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電弧螺柱焊機(jī)及其焊接工藝
發(fā)布時間: 2015-09-10 22:47 7297 次瀏覽
1.1 電弧螺柱焊機(jī)
電弧螺柱焊機(jī)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(shù)焊接設(shè)備的焊接電源都與控制器合并為一體，稱為主機(jī)。比較******的控制方式是使用微處理器，以便******設(shè)置和適時控制焊接過程中的焊接電流、焊接時間等參數(shù)。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(jī)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(jī)還是以晶閘管控制的弧焊整流器為主。但不論那種結(jié)構(gòu)的焊接電源，其安全要求都應(yīng)符合GB15579的規(guī)定。用于螺柱焊的直流焊接電源應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
a、焊接電源應(yīng)具有下降的靜外特性。只有這樣才能維持電弧的穩(wěn)定性，******焊接質(zhì)量。
b、焊接電源應(yīng)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(fù)載電壓。按弧焊電源下降特性的定義，當(dāng)焊接電流≥600A時，其負(fù)載電壓應(yīng)保持44V不變。在施工現(xiàn)場使用的焊機(jī)，其焊接電纜較長，有的長達(dá)50m，電壓降很大。如果不增加負(fù)載電壓加以補(bǔ)償，***勢必會降低其焊接能力，若不按照ISO14555規(guī)定配制焊接電纜的截面積，情況***會更加嚴(yán)重，甚至無法焊接。這***是為什么不同廠家制造的同一電流等級的焊機(jī)，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(diǎn)是瞬間大電流，因此要求焊接電源在接通后的32ms之內(nèi)，焊接電流應(yīng)達(dá)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(yīng)該更短，否則***有可能出現(xiàn)焊接時間已到，但焊接電流還沒有達(dá)到其峰值的現(xiàn)象。設(shè)定的焊接電流與螺柱焊接所得到的能量不成比例，則很難******其焊接質(zhì)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(shè)定的引弧、螺柱提升、接通主電源等邏輯順序進(jìn)行的。也***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(shí)螺柱焊的******“飛濺”是發(fā)生在螺柱壓入熔池時，瞬間發(fā)生的噴濺物。
通過試驗(yàn)已經(jīng)證明：三相全波硅整流電源（紋波系數(shù)γ＝0.042），即使沒有濾波電抗器，照樣可以進(jìn)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(jié)構(gòu)和電流調(diào)節(jié)范圍而定。
e、電源要有較小的內(nèi)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(yōu)點(diǎn)，倍受人們的推崇。但深入分析后發(fā)現(xiàn)，也并非******無缺。GB11021規(guī)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***是說，在主電路設(shè)計時，其線圈的電流密度可以大幅度提高，以減小導(dǎo)線的截面積。隨之而來的是導(dǎo)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(jī)而言，則是致命的缺點(diǎn)。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(dǎo)線截面積的減小而導(dǎo)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(dāng)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***是說，焊接同一直徑的螺柱，H級比B級絕緣的焊機(jī)需要更高的功率才能達(dá)到同一效果，效率明顯下降。國產(chǎn)RSN2-3150電弧螺柱焊機(jī)，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(jī)無法達(dá)到的。
一般地講，焊接黑色金屬時，應(yīng)采用“直流正接”，即螺柱（焊槍）接焊接電源的負(fù)極，工件接正極，這樣可以增加熔深。因?yàn)楹附訒r，陽極的溫度高于陰極的溫度。若焊接銅、鋁及其合金時，則應(yīng)“直流反接”，即螺柱接正極，工件接負(fù)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(zhì)量。使用電弧螺柱焊機(jī)或電容放電螺柱焊機(jī)焊接時，其極性都應(yīng)如此。
2.電弧螺柱焊機(jī)的焊接工藝參數(shù)
電弧螺柱焊的焊接工藝參數(shù)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(jù)螺柱的直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(guān)，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(guān)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(jìn)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(yīng)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(qiáng)度有關(guān)。
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(wěn)定性及焊縫質(zhì)量。維持電弧的穩(wěn)定，為焊接提供足夠的能量至關(guān)重要。因?yàn)榛≈臏囟冗h(yuǎn)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(dāng)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(fā)生磁偏吹；另一方面也會增加焊縫的氣孔。
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