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埋弧自动焊(1)
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:6/8/2007 阅读:17549

 

  

 

       

 

 (一)

 

 

    一、概述

(一)基本原理

埋弧焊是以裸金属焊丝与焊件(母材)间所形成电弧为热源,以覆盖在电弧周围的颗粒状焊剂及其熔渣作保护的电弧焊方法(图1)。焊丝由送丝机构连续送入电弧区,并熔化为焊缝填充金属。电弧沿接缝焊接方向运动,可采用机械传动或手工操作。前者称埋弧自动焊,后者为埋弧半自动焊。埋弧半自动焊因劳动强度大,目前已很少应用。

 

(二)优点

1.焊缝质量高  这是因为:

1) 埋弧焊的电弧被淹埋在颗粒状焊剂及其熔渣之下,电弧及熔池均处在渣相保护之中,保护效果较所渣保护的手工电弧焊为好。这可从它们的电弧气体成分及焊缝金属含氮量对比为证(表1)。

1  埋弧电弧区的气体成分

     

                 (%)

焊缝中含氮量

(%)

CO

CO2

H2

N2

H2O

手工电弧焊(钛型)

46.7

5.3

34.5

 

13.5

0.02

埋弧自动焊(剂431

8993

 

79

1.5

 

0.002

2) 大大降低了焊接过程对焊工操作技能的依赖程度,焊缝化学成分和机械性能的稳定性较好。

2.生产率高  这是因为:

1) 电流从导电嘴导入焊丝,跟手工电弧焊的焊条导电位置相比,导电的焊丝长度(伸出)短而稳定,又不存在焊条药皮成分受热分解的限制,因此埋弧焊时焊接电流和电流密度均较手工电弧焊明显提高(表2),其电弧功率、熔深能力、焊丝熔化速率都相应增大。在特定条件下,可实现1020mm钢板一次焊透双面成形。最高焊接速度已可达60150m/h

2  手工电弧焊与埋弧自动焊的焊接电流及电流密度比较

焊条芯或焊丝直径

mm

           

           

焊接电流(A

电流密度(A/mm2

焊接电流(A

电流密度(A/mm2

ф1.6

2540

12.520.0

150400

74.6199.0

ф2.0

4065

12.720.7

200600

63.7191.0

ф2.5

5080

10.216.3

260700

53.0142.7

ф3.2

100130

12.416.2

300900

37.3112.0

ф4.0

160210

14.416.7

4001000

31.879.6

ф5.0

200270

10.213.8

5201100

26.556.0

ф5.8

260300

9.811.4

6001200

22.745.4

2) 焊剂和熔渣的隔热保护作用使电弧热辐射散失极小,飞溅损失也受到有效制约,电弧热效率大大提高(表3)。

3  手工电弧焊与埋弧自动焊的热量平衡比较

焊接方法

     (%)

 

                             (%)

两个极区

 

 

 

熔化焊条

熔化母材

母材传热

熔化药皮或焊剂

手工电弧焊

66

34

22

10

23

8

30

7

埋弧自动焊

54

46

1

1

27

45

3

25

据此,埋弧自动焊的焊接效率明显高于手工电弧焊(图2)。

3.劳动条件好  这是因为埋弧焊无弧光辐射,焊工的主要作用只是操纵焊机,使埋弧自动焊成为电弧焊方法中操作条件较好的一种方法。

(三)缺点

1)埋弧焊需依靠颗粒状焊剂覆盖电弧形成保护条件,只能适用于水平面俯位接缝焊接。立焊、横焊虽有过研究,均因无显著效果而未得到推广应用。

2)焊剂主要成分为MnOSiO2等金属、非金属氧化物,难以焊接铝、镁等氧化性强的金属及其合金。

3)只适合于长焊缝焊接,知缝焊接的生产率还不及手工电弧焊。

4)焊剂的化学成分决定了埋弧焊的电弧弧柱电位梯度较大,电流小于100A时电弧稳定性较差,故不适宜焊接厚度1mm以下的薄板。

(四)分类及应用范围

4列出埋弧自动焊的各种分类方法及应用范围。

4  埋弧自动焊分类及应用范围

     

           

           

按送丝方式

等速送丝埋弧焊

细焊丝高电流密度

变速送丝埋弧焊

粗焊丝低电流密度

按焊丝数目或形状

单丝埋弧焊

常规对接、角接、筒体纵缝、环缝

双丝埋弧焊

高生产率对接、角接

多丝埋弧焊

螺旋焊管等超高生产率对接

带极埋弧焊

耐磨耐蚀合金堆焊

按焊缝成形条件

双面埋弧焊

常规对接焊

单面焊双面一次成形埋弧焊

高生产率对接焊,难以双面焊的对接焊

 

二、焊丝熔化特征及送丝控制方法

(一)焊丝熔化特征

1.焊丝熔化热源  来自电弧热和电阻热。

1)电弧热  主要是指焊丝作为电弧电极所接受的电弧阳极或阴极斑点热,其大小取决于电流种类、极性及电流大小。

2)焊丝伸出长度的电阻热  其大小取决于电流、焊丝直径、伸出长度的大小及焊丝材质所决定的电阻率大小。

2.焊丝熔化速度  为上述两种热源引起的熔化速度之和

                υm=υmA+υmR                                                           1

式中: υmA――电弧热引起的焊丝熔化速度;

υmR――电阻热引起的焊丝熔化速度。

3为普通低碳钢焊丝熔化速度的一组实测曲线,由此可见:

1) 焊丝熔化速度总是随电流增加而增加的,其关系为非线性的,但在小范围内可近似为线性。

2) 电流数值相同时,交流、直流正接、直流反接的焊丝熔化速度都不一样,其差别还跟电流大小范围有关。

3) 电弧电压增加时,焊丝熔化速度减小。

4) 焊丝直径减小、伸出长度增大时,焊丝熔化速度增大。当焊丝直径和伸出长度确定后,熔化速度将仅取决于焊接电流和电弧电压,可写成

                υmkiIkuU    cm/s                                                    2

式中:ki――熔化速度随焊接电流而变化的系数,其值取决于焊丝电阻率、直径、伸出长度及电流大小(cm/s.A);

      ku――熔化速度随电弧电压而变化的系数,其值取决于弧柱电位梯度及弧长大小(cm/s.A)。

(二)等速送丝式埋弧自动焊

1.等熔化曲线  若焊丝以恒定送丝速度υƒ送入电弧,则弧长稳定时必有:

υƒ=υmkiI-kuU  

 

   υƒ     ku

I―― + ――U                                                         3

ki     ki

 

上述方程表示给定υƒ条件下,弧长稳定时焊接电流和电弧电压之间关系,称为等熔化曲线(方程)或自身调节系统静特性(方程),可以通过实验测定。图4为典型的实测曲线,由此可见:

1) 埋弧焊的等熔化曲线为近乎平行于垂直轴(U轴)的直线,这说明ku数值很小,即弧长或电弧电压对熔化速度影响极小,可略去不计,因此

 

                       υƒ

                 Iɑ ――                                                             4

                       ki

 

即送丝速度增加时,焊接电流随之成正比增加。

2) 焊丝直径减小或伸出长度增加时,ki值增加,等熔化曲线的dU/dI=ki/ku增加,即愈接近垂直于水平轴。

2.等还送丝埋弧自动焊的弧长自身调节作用

1)自身调节作用原理  等速送丝埋弧自动焊弧长恒定时的稳定工作点(图5O0)应该是下列三条特性曲线的交点:①给定的电源静态伏安(外)特性;给定υƒ的等熔化曲线;③上述平衡条件所确定弧长l0给出的电弧静特性曲线。这时,若有某种外界干扰因素使弧长突变为l1<l0,则电弧工作点将由O0暂移动到O1。由图5可见,这将造成暂态电流增加(I1>I0),电压降低(U1<U0),因此

                 υm1kiI1-kuU1>υm0kiI0-kuU0                                                  5

于是焊丝熔化速度自动加快,结果导致l1恢复为l0。这种由焊丝熔化速度随弧长变动而引起消除弧长波动的自动调节作用是一切熔化极等速送丝电弧系统所固有的内部反馈作用,故有自身调节作用之称。等熔化曲线也因此称为自身调节静特性曲线。

    2)自身调节作用的调节精度  若弧长干扰是在焊头与焊件表面距离不变的条件下发生的,则调节作用完成后,电弧工作点O1回到O0,系统将不带任何静态误差。送丝速度的脉动可看作这类干扰的代表。

若弧长干扰是由焊头相对于焊件表面距离变动引起的,则这时弧长自身调节结果必将造成焊丝伸出长度的变动,因此调节过程结束时,新稳定工作点将由焊丝伸出长度增加或缩短以后电弧自身调节曲线与电源静态伏安特性的交点决定(图6)。这时系统将带有静态误差,误差大小将取决于干扰大小,即伸出长度变化量。另外,也与焊丝直径及电阻率、电源静态伏安特性曲线形状有关。图6ab分别为采用不同斜率电源外特性时的新稳定工作点,可见采用水平或略为上升的电源外特性将使电弧电压及弧长静态误差减小。由于伸出长度变化所造成等熔化曲线(图6中曲线23)的变化很小,因此电流静态误差总是不大的。

网络电压波动也将使等速送丝埋弧焊产生明显的电弧电压静态误差(图7)。为了减小这种误差,也宜采用缓降外特性电源。

3)自身调节作用的灵敏度  上述弧长干扰通过焊丝熔化速度自身调节得以恢复的过程当然需要时间,只有这个时间很短,或者说自身调节作用足够灵敏时,电弧焊接过程稳定性才得以保证。显然,弧长干扰所引起的焊丝熔化速度变化量

              ⊿υmkiI-kuUkiI                                                  6

⊿υm越大,则自身调节作用灵敏度就越高。由此可见:

焊丝直径越细或电流密度足够大时,ki值增加,自身调节作用就会很灵敏。对于一定直径焊丝,电流低于某一数值时,自身调节作用就会很不灵敏,以致等速送丝系统将难以保证埋弧焊接过程的稳定性。因此,等速送丝埋弧焊只能在图8中曲线A以上的高电流密度条件下采用。

  采用缓降或略为上升的电源外特性能在弧长干扰条件下获得较大的I(图9),因而自身调节灵敏度提高。

4)等速送丝埋弧焊的电流、电压参数调整特征,综上所述,等速送丝埋弧焊一般采用缓降外特性电源,而电弧自身调节静特性又是一条接近平行于垂直轴的直线,因此在这种埋弧焊方法中,电弧参数的调整特征如图10所示,即:

① 调节送丝速度将主要是调节焊接电流,送丝速度加大则焊接电流增加,而电弧电压有所下降。

② 调节电源外特性将主要是调节电弧电压,外特性上移则电弧电压增加,而焊接电流只是略有增加。

(三)变速送丝式埋弧自动焊

1.基本原理    借助电弧电压来控制送丝速度,当弧长即弧压升高时,送丝速度加快,当弧长即弧压减小时,送丝速度减慢,使弧长干扰得到补偿。这种变速送丝埋弧自动焊从40年代埋弧焊发展初期就得到应用,至今仍然用于粗焊丝、低电流密度埋弧自动焊。因为在这种条件下,自身调节将不能保证焊接过程足够的稳定性。

从自动调节系统角度来看,变速送丝埋弧自动焊系统是一种以电弧电压为被调量,以送丝速度为操作量的闭环系统(图11),故又称为弧压调节式埋弧自动焊。目前国内生产中常见的结构主要有两种:

1)发电机-电动机变速送丝系统  如图12所示,其中供给送丝电动机D转子电压的发电机F有两个他激激磁绕组Q1Q2Q1由电位器供给一个可调节的给定控制讯号Uq,以产生磁能ф1Q2由电弧电压U产生磁通ф2。ф1和ф2方向相反。ф1单独作用时,F的输出电压使D向退焊丝方向转动;ф2单独作用时,F使D向送焊丝方向转动。正常焊接是地,ф2>ф1D将有一个稳定送丝速度υƒ。由图12可推出

                   υƒk(U-Uq1)                                                          7

式中:     Uq1k1Uq/k2——给定电压近算值,其中k1k2F的激磁线圈结构所决定的常数;

      k=υƒ/U-Uq1)——系统的放大倍数(图12b)。

这种控制系统的最大优点是可以利用同一电路实现D的无触点正反转控制,因而可实现理想的反抽引弧控制,使这种40年代的结构至今仍是埋弧焊机的主要实用型式。

 

2)晶闸管整流变速送丝系统  采用晶闸管整流电源供电的电动机(图13),只要在晶闸管触发电路中加入电弧电压反馈讯号,并使正常送丝焊接过程建立时触发电路输入端控制讯号

                   Uckc(U-Uq)                                                          8

则略去系统中的非线性因素,同样可使

                       υƒk(U-Uq)                                                          9

这种系统的缺点是D的正反转需通过另外的继电器在触点转换,因而反抽引弧可靠性及使用寿命受到一定影响。但其制造成本较低,可望得到进一步改进后扩大应用。

2.变速送丝弧压调节系统的静态特性  弧长恒定时,这类系统仍然满足υƒ=υm。由(2)、(9)式可推出

 

                           k          ki

                     U――― Uq+ ――― I                                            10

                          k+ku        k+ku 

 

10)式称为变速送丝弧压调节系统的静态特性,亦可由实测方法测出,如图14所示。其特征为:

1) 这是一条与纵坐标相交的直线,其纵坐标截距为kUq/(k+ku)Uq增加时,直线上移。

2) 直线斜率dU/dI=tgβ=ki/(k+ku)ki/kk足够大时,tgβ0,可见弧压调节器静特性接近平行于横坐标轴。

3) 焊丝直径减小、伸出长度增加时,ki增加,tgβ增大。

4) 焊丝材质不同时,因其电阻率不同也会对kitgβ有一定影响。

3.变速送丝系统的调节精度  变速送丝埋弧自动焊时,电弧的稳定长度将由上述调节系统静特性和电源外特性曲线交点的电压数值确定(图15)。当弧长发生波动,例如突然缩短时,则一方面υƒ会立即减慢,另一方面υm也会因焊接电流瞬时加大和电压减小而增加。两者都会使弧长干扰得以消除。若弧长干扰是在焊头相对于焊件表面距离不变条件下发生的,则电弧稳定工作点最终将回到图15O0点,调节系统不带静态误差。

若弧长波动是在焊头相对于焊件表面距离有波动的条件下发生,则新的稳定工作点将偏离O0。但因变速送丝系统k值较大,距离波动引起的调节系统静特性变化,在埋弧自动焊时一般不会很大,静态误差也不会很显著。

网络电压波动将通过电源外特性波动给弧压调节系统带来明显误差。k值愈大,电流误差增加,电压误差减小。采用陡降外特性将可减小电流差,如图16所示。若电源本身带有网压补偿前馈控制,则这种误差可以消除。

4.变速送丝系统的调节灵敏度  变速送丝埋弧焊主要用于ф3mm以上粗焊丝、低电流密度焊接,其调节灵敏度取决于弧长变动时送丝速度变化量的大小,即

                    ⊿υƒkU                                                           11

由此可见:

    1) 调节系统放大倍数k值越大、调节作用就越灵敏。但因系统中有发电机、电动机等惯性环节,k值过大会导致系统振荡。采用惯性特别小的印刷电动机为送丝电机,可明显减小系统惯性,并有助于提高k值和调节灵敏度。

2) 弧柱电场强度越大,弧长变动时引起的U增加,调节灵敏度也提高。

5.变速送丝埋弧焊的电流、电压参数调整特征  综上所述,变速送线埋弧焊通常采用陡降外特性电源,而弧压调节系统静特性为接近水平的直性电源,而弧压调节系统静特性为接近水平的直线。因此,这里调节电源外特性主要是调节焊接电流,而调节给定电压Uq则主要是调节电弧电压,如图17ɑ所示。

 

三、埋弧自动焊设备

(一)组成及要求

5列出埋弧自动焊设备组成及要求。

5  埋弧自动焊机的组成

组成部件

           

   

送丝机构

焊丝直径 (mm)

ф1.62

ф36

ф38

⑴直流电动机+减速器+送丝轧轮

 

⑵交流感应电动机+变速器+送丝轧轮

   结构应用普遍,结构只有个别产品应用

送丝速度 (m/h)

120420

30300

30300

     (W)

100200

行走机构

焊接速度 (m/h)

1570

1080

10120

⑴直流电动机+减速器+离合器+行走轮

⑵交流感应电动机+变速器+离合器+行走轮

结构⑵常与送丝机构合用一台电机

     (W)

1001000

弧焊电源

额定焊接电流(A)

5008001000120002000

⑴弧焊变压器

⑵弧焊发电机

⑶弧焊硅整流器

⑷晶闸管弧焊整流器

结构⑶、⑷正在取代⑴、⑵

额定负载持续率()

100

空载电压(V)

6080

静态外特性

缓降或陡降

控制系统

送丝拖动控制

⑴交流感应电动机-直流发电机-直流电动机系统⑵晶闸管整流-直流电动机系统

 

行走拖动控制

自动引弧、熄弧控制

  按钮-继电器系统

焊头调

整机构

  可使焊头(导电嘴及焊剂漏斗)在空间(行走方向外)45个自由度有一字调节余度

  丝杆-螺母(直线移动)

带锁紧螺丝的曲(转动)

小行程手动

大行程电动

易损件及

辅助装置

 

  导电嘴、送丝滚轮、焊丝盘、焊剂斗及回收器、电缆滑动支承架、导向滚轮

 

    1.送丝及行走机构  其传动系统实例如图1819所示。

 

2.弧焊电源  除ф2mm细焊丝、小电流埋弧焊可选用手弧焊用(注意使用负载率)电源外,一般应选用专供自动焊设计的、负载持续率为100%的弧焊电源。常用交流电源为BX2-1000,其结构见图20。直流电源为弧焊硅整流器、晶闸管弧焊整流器,其结构分别见图2122。从发展看,后者的应用将日趋扩大。

 

 

3。送丝及行走电机拖动控制系统  大多采用直流电动机拖动,晶闸管整流电路调速,调速比为10:1。为使网压和机械阻力有波动时直流电动机转速稳定,通常要在晶闸管触发电路中加入反馈。图23ɑ和b为带电枢电压负反馈的电路,图c为带电枢负反馈和电流正反馈的电路,图d为带电势负反馈和电流截止负反馈的电路。图d结构较复杂,但性能较理想,是中小功率直流拖动控制电路中较好的结构。

对于变速送丝系统,则需要引入电弧电压反馈控制讯号,除可采用晶闸管系统外,还可采用三相感应电动机驱动直流发电机-电动机系统,靠在直流发电机激磁电路中引入电弧电压来实现变速送丝弧压自动调节和无触点反抽引弧。其他结构一般都要靠按钮-继电器控制,以实现反抽或划擦引弧。此外,为了使熄弧时焊缝终点不出现弧坑和焊丝不粘结住焊缝,一般采用二次按钮,即先停止送丝,然后再切断电源和终止小车行走。

4.焊头调整机构  可在焊件结构及坡口发生变化时,使焊接机头和电弧对准接缝。一般均采用简单的丝杆-螺母和带锁紧的转轴手动调节,行程较大时也可采用电动机拖动。

(二)机械结构类型

1.小车式  系通用埋弧自动焊机最常见的结构,将送丝、行走、焊头调整机构及焊丝盘、焊剂斗、控制盒等全部安装在一台四轮小车上(图24)。这种小车自重为2575kg,焊头可调节自由度及范围如图25所示。小车可直接安放在焊件上或移动式轻便导轨上,能焊接不同结构的对接缝、角接缝和圆形容器的内、外纵缝、环缝(图26

 

 

2.门架式  又称大车式,其特征是采用大跨度门架作行走机构,以取代小车(图27),通常安装在固定导轨上。适合于大批量生产的大型平板拼接和单面焊双面成形等专用埋弧自动焊。

3.悬臂式  为各种容器环缝、纵缝焊接设计的专用埋弧焊机结构形式。这种结构利用立柱和横臂使焊头在空间移动,范围扩大到510m。使用时,无需添加行走架等装置就可实现多种大尺寸环缝、纵缝及板梁结构的角缝自动焊(图28)。

(三)易损件及辅助装置

1.导电嘴  有管式、滚轮式和瓦片式三种结构(图29)。ф2mm以下细焊丝常用管式,ф3mm以上焊丝宜采用滚轮式或瓦片式。管嘴、滚轮、瓦片这些直接与焊丝发生磨擦的导电零件最好采用铬铜类耐磨铜合金制成。

2.送线滚轮  有单主动和双主动两种结构,后者两个滚轮由同体齿轮彼此啮合,送进力增大,一般ф3mm以上送丝机构常采用这种结构。此外,滚轮表面常铣出高度为0.81mm、顶角为8090º的齿。ф2mm以下细焊丝可采用单主动结构,滚轮表面不必铣齿,但可开V形槽(图30)。

3.导向滚轮  系简易机械式焊缝跟踪装置,如图31所示。图ɑ用于对接焊缝的导向跟踪,把它与焊头的导电嘴刚性相联,并使导电嘴或整个焊头的横向调节转动关节松开即可。图b用于小车对于角焊缝的导向跟踪,它使小车走向与角焊缝直线方向产生一定偏角,保证焊接过程中焊头始终对准接缝。这些方法的可靠性和精度都很低,现已研究出许多新的自动跟踪方法,详见《电弧焊接过程自动控制》中三。

4.焊丝盘  有内盘式和外盘式两种结构(图32)。ф36mm焊丝一般都采用内盘式,这种焊丝盘在盘装焊丝时从外周向中心进行,使用时则从内周开始,既便于盘绕,又不会自松。但ф>6mm<3mm时,一般都采用外盘式。

5.焊剂回收器  6列出焊剂自动回收器的结构类型及性能特点,图33为典型结构。门架式、悬臂式埋弧自动焊机常配各吸压式焊剂自动回收器。

6  焊剂回收器类型及性能

  

性能特点

驱动方式

吸入式

⑴ 回收器桶底完全处于真空状态

⑵ 焊剂回收时不接触压缩空气流,不易受潮

⑶ 焊剂回收和撒布不能同时进行

⑴ 外接0.30.5MPa压缩空气

⑵ 内装抽气机或真空泵

吸压式

⑴ 只在吸入管产生局部真空区域,桶内有正常或稍高空压

⑵ 焊剂吸入时接触压缩气流,易受潮,须设置空气干燥器

⑶ 焊剂易粉碎

⑷ 焊剂撒布和回收可同时进行

        同上

6.电缆滑动支承架  门架式、悬臂式埋弧自动焊机常设置滑动支承架以悬吊供电电缆,使电缆方便地随门架或机头移动,而不受损坏。

(四)整机控制电路

1MZ1-1000型埋弧自动焊机  这是一种结构最简单的,交流电动机拖动的等速送丝式焊机(图34)。图34ɑ的焊接电源为BX2-1000型弧焊变压器,按钮ANT1ANT2焊前可分别调整焊丝送下和抽上,焊接开始后先后按ANT1ANT2就可实现熄弧控制。ANQ为起动按钮,先按ANT1使焊丝送下与焊件表面轻微接触(放些铁粉或铁屑更好),再撒盖焊剂,然后按下ANQ,焊丝即回抽引弧。此时放开ANQ,焊丝即下送,开始正常焊接。图34b为采用直流电源时的电路,这种焊机的送丝速度(即焊接电流)和焊接速度都只能靠更换齿轮(参见图19)作有级调节,无法在焊接过程中作实时调整,且焊缝成形易受网压等影响,应用范围受到限制。整台焊机由小车、电源(电焊机)控制箱三部分组成,使用时需按图35进行外部按线。

 

2MZ-1000型埋弧自动焊机  这是发电机-电动机系统变速送丝式焊机,图36ɑ和b所示采用交流和直流弧焊电源的电路。D3同时驱动F1F2两个直流发电机,F1-D1F2-D2分别构成送丝、行走拖动系统。F1有两个磁通方向相反的激磁线圈F1-1F1-2,常开按钮AN2AN4可分别使F1-1F1-2获得激磁电流,实现焊丝向上和向下调整。正常焊接时,F1-2由电弧电压供给激磁电压以形成弧压调节式变速送丝。K2为小车行走方向转换开关,K4用于空车行走时接通。AN1AN2分别为起动、停止按钮。按AN1起动按钮前,最好使焊丝、焊件短路,实现可靠的反抽引弧。AN2为二次按钮,先按一半停送丝,再按到底切断电弧。正确地把握其间隔时间,则熄弧后既无弧坑,又不粘连焊丝。图37为控制程序,表7MZ-1000型焊机电器元件。这些电器元件也分别安装在控制箱、小车、弧焊电源三个分离组件中。使用时外部接线如图38所示。表8列出这种焊机控制电器的常见故障。

 

 

 

 

7  MZ-1000型埋弧焊机电器元件及其功能

           

 

 

   

 

 

K1

三相转换开关

  接通三相控制电源

   

K2

单刀钮子开关

  空车调整时接通XM的转子电路,使小车行走

小车控制盒

K3

  切断XM转子供电电压极性,控制小车(焊丝)行走方向

小车控制盒

K4

单刀钮子开关

  短路电阻R1或接入R1,调节系统特性斜率

   

 

 

 

 

 

 

 

AN1

1     

  空车调整时接通SFQ2,使焊丝送下

小车控制盒

AN2

1     

  空车调整时接通SFQ1,使焊丝抽回

小车控制盒

AN3*

1常开1常闭

  接通J2线圈,增加焊接电流

   

AN4*

1常开1常闭

  接通J2线圈,增加焊接电流

小车控制盒

AN5*

1常开1常闭

  接通J1线圈,减小焊接电流

   

AN6*

1常开1常闭

  接通J1线圈,减小焊接电流

小车控制盒

AN7

1     

  TM电机移动铁芯位置的限位开关

   

AN8

1     

  TM电机移动铁芯位置的限位开关

   

AN9

1     

  接通J3线圈,起动焊接

小车控制盒

AN10

2     

  切断SM转子供电电源和切断J3,停止焊接

小车控制盒

W1

旋转电位器

  调节Q5供电电源,改变XM转速

小车控制盒

W2

旋转电位器

  调节Q1供电电源,改变XM转速

小车控制盒

J1

3常开1常闭

接通TM,使DK铁芯外移

   

J2

3常开1常闭

接通TM,使DK铁芯内移

   

J3

2     

  接通CJ线圈,自锁

   

接触器

CJ

2常开主触头

4常开副触头

2常闭副触头

接通BXZ-1000的一次电源

接通Q1Q2XM电源,短路R2

切断Q2的一组供电电源,接入Q3

   

指示电表

A

带互感器电流表

  焊接电流指示

小车控制盒

V

     

  电弧电压指示

    * 仅在配用BX2系列交流电源时使用。

8  MZ-1000型埋弧焊机常见故障

       

           

           

  接通转换开关,电动机不转动

⑴ 转换开关损坏

⑵ 熔断器烧断

⑶ 电源未接通

⑴ 修复或更换

⑵ 换新

⑶ 接通电源

  按下调整焊丝上下位置按钮,焊丝动作不对或不动作

⑴ 变压器有故障

⑵ 整流器损坏

⑶ 按钮开关接触不良

⑷ 感应电动机转动方向不对

⑸ 发电机或电动机电刷接触不良

⑴ 检查并修复

⑵ 修复或调换

⑶ 检查并修复

⑷ 改换输入三相线接线

⑸ 检查并修复

  按下起动按钮,线路工作正常,但不引弧

⑴ 焊接电源未接通

⑵ 电源接触器接触不良

⑶ 焊丝与焊件接触不良

⑴ 接通焊接电源

⑵ 检查并修复

⑶ 清理焊件及焊丝末端凝固物

  线路工作正常,但焊丝输送不均匀,电弧不稳定

⑴ 焊接规范不正确

⑵ 压紧滚轮压得不紧

⑶ 焊丝输送滚轮磨损过甚

⑷ 焊嘴与焊丝接触不良

⑸ 焊丝未清理

⑹ 焊丝盘内焊丝太乱

⑺ 网路电源波动太大

⑻ 焊线输送机构有故障

⑴ 调整规范

⑵ 调整压紧滚轮压力

⑶ 换新

⑷ 清理焊嘴或换新

⑸ 清理焊丝

⑹ 重盘焊丝

⑺ 检查原因并改善

⑻ 检查并修复

  焊接过程中焊剂停止输送或输送不均匀

⑴ 焊剂箱阀门处被凝结成块的焊剂堵塞

⑵ 焊嘴未置于焊剂漏斗中间

⑴ 清理焊剂箱

⑵ 检查并调整

  接通,按下起动按钮立即使熔断器熔断

⑴ 控制线路短路

⑵ 变压器初级线圈短路

⑴ 修复

⑵ 修复

3MZ-1-1000型埋弧自动焊机  这是一种晶闸管整流变速送丝式埋弧自动焊机。图39示其控制电路。D1D2分别为送丝、行走电机,SCR1SCR2分别用来供给其转子电压。SCR1的触发控制讯号由W1中点取出的给定讯号、R4上取出的电枢电压反馈控制讯号、R10-R24-R59-R19取出的电枢电压负反馈控制讯号组合后叠加在T3的发射极-基极上。SCR2的触发控制讯号由W2中点取出的给定讯号、R50-R40-R51中点取出的电枢电压负反馈和电流正反馈控制讯号组合后叠加在T5的发射极-基极上。这种焊机可用两种方式引弧:

1) 按起动按钮AN1前,若使焊丝与焊件接触,则焊机将为反抽引弧;

2) 按起动按钮前,若焊线与焊件不接触,焊机以慢送丝划擦引弧。

9列出控制系统电器元件及其功能。图40为控制电路动作程序。全部控制电器及电子部件均安装在小车控制盒内。使用时外部接线如图41所示。表10列出这种控制电路常见故障。

 

9  MZ-1-1000型埋弧自动焊机控制电器及其功能

           

 

 

   

钮子开关

K1

双刀单掷

  分别接通AC115V36V控制电源

小车控制盒

K2

单刀单掷

  空车接通行走电机D1转子电压

K3

三刀双掷

  弧焊电源正或反接极性转换

K4

双刀双掷

  电弧电压或D2转子电压测量转换

旋转开关

K5

双刀四位

  D2转向(小车走向)转换

   

AN1

1常开1常闭

  起动时接通J3线圈,切断C1充电电路

AN2

1常开1常闭

  停止时切断D1D2转子电压,接通J1线圈

AN3

1常开

  空车焊丝向下调节(J4吸合)

AN4

1常开1常闭

  空车焊丝向上调节(J4不吸合)

AN5

1常闭

  紧急停止时切断J3

   

W1

旋转电位器

  调节送丝比较电压,D1转速、电弧电压

W2

旋转电位器

  调节D2转速、焊速

WD3*

旋转电位器

  调节焊接电流(电源箱远控)

继电器

J1

1常开

短接J2线圈

J2

2常开

联锁(短接)AN1常开,接通比较电压电路

J3

3常开1常闭

接通D1D2转子电压、J5线圈、信号灯XD1,切断信号灯XD2

J4

2常开2常闭

D1送丝或退丝

J5

1常开

  接通弧焊电源主接触CJ线圈

接触器

CJ

3常开主触头

2常开副触头

接通三相主整流变压器原边

接通J2线圈,短接激磁电路电阻R0*

电源箱

指示

信号灯

XD1

绿  

正常焊接时亮

XD2

  

控制电源接通时亮,正常焊接时暗

小车控制盒

  

A

0100V电压表

  电弧电压或D2转子电压指示

V

01000A电流表

  焊接电流指示(带75mV1000A分流器)

* 参见图21

 

10  MZ-1-1000型埋弧焊机电路常见故障

       

           

           

  电源开关接通后指示灯不亮

⑴ 电源开关损坏

RD1熔丝(1A)断或松开

⑶ 电源未接通或断线

⑴ 修复或更换

⑵ 更换新熔丝

⑶ 接通电源

  通电后,送丝电机爬行,熔丝RD2易熔断

电弧电源ZXG-1000R中变压器B3低压端有接地线

拆除该接地线

电源接通良好,按焊丝向上向下按钮时送丝不动作,送丝电机只上不下或只下不上

⑴ 电动机D1电框电源不通或熔丝RD2

⑵ 触发线路中元件损坏或虚焊

⑶ 可控硅KP1损坏

⑷ 电动机D1电刷接触不良

⑸ 电动机D1磁场供电不正常

⑹ 按钮开关或断电器J4触点接触不良

⑺ 电枢或磁场绝缘损坏,电压窜入控制系统,击穿元件,尤其送丝电机积炭过多,使刷架与端盖绝缘失效

⑴ 接通电枢电源或更换RD2熔丝

⑵ 检查G2G3G4晶体管,D2023整流源WZ2稳压管及其他元件,更换损坏的,焊好虚焊的

⑶ 更换新元件

⑷ 修复或调换

⑸ 修复电机绝缘及损坏元件

 

 

按起动按钮后线路工作不正常,送丝速度反常或不能引弧

⑴ 送丝速度不正常M1,电机有故障

⑵ 晶体管G1G2中有损坏,不能上抽或翻转

⑶ 可控硅有损坏或送丝回路触发部分不正常

⑴ 检查并修复

⑵ 调换损坏管

⑶ 调换新元件

  线路工作正常,但送丝不均匀,电弧不稳定

⑴ 焊接规范不合适

⑵ 送丝压紧轮松

⑶ 送丝滚轮磨损过多

⑷ 导电嘴与焊丝接触不良

⑸ 焊丝未清理

⑹ 焊接电流回路各接点接触不良

⑺ 焊丝盘内焊丝接出时阻力大

⑻ 网路电源波动太大

⑼ 焊丝输送机构有故障,如压紧轮轧住不动

⑴ 调整规范

⑵ 调整压紧滚轮

⑶ 调换新滚轮

⑷ 清理焊嘴或调换

⑸ 清理焊丝

⑹ 固紧各接点螺丝,改善与焊件接触

⑺ 重盘焊丝

⑻ 检查并改善

⑼ 检查并排除

  焊车不动作或行走不正常

⑴ 电动机D2电枢电源不通或RD3熔丝断,电刷接触不良

⑵ 触发电路元件损坏或虚焊

⑶ 可控硅KP2损坏

⑷ 电动机D2磁场供电不正常

⑴ 检查修复

⑵ 调换或修理

⑶ 调换元件

⑷检查并修复

 按起动按钮熔丝即熔断

⑴ 控制回路中元件损坏

⑵ 电动机D1D2电枢有短路或断开

检查修复

  开关K1通未按起动按钮即熔丝断

⑴ 控制回路或磁场回路中各整流器有短路

⑵ 控制回路有短路

⑶ 变压器B2有短路

检查修复

  焊接过程突然中断

⑴ 电源中风压开关抖动

⑵ 控制电缆接触不良

检查修复

  印刷板中电阻R11R27R38R39烧焦

这些电阻离印刷板面太近,造成散热不良

适当抬高这些电阻的位置

 

(五)通用埋弧自动焊机型号及技术数据

11列出国产通用埋弧自动焊机的主要技术数据。

11  国产埋弧自动焊机主要技术数据

新型号

NZA-1000

MZ-1000

MZ1-1000

MZ2-1500

MZ-1-1000

MZ6-2×500

MU-2×300

MU1-1000

旧型号

GM-1000

EA-1000

EK-1000

EK-1500

 

EH-2×500

EP-2×300

 

送丝形式

弧压自动

调节

弧压自动

调节

等速送丝

等速送丝

弧压自动

调节

等速送丝

等速送丝

弧压自动

调节

焊机结构

特点

埋弧、明弧

两用小车式

小车式

小车式

悬挂小车式

小车式

小车式

堆焊专用

堆焊专用

焊接电流

A

2001200

4001200

2001000

4001500

2001000

200600

160300

4001000

焊丝直径

mm

ф35

ф36

ф1.65

ф36

ф36

ф1.62

ф1.62

焊带宽3080,厚0.51

送丝速度

m/h

30360(弧压

反馈控制)

30120

(弧压35V

52403

28.5225

30120

150600

96324

1560

焊接速度

m/h

2.178

1570

16126

13.4112

1570

860

19.535

7.535

焊接电流

种类

直流

直流或交流

直流或

交流

直流或

交流

直流

交流

直流

直流

送丝速度

调整方法

 用电位器无级调速 (用改变可控硅导通角来改变直流电机转速)

用电位器自动调整直流电机转速

调换齿轮

调换齿轮

用电位器无级调速(晶闸管系统)

用自耦变压器无级调整直流电机转速

调换齿轮

用电位器无级调整直流电机转速

 

四、埋弧自动焊冶金过程特点及焊接材料选择

(一)冶金过程特点

1)电弧和焊接熔池在熔化了的焊剂所形成熔渣包围下获得可靠渣保护,有效地防止了空气的入侵,使焊缝金属含氧量及含氮量均极低,因而焊缝金属塑性良好。

2)利用渣相反应能有效地控制焊缝金属的化学成分。

1) 渗锰渗硅  当焊剂中MnOSiO2含量足够高时,下列冶金反应可使焊缝金属的MnSi含量明显提高,因而焊缝的抗裂性和机械性能提高

                2Fe+SiO22(FeO)+Si

                 Fe+MnOFeO+Mn                                               (12)

2) 脱碳  由于焊剂中不含碳的成分,高温下碳与氧的亲和力介于锰和硅之间,因此埋弧焊冶金过程会造成一定量碳元素烧损,且随焊丝中含碳量的增大而加剧,过量时会导致产生CO气孔。因此,埋弧焊用焊丝的含碳量必须严加控制。

3) 脱氢  母材、焊丝表面的锈污及焊剂的吸潮水分是埋弧焊产生氢气孔的主要原因。为防止氢气孔,除杜绝氢的来源外,还可利用高温冶金反应时所生成的不溶于熔池的HFOH来达到去氢的目的。

3)焊剂中含硫、磷量稍高时会造成焊缝金属含硫、磷量的增加而导致冷裂、热裂倾向增强,为此焊剂中含硫、磷量应严格控制在0.10%以下。

(二)焊接材料选择

1.焊丝  国产标准焊丝的化学成分列于表12。选用时应考虑与焊剂的匹配,见表13

13  常用埋弧焊剂用途及配用焊丝

焊剂

类别

焊剂

型号

成分类型

     

配用焊丝

焊剂颗粒度

(目)

适用电流种类

使用前焙烘

(h×)

 

 

 

 

 

 

 

 

HJ130

MnSiF

低碳钢、普低钢

H10Mn2

840

交直流

2×250

HJ131

MnSiF

Ni基合金

Ni基焊丝

1040

交直流

2×250

HJ150

MnSiF

轧辊堆焊

H2Cr13H2Cr2W8

840

直流

2×250

HJ151

MnSiF

奥氏体不锈钢

相应钢种焊丝

1060

直流

2×300

HJ172

MnSiF

NbTi不锈钢

相应钢种焊丝

1060

直流

2×400

HJ173

MnSiF

MnAl高合金钢

相应钢种焊丝

1060

直流

2×250

HJ230

MnSiF

低碳钢、普低钢

H08MnAH10Mn2

840

交直流

2×250

HJ250

MnSiF

低合金高强度钢

相应钢种焊丝

1060

直流

2×350

HJ251

MnSiF

珠光体耐热钢

CrMo钢焊丝

1060

直流

2×350

HJ252

MnSiF

15MnV14MnMoV18MnMoNb

H08MnMoAH10Mn2

1060

直流

2×350

HJ260

MnSiF

不锈钢、轧辊堆焊

不锈钢焊丝

1060

直流

2×400

HJ330

MnSiF

重要低碳钢、普低钢

H08MnAH10Mn2SiAH10MnSi

840

交直流

2×250

HJ350

MnSiF

重要低合金高强度钢

MnMoMnSi及含Ni高强钢焊丝

3401480

交直流

2×400

HJ351

MnSiF

MnMoMnSi及含Ni普低钢

相应钢种焊丝

8401480

交直流

2×400

HJ430

MnSiF

重要低碳钢、普低钢

H08AH08MnA

8401480

交直流

2×250

HJ431

MnSiF

重要低碳钢、普低钢

H08AH08MnA

840

交直流

2×250

HJ432

MnSiF

重要低碳钢、普低钢(薄板)

H08A

840

交直流

2×250

HJ433

MnSiF

低碳钢

H08A

840

交直流

2×350

 

SJ101

碱性(氯碱型)

重要普低钢

H08MnAH08MnMoA

H08Mn2MoAH10Mn2

1060

交直流

2×350

 

SJ301

中性(硅钙型)

低碳钢、锅炉钢

H08MnAH10Mn2H08MnMoA

1060

交直流

2×350

 

SJ401

酸性(锰硅型)

低碳钢、普低钢

H08A

1060

交直流

2×250

 

SJ501

酸性(铝钛型

低碳钢、普低钢

H08AH08MnA

1060

交直流

2×350

 

SJ502

酸性(铝钛型)

低碳钢、普低钢

H08A

1460

交直流

1×300

 

HJ621A

  

重要普低钢

H08Mn2SiH08MnAH10Mn2

1060

交直流

不焙烘

2.焊剂  按制造方法不同,分为熔炼型、烧结型、陶质型三类,见表14。熔炼型焊剂国内生产应用历史较长。烧结型焊剂具有脱渣容易、焊缝成形美观、适用于大电流(≥1200A)、多丝、高焊速(≥1m/min)埋弧自动焊的优点,国内近几年也已定型生产和推广应用。表1516分别列出国产熔炼型、烧结型焊剂牌号及化学成分。

15  埋弧焊熔炼焊剂化学成分(%)

焊剂类型

焊剂

牌号

SiO2

Al2O3

MnO

CaO

MgO

TiO2

CaF2

NaF

ZrO2

FeO

S

P

K2O+

Na2O

无锰高硅低氟

HJ130

3540

1216

 

1018

1419

711

47

 

 

2

0.05

0.05

 

无锰高硅低氟

HJ131

3438

69

 

4855

 

 

25

 

 

1.0

0.05

0.08

3

无锰中硅中氟

HJ150

2123

2832

 

37

913

 

2533

 

 

1.0

0.08

0.08

3

无锰中硅中氟

HJ151

2430

2832

 

6

913

 

2533

 

 

1.0

0.07

0.08

 

无锰低硅高氟

HJ172

36

2835

12

25

 

 

4555

23

24

0.8

0.05

0.05

3

低锰高硅低氟

HJ230

4046

1017

510

814

1014

 

711

 

 

1.5

0.05

0.05

 

低锰中硅中氟

HJ250

1822

1823

58

48

1216

 

2330

 

 

1.5

0.05

0.05

3

低锰中硅中氟

HJ251

1822

1823

710

36

1417

 

2330

 

 

1.0

0.08

0.05

 

低锰中硅中氟

HJ252

1822

2228

25

27

1723

 

1824

 

 

1.0

0.07

0.08

 

低锰高硅中氟

HJ260

2934

1924

24

47

1518

 

2025

 

 

1.0

0.07

0.07

 

中锰高硅低氟

HJ330

4448

4

2226

3

1620

 

36

 

 

1.5

0.08

0.08

1

中锰中硅中氟

HJ350

3035

1318

1419

1018

 

 

1420

 

 

 

0.06

0.07

 

中锰高硅中氟

HJ351

3035

1318

1419

1018

 

24

1420

 

 

1.0

0.04

0.05

 

高锰高硅低氟

HJ430

3845

5

3847

6

 

 

59

 

 

1.8

0.10

0.10

 

高锰高硅低氟

HJ431

4044

4

3438

6

58

 

37

 

 

1.8

0.10

0.10

 

高锰高硅低氟

HJ433

4245

3

4447

4

 

 

24

 

 

1.8

0.15

0.10

0.5

16  埋弧焊烧结焊剂化学成分(%)

  

              

SJ101

氟碱型

SiO2+TiO225CaO+MgO30Al2O3+MnO25CaF20

SJ301

硅钙型

SiO2+TiO240CaO+MgO25Al2O3+MnO25CaF10

SJ401

硅锰型

SiO2+TiO245CaO+MgO10Al2O3+MnO40

SJ501

铝钛型

SiO2+TiO230Al2O3+MnO55CaF5

SJ502

铝钛型

MnO+Al2O330TiO2+SiO245CaO+MgO10CaF5

HJ621A

 

MnO+Al2O345CaF2+CaO15TiO2+SiO235MgO3

 

 
 
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