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拉弧式电弧螺柱焊的常见质量影响因素分析

来源:时间:2017-12-07点击数:
 

摘要:材料因素、焊枪行为参数、焊接能量输入参数及焊接过程不确定等因素是影响拉弧式电弧螺柱焊质量问题的四大因素。而螺柱及焊接工件外形是影响焊接质量的材料因素,焊接时间及电流也是影响接头焊接质量的外部因素,产生焊接问题的主要原因是焊接过程不确定因素。本文详细分析焊机设备及焊接过程不确定因素对拉弧式电弧螺柱焊质量的影响。

1.拉弧式电弧螺柱焊概念及焊接基本原理
  当前工程普遍应用电弧螺柱焊技术,普通电弧螺柱焊及电容储能电弧螺柱焊是根据使用电源不同形成的两种螺柱焊接方式。普通电弧螺柱焊在实施焊接时会采用拉弧方式的焊接引弧,因此可以称作是拉弧式电弧螺柱焊[1]
  电弧焊的一种特殊应用就是电弧螺柱焊。进行焊接的过程中,螺柱和工件之间会引燃电弧,螺柱端面以及工件表面就会被加热熔化,温度适宜时将螺柱向熔池内挤压,基于瓷环的保护作用,两者熔合形成焊缝。
  2.影响拉弧式电弧螺柱焊焊接质量的因素分析
  2.1焊枪
  焊枪是进行电弧焊接的主要执行机构,工程中广泛应用电磁式焊枪,电磁线圈及弹簧结构是焊枪的主体组成部分。当螺柱的直径产生变化,需要采用相应直径的螺柱夹头,对连接杆(位于支撑架和焊枪体之间)伸出长度进行调节即可适应长度不同的螺柱。
  2.1.1螺柱提起高度及速度产生的影响
  螺柱提起高度决定了电弧长度,同时也决定了焊接电压大小。依据待焊螺柱直径大小确定提起高度,如果提起高度过大,焊接输入能量也就相应增大,容易引起磁偏吹;如果提起高度过小,极易产生短路现象,导致电弧燃烧不稳定,引起缩颈现象发生,都会对焊接质量产生影响。电弧稳定燃烧情况下,可保守选择提起高度,合适的提起速度对焊接接头质量影响较小。
  2.1.2螺柱送进深度及速度产生的影响
  螺柱送进深度及速度决定了结合面的轮廓,直接关系焊接接头成形状况。深度过大将会把熔池金属挤压出来;深度不足极易造成螺柱和工件接头处不能紧密的结合,出现强度不达标现象。螺柱和工件之间存在一层熔化金属即为理想的送进深度。螺柱送进速度,快熔池金属很容易飞溅出来,加上如果送进的深度也较大,就会引起螺柱及工件撞击反弹;速度过慢会减小螺柱进入熔池冲力,挤压不够,造成焊接质量不理想。螺柱送进速度往往伴随螺柱直径增大而减小,大直径螺柱通常采用较慢的送进速度。
  2.2电源
  拉弧式电弧螺柱焊机没有电容充电过程,直接通过焊接电源进行放电,通过晶闸管对放电时间进行控制来完成焊接的过程,通常放电时间是5-500毫秒。焊接电源一般情况下采用晶闸管控制或逆变式的拉弧焊整流器。采用逆变式拉弧焊整流器是焊机的首选,它体积小、动特性好且质量轻,有利于实现电弧焊螺柱焊机电子数字化的优点不过因受大功率器件限制,目前的大容量焊机依然以晶闸管控制为主。螺柱焊焊接电源要符合以下特点:(1)应具备下降的静外特性,这样能够确保电弧的稳定性;(2)具有高空载电压(70-100V)、引弧电流(40-50A)、高输出电压(≥44V),这样才能够确保引弧100%成功率,大直径螺柱焊接,空载电压需超过100V,才能满足需求;(3)具有较高的负载电压,焊接电流≥600A时,负载电压需保持在44V。(4)电源需具备较小的内阻抗。
  2.3焊接过程不确定因素
  2.3.1焊接设备使用情况
  焊接设备性能是影响电弧螺柱焊焊接质量的主要因素。焊接设备的使用情况也在一定程度上影响了焊接质量的好坏。因此需要注意:(1)焊接电源要设置准确,需确保焊接能量参数输出正确;(2)根据不同的焊接材料选择合适的电源和焊枪连接,对黑色金属进行焊接时可采用直流正接;(3)对焊枪的参数进行正确设置,确保焊枪机械结构精确度,避免因磨损造成参数误差;(4)检查电缆长度及破损程度,确保电缆接头和焊枪、电源连接紧密。
  2.3.2瓷圈
  瓷圈是进行大直径焊接的必要保护措施[1]。瓷圈可以将电弧产生的热量集中在接头区域,固定接头处液态金属,使其不能随意流动,将氧化熔化金属的几率降低,减少可见弧光,对操作者眼睛有保护作用。下图1是瓷圈示意图,瓷圈制作材料性能差异及制作精度问题是影响瓷圈性能优劣的两大因素。磁圈内孔直径(如图所示DD1)及底部通气间隙大小是影响瓷圈精度的主要因素。瓷圈制作粗糙时尺寸偏大,极大的降低了焊接保护功能,对焊接接头质量产生极大的影响。
  图1 瓷圈示意图
  2.3.3螺柱垂直度
  保持螺柱下落方向和工件垂直是接头成形过程中需要注意的问题。偏斜角度在2.5之内不会造成较大的焊接质量影响,一旦超过范围则影响重大。在螺柱插入熔池过程中,如果发生瞬间倾斜现象,会造成螺柱一边未焊透,另一边将液体金属挤飞,影响接头质量。
  2.3.4磁偏吹
  如果拉弧式电弧螺柱焊进行焊接过程中焊接电流较大且时间较长,受外部磁场分布不均匀现象的影响,极易发生磁偏吹。螺柱端面熔化不成比例、接头处气孔增多及加剧熔化金属飞溅等都是因磁偏吹造成的焊接质量下降问题。实施以下措施能减少磁偏吹现象:(1)确保铁磁物质平衡分布在施焊处的两侧;(2)保证焊接地线对称接入工件两端,能减少电流磁场分布不均;(3)利用磁圈对焊接过程实施保护,能有效确保电弧偏移程度减小;(4)采用短弧焊接及较小的焊接电流,能有效降低磁偏吹影响。
  3.总结
  影响拉弧式电弧螺柱焊质量问题因素主要有材料因素、焊枪行为参数、焊接能量输入参数及焊接过程不确定等因素。焊接设备性能是影响电弧螺柱焊焊接质量的主要因素。焊枪及电源的控制、焊接过程中出现的不确定因素均是影响焊接质量的重要原因。
  【参考文献】
  [1]池强,张建勋,付继飞,张友权.拉弧式电弧螺柱焊质量影响因素[J].电焊机.2005354):6-9.
  [2]赵红卫.中厚高强钢与螺柱焊接方法试验研究[D].江苏:南京理工大学.2007.
  [3]齐绍荣,叶振忠,王芸.影响电弧螺柱焊焊接质量的几个问题[J].焊接技术. 2002314):27-28.

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