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***上層

電弧螺柱焊機及其焊接工藝

發布時間: 2015-09-10 22:47   1593 次瀏覽
1.1 電弧螺柱焊機  

    電弧螺柱焊機由焊接電源、控制器、焊槍、地線鉗、焊接電纜等部分組成。但大多數焊接設備的焊接電源都與控制器合并為一體,稱為主機。比較先進的控制方式是使用微處理器,以便******設置和適時控制焊接過程中的焊接電流、焊接時間等參數。焊接電源一般為晶閘管控制的或逆變式的弧焊整流器。逆變式的弧焊整流器體積小、重量輕、動特性好,無疑是焊機的******,但受大功率器件的限制,所以目前大容量的
電弧螺柱焊機還是以晶閘管控制的弧焊整流器為主。但不論那種結構的焊接電源,其安全要求都應符合GB15579的規定。用于螺柱焊的直流焊接電源應具有以下特點:  

    a、焊接電源應具有下降的靜外特性。只有這樣才能維持電弧的穩定性,保證焊接質量。  

    b、焊接電源應有引弧電流(40~50A)和較高的空載電壓(70~100V)。以確保100%的引弧成功率,對于大直徑的螺柱焊接,其空載電壓甚至超過100V。只有這樣才能滿足提升高度較大時的需求。  

    c、要有較高的負載電壓。按弧焊電源下降特性的定義,當焊接電流≥600A時,其負載電壓應保持44V不變。在施工現場使用的焊機,其焊接電纜較長,有的長達50m,電壓降很大。如果不增加負載電壓加以補償,就勢必會降低其焊接能力,若不按照ISO14555規定配制焊接電纜的截面積,情況就會更加嚴重,甚至無法焊接。這就是為什么不同廠家制造的同一電流等級的焊機,其焊接螺柱的******直徑有較大差異的主要原因之一。  

    d、焊接電流要有陡升的前沿。螺柱焊接的******特點是瞬間大電流,因此要求焊接電源在接通后的32ms之內,焊接電流應達到其峰值。對于短周期螺柱焊而言,其焊接電流的上升時間應該更短,否則就有可能出現焊接時間已到,但焊接電流還沒有達到其峰值的現象。設定的焊接電流與螺柱焊接所得到的能量不成比例,則很難保證其焊接質量。  

    提高焊接電流上升速度的******辦法是減小電抗器的電感量。普通弧焊整流器之所以要加大電抗器,除了濾波之外還要限制短路電流的上升速度和短路電流的峰值,以降低引弧時的沖擊電流,減小飛濺和弧坑,并避免燒穿工件。螺柱焊則不同,是按照已設定的引弧、螺柱提升、接通主電源等邏輯順序進行的。也就是說,在螺柱與工件有一定間隙的情況下才接通焊接主電源的,因而避免了引弧時的飛濺。其實螺柱焊的******“飛濺”是發生在螺柱壓入熔池時,瞬間發生的噴濺物。  

    通過試驗已經證明:三相全波硅整流電源(紋波系數γ=0.042),即使沒有濾波電抗器,照樣可以進行螺柱焊接。螺柱焊用的由晶閘管控制的焊接電源的電抗器只是濾波而已,因此可以大大減小,至于減少多少?要視電源的主電路結構和電流調節范圍而定。  

    e、電源要有較小的內阻抗。焊接電源的主電路的電氣絕緣,采用H級耐熱等級與B級相比,具有體積小重量輕的優點,倍受人們的推崇。但深入分析后發現,也并非完美無缺。GB11021規定:H、B級耐熱等級的******溫度分別為180℃和130℃,H級比B級允許的溫度約高40%。也就是說,在主電路設計時,其線圈的電流密度可以大幅度提高,以減小導線的截面積。隨之而來的是導線的電阻,也即電路的阻抗增加。這對于大電流焊接的螺柱焊機而言,則是致命的缺點。假如焊接電源主電路的絕緣由B級改為H級,次級回路所有導線截面積的減小而導致總電阻的增加那怕只有0.006Ω,按2500A焊接電流計算,其增加的功耗為37.5kw,再加上主變壓器初級增加的功耗,則是相當可觀的。焊接電源主電路的功耗增加,勢必減小輸出的焊接功率,使焊接能力下降,這便是體積、重量的減小付出的代價。也就是說,焊接同一直徑的螺柱,H級比B級絕緣的焊機需要更高的功率才能達到同一效果,效率明顯下降。國產RSN2-3150電弧螺柱焊機,B級絕緣,能焊接d=30mm的焊釘,這是同等級的H級絕緣的電弧螺柱焊機無法達到的。

一般地講,焊接黑色金屬時,應采用“直流正接”,即螺柱(焊槍)接焊接電源的負極,工件接正極,這樣可以增加熔深。因為焊接時,陽極的溫度高于陰極的溫度。若焊接銅、鋁及其合金時,則應“直流反接”,即螺柱接正極,工件接負極。這樣可以利用正離子的轟擊霧化作用,清除工件表面的氧化層,提高焊接質量。使用電弧螺柱焊機或電容放電螺柱焊機焊接時,其極性都應如此。  

    2.
電弧螺柱焊機的焊接工藝參數  

    電弧螺柱焊的焊接工藝參數有焊接電流、焊接電壓、焊接時間、提升高度、伸出長度、插入速度等。  

    a、焊接電流主要根據螺柱的直徑進行調節,大約為300~3000A。對于非合金鋼,在已知螺柱直徑d時,可以用下式估算焊接電流2):  

    I(A)=80×d(mm) d≤16mm (2)  
    I(A)=90×d(mm) d>16mm (3)  

    對于合金鋼,其焊接電流大約比上式計算值少10%。  
短周期電弧螺柱焊的焊接電流(600~1500A)與電源有關,是固定的,因此,焊接能量僅依賴于焊接時間。  

    b、電弧電壓與焊接電流的關系是由焊接電源的靜外特性決定的。電弧電壓主要取決于提升高度和焊接電流,其值一般為20~40V。焊接時,工件表面上的油或油脂會增加弧壓,而惰性氣體則會降低電弧電壓。  

    c、對于平焊(工件焊接平面平行于地平面),其焊接時間可用下式進行估算:  

    tw(s)=0.02×d(mm) d≤12mm (4)  
    tw(s)=0.04×d(mm) d >12mm (5)  

    對于橫焊(工件焊接平面垂直于地平面),其焊接時間應該減小。短周期焊接時間小于100ms,這不僅依賴于螺柱直徑,而且還與電流強度有關。  

    d、焊柱的提升高度正比于螺柱的直徑,大約為1.5~7mm。提升高度主要是為了防止熔滴過渡時造成短路而影響電弧的穩定性及焊縫質量。維持電弧的穩定,為焊接提供足夠的能量至關重要。因為弧柱的溫度遠比陽極或陰極的溫度要高。穿透焊接時,要加大提升高度,利用電弧的高溫迅速燒穿鍍鋅板,以獲得滿意的接頭。當然增加提升高度也有害處,一方面會增加電弧的長度,使之更易受磁場的影響,發生磁偏吹;另一方面也會增加焊縫的氣孔。
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