螺柱焊机及其焊接工艺

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2019年4月3日13:21:14 评论 142次 7898字阅读11分28秒

1.2 电容放电螺柱焊机
电容放电螺柱焊的特点是时间短,热变形小,很适合薄板的螺柱焊接,在造船、汽车、电控柜、橱柜等行业应用很广。电容放电螺柱焊不用气体保护,操作也比较简单,很适合自动化生产线的要求,所以这种焊接技术已广泛应用于汽车焊接生产线。螺柱焊接的生产率依赖于电容器的充电速度,可以达到8个/分钟(手工焊),60个/分钟(自动焊)。
电容放电螺柱焊有拉弧式和引弧梢式两种。拉弧式电容放电螺柱焊类似于拉弧式短周期电弧螺柱焊,其焊接时间约3~10ms,见表1。引弧梢式电容放电螺柱焊的特点是欲焊螺柱的端面有一引弧尖梢,它又分为接触式和间隙式两种。接触式螺柱焊的焊接时间≤3ms,而间隙式螺柱焊的焊接时间大约1ms。采用间隙式电容放电螺柱焊,即使焊接铝及其合金也可以不用气体保护。电容放电螺柱焊的焊接时间都是不可调节的。
电容放电螺柱焊的焊接能量依赖于电容器的电容量和充电电压,可按下式进行计算:
W= CU2 (1)
式中:W—焊机的额定储存能量,J;
C—电容器组的总电容量, F;
U—充电电压,V。
电容放电螺柱焊的焊接电流的峰值约为1000~10000A,这依赖于电容器的电容量、充电电压和焊接回路的电感和电阻。从安全方面考虑,充电电压一般不超过200V。
电容放电螺柱焊机都应设有限流保护装置或恒流充电装置以及自动放电装置,以保护人身和设备的安全

1.3 焊接极性
一般地讲,焊接黑色金属时,应采用“直流正接”,即螺柱(焊枪)接焊接电源的负极,工件接正极,这样可以增加熔深。因为焊接时,阳极的温度高于阴极的温度。若焊接铜、铝及其合金时,则应“直流反接”,即螺柱接正极,工件接负极。这样可以利用正离子的轰击雾化作用,清除工件表面的氧化层,提高焊接质量。使用电弧螺柱焊机或电容放电螺柱焊机焊接时,其极性都应如此。

2.电弧螺柱焊的焊接工艺参数
电弧螺柱焊的焊接工艺参数有焊接电流、焊接电压、焊接时间、提升高度、伸出长度、插入速度等。
a、焊接电流主要根据螺柱的直径进行调节,大约为300~3000A。对于非合金钢,在已知螺柱直径d时,可以用下式估算焊接电流2):
I(A)=80×d(mm) d≤16mm (2)
I(A)=90×d(mm) d>16mm (3)
对于合金钢,其焊接电流大约比上式计算值少10%。
短周期电弧螺柱焊的焊接电流(600~1500A)与电源有关,是固定的,因此,焊接能量仅依赖于焊接时间。
b、电弧电压与焊接电流的关系是由焊接电源的静外特性决定的。电弧电压主要取决于提升高度和焊接电流,其值一般为20~40V。焊接时,工件表面上的油或油脂会增加弧压,而惰性气体则会降低电弧电压。
c、对于平焊(工件焊接平面平行于地平面),其焊接时间可用下式进行估算:
tw(s)=0.02×d(mm) d≤12mm (4)
tw(s)=0.04×d(mm) d >12mm (5)
对于横焊(工件焊接平面垂直于地平面),其焊接时间应该减小。短周期焊接时间小于100ms,这不仅依赖于螺柱直径,而且还与电流强度有关。
d、焊柱的提升高度正比于螺柱的直径,大约为1.5~7mm。提升高度主要是为了防止熔滴过渡时造成短路而影响电弧的稳定性及焊缝质量。维持电弧的稳定,为焊接提供足够的能量至关重要。因为弧柱的温度远比阳极或阴极的温度要高。穿透焊接时,要加大提升高度,利用电弧的高温迅速烧穿镀锌板,以获得满意的接头。当然增加提升高度也有害处,一方面会增加电弧的长度,使之更易受磁场的影响,发生磁偏吹;另一方面也会增加焊缝的气孔。
e、螺柱的伸出长度正比于螺柱的直径,一般为1~8mm。当使用瓷环对熔池进行保护时,也与要求的焊缝四周焊脚的形状有关。当要求周边的焊脚高而宽时,螺柱的伸出长度应该增加,反之则可以减小。
螺柱的伸出长度实际上是螺柱的熔化长度。此值若设计的过长,在螺柱提升后螺柱端面与工件之间的距离过短,使之无法形成稳定的电弧,造成大量的金属飞溅并出现夹渣缺陷;反之若螺柱伸出长度过短,金属熔化量不足,其焊缝成型肯定不良。
f、螺柱插入熔池是采用挤压的方式,在焊缝成型前的瞬间将熔化的有害物质挤出焊缝,以便形成良好的焊接接头。但插入速度又不可太快,以防止形成大量的喷溅。螺柱的插入速度,当螺柱的直径d≤14mm时,大约为200mm/s;当d >14mm时,为100mm/s。

焊枪一般都带有可调节的阻尼装置,以满足上述要求。螺柱焊接时,金属的熔化量正比于伸出长度和螺柱的直径,因此大直径螺柱焊接时,因金属熔化量多,应该调低螺柱的插入速度,以减小这种喷溅。
焊接电流、 焊接时间、提升高度和伸出长度是电弧螺柱焊的四个主要焊接工艺参数,应根据螺柱的直径,工件的材质进行设定。对于同一螺柱直径的焊接,使用不同厂家制造的焊接设备,其焊接工艺参数也不尽相同,因此应进行多次试焊,并对焊缝的外观和成型、螺柱焊后高度和力学性能(拉伸、锤击、弯曲、扭力等)评定后,才能选定一组最佳的工艺参数进行焊接。

3.电弧的磁偏吹
由于钢结构的不对称性和接地钳固定点不合理等诸多因素,造成螺柱焊接处附近的磁场分布不均匀,使电弧四周受到的电磁力不平衡,因而产生电弧的磁偏吹现象,致使螺柱四周的焊缝不对称,这在大直径螺柱焊或穿透焊时,由于提升高度较大,因而更容易出现。焊后检查如发现焊缝四周不均匀,或某边根本没有焊肉,或某边焊缝有大量气孔,则应怀疑是磁偏吹造成的,解决的办法有:
a、 设置双接地钳,使焊点尽量在两接地钳的中央,如图1a1。
b、 试着改变接地钳的位置,如图1b1。
c、 设置临时的导磁板,以减少冗余物的影响,或去掉另一边接地钳,如图1C1、图1C2。
d、 将焊接电源的输出电缆线饶焊接点一周。

4.栓钉穿透焊
栓钉穿透焊是“钢—混凝土组合楼盖板结构”施工中的一项新技术,而且在大型“钢—混凝土结构”建筑中的应用是越来越广泛。所谓栓钉穿透焊是指栓钉(焊钉)通过“镀锌板”焊接在工件(钢梁)上,并与镀锌板熔为一体。栓钉如何通过镀锌板?有两种方法:
① 先在镀锌板的焊接部位打(冲)孔,然后再将栓钉焊接在工件上。这种方法的优点是焊接质量容易得到保证,缺点是比较费工费时。国外使用这种方法的较多。
② 用电弧将镀锌板烧穿,而后将栓钉焊接在工件上。这种方法的优点是镀锌板穿孔和栓钉焊接一气呵成,简单省时,但有一系列技术问题急待解决,否则其焊接质量很难保证。这些技术问题有:
A、与非穿透焊相比,要烧穿镀锌板就必须附加能量,因此应适当增加焊接电流和焊接时间,否则就会出现未完全熔化的现象。但是如果焊接电流过大也会产生咬边、夹渣等缺陷。
B、穿透镀锌板靠的是稳定的电弧,因此要加大伸出长度和提升高度,特别是镀锌板与工件之间的间隙较大时更应如此。镀锌板与工件之间的间隙按焊接工艺要求应小于1mm,但施工中这一要求很难保证。大的间隙固然可以用机械夹紧的办法予以减小,但实施起来并不容易。成都斯达特焊接工程部根据多年的施工经验,按照上述原则而制订的焊接工艺,有效地解决了这一难题,成功地应用到“苏州国际博览中心”近30万颗φ19×150(120)mm栓钉的穿透焊接(图2)。 </P

C、锌的熔点约为420℃,汽化温度为908℃。在栓钉穿透焊时,高温电弧约为3000~4000℃,使镀锌板上的锌迅速汽化和氧化,在焊缝中产生大量的气孔;锌在焊缝中产生的低熔点共晶体可形成热裂纹,这些缺陷都严重影响焊接质量。虽然焊接结束时,通过栓钉的挤压将这些有害物质排出,但要做到完全排净也决非易事。建议在栓钉穿透焊时适当增加栓钉的插入速度,甚至不用焊枪的阻尼装置(视具体情况而定),对排除这些有害物质,提高焊缝的质量是非常有效的。
D、鉴于上述情况,栓钉穿透焊时应选用壁厚和排气孔均已加大的“栓钉穿透焊专用瓷环”,以防因热冲击而破碎和排气不畅。
E、栓钉穿透焊的焊接质量的好坏,除了焊接工艺参数的合理设定和正确的操作外,还与组合楼盖板的施工质量有很大的关系,如上述已提到的镀锌板与钢梁之间的间隙以及两者之间是否有夹渣和钢梁上的涂层等。钢梁上的涂层是防腐的需要,但对于穿透焊而言,尽量使用碳氮化铅类防腐涂料,避免使用红丹防腐涂料和红丹锌黄涂料,而且焊接部位的涂层不应太厚。如果忽视螺柱焊接的这些特殊要求,“生米做成熟饭”,硬要焊工在现场解决这些难题,保证焊接质量,是极不现实的。解决的唯一办法是把螺柱焊接的这些特殊要求纳入组合楼盖板的设计和施工中去。栓钉穿透焊是个系统工程,只有设计、施工、焊接等诸方面的共同努力,才能获得符合要求的高质量的焊接接头。

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