雙絲熔化極氣體保護焊

tags:    時間:2014-03-11 14:22:18
雙絲熔化極氣體保護焊簡介
    前言 高效化是當前焊接技術的發展方向。要實現高效化焊接,措施之一就是提高焊接速度,由於提高焊接速度易產生未焊透、焊道不連續、咬邊等缺陷,因而通常熔化極……
雙絲熔化極氣體保護焊正文
    

前言

高效化是當前焊接技術的發展方向。要實現高效化焊接,措施之一就是提高焊接速度,由於提高焊接速度易產生未焊透、焊道不連續、咬邊等缺陷,因而通常熔化極氣體保護焊的焊速只為0.3-0.5m/min;措施之二是提高焊絲熔敷率,在一般MIG/MAG焊時,往往在提高焊絲熔敷率的同時也意味著熱輸入的增加,從而引起焊接變形等問題。實際應用證明,採用雙絲熔化極氣體保護焊可提高生產效率和焊接質量,減少焊接變形,節約焊接材料,改善勞動條件,因而雙絲熔化極氣體保護焊得到了發展及應用。


1  雙絲MAG焊(MAX法)

雙絲MAG焊是利用熔池過熱多餘的熱量來熔化填充焊絲增加熔敷率並用大電流提高焊接速度。其基本原理如圖1 所示。

在雙絲MAG焊時,前面的焊絲產生電弧,稱之熔化極焊絲;後面的焊絲為填充焊絲,它直接插入熔池。前絲的導電嘴與后絲的導絲嘴平行並且相鄰地配置在一個噴嘴內。填充焊絲插入由熔化極焊絲的電弧所形成的熔池中,以熔池多餘的熱量來融化填充焊絲。在大焊接電流和焊接速度的條件下,由於填充焊絲吸收了熔池的熱量,使母材熱影響區變窄,減少了變形,改善了焊縫成形。在焊接過程中,焊接電流一小部分流經填充焊絲到地線端而形成迴路,使得通過熔化極焊絲和填充焊絲的電流方向相反,熔滴在反向電流產生的排斥力作用下向前傾斜,電弧被推向前方。填充焊絲即使與熔化極焊絲相鄰,也不會產生飛濺,且能使填充焊絲順利送入到熔池中。

此種方法已成功用於鋁及鋁合金的焊接。它不但可實現高速焊接,並且在大電流下也不產生起皺現象,而且還可實現薄板的穩定可靠高速焊接。

該方法具有以下特點:

(1)熔敷率高 由於利用熔池多餘熱量來熔化填充焊絲,在電源輸出功率不變的情況下,大大提高了焊絲熔敷效率。例如採用直徑ф2.4mm的熔化極焊絲和直徑ф1.6mm填充焊絲,焊絲熔化量高出單絲MIG焊一倍以上。由於填充焊絲送絲量可根據焊接電流大小獨立控制,從而可依據不同接頭形式和坡口形狀選擇不同的填充焊絲送絲量。

(2)減少了母材的熱輸入 由於母材的熱輸入少,從而減少了焊接接頭的變形。

(3)焊接速度高 當採用直徑2.4mm熔化極焊接和直徑1.6mm填充焊絲時,焊接板厚10mm的T形接頭的角焊縫,焊接速度為單絲MIG焊的2倍以上,實現快速焊接。


2  T.I.M.E TWIN 和TANDEM雙絲熔化極氣體保護焊

近年來歐美紛紛推出一種高速焊接法,即雙絲熔化極氣體保護焊簡稱雙絲高速焊。奧地利的Fronius公司的雙絲高速焊稱為TIME TWIN,德國Cloose公司稱為TANDEM雙絲高速焊。

最初的雙絲熔化極氣體保護焊的兩根焊絲通過一個共用的導電嘴送出,兩根焊絲由一個電源或分別由兩個獨立的焊接電源供電。由於兩根焊絲的電位相同,只是送絲速度不同,無法對兩個電弧分別進行控制,焊接工藝規範難以調節,在焊接時焊接速度並沒有達到預期的那樣高。

20世紀90年代開發出的T.I.M.E TWIN和TANDEM雙絲焊技術,將兩根焊絲從相互之間絕緣的兩個導電嘴送出,這兩個導電嘴被安裝在一個焊槍噴嘴內。兩根焊絲分別由各自的電源供電。雙絲熔化極氣體保護高速焊的基本原理如圖2所示。兩根焊絲直徑、材質以及送絲速度等都可各自不同。工藝參數非常靈活,彼此獨立調節,可以有多種匹配方式。兩根焊絲可用或不用脈衝電流,當兩個電源都是脈衝方式時,脈衝電流波形可相差180度,即在某一時刻只有一個電弧燃燒,另一個處於維弧(只有基值電流)狀態,這樣可最佳地控制電弧,在保證每個電弧穩定燃燒的前提下,互相不影響。

當採用脈衝焊接時,在兩個電源間設置一協調器,可實現以下三種脈衝電流波形(圖3):

(1)同步脈衝  脈衝電流波形如圖3a所示,兩個脈衝電流同時達到峰值,有利於形成較大熔深,但飛濺較大,一般很少採用。

(2)交替脈衝  脈衝電流波形如圖3b所示,電流波形相差180度,即在某一時刻只有一個電弧處於燃燒狀態。當焊接參數設置最佳時,脈衝電弧無短路、無飛濺、實現一脈一滴,每個熔滴的大小几乎相同,焊接過程穩定,減少了合金元素的燒損,特別適合於鋁及鋁合金的焊接,其焊接過程的熔滴過渡的高速攝影照片如圖4所示。

(3)分立脈衝  脈衝電流波形如圖3c所示,由於脈衝電流到達峰值的時間不同,能顯著降低電弧的作用力,減少飛濺,可以實現高速焊接。除此之外,每個焊絲可進行單獨調節,使之保持短弧。使用短弧焊接時,熔池體積保持很小,易實現薄板快速焊接。


圖4 雙絲高速焊的熔滴過渡的高速攝影照片


單絲MIG/MAG焊時,焊接速度是很有限的。如果焊接速度較高,母材的熱輸入小,形成的熔池小,造成熔池與母材的溫度梯度大,熔池凝固快,焊縫增高大,容易產生咬邊等缺陷,焊縫形成不好。

在雙絲熔化極氣體保護高速焊中,一般設置前一根焊絲焊接電流稍大些,加熱母材金屬使之熔化,形成一定的熔深,緊隨其後的第二根焊絲熔化填滿熔池。例如,主焊絲電弧電壓為33V,電流為320A,焊絲熔化速度為14m/min;從焊絲電弧電壓為32V,電流為300A,焊絲熔化速度為13m/min,兩絲的焊接速度均為90cm/min,可獲得滿意的焊縫成形。在焊接厚度為2~3mm薄板時,焊接速度可達6m/min,焊接厚度為8mm以上厚板時,焊絲熔敷速度可達24kg/h。例如焊接板厚2mm鋁的汽車油箱,接頭形式為搭接,焊絲直徑為Φ1.0mm+Φ1.0mm,焊速高達130cm/min ,熔敷效率為1.82kg/h。材料為低合金鋼起重臂的焊接,板厚20mm,接頭坡口形式為V形,採用焊絲直徑為Φ1.0+Φ1.0mm進行雙絲高速焊,焊速可達130cm/min 熔敷效率為15.17kg/h。

由上述可知,雙絲熔化極氣體保護高速焊具有以下的工藝特點:熔深大焊縫成形好 雙絲高速焊時,前絲焊接電流較大,有利於形成較大熔深,而後絲電流稍小,起到填充蓋面作用。由於每根焊絲形成的電弧相互為另一根焊絲加熱,電弧能量得到充分利用,每根焊絲的送絲速度可達30m/min,焊絲熔敷率高。有前後兩個電弧,熔池的尺寸大,有利於氣體的析出,氣孔傾向減小。熔融金屬和母材充分熔合,焊縫成形美觀;電弧穩定,熔滴過渡可控;實現高速焊接 焊接速度最大可達6m/min。由於焊接速度大,因而對母材的熱輸入小,焊接變形小;電源實現數字化 可與計算機相連,可編程,實現焊接數據監控和管理。

雙絲熔化極氣體保護高速焊用保護氣體如表1、表2所示。

表1低碳鋼、低合金鋼用保護氣體

一般焊接 脈衝焊 特點

Ar 96% + O24%

Ar 82% + O218% Ar 90% + CO210%

Ar 82% + CO218% 飛濺小,電弧穩定,熔透性好

表2鋁及鋁合金用保護氣體

脈衝焊 特點

Ar 50% + He 50% 電弧穩定,熔透性好,焊接速度高

焊接不鏽鋼用氣體保護氣體為Ar 97.5% + CO22.5%。

在雙絲高速焊時,通常氣體流量大約25~30L/min。

在雙絲熔化極氣體保護高速焊中,兩個電源根據主從原則相互配合,由協調器協調,兩個電源均為逆變電源,每個電源的參數調節範圍很寬,在負載持續率為100%時,總電流約為900A。焊接規範參數焊前可預先設定和存儲,焊接時按設定的程序進行焊接。根據母材、填充金屬和保護氣體不同,可選擇電源外特性為恆流或恆壓特性。如有需要也可將兩個電源分開用做單電源的傳統MIG/MAG焊使用。送絲機構通常配備4輪驅動機構,送絲速度可達30m/min。焊接鋁及其合金時,由於鋁焊絲比較軟,送絲系統常用推拉式送絲機構,送絲速度可達22m/min。雙絲焊機具有多種數字和模擬介面,根據需要可以選配電弧感測器、PLC控制器,還可以和PC機相連,通過串列介面,利用數字信號或模擬信號實現對電源的網路控制、焊接監控和管理。焊槍是專門設計的,焊槍結構緊湊,並配備一個非常強大的雙循環水冷系統,使導電嘴及噴嘴得到充分冷卻,以適應大功率的焊接,並大大延長了焊槍的使用壽命。兩個導電嘴之間的間距為5~7mm左右。

雙絲熔化極氣體保護高速焊可焊接低碳鋼、低合金鋼、不鏽鋼、鋁及其合金等多種金屬材料,是一種高速高效的先進焊接技術,已應用於機車,船舶,汽車,壓力容器,起重機械,發電設備等工業領域。

3 結論

雙絲熔化極氣體保護高速焊,一方面可採用雙絲單電源單弧,利用熔池多餘的熱量來熔化填充焊絲增加熔敷率並用大電流提高焊接速度;也可採用雙絲雙電源或雙脈衝電源,在協調器的作用下,實現穩定焊接,並且可以大幅度的提高焊接速度,實現高效化焊接。

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