脉冲变压器T2 感应出一个脉冲信号触发晶闸管VH1 导通,电容C1 储存的能量通过VH1R3 和电弧释放出来,提供稳弧脉冲。

 

25  TIG焊机型号是如何编制的?

根据国标GB/T 102491988规定TIG焊机型号编制内容见表31

31  TIG焊机型号的内容

第一字位

第二字位

第三字位

第四字位

第五字位

代表字母

名称

代表字母

小类名称

代表字母

附注特征

数字序号

系列序号

单位

基本规格

W

TIG

焊机

Z

自动焊

省略

直流

省略

焊车式

A

额定

焊接

电流

 

 

 

 

1

全位置焊车式

S

手工焊

J

交流

2

横臂式

D

点焊

E

交直流

3

机床式

 

 

 

 

4

旋转焊头式

 

 

 

 

5

台式

Q

其他

M

脉冲

6

焊接机器人

 

 

 

 

7

变位式

 

 

 

 

8

真空充气式

 

例如·WST400为手工交流TIG焊机,额定电流为400A

WZM6500为自动脉冲焊接机器人TIG焊机,额定电流为500A

 

26  我国目前有哪些类型的TIG焊机,各有什么特点?

目前国产的TIG焊机有几十种,基本上与国外的焊机相似,按照不同的分类方式有如下几种:

一些主要的TIG焊机电气回路组成及特点见表32

常见的一些TIG焊机性能指标见表33

33  常用TIG焊机主要技术指标

类别

手工交流氩弧焊机

手工交直流氩弧焊机

手工直流氩弧焊机

自动交直流氩弧焊机

型号

WSJ-500

WSE315

WS300

WZE500

电网电压/V

380(IN)

380IN

3803N

3803N

空载电压/V

8088

80

72

68(直流)80(交流)

额定焊接电流/A

500

315

300

500

电流调节范围/A

50500

30315

30340

5050

工作电压/V

30

20

1123

1540

引弧方式

脉冲

脉冲

高频

脉冲(钨极)

稳弧方式

脉冲

脉冲(交流)

脉冲(交流)

消除直流分量方法

电容器

电容器(交流)

钨极直径/mm

17

16

15

27

额定负载持续率(%)

60

35

60

60

焊接速度/(cm/in)

8130

焊丝直径/mm

0.82.5(不锈钢)22.5()

送丝速度/(cm/min)

331700

焊接电流衰减时间/S

110

310

515

气体滞后时间/S

115

48

015

氩气流量/(L/min)

20

15

015

50

冷却水流量/(L/min)

1

1

> 1

1

配用焊枪

PQ1150

 

PQ1350

PQ1500

PQ1500

 

PQ1350

 

Q4

Q5

Q6

Q7

用途

焊接铝及铝合金

  焊接铝及铝合金、不锈钢、高合金钢、纯铜等

  焊接不锈钢、铜及其他有色金属(铝、镁及其合金除外)

  焊接不锈钢、耐热合金及各种有色金属

备注

  配用500A,空载电压8088V的弧焊变压器为电源

  一体式交流为方波电流

  TIG焊时配用ZDG5001型平、下降两用特性整流电源和下降特性BX10500交流电源各一台

 

27  目前市场上为什么极力推荐交流方波TIG焊机?

方波交流TIG焊机具有正弦波交流焊机无法达到的性能。因为交流焊机最大的问题是电弧不能连续地稳定燃烧,电流过零后电弧熄灭,因此必须解决稳弧问题。方波交流在电流过零时电流上升速度极快,在电弧热惯性的作用下,电弧在反方向很快就能重复引燃,在较大电流时,没有稳弧措施的情况下,电弧仍能连续燃烧。而在较小电流时,能够在较小的再引燃电压条件下,引燃电弧。

交流TIG焊在正极性半波具有稳定的电弧和较大的熔沈,反极性半波工件上会产生阴极清理作用,自动去除氧化膜。通过研究发现,这两种作用所需要的时间并非完全相等,也就是说阴极清理作用的时间可以短一些就能达到目的。相反正极性时间长些,可以获得较大的熔透深度,同时减少钨极的烧损。这样就要求正、负半波电流波形所需的时间可以调整。

为了表示正、负半波电流通电时间的长短比例,我们通常用占空比β来说明。

                       

                        t1       t1

                  β= ─── = ──×100%

                       t1+t2      T

 

式中    T——一个周波时间;

        t1——工件为负半波时间;

        t2——工件为正半波时间。

实践证明,β从30%50%之间都能获得满意的阴极清理作用。交流方波电源具有调节β的功能。再有一点,交流方波电源很容易实现交、直流两用的TIG焊机。

目前市场上最普遍的交流方波TIG焊机采用晶闸管作为控制元件的电路。如图32a所示,图32b是它的电流波形。

 

28  什么是变极性电源,它有何特点?

变极性电源是在交流方波电源基础上发展起来的一种新型电源,电源的特点是交流正、负半波的时间和幅值分别可调,其电流波形如图33所示。

这种电源的优点在于:

通过调节正负半波时间比、幅值比,在保证阴极清理作用前提下,最大限度地减少反极性时间,使电弧具有直流正极性特点,从而获得较大的熔深,提高生产率,延长钨极寿命,这点对于自动TIG焊和机器人焊接具有重要意义。

通过研究发现,阴极清理作用区域的大小不仅和工件为负半波时间长短有关,而且和电流大小有关,如图34所示。随着时间和电流增加,清理作用效果增强,并且电流影响更大些。然而随着负半波时间增加,钨极烧损严重,使电弧不稳,如图35所示。为此,我们可以尽量采取缩短工件为负半波的时间而增大其电流值达到满意的清理氧化膜效果,同时延长钨极负半波的时间而减少其电流值获得最小的钨极烧损,延长其使用寿命。

 

 

36列出了直流正极性、直流反极性、非对称方波、对称方波4种波形对钨极消耗的影响。

几种交流方波TIG焊的性能对比见表34

34  交流TIG焊和交流方波TIG焊性能对比

电源类型

电弧稳定性

阴极清理作用

直流分量

正弦波交流TIG

晶闸管式方波TIG

较好

较好

逆变式方波TIG

变极性方波TIG

 

目前变极性电源都是通过逆变技术获得,它的原理框图如图37所示。

最近国外又研制了一种交直流切换的TIG焊,它的电流波形如图38所示。在交流期间完成氧化膜的清理效果,在直流期间获得大的熔深。可以焊接板厚10mm的搭接接头不必开坡口,解决了中厚度板材焊接底部不易焊透和易产生气孔的缺陷。

 

29  TIG焊的焊枪与手工电弧焊焊钳有何区别,如何选择?

TIG焊的焊枪有3个功能:夹持钨极、传导电流和输送保护气体。因此焊枪应满足下列要求:

1)保持气流具有一定的挺度,气流从焊枪中喷出时,具有良好的保护性能。

2)导电良好,能满足一定容量的要求;散热良好,以保证长期工作,必要时可通水冷却。

3)电极装夹要方便,以利于钨极的装夹及钨极烧损后的送进,并保证钨极对中。

4)喷嘴与焊枪体要绝缘,以免发生短路。

5)结构力求简单、轻巧、易于接近焊缝,观察熔池方便。

TIG焊枪主要由枪体、喷嘴、电极夹持体、弹性夹头、电缆、气体输入管、冷却水管和焊枪开关等组成,具体结构如图39所示。

35列出了国产TIG焊枪的一些规格和型号。

35  部分TIG焊枪规格、型号

型号

冷却方式

出气角度

额定焊接电流/A

适用钨极尺寸/mm

开关形式

质量/

长度

直径

PQ1-150

65°

150

110

φ1.623

推 键

0.13

PQ1-350

75°

350

150

φ345

推 键

0.3

PQ1-500

75°

500

180

φ456

推 键

0.45

QS-0/150

0°(笔式)

150

90

φ1.622.5

按 钮

0.14

QS-65/700

65°

200

90

φ1.622.5

按 钮

0.11

QS-85/250

85°(近直角)

250

160

φ234

船形开关

0.26

QS-65/300

65°

300

160

φ345

按 钮

0.26

QS-75/400

75°

400

150

φ345

推 键

0.40

QQ-0/10

0°(笔式)

10

100

φ1.01.6

微动开关

0.08

QQ-65/75

65°

75

40

φ1.01.6

微动开关

0.09

QQ-090/75

090°(可变角)

75

70

φ1.21.62

按 钮

0.15

QQ-85/100

85°(近直角)

100

160

φ1.62

船形开关

0.2

QQ-090/150

090°

150

70

φ1.623

按 钮

0.2

QQ85/150-1

85°

150

110

φ1.623

按 钮

0.15

QQ85/150

85°

150

110

φ1.623

按 钮

0.2

QQ-85/200

85°(近直角)

200

150

φ1.623

船形开关

0.26

 

TIG焊焊枪按照它的冷却条件主要是空冷和水冷两种类型。空冷焊枪一般重量轻、尺寸小,结构紧凑且价格便宜。它们一般能采用的电流不超过200A,适用于小电流及负载持续较低场合。水冷焊枪适用于大电流或者自动TIG焊接和机器人焊接场合。显然它的结构、重量、价格都要高一些。

有些焊枪为了增强气体的保护性能,在枪体内设置了气筛(或称气体透镜)。气筛的结构一般为多孔的隔板、多层铜筛网、蜂窝铜管等。

 

30  焊枪的喷嘴有些什么要求,如何选择?

喷嘴是保护气体的出气通道,因此对它的要求是:喷嘴内的气流通道应光滑均匀,能以较小的保护气体流量获得较好的保护效果;结构简单、易于加工。

喷嘴是焊枪的一个备件,工作一段时期后要更换,它是易耗品。

喷嘴内通道的形状通常有两种形式,圆柱形及收敛性,如图40所示。圆柱形喷嘴保护效果较好。收敛形喷嘴常用于小电流和狭窄处。

圆柱形喷嘴的主要尺寸如下:

d2 =2.53.5d1 h=1.41.6d2 +(79)mmS=1.520mm

式中     d1——钨极直径;

         h——圆柱形通道高度;

         d2——通道内径;

         S——喷嘴壁厚。

喷嘴的材料可以是陶瓷、纯铜或石英。陶瓷喷嘴价格低廉使用较多,通常电流不超过350A。纯铜喷嘴使用电流可达500A,需要用绝缘套将喷嘴与导电部分绝缘。石英喷嘴较贵,但焊接时可见度较好。

 

31  如何调节保护气体流量?

气路系统通常是由氩气瓶、减压阀、流量计组成,如图41所示。氩气从气并中出来后经过减压阀减压进入流量计,通过流量计便可以调节气体流量大小。

氩气瓶外部涂成灰色,内装15MPa压力的氩气。使用时,瓶内剩下0.5MPa压力时不能继续使用,因为底部含有大量的杂质和水分,影响到氩气纯度。

现在使用的流量计往往与减压阀连成一体,安装使用比较方便。

流量计有两种型号,一种是JQ型浮子流量计,也就是借用目前医用的流量计。测量部分是由一个垂直的锥形玻璃管及管内浮子所组成。浮子随流量大小沿轴线方向上下移动。当被测气体自下而上通过锥形玻璃管时,作用于浮子上的上升力大于浮子重量时,浮子上升。浮子最大外径与管壁之间的环隙面积随浮子的升高而增大,气体流速也逐渐下降,直到浮子上升力等于浮子重量时,浮子便稳定在某一高度上,这时可直接从玻璃管刻度上读出实际流量值。

一般浮子流量计上刻度是用空气为介质进行标定的。因此,用来测定其他气体流量时,要重新进行标定,或按下式进行修正计算。

 

式中    q2——修正后被测气体准确流量值;

        q1——浮子流量计上显示刻度值;

        rf——浮子材料相对密度;

        r2——被测气体介质相对密度;

        r1——原标定的空气介质相对密度。

另一种是AT系列指针式流量计,流量的大小直接从刻度盘上指针批示读数显示。

这两种流量计的参数见表36

36  流量计参数

 

输入压力/MPa

输出压力/MPa

输出流量/L/min

重量/

JQ-30/2.5

115

0.25

530

1

JQ-15/2.5

115

0.25

115

1

AT-15

115

0.45±0.05

15

 

AT-30

115

0.45±0.05

30

 

 

采用混合气体进行焊接时,事先需要按照一定的比例进行配比,完成这项工作的装置称做气体配比器,配比后的气体直接进入焊枪,其主要参数见表37,混合气可以自己配,也可以从气体公司购买。

37  配比器的主要参数

 

输入压力/MPa

输出流量/L/min

配比精度

重量/

QP-1

0.30.6

0.63

±2%

5.5

QP-3

0.30.6

0.85

±2%

5.5

QP-3A

0.30.6

0.85

±2%

5.5

 

2.32  什么是脉冲TIG焊?有何优点?

脉冲TIG焊的主要特征是采用可控的脉冲电流来加热工件。当每一次脉冲电流通过时,工作就被加热熔化形成一个熔池,基值电流通过时使熔池冷凝结晶,同时维持电弧燃烧,如图42所示。因此焊接过程是一个断续的加热过程,焊缝由一个一个熔池叠加而成。而且电弧是脉动的,由大而明亮的脉冲电弧和小而暗误的维弧周期交替,电弧有明显的闪烁现象。

脉冲TIG焊按照电流种类可分成:

1)直流脉冲TIG焊;

2)交流脉冲TIG焊。

按照频率高低可分成:

1)低频0.110Hz

2)中频1010000Hz

3)高频1020kHz

直流脉冲TIG焊和交流脉冲TIG焊适合的焊接材料同普通的TIG焊相同。

中频TIG焊在实际生产中应用较少,原因是电弧产生的噪声污染太强,人们的听觉接受不了。通常使用的是低频和高频TIG焊。

脉冲TIG焊有如下一些优点:

1)焊接过程是断续式加热,熔池金属高温停留时间短,金属冷凝快,可减少热敏感材料产生裂纹的倾向;

2)对焊件热输入少,电弧能量集中且挺度高,有利于薄板、超薄板焊接,接头热影响小;脉冲TIG焊可以精确地控制热输入和熔池尺寸,得到均匀的熔深,所以适合于单面焊双面成形和全位置焊接;

3)脉冲电流频率超过高10kHz以后,电弧具有强烈的电磁收缩作用,电弧变细,指向性强,因此可以进行高速焊,焊速可以达到30m/min

4)脉冲TIG焊的高频振荡作用有利于获得细晶粒的全相组织,消除气孔,提高接头的力学性能。

 

33  脉冲TIG焊的工艺参数有哪些,如何选择?

 

                                                   Ip               tp

脉冲TIG焊的工艺参数有IpIbtptb、还有脉幅比RA=── 、脉宽比β=───×100%、脉冲周期 

                                                   Ib              tp+tb

 

                   1

T=tp+tb、脉冲频率f =──,其他参数还有钨极直径、气体流量等。参数选择的原则及步骤如下:

                    T                                                                 

 

                     

1)对于一定的板厚,有一个合适的通电量(Iptp),而最佳的Ip值取决于材料的种类,与工件厚度无关。所以一般步骤应先根据材料的种类选择Ip,然后由工件厚度决定tp,不同材料及板厚的Iptp值可参考图43。如青铜的最佳Ip400A,钢类为150A。当焊接薄板时,Ip 值应选得稍低于图示的数值,同时适当延长tp;焊接厚板时,Ip值稍高于图示数值,并适当缩短tp

2Ib  一般为Ip  10%20%tb tp 13倍。Ib tb  的相互匹配应保证电弧不灭及熔池在tb  期间得以凝固。

3RA、β值较大时,脉冲特点较显著,有利于克服热裂纹,但过大会增加咬边倾向。焊接过程中通过调节RA、β和焊接速度,在一定程度上可以控制熔透率,避免产生热裂纹和咬边。

4)焊接速度νw焊接速度和脉冲频率要相互匹配,以满足焊点间距的要求。它们的关系如下:

          lw=νw/2.16f

式中   lw——焊点间距,mm

      Νw——焊接速度,cm/min

f——脉冲频率,Hz

为了获得连续致密的焊缝,要求焊点之前要有一定的重垒量(即lw不能过大)。常用的频率可参照表38,一般低于10Hz

38  脉冲TIG焊常用脉冲频率范围

焊接方法

手工焊

下列焊速/cm/min)的自动焊

20

28

37

38

频率/Hz

12

3

4

5

6

 

394041分别列出了不锈钢、钛合金及铝合金的参考工艺参数。

39  不锈钢脉冲钨极氩弧焊焊接条件例(直流正极性)

板厚

/mm

电流/A

持续时间/S

脉冲频率/Hz

弧长/mm

焊速/cm/min

脉冲

基值

脉冲

基值

0.3

2022

58

0.060.08

0.06

8

0.60.8

5060

0.5

5560

10

0.08

0.06

7

0.81.0

5560

0.8

85

10

0.12

0.08

5

0.81.0

80100

40  钛及钛合金的钨极脉冲自动氩弧焊工艺参数

板厚

/mm

电流/A

钨极直径/mm

脉冲通电时间/S

休止时间/S

电弧电压/V

弧长/mm

焊接速度/(m/h)

氩气含量/(L/min)

脉冲

基值

0.8

5580

45

2

0.10.2

0.20.3

1011

1.2

1825

68

1.0

66100

45

2

0.140.22

0.20.34

1011

1.2

1825

68

1.5

120170

46

3

0.160.24

0.20.36

1112

1.2

1624

810

2.0

160210

68

3

0.160.24

0.20.36

1112

1.21.5

1424

1012

41  5A035A06铝合金钨极脉冲氩弧焊焊接条件例(交流)

材料

板厚

/mm

焊丝直径/mm

电流/A

脉宽比

%

频率/Hz

电弧电压/V

气体流量

/(L/min)

脉冲

基值

5A03

2.5

2.5

95

50

33

2

15

5

5A03

1.5

2.5

80

45

33

1.7

14

5

5A06

2.0

2

83

44

33

2.5

10

5

 

34  什么是TIG点焊,有何特点?

TIG点焊是用焊枪端部的喷嘴将被焊的两块焊件压紧,保证连接面贴紧,然后依靠钨极和焊件之间产生的电弧使钨极下方的局部金属熔化,冷凝形成焊点。其原理如图44所示。适用于焊接各种薄板结构及薄板与厚板的连接,所焊材料目前主要为不锈钢和低合金钢等。

和电阻点焊比较TIG点焊有如下几个优点:

1)可进行单面点焊,工件尺寸不受限制,方便灵活;

2)可以点焊厚度相差悬殊的两个工件,且可将多层板材点焊在一起;

3)焊点尺寸容易控制,焊点强度可在很大范围内调节;

4)需加的压力小,无需专门的加压装置;

5)设备费用低廉,耗电量少。

缺点是:

1)焊接效率不如电阻点焊高;

2)焊接费用(人工费、氩气消耗等)较高。

焊接工艺要求:

1)焊前清理要求同一般的TIG焊一样。

2)焊接既可以采用直流正极性,也可以用交流焊机加稳弧装置。直流正极性效果较好,采用相同的焊接电流可以得到较大的熔深。

引弧有两种方法:

1)高频引弧。

2)诱导电弧引弧。光在钨极与喷嘴之间产生一个小电流(约5A)的诱导电弧,然后再接通焊接电源转为主弧,诱导电弧由一个小的辅助电源供电。

通过调节焊接电流和电流持续时间控制焊点尺寸,增大电流和持续时间都会增加熔深和焊点直径。所以除了焊接电流外,焊接电流持续时间也必须采用精确的控制。

电弧长度也是一个重要的参数。电弧过长,熔池会过热并可能产生咬边;电弧太短,母材膨胀后会接触钨极,产生短路。

为了防止焊点表面过度凹陷和产生弧坑裂纹,点焊结束前使电流自动衰减,或者进行二次脉冲电流加热。当焊点余高有要求时,可往熔池送适量的填充焊丝。

42列出了不锈钢TIG点焊的工艺参数。

42  不锈钢TIG点焊的工艺参数

工件厚度

/mm

焊接电流

/A

焊接时间

/S

二次脉冲电流/A

二次脉冲时间/S

保护气体流量/L/min

焊点直径

/mm

0.5+0.5

80

1.03

80

0.57

7.5

4.5

0.5+0.5

100

1.03

100

0.57

7.5

5.5

2+2

160

9

300

0.47

7.5

8

2+2

190

7.5

180

0.57

7.5

9

3+3

180

18

280

0.69

7.5

10

3+3

160

18

280

0.69

7.5

11

注:1、加入二脉冲电流前电弧熄灭一段时间。2、电弧长度约0.51mm

 

设备:TIG点焊设备与一般TIG焊不同之处在于具有特殊控制装置和点焊焊枪。控制装置除能自动确保提前输送氩气、通水、起弧外,尚有焊接时间控制、电流自动衰减以及滞后关断氩气等功能。

 

35  什么是热丝TIG焊,如何实现?

一般情况下,填充焊丝都是在冷态条件下送进,为了提高焊缝的熔敷速度和生产效率,可以采用预热焊丝进行TIG焊,如图45所示。这种焊接工艺称为热TIG焊。采用这种焊接方法熔敷速度比通常的冷丝可提高2倍,二者之间熔敷速度的比较如图46所示。

预热焊丝用的电源可以是直流电源也可以是交流电源,由于流过焊丝的电流所产生的磁场影响,电弧会产生磁偏吹而沿焊缝作纵向偏摆。用交流电源加热填充焊丝就可以消除磁偏吹,在这种情况下,当加热电流不超过焊接电流的60%, 电弧摆动幅度被限制在30°左右。为了使焊丝加热电流不超过焊接电流的60%,通常焊丝最大直径限为1.2mm

为了解决直流电源预热焊丝产生的磁偏吹还可以采用脉冲热丝TIG焊。这种焊接工艺特点是在基值电流期间,填充焊丝中通过电流预热焊丝,维弧期间焊接电流减小可以降低磁偏吹。焊接电流的峰值和焊丝预热电流交替出现,如图47所示。脉冲电流的频率可以达到100Hz左右。

热丝TIG焊是一种高速TIG焊的高效焊接方法。但直流TIG焊多电极焊接时,由于相近的电极通以同方向的电流,电极间的电弧相互作用极易造成磁偏吹,使得焊接过程中电弧出现偏摆而不稳,应用困难。为了克服这个缺点,推荐采用两个电弧交替供电的方法,如图48所示。由于两个电极电流互相错开,可以减少或者避免磁偏吹,因此可以用较大的焊接电流,提高焊接速度,改善了焊缝成形质量,克服了单电极大电流焊接时引起焊道的“驼峰”现象。图49表示了单电极和双电极TIG焊合适参数区间范围。

 

 

37  管道的手工TIG焊有何要求?

在锅炉、化工、电力、原子能等工业部门的管线及换热器生产和安装中经常会遇到管道的焊接,其中手工TIG焊占据着很大的比重。对它的操作技术有如下几点要求。

37.1 引弧和焊接

引弧方法有高频和引弧两种。接触引弧法多数用引弧板外引弧,然后移向接缝处。电弧引燃后,一般焊枪需在引弧处停留一段时间,当获得一定大小的熔池后,才往熔池中填丝或前进。焊枪移动和填丝要求较严格,焊枪焊丝和工件相互间需保持一定的距离,如图50所示。全位置焊管时,焊枪、焊丝和工件之间距离将随焊接位置变化而改变。方向一般由下向上焊接,即仰—立—平的顺序。

焊丝填入熔池的方法很多,有间隙运条、连续送入、焊丝紧贴管壁、焊枪运动、焊丝和焊枪一起作横向摆动等。但无论采用哪种运条法,焊丝末端都不能离开氩气保护区。为送丝方便,焊工观察容易和防止喷嘴烧坏,钨极应伸出喷嘴端23mm,管子打底焊时为57mm,钨极与熔池表面距离保持约24mm

收尾时要避免出现弧坑和缩孔。可以采用增加焊速法;焊缝增高法,即收弧时,焊接速度减慢,焊矩向后倾角增大,焊丝送进量增加,当熔池温度过高时,可以熄弧再引弧,直到填满弧坑;最后一种是应用引出板,在引出板上收尾,然后将引出板割掉。

管子打底焊是指大直径管道进行多层焊时,为了保证焊缝根部充分焊透,获得好的焊接质量,第一层用TIG焊打底,然后用其他焊接方法盖面的工艺。打底焊要求用直流正接,小工艺参数,电流一般不超过150A。对高合金钢管背面要充氩保护。

37.2 接头形式

壁厚小于2mm的小口径管,不开坡口,不留间隙,基本上不填丝,遇到局部有间隙或焊穿时才填丝。一次焊完。

对锅炉的受热而较薄壁管采用V形坡口,角度根据管材性质确定约为60°~90°,纯边约11.5mm,留0.51.0mm间隙。大直径厚壁管采用U形或X形坡口,留2mm间隙。坡口两侧周围和内外壁要求焊前清理,达到无锈、无油。不锈钢管子对接焊坡口形式见表43

37.3 焊丝

焊丝成分基本上与工件材料相同或近似,直径以φ1.6~φ2mm为宜,焊丝表面应按要求清理干净。

37.4 操作技术

大厚壁管焊前定位点固焊,可在平焊和两侧立焊位置处点固3点,长度3040mm,高度34mm

操作时,小管用贴丝法,大管用连续法送丝,送丝速度观察焊丝和坡口边缘被充分熔化为准,并保持一定角度。

大直径厚壁管应尽量由两名焊工对称焊接,若一人焊接时,应注意焊接顺序以减小应力。焊接终止时应逐渐减小电流,将电弧移至坡口侧面再收弧,不允许突然断弧,防止由此产生裂纹。

 

38  如何实现管子的自动TIG焊?

在一些重要的管道焊接时,为了保证焊接质量和提高生产率,减轻操作者的劳动强度,自动TIG焊是一种理想的工艺方法。根据具体的产品结构型号有两种工作状态,一种是工件固定,焊枪围绕工件作360°的空间旋转,通常称为管子的全位置焊接,另一种是工件转动,焊枪固定不动。在这里我们要讨论的当然是前者,因为无论从工艺和设备两方面而言都要比后者复杂得多。

管子的全位置焊接完成一种焊缝至少要包含着平焊—向下立焊—仰焊—向上立焊4种位置,因此随着焊接位置不同,焊接工艺参数要作相应的变化,因此工艺参数要随着管子位置分段而确定。

管道的全位置焊接采用脉冲TIG焊更为有利,小直径的薄壁管可以不加填充丝进行焊接。大直径厚壁管道焊接时,焊接机头按照一定的频率作横向摆动,通常常见的摆动轨迹如图51所示。

理想的焊接程序如图52所示。

各种材料管子对接全位置自动TIG焊工艺参数见表4445

44  1Cr18Ni9Ti 不锈钢管子对接全位置自动钨极氩弧焊焊接条件(直流正极性)

管子

尺寸

/mm

坡口形式

层数

钨极

直径

/mm

填充丝直径

/mm

焊接

电流

/A

电弧

电压

/V

焊接速度(s周)

送丝速度/(cm/min)

氩气流量/(L/min)

喷嘴

管内

φ18%1.25φ32×1.5

管子扩口

1

1

φ2

φ2

6062

5459

910

89

12.513.5

18.522.0

 

810

1013

13

13

φ32×8

V

1

23

φ23

φ23

φ0.8

110120

110120

1012

1214

2428

2428

7680

810

810

46

46

 

39  介绍一下有关管道全位置自动焊接机的情况。

焊管机通常由3部分组成:焊接机头、控制电路及焊接电源。焊接电源可采用普通的晶闸管式弧焊电源,产品要求较高时选择相应速度快的晶体管式或逆变式焊接电源。

管子全位置焊接时,根据管子直径、壁厚往往需要分段进行程序控制,按照圆周周长分段选择不同的焊接电流和焊接速度。因此控制电路要精确地实现机头行走、转动,送丝速度调节,机头摆动频率及停留时间的变化,保护气体的输送,焊接电流和弧长的控制以及各段区间时间的设定及焊缝对中等。其中控制参数多且要求精度高,所以采用计算机编程控制居多。所有参数通过键盘进行调节和控制,系统有外接打印机,随时记录焊接过程的各个参数的实时变化,计算机监视屏幕可以用图像显示焊接状态和模拟焊接过程。

焊接机头包括有固定的焊枪、输送氩气的导管,送丝机构,旋转电动机、传动齿轮、导电环及连接电缆等。

机头有如下几种结构形式:

1)卡钳式   如图53所示。一般适合于中、小直径(< φ220mm)管子焊接。根据管子直径可以更换不同尺寸的机头。

2)小车式   整个机头做成小车形式,它在工件上有两种固定方式。一种是小车上装有磁性轮,利用磁性将小车吸附在管壁上,通过传动机构环绕管道行走。另一种是磁性软轨式。磁性软轨由130mm×1.5mm×2000mm65Mn钢带和磁钢组成。在钢带上均匀冲出许多斜孔,该钢带即为蜗轮,小车的前进通过蜗轮—蜗杆机构行走。

3)卡环式   这种机头形式如图54所示。适合于特大直径管子焊接。

46列举了几种管子对接焊专用钨极氩弧焊机技术数据。

46  全位置管子对接专用直流钨极氩弧焊机技术数据

类别

钨极氩弧焊管机

钨极脉冲氩弧焊管机

型号

WZ4-120

NZA-200

NZM-250-1

WZM-400-B

MPG

电网电压/V

380

380

380

380

 

空载电压/V

 

90

 

电流调节范围

基值/A

5120

20200

20

40400

3090

脉冲/A

300

40400

70200

脉冲频率/Hz

0.45

0.51234

0.82

钨极直径/mm

12

123

 

 

焊丝直径/mm

0.811.2

0.8

1.01.2

 

机头回转速度/r/min

110

 

0.252

0.61.2

焊接管子规格

直径/mm

870

50219

3280

3876

2242

壁厚/mm

15

612

4、≤5

负载持续率(%

60

60

60

60

 

用 途

  不锈钢合金钢、碳钢管子对接

  专用于上述规格的不锈钢管焊接

  用于上述规格的不锈钢、合金钢、碳钢。管道焊接

  大型电站锅炉制造以及石油、化工、核电设备的管道焊接

  专用于火力发电厂锅炉安装密排的碳钢、合金钢及不锈钢管焊接

备 注

 

  配备大、中、小三种型号机头

  配用ZXM-250

-1型脉冲焊接整流器

  热丝TIG焊机机头为全电控摆动器、摆动频率边缘停留时间可以予置、热丝电流为30150APC机程序控制

 

 

 

 

 
 
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