拉弧式电弧螺柱焊常见质量影响因素分析论文

拉弧式电弧螺柱焊的常见质量影响因素分析 【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。 【关键词】拉弧式电弧螺柱焊;质量问题;影响因素 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 d、 d1)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.2005,35(4) :6-9. [2]赵红卫.中厚高强钢与螺柱焊接方法试验研究[d].

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