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焊接工艺
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焊接工艺问答之各种焊接方法及设备(1)
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:8/24/2006 阅读:22759

 

        

 
五、各种焊接方法及设备

 

1  什么是手弧焊?它有什么缺点?

用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称为手弧焊,它是利用焊条和焊件之间产生的电弧将焊条和焊件局部加热到熔化状态,焊条端部熔化后的熔滴和熔化的线母材融合一起形成熔池,随着电弧向前移动,熔池液态金属逐步冷却结晶,形成焊缝,见图1

手弧焊的优点是使用的设备简单,方法简便灵活,适应性强,对大部分金属材料的焊接均适用。缺点是生产率较低,特别是在焊接厚板多层焊时,焊接质量不够稳定;可焊最小厚度为 1.0mm 一般易掌握的最小焊接厚度为1.5mm;对焊工的操作技术要求高,焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术;对于活泼金属(TiNbZr等)和难熔金属(如Mo)由于其保护效果较差,焊接质量达不到要求,不能采用手弧焊。另外对于低熔点金属 (如PbSnZn)及其合金由于电弧温度太高,也不可能用手弧焊。

目前,由于重力焊条、立向下焊焊条、低毒、低尘焊条及铁粉焊条等高效或专用焊条日益得到广泛应用,使手弧焊工艺得到了进一步的发展。

2  试述手弧焊时焊接电流种类的选择。

手弧焊时焊接电流的种类根据焊条的性质进行选择。酸性焊条是交、直流两种焊条,但通常选用交流电源进行焊接,因交流弧焊电源价格便宜,交流电弧磁偏吹小。碱性焊条中的低氢钠型焊条(如E5015),由于药皮中加入了一定量的氟石(CaF2),电弧稳定性差,因此必须选用直流电源进行焊接(并采用直流反接),碱性焊条中的低氢钾型焊条(如E5016),由于药皮中含有一定数量的稳弧剂,电弧的稳定性比低氢钠型焊条好,所以可以选用交流电源进行焊接。

此外,焊接薄板时,由于采用小电流施焊,因为交流电小电流的稳定性较差,引弧比较困难,所以应选用直流电源进行焊接。

3  手弧焊的焊接工艺参数有哪些?

某一种焊接方法的焊接工艺参数,应该是指哪些焊前能预先确定其数值并在焊接过程中能够贯彻实行的参数。因此,手弧焊时的主要焊接工艺参数是指焊条直径、焊接电流和焊缝层数。至于电弧电压和焊接速度不应作为手弧焊时的主要焊接工艺参数,因为手弧焊是手工操作,电弧长度(电弧电压)和焊接速度是焊工在施焊过程中用手来控制,不能精确地执行预先的给定值,因此把两者作为已确定的工艺参数让焊工在操作中执行是有困难的。焊工仅是根据本人的操作经验来确定弧长和焊接速度。

4  试述手弧焊时焊条直径的选择原则。

手弧焊时焊条直径可根据以下原则进行选用:

1)对根部不要求完全均匀焊透的开I形坡口的角接、T形接、搭接焊缝和背面清根封底焊的对接焊缝,焊条直径可根据焊件厚度进行选用,见表1

1  焊条直径的选用

焊条厚度

4

412

12

焊条直径

不超过焊件厚度

3.24.0

4.0

2)焊件厚度相同但所处焊接位置不同,应选用不同直径的焊条,如横焊、立焊位置焊接时,绝少使用直径5mm的焊条。

3)不同的接头形式应选用不同直径的焊条。如T形接头,由于散热条件比对接接头好,所以可选用较粗直径的焊条。

4)开坡口的接头第一层打底焊时应选用直径较细的焊条,如对接接头打底焊时选用直径为3.2mm的焊条,而其余各层可选用直径为4.0mm的焊条。

5  试述手弧焊时焊接电流的选择原则。

焊接电流是手弧焊时的主要工艺参数。焊接电流太大时,焊条尾部要发红,部分药皮的涂层要失效或崩落,机械保护效果变差,容易产生气孔,此外,还会导致咬边、烧穿等焊接缺陷,并使焊接飞溅加大,使用过大的焊接电流时,还会使接头热影响区晶粒粗大,焊接接头的塑性下降。焊接电流太小时,会造成未焊透、未熔合、夹渣等缺陷,且生产率降低。因此,选择焊接电流,首先在保证焊接质量的前提下,应尽量选用较大的电流,以提高劳动生产率。

焊接电流的选用原则是:

1)根据焊条直径进行选用(表2)。

2  碳钢焊条的焊接电流和焊条直径的关系

焊条直径(mm)

1.6

2.0

2.5

3.2

4.0

5.0

5.8

焊接电流(A)

2540

4065

5080

100130

160210

200270

260300

2)根据钢板厚度、焊接位置进行适当的调整焊接电流。钢板越厚,焊接热量散失得越快,应选用电流值的上限。立、仰、横焊时应选用较小的电流,通常应比平焊小10%左右。

3)焊接奥氏体不锈钢时,为防止焊条药皮发红开裂和减小影响晶间腐蚀的程度,焊接电流应比同样直径的碳钢焊条降低20%左右。

6  试述手弧焊时焊缝层数的选择原则。

厚板手弧焊时,应开坡口并采用多层焊(每层1条焊缝)或多层多道焊(每层有2条以上的焊缝),见图2。多层焊和多层道焊接头的显微组织较细,热影响区较窄,因此,接头的塑性和韧性都比较好,特别是对于易淬火钢,后焊道对前焊道有回火作用,能细化前焊道的晶粒,使接头的组织和性能得以改善。对于低合金高强度钢等钢种,焊缝层数对接头性能有明显影响,焊缝层数少,每层焊缝厚度太大时,由于晶粒粗化,将导致焊接接头的塑性和韧性下降。因此,采用较细的焊条、较小的焊接电流施焊,增加焊缝层数,这些都是提高接头质量的有效手段。

7  什么是单面焊双面成形操作技术?

单面焊双面成形操作技术是采用普通焊条,以特殊的操作方法,在坡口的正面进行焊接后保证坡口正、反两面都能得到双面成形焊缝(该焊缝的正、背两面均应具有良好的内在与外观质量)的一种操作方法。

手弧单面焊双面成形的操作技术有间断灭弧焊法(又称断弧焊)和连弧焊法两种方法。若以d表示焊条直径,则Y形坡口接缝的装配尺寸,见表3

3  Y形坡口接缝的装配尺寸

操作方法

药皮类型

坡口面角度(°)

根部间隙(mm

钝边高度(mm

断弧焊

酸性

30°~35°

1.01.3d

0.40.6d

碱性

0.81.2d

0.40.6d

连弧焊

碱性

30°~35°

0.81.0d

0.51

若采用ф3.2mm的焊条进行断弧焊时,焊条为酸性,则钝边高度为1.32.0mm,根部间隙为3.24.2;焊条为碱性时,则钝边高度为1.32.0mm,根部间隙为2.64.8mm。若采用ф3.2mm的焊条进行连弧焊(焊条为碱性)时,则钝边高度为0.51mm,根部间隙为2.63.2 mm

此外,考虑到施焊过程中焊缝的横向收缩,为保证焊缝尺寸一致,终端根部间隙应比确定值略大 0.51mm

单面焊双面成形与双面焊相比,可省略翻转焊件及对背面焊缝进行清根等工序,尤其适用于那些无法进行双面施焊的场合,例如管子的对接焊。

8  什么是断弧焊法?

断弧焊法是通过控制电弧的不断燃弧和灭弧的时间以及运条动作来控制熔池形状、熔池温度以及熔池中液态金属厚度的一种单面焊双面成形焊接技术。它具有容易控制熔池形态、对焊件的装配质量及焊接工艺参数的要求较低,适应性较强等特点。断弧焊的操作手法有一点法和两点法两种,见图3。一点法适用于薄板、小直径管(≤ф60mm)及小间隙(1.52.5mm)条件下的焊执着;两点法适用于厚板、大直径管、大间隙条件下的焊接。

断弧焊法的操作技术若掌握得不够熟练,容易产生气孔、夹渣等内在缺陷和焊道外凸、内凹、冷缩孔、咬边、焊瘤等表面缺陷。

9  试述断弧焊法中两点法的基本操作要点。

先在焊件试焊端前方约1015mm处的坡口面上引燃电弧,然后将电弧拉回至始焊处稍加摆动对焊件进行12Sr 预热。当坡口根部产生“汗珠”时,立即将电弧压低,约11.5s后,可听到电弧穿透坡口而发出的“噗”声,看到定位焊缝以及相接的两侧坡口面金属开始熔化,并形成第一个熔池时快速灭弧。当第一个熔池金属尚未完成凝固,熔池中心还处于半熔化状态、在护目镜下呈黄亮颜色时,重新引燃电弧,并在该熔池左前方接近钝边的坡口面上,以一定的焊条倾角击穿焊件根部。击穿时先以短弧对焊件根部加热11.5s,然后再迅速将焊条朝焊接方向挑划,当听到焊件被击穿的“噗”声时(说明已形成第一个熔孔),应快速使一定长的弧柱带着熔滴穿过熔孔,使其与背、正面的熔化金属分别形成背面与正面焊道熔池。此时要迅速抬起灭弧,动作如稍有迟缓,可能会造成根部烧穿。

1s后,当上述熔池还未完全凝固,尚有比所用焊条直径稍大的黄亮光点时,快速引燃电弧并在第一个熔池右前方进行击穿焊。然后继续按上述方法施焊,便可完成两点法单面焊双面成形的焊缝。

10  试述断弧焊法中一点法的基本操作要点。

一点法建立第一个熔池的方法与两点法相同。施焊时应使电弧同时熔化焊件坡口的两侧钝边,听到“噗”声后,果断灭弧。为防止一点击穿法焊接过程中产生缩孔,应使灭弧频率保持在每分钟7080次。其焊条倾角与熔孔向坡口根部熔入深度均与两点法相同。

11  试述各种位置断弧焊法的焊接工艺参数。

各种位置断弧焊法所选用的焊接工艺参数,见表4

4  各种位置断弧焊法的焊接工艺参数

焊接位置

板厚(mm

焊条型号

焊条直径(mm

焊接电流(A

平焊

812

E4303

3.2

100110

E5015

3.2

90100

立焊

812

E4303

3.2

80100

E5015

3.2

8090

横焊

812

E4303

3.2

90110

E5015

3.2

8095

仰焊

812

E4303

3.2

90110

E5015

3.2

8095

12  什么是连弧焊法?说明其操作要点。

连弧焊法是在焊接过程中电弧连续燃烧,不熄灭,采取较小的坡口钝边间隙,选用较小的焊接电流,始终保持短弧连续施焊的一种单面焊双面成形技术。

基本操作要点:引弧后先将电弧压短到最低程度,并在始焊处以小齿距的锯齿形运条法作横向摆动,对焊件进行加热。当坡口根部产生“出汗”现象时,尽力将焊条往根部送下做一个击穿动作,待听到“噗”的一声形成熔孔后,迅速将电弧移到任一坡口面,随后在坡口面间以一定的焊条倾角做似停非停的微摆动,时间约为2s,使电弧将两坡口根部两侧各熔化1.5mm左右,然后将焊条提起12mm,以小齿距的锯齿形运条法作横向摆动,使电弧边熔化熔孔前沿、边向前施焊。施焊时,一定要将焊条中心对准熔孔的前沿与母材交界处,使每个新熔池与前一个熔池相重叠。

收弧时,缓慢地把焊条向熔池后方的左侧或右侧带一下,随后将焊条提起、收弧。接头时,先在距弧坑1015mm处引弧,以正常运条速度运至弧坑的1/2处,将焊条下压,待听到“噗”的一声之后,就作12s的似停非停地微小摆动,然后再将焊条提起12mm,使其在熔化熔孔前沿的同时向前运条施焊。

连弧焊法的施焊过程中,由于采用了较小的根部间隙(表3)与焊接工艺参数(表5),并在短弧条件下进行有规则的焊条摆动,因而可造成熔滴向熔池均匀过渡的良好条件,使焊道始终处于缓慢加热和缓慢冷却的状态,所以不但能获得温度均匀分布的焊缝和热影响区,而且还能得到成形整齐、表面细密的背面焊道,因此连弧焊法是一种能保证焊缝具有良好力学性能和内在质量的单面焊双面成形操作技术。

13  试述各种位置连弧焊法的焊接工艺参数。

各种位置连弧焊法所选用的焊接工艺参数,见表5

5  各种位置连弧焊法的焊接工艺参数

焊接位置

板厚(mm

焊条型号

焊条直径(mm

焊接电流(A

平焊

812

E5015

3.2

8090

立焊

812

E5015

3.2

7080

横焊

812

E5015

3.2

7585

仰焊

812

E5015

3.2

7585

14  试述手弧焊时的基本操作技术。

手弧焊是用手工操作的焊接方法,因此焊缝的质量在很大程度上决定于焊工的操作技术。手弧焊时焊条要做三个方向的运动:朝熔池方向逐渐送进;沿焊接方向逐渐移动;必要时作有规则的横向摆动。

1)焊条朝熔池方向逐渐送进,这是为了以维持所要求的电弧长度。因此,焊条的送进速度应等于焊条的熔化速度,如果送进速度比熔化速度慢,则电弧被逐渐拉长,严重时形成断弧现象;反之,如果焊条送进速度太快,则弧长迅速缩短,最后导致焊条与焊件接触短路,电弧熄灭。

2)焊条沿焊接方向的移动速度,即手弧焊的焊接速度。太快时,电弧来不及熔化足够的焊条和母材,造成焊缝断面太小以及容易形成未焊透等缺陷;太慢时,熔化金属堆积过多,加大了焊缝断面,并且使焊件加热温度过高,薄件则容易被烧穿。

3)焊条作横向摆动是为了获得一定宽度的焊缝,特别是当焊件开坡口时,由于焊口较宽,常采用摆动焊条使两侧金属能够焊透。

15  手弧焊时常用的运条方法有哪几种?

手弧焊常用的运条方法示意图见图4

⑴直线形运条法  焊接时焊条不作横向摆动,沿焊接方向作直线形运动,常用于开I形坡口的对接平焊、多层焊的第一层焊道或多层多道焊。

⑵直线往复运条法  焊接时焊条末端沿焊缝的纵向作来回直线形摆动,特点是焊接速度快、焊缝窄、散热快,适于薄板和接头间隙较大的多层焊的第一层焊道。

⑶锯齿形运条法  焊接时焊条末端作锯齿形连续摆动及向前移动,并在两边稍停片刻,摆动焊条是为了控制熔化金属的流动和得到必要的焊缝宽度,特点是操作容易掌握,各种焊接位置基本上均可采用。

⑷月牙形运条法  焊接时焊条末端沿着焊接方向作月牙形的左、右摆动,特点是金属熔化良好,有较长的保温时间,气体容易析出,熔渣易上浮,焊缝质量较高。

⑸三角形运条法  焊接时焊条末端分别作连续的斜三角形或正三角形运动,并向前移动。

斜三角形运条法适于焊接平、仰位置的T形接头焊缝和有坡口的横焊缝,特点是能够借焊条的摆动不定来控制熔化金属,焊缝成形良好。正三角形运条法只适于开坡口的对接接头和T形接头焊缝的立焊,特点是一次就能焊出较厚的焊缝断面,焊缝不明产生夹潭,生产效率较高。

⑹圆圈形运条法  焊接时焊条末端作圆圈形运动,并不断地前移。特点是熔池存在时间长,熔池金属温度高,气体和熔渣容易上浮,适用于焊接较厚焊件的平焊缝。

16  什么是埋弧焊?它有什么优缺点?

电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法称为埋弧焊,其焊接过程见图5。如果将焊接过程中的引弧、送丝、移丝和灭弧四个动作全部由机械来完成,通常称为自动埋弧焊。如果将四个动作中的移丝由手工来完成,则称为半自动埋弧焊。

埋弧焊具有如下优点:

1)使用的焊接电流大 、焊缝厚度深、可减小焊件的坡口。

2)焊接速度快。

3)焊剂的保护效果好(属于渣保护),特别在有风的环境中施焊。

4 焊接质量与对焊工技艺水平的要求比手弧焊低。

5)没有弧光辐射,劳动条件较好。埋弧焊的主要缺点是只能适用于平焊位置,容易焊偏,薄板焊接难度较大。

17  为何埋弧焊时可以使用较大的焊接电流?

若用同样直径的焊丝(条)与手弧焊相比,埋弧焊可以使用较大的焊接电流,见表6。这是因为埋弧焊时焊丝的伸出长度(导电嘴至焊丝末端的距离)比焊条短,通电时间少,产生的电阻热小,因而可以适当提高焊接电流值,见图6

6  手弧焊和埋弧焊的焊接电流

焊条(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

2

3.2

4

5

5065

80130

125200

190250

1625

1118

1016

1018

200400

350600

500800

7001000

63125

5085

4063

3550

18  试述埋弧焊时的焊接工艺参数及其对焊缝形状的影响。

埋弧焊时主要的焊接工艺参数是焊接电流、电弧电压和焊接速度;其次是焊丝直径、焊丝倾斜、焊件倾斜、间隙或坡口及焊剂粒度等。焊接工艺参数对焊缝形状的影响见表7

7  焊接工艺参数对焊缝形状的影响

工艺参数

厚度

宽度

余高

成形系数

熔合比

参数增大时的影响

焊接电流

显著增大

略增大

显著增大

显著增大

显著增大

电弧电压

V

2224

略增大

增大

减小

增大

略增大

3460

略减小

显著增大

(除直流正接)

减小

显著增大

(除直流正接)

无变化

焊接速度

m/h

1040

无变化

减小

略增大

减小

显著增大

40100

减小

减小

略增大

略减小

增大

焊丝直径

减小

增大

减小

增大

减小

焊丝前倾

显著减小

增大

减小

显著增大

减小

焊件倾斜

上坡焊

略增大

略减小

增大

减小

略增大

下坡焊

减小

增大

减小

增大

减小

间隙或坡口

无变化

无变化

减小

无变化

减小

焊剂粒度

略减小

略增大

略减小

增大

略减小

19  什么是等速送丝埋弧焊机?什么是变速送丝埋弧焊机?

等速送丝埋弧焊机的焊丝输送速度在整个过程中保持不变。当遇有外界干扰,如焊件高低不平使弧长发生变化时,依靠焊接电弧的自身调节特性,能将弧长自动恢复到原先值。其过程是:当弧长被拉长时,(焊件表面有凹坑),将引起焊接电流减小(下降外特性),促使焊丝熔化速度减慢,由于此时焊丝送进速度未变,因此弧长将逐渐缩短,一直恢复到原先值。属于此类焊机的型号有MZ1-1000MZ2-1500MZ3-500MZ6-500MU-2×300MU1-1000等。变速送丝埋弧焊机的焊丝输送速度在整个焊接过程中会随时作相应调整。当遇有外界干扰,如焊件高低不平使弧长发生变化时,依靠焊机内部的自动调节系统,能迅速将弧长自动恢复到原先值。其过程是:当弧长被拉长时(焊件表面有凹坑),通过焊机的自动调节系统,使焊丝的输送速度会瞬时增加,直到弧长恢复至原先值为止。属于此类焊机的型号有MZ-1000NZA-1000等。

当发生相同长度的弧长变化时,变速送丝埋弧焊机的恢复时间比等速送丝埋弧焊机短,因此焊成的焊缝质量好,但结构较复杂,成本较高。

20  埋弧焊焊接接头的坡口形式及尺寸有何特点?

埋弧焊使用的焊接电流较大,电弧具有较强的穿透能力,厚度在12mm以下的板材,可以开I形坡口,采用双面焊接,即能达到全焊透的要求。厚度大于12mm20mm的板材,为了达到全焊透,在单面焊后,焊件背面应进行清根,再进行焊接。厚度超过20mm的板材,应开坡口进行焊接,焊缝坡口的形式与手弧焊基本相同,但应采用较大的钝边以避免烧穿,通常钝边应保持在56mm左右。

21  埋弧焊施焊时有什么特点?

埋弧焊因采用较大的焊接电流,所以在第一层焊接时,液态熔渣和金属会从间隙中流失,造成焊缝成形不良,严重时甚至无法焊接。因此在正面焊接时,反面一定要采取防漏措施,常用的措施有:在熔剂垫上焊接、在临时工艺垫板上焊接、手弧焊封底和锁底焊等见图7

不采取防漏措施的双面自动焊,对装配质量要求严格,焊件边缘必须平直,间隙应保持小于1mm,所以在生产中应用不多。

22  试述多丝埋弧焊的基本工作原理。

多丝埋弧焊是一种高生产率的埋弧焊接方法。按照所用焊丝数目有双丝埋弧焊、三丝埋弧焊等,在一些特殊应用中焊丝可多达 14 根,目前工业上应用最多的是双丝和三丝埋弧焊。焊丝排列一般都采用纵列式,即两根或三根焊丝沿焊接方向顺序排列。焊接过程中每根焊丝所用的焊接电流和电压各不相同,一般由前导电弧获得足够的焊缝厚度,后续电弧调节熔宽或起改善成形作用。双丝焊时两焊丝间的距离约为70mm左右,后续焊丝可以沿焊接方向后倾一个角度。

多丝焊的焊接电源可用直流或交流,也可以交、直流并用。双丝埋弧焊和三丝埋弧焊时焊接电源的选用及连接组合形式见图8

23  什么是TIG焊?

利用纯钨或活化钨(钍钨、铈钨等)作为电极的惰性气体保护焊称钨极惰性气体保护焊,其英文简称为TIG焊。它是在惰性气体的保护下,利用钨电极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法,其示意图见图9。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出,在电弧周围形成气体保护层隔绝空气,以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响,获得优质焊缝。保护气体可采用氩气、氦气和氩氦混合气体,在特殊应用场合,可添加少量的氢。用氩气作为保护气体的称饮极氩弧焊,用氦气的称钨极氦弧焊。由于氦气价格昂贵,在工业上广泛应用的是钨极氩弧焊

24  钨极氩弧焊有什么优缺点?

钨极氩弧焊具有下列优点:

1)氩气能有效地隔绝周围空气,本身又不溶于金属,不和金属反应,施焊过程中电弧还有自动清除熔池表面氧化膜的作用,因此,可成功地焊接易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。

2)钨极电弧稳定,即使在很小的焊接电流(<10A)下仍可稳定地燃烧,特别适用于于薄板、超薄材料的焊接。

3)热源和填充焊丝可分别控制,因而热输入容易调节,可进行各种位置的焊接,也是实现单面焊双面成形的理想方法。

4)由于填充焊丝熔滴不通过电弧,故不会产生飞溅,焊缝成形美观。

钨极氩弧焊的不足之处;

1)焊缝厚度浅,熔敷速度小,生产率较低。

2)钨极承载电流的能力较差,过大的电流会引起钨极熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池,造成污染(夹钨)。

3)惰性气体(氩气、氦气)较贵,和其它电弧焊方法(如手弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等)相比,生产成本较高。

25  试述各种电流钨极氩弧焊的特点。

按钨极氩弧焊所使用电流种类的不同,可分为直流正接、直流反接及交流三种,其特点见表8

8  各种电流钨极氩弧焊的特点

       

     

   

   

两极热量比例(近似)

焊件70%

钨极30%

焊件30%

钨极70%

焊件50%

钨极50%

熔深特点

深、窄

浅、宽

中等

钨极许用电流

最大

例如钨极ф3.2mm400A

例如钨极ф6.4mm120A

较大

例如钨极ф3.2mm225A

阴极清理作用

有(焊件为负的半周时)

适用材料

氩弧焊;除铝、镁合金铝青铜外其余金属

氦弧焊:几乎所有金属

一般不采用

铝、镁合金、铝青铜等

26  什么是“阴极清理作用”?铝及铝合金钨极氩弧焊时为什么要采用交流电源?

焊接铝及铝合金时,熔池表面会生成一层致密难熔的氧化膜(即A12O3,熔点为2050,而铝的熔点仅为657),若不及时加以消除,会形成未熔化,并使焊缝表面形成皱皮,内部产生夹渣。采用钨极氩弧焊时,如果焊件是负极,电弧中的氩气被电离后产生的正离子会高速地撞击作为负极的熔池,使熔池表面的氧化膜被击碎,因此焊成的焊缝表面光滑美观,成形良好,这种现象称为“阴极清理作用”或“阴极破碎作用”。

为使焊件处于负极状态,可采用直流反接电源或交流电源。前者由于钨极是正极,温度高,消耗快,寿命短,通常不采用。使用交流电源时,当焊件处于负半周时,同样会产生“阴极清理作用”。所以铝及铝合金钨极氩弧焊时,应采用交流电源。

27  钨极氩弧焊如何引弧?

钨极氩弧焊有三种引弧方法:

⑴接触短路引弧法  不能直接在焊件上将钨极与焊件直接接触进行短路引弧,因为钨极端部的钨会污染熔池,形成夹钨。通常可利用引弧板或在焊口附近设置铜皮、碳块,在这些引弧板上用接触短路法引弧,然后将电弧移至焊接部位。这种引弧法的缺点是引弧时钨极损耗大,钨极端部形状容易被破坏,所发仅当焊机没有高频引弧装置时才使用。

⑵高频高压引弧法  利用装在焊机控制箱内的高频振荡器所产生的高频高压击穿钨极与焊件之间的间隙 25mm)而引燃电弧。

⑶高压脉冲引弧法  在钨极和焊件之间加一高压脉冲,使两极间气体介质电离而引弧。

28  钨极氩弧焊时对钨极端部的形状有什么要求?

钨极氩弧焊时,钨极端部的形状是一个重要的工艺参数,应根据所用焊接电流的种类,选用不同的端部形状, 见图10。尖端角度α的大小会影响钨极的许用电流、引弧及稳弧性能。不同钨极端部形状尺寸推荐的焊接电流范围,见表9。小电流焊接时,选用小直径钨极和小的端部角度,可使电弧容易引燃和稳定;大电流焊接时,增大钨极端部的角度可避免端部过热熔化,减少损耗,并防止电弧往上扩展而影响阴极班点的稳定性。

9  钨极端部形状尺寸和焊接电流范围

钨极直径

mm

端部直径d

mm

端部角度α

(°)

焊接电流(A

恒定电流

脉冲电流

1.0

1.0

1.6

1.6

2.4

2.4

3.2

3.2

0.125

0.25

0.5

0.8

0.8

1.1

1.1

1.5

12

20

25

30

35

45

60

90

215

530

850

1070

1290

15150

20200

25250

225

560

8100

10140

12180

15250

20300

25350

减少钨极端部的角度,可使得焊缝厚度减小,熔宽增大。

29  试述钨极氩弧焊时焊缝的坡口形式及尺寸。

钨极氩弧焊焊缝的坡口形式见GB98588《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》。

1)厚度不大于3mm的碳钢、低合金钢、不锈钢、铝的对接接头及厚度不大于2.5mm的高镍合金,一般开I形坡口。

2)厚度在312mm的上述材料,可开U形、Y形或J型 坡口。

3)厚度大于12mm的上述材料,采用双U形或双Y形坡口。

4Y形坡口的坡口角度:碳钢、低合金钢及不锈钢为60°,高镍合金钢为80°;当用交流电焊接铝时为90°。

黑色金属的典型坡口尺寸,见图11

30  试述钨极氩弧焊时焊接速度的选择原则。

钨极氩弧焊时焊接速度的选择应遵循以下原则:

1)在焊接铝等导热性好的金属时,为了减少焊接变形,应采用比母材导热速度快的焊接速度。

2)焊接有热裂倾向的合金不能采用高速度焊接。

3)焊接熔池的尺寸会直接受焊接速度的影响,当在非平焊位置焊接时只能是较小的熔池,应适当提高焊接速度。

31  试述加强氩气保护作用的措施。

对于对氧化、氮化非常敏感原金属和合金(如钛及其合金)或散热慢,高温停留时间长的材料(如不锈钢),要求有更强的保护作用。加强氩气保护作用的具体措施有:

1)在焊枪后面附加通有氩气的拖罩,使在400以上的焊缝和影响区仍处于保护之中,见图12a,用以焊接钛及钛合金。

2)在焊缝背面采用可通氩气保护的垫板见图12b ,以加强反面的保护,并且能加速焊缝和热影响区的冷却,缩短在高温停留的时间,可用来焊接不锈钢。

32  什么是钨极脉冲氩弧焊?

钨极脉冲氩弧焊的焊接电流由基值电流和脉冲电流两部分所组成,基值电流维持电弧的燃烧,脉冲电流产生脉冲电弧,以熔化金属、进行焊接。

钨极脉冲氩弧焊所使用的焊接电流可以是直流的或交流的,其电流波形,见图13。交流脉冲氩弧焊用于焊接铝、镁及其合金等表面形成高熔点氧化膜的材料;直流脉冲氩弧焊用以焊接除铝、镁及基合金以外的其它金属材料,目前应用较广泛。

钨极脉冲氩弧焊的焊接过程:每次脉冲电流作用时,在电弧下面产生一个熔池,基值电流作用时,熔池凝固而形成焊点。下一次脉冲作用时,在已凝固焊点的部分面积和母材上产生一个熔池,基值电流作用时,又凝固形成下一个焊点,与前一个焊点搭接,如此周而复始地重复下去,就形成一条由许多焊点搭接而成的焊缝。

33  试述钨极脉冲氩弧焊的优点及适用范围。

钨极脉冲氩弧焊是通过调节脉冲电流幅值、基值电流大小、脉冲电流持续时间和基值电流持续时间,以控制热输入量,从而控制焊缝及热影响区的尺寸和质量。钨极脉冲氩弧焊的优点及适用范围是:

1)可以精确控制对焊件的热输入和熔池尺寸,提高焊缝抗烧穿和熔池的保持能力,容易获得均匀的焊缝厚度,特别适用于薄板(薄至0.1mm)全位置焊接和单面焊双面成形。

2)每个焊点的加热和冷却迅速,所以适用于焊接导热性能和厚度差别大的焊件。

3)脉冲电弧可以用较低的热输入而获得较大的焊缝厚度,故同样条件下能减小焊接热影响区和焊件变形,这对薄板、超薄板焊接更为重要。

4)焊接过程中熔池金属冷凝快,高温停留时间短,可减少热敏感材料(如镍铬合金、钛合金等)焊接时产生裂纹的倾向。

34  什么是钨极氩弧点焊?

钨极氩弧点焊的原理,见图14。焊枪端部的喷嘴将被焊的两块焊件压紧,保证连接面密合,然后靠钨极和焊件之间的电弧使钨极下方金属局部熔化形成焊点。适用于焊接各种薄板结构以及薄板与较存材料的连接,所焊材料目前主要为不锈钢和低合金钢等。

与电阻点焊相比较,钨极氩弧点焊的优点是可从单面点焊、无需加压装置、可点焊厚度相差悬殊的焊件、焊点尺寸易控制。缺点是焊接速度较慢、焊接费用较高。

35  什么是热丝钨极氩弧焊?

热丝钨极氩弧焊的原理,见图15。填充焊丝在进入熔池之前约100mm处开始,由加热电源通过导电块对其通电,依靠电阻热将焊丝加热至预定温度,与钨极呈40°~60°,从电弧后面送入熔池,其优点是这样的熔敷速度可比通常所用的冷丝提高2倍。

焊线加热采用交流电源,以减少磁偏吹。目前可用来焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、镍和钛等。

36  什么是熔化极气体保护电弧焊?如何分类?

熔化极气体保护电弧焊是采用可熔化的焊丝(熔化电极)与焊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属免受空气的有害作用。

由于不同的保护气体种类及焊丝形式对电弧状态、电气特性、热效应、冶金反应及焊缝成形等的影响显著不同,熔化极气体保护电弧焊的分类有多种,见表10

 

37  什么是MIG焊?

使用熔化电极的惰性保护焊,英文简称MIG焊,见图16。保护气体可采用ArAr+HeHe,电弧燃烧稳定,熔滴过渡平稳、安定,无激烈飞溅。在整个电弧燃烧过程中,焊丝连续等速送进,可用来焊接各种钢材及有色金属。

38  什么是MAG焊?

利用活性气体(如CO2Ar+CO2Ar+CO2+O2等)作为保护气体的金属极气体保护电弧焊方法,称为活性熔化极气体保护电弧焊法,简称MAG焊。即所用保护气体为惰性气体少量氧化性气体(O2CO2或其混合气体)混合而成。因保护气体具有氧化性,所以常用于黑色金属材料的焊接。在惰性气体中混合少量氧化性气体的目的(一般为:O22%5%CO25%20%)是在基本不改变惰性气体电弧基本特性的条件下,以进一步提高电弧稳定性,改善焊缝成形,降低电弧辐射强度。

39  什么是MIG焊的临界电流?

MIG焊时采用的熔滴过渡类型为滴状过渡、短路过渡和喷射过渡。滴状过渡使用的焊接电流较小,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。短路过渡电弧长度短,电弧电压较低,电弧功率比较小,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,当焊接电流增大至某一值时,熔滴过渡形式即由滴状过渡转变为喷射过渡,这一转变的焊接电流值就称为临界电流。

不同材料和不同直径焊丝的临界电流值,见表11

11  MIG焊的临界电流值

   

焊丝直径(mm

     

最低临界电流(A

低碳钢

0.80

0.90

1.20

1.60

Ar98%+O22%

150

165

220

275

不锈钢

0.90

1.20

1.60

Ar99%+O21%

170

225

285

0.80

1.20

1.60

Ar

95

135

180

脱氧铜

 

0.90

1.20

1.60

Ar

180

210

310

硅青铜

0.90

1.20

1.60

Ar

165

205

270

0.80

1.60

2.40

Ar

120

225

320

40  试述MAG焊的特点。

MAG焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接,具有稳定的焊接工艺性能和质量优良的焊接接头,可用于空间各种位置的焊接,尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢的焊接。

采用氧化性混合气体保护的优点是:能提高熔滴过渡的稳定性;稳定阴极斑点,提高电弧燃烧的稳定性;增大电弧的热功率;减少焊接缺陷;降低焊接成本。

41  什么是CO2气体保护焊?它有什么特点?

利用CO2作为保护气体的气体保护焊称为CO2气体保护焊,简称CO2焊。

使用CO2作为保护气体具有如下特点:

1CO2气体的体积质量比空气大,所以在平焊时从焊枪喷出的CO2气体对熔池有良好的覆盖作用。

2CO2气体在电弧的高温作用下将按下式进行分解为

 

                               1

                   CO2=CO+ ─── O2Q

                               2

 

从上式可见,CO2气体分解时,其产物体积膨胀为一倍半,这将有利于增强保护效果。但另一方面,该反应是吸热反应,对电弧产生强烈的冷却作用,会引起弧柱收缩,使弧柱对熔滴产生较大的排斥,加上焊丝端头的熔滴由于受到电弧的排斥作用,使熔滴不规律,影响电弧稳定性,同时也影响CO2气体的保护效果。

42  试述CO2气体保护焊的优缺点。

CO2焊具有下列优点:

1)生产效率高,节省电能。CO2气体保护焊的电流密度大,可达100300A/mm2,因此电弧热量集中,焊丝的熔化效率高,母材的熔透厚度大,焊接速度快,同时焊后不需要清渣,所以能够显著提高效率,节省电能。

2)焊接成本低。由于CO2气体和焊丝的价格低廉,对于焊前的生产准备要求不高,焊后清理和校正工时少,所以成本低。

3)焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低和CO2气体具有较强的冷却作用,使焊件受热面积小。特别是焊接薄板时,变形很小。

4)对油、锈产生气孔的敏感性较低。

5)焊缝中含氢量少,所以提高了焊接低合金高钢抗冷裂纹的能力。

6)熔滴采用短路过渡时用于立焊、仰焊和全位置焊接。

7)电弧可见性好,有利于观察,焊丝能准确对准焊接线,尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。

8)操作简单,容易掌握。

CO2焊具有下列缺点:

1)与手弧焊相比设备较复杂,易出现故障,要求具有较高的维护设备的技术能力。

2)抗风能力差,给室外焊接作业带来一定困难。

3)弧光较强,必须注意劳动保护。

4)与手弧焊和埋弧焊相比,焊缝成形不够美观,焊接飞溅较大。

43  CO2气体保护焊如何按焊丝的直径进行分类?

CO2气体保护焊按焊丝直径的不同,可分为以下三类:

1)细丝CO2气体保护焊,焊丝直径小于和等于1.2mm,通常采用小电流、低电弧电压的短路过渡进行焊接。这时焊丝端部的熔滴与熔池以短路接触的形式向熔池过渡。

2)中丝CO2气体保护焊,焊丝直径为1.62.4mm,通常采用较大电流、较高电弧电压进行焊接,熔滴过渡呈细滴排斥过渡,甚至射滴过渡。它是一种自由过渡形式。

3)粗丝CO2气体保护焊,焊丝直径2.45.0mm,通常采用大电流、较低电弧电压进行焊接,熔滴呈射滴过渡,甚至射流过渡,焊接电弧基本上潜入熔池凹坑内。

44  CO2气体保护焊时如何减少金属的飞溅?

CO2气体保护焊的主要缺点是焊接过程中产生较多金属飞溅。金属飞溅不但会降低焊丝的熔敷系数,增加焊接成本,而且飞溅金属会粘着导电嘴端面和喷嘴内壁,引起送丝不畅,使电弧燃烧不稳定,降低气体保护作用,并使劳动条件恶化,必要时需停止焊接,进行喷嘴清理工作。

短路过渡焊接时飞溅的主要原因是:金属内部的CO气体急剧膨胀而发生强烈爆炸;短路过渡后电弧再引燃时产生的对熔池的过大冲击力使液体金属溅出。改善的措施是:工艺方面应采用直径尽量小的焊丝,合适的焊接电流与电弧电压的匹配,通过焊接回路串接电感来调节短路电流上升速度和峰值短路电流;冶金方面采用含有较多脱氧元素的焊丝(如H08Mn2SiA),焊件表面仔细清理等。采取这些措施能将飞溅减小到一定程度,但不能完全消除。

自由过渡焊接时飞溅的主要原因是:当焊接电流不大时,由熔滴非轴向过渡造成飞溅;当大电流潜弧时,由熔滴瞬时短路造成飞溅。自由过渡造成的飞溅颗粒大,难以从焊件表面清除。这种飞溅目前还无有效的办法加以克服,所以在一定程度上限制了中丝、粗丝CO2气体保护焊在生产中的大量推广应用。

45  CO2气体保护焊对电源有什么要求?

CO2气体保护焊通常采用实芯焊丝,没有稳弧剂,所以用交流电时电弧不稳定,飞溅大,难以正常工作,因此CO2气体保护焊的电源都采用直流电流和反极性连接。我国基本上不生产供CO2气体保护焊用的弧焊发电机,目前均采用整流式电源。

为保证焊接工艺参数在焊接过程中的稳定,采用细丝CO2气体保护焊时,为等速送丝配合平特性电源;采用粗丝CO2气体保护焊时,为变速送丝配合陡降特性电源。

⑴等速送丝方式与平特性电源配合  当焊丝直径小于2.5mm时,由于电流密度较大,焊接电弧静特性为上升曲线,此时电弧自身调节作用强烈,因此采用等速送丝方式与平特性电源配合时,当遇到外界干扰因素(如母材表面凹凸不平、焊枪上、下移动等)使弧长变化时,弧长能迅速回复到原先值。

⑵变速送丝方式与陡降特性电源配合  当焊丝直径大于3mm时,由于电流密度较小,电弧自身调节作用减弱,依靠等速送丝配合平特性电源,回复时间太长,不能满足要求,此时应采用变速送丝方式与陡降特性电源相配合,此时当弧长发生变化时,电弧电压变化较大(焊接电流变化较小),电弧的自动调节作用强烈,回复时间很短。

CO2气体保护焊平特性整流电源的型号是ZP型(磁放大器式)、ZP3型(动圈式)、ZP5型(晶闸管式)、ZP6型(抽头式),适用于细丝焊。

CO2气体保护焊陡降特性整流电源的型号是ZX型(二极管整流加饱和抗器)、ZX5型(晶闸管整流)、适用于粗丝焊。

同时具有两种特性的型号是ZD型(磁放大器式)、ZD5型(晶闸管式)。

 
 
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