脉冲电流向基值电流的平滑过渡。可调节的扼流圈可大幅度地变化脉冲形式。当然,如果这种扼流作用太强也是不行的(因无波形),会导致推迟熔滴分离。但若不用扼流圈,电弧又不稳定,这样的熔滴过渡似乎又太硬。遗憾的是许多带脉冲电源的熔化极气体保护焊焊机还没有装备前述可调式扼流圈(图5-58)。
6 脉冲频率的影响
熔化极气体保护焊用脉冲弧焊接时,熔滴数量和热输入量随频率的增加而增加。甚至在有效焊接电流不变的情况下,热输入量也随频率增加而增加(图5-59)。其原则是工件越薄和热输入量越小,脉冲频率应选得越低。常用的脉冲频率有25,33,50和100赫这四种。基值电流的份额随脉冲频率的增加而减少。例如,在脉冲宽度不变的情况下,若选用100赫的脉冲频率进行焊接,此时基值电流已小得微不足道。对于手工焊接来说,不宜用25赫,有的也不宜用33赫的脉冲频率焊接,因为在这样的频率下的电弧光对焊工的眼睛会造成剧烈的伤害。晶体管的脉冲电源多数采用无级调节脉冲频率,有的一直调节到大于100赫。 六 各种电弧的应用
熔化极气体保护焊由于具有许多调节可能性和辅助措施可适用于由薄板到厚板的所有位置的焊接。 薄壁板工件和许多强制位置的焊接只能采用较小的电弧焊接功率。对于大的坡口截面,从经济角度考虑以及从确保熔池考虑,最好是选择较有利的位置和用较强功率的电弧施焊。从上述对各种电弧的介绍可以了解,并非所有焊机都可调节成各种电弧。如喷射弧便要求根据保护气体和焊丝搭配情况尽可能用最小的电流强度和得到充分冷却的焊炬。选择合适的电源是熔化极气体保护焊用脉冲弧焊接的前提条件,即所选择的电源尖能调节出脉冲电压。
表5-5表示各种电弧应用的汇总,可简化对各种电弧焊的选择。有关焊接参数可参见第五章第八节的说明。 1 喷射弧的应用
喷射弧的特点是具有较高的电弧功率和较大的熔敷量,以及呈小容积和无飞溅的熔滴过渡。可取得较高的经济性和优良的熔池可靠性。但焊接钢材时要求用高含氩气量的混合保护气体。
喷射弧焊接主要可应用于水平和垂直位置厚板的填充和盖面焊。由于喷射弧焊的熔池较大,一般不宜进行全位置焊接。只有在用了垫板(例如玻璃,陶瓷,粉末或铜垫)的情况下才能进行大间隙搭桥焊和单面焊焊接焊根。若不考虑引弧问题,其电源的动态特性是不重要的。
表5-5 各种电弧的应用
应用 焊接方法 电弧种类 喷射弧 MIG 铝 铜 MAGM 非合金钢,低合金钢和高合非合金钢和低合金钢 金钢 MAGC — 焊 缝 种类,非合金钢和低合金钢 中等和厚壁构件在水平长弧 铝 短弧 铝 (S<1.5毫米= 脉冲弧 铝 铜 非合金钢,低合金钢和高合低合金钢和高合金钢 金钢 非合金钢和低合金钢 薄板全位置角焊缝和对接— 薄板和中等厚度构件全位 中等和厚壁构件水平和立焊对接、盖面或角 焊,立焊和下降管位置的焊缝。中等和厚壁构件全位置角焊缝和对接焊填充和置对接焊缝的焊根焊接。在盖面焊道。在一定条件下可焊缝。水平位置的焊根焊接角焊缝或对接焊缝的填位置,工 件 壁 厚 使用了衬垫 充和盖面焊道 仰焊,立焊,上升焊和横焊以焊接焊根,用较低的热输等强制位置角焊和对接焊的填充和盖面焊道 入进行焊接 喷射弧焊时尽管电弧功率较高,如果焊接速度过低,熔池也可能前拥,从而危及熔池的可靠性,产生连接缺陷。
2 长弧的应用(对钢材焊接适用)
与喷射弧的情况相比,长弧的应用范围多在较高的功率范围。当然,在许多情况下也可以在较低的和中等的功率范围的全位置焊上应用。首先用长弧进行的二氧化碳气体保护焊能较可靠地焊接下降焊道。当使用混合保护气体时防止焊缝产生气孔的性能和熔池的可靠性均随二氧化碳的含量增加而增加。只有当电源选择得当时才可得到飞溅较少的焊接。 3 短弧的应用
短弧焊接时采用较小的焊接电流(小于40安),频繁的短路电弧中断,使得这种焊接的热输入较小,故特别适用于薄板的焊接(包括薄钢板和薄壁铝制工件)。尤其是较大间隙的全位置搭桥焊和填充焊。但电弧功率不宜选得过小,否则将会迅速导致出现连接缺陷。一般短弧焊的连接缺陷主要产生在引弧和装配点焊的部位。必须对电弧时间和短路时间的比值和电流强度峰值给予应有的重视。
4 脉冲弧的应用
熔化极气体保护焊应用脉冲弧焊接的优点有以下几点:
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从较小电弧功率到喷射弧区域均为无短路的熔滴过渡。 在整个应用范围内,脉冲弧熔滴过程的飞溅较少。
壁厚大于2毫米的薄板都可以应用廉价的粗焊丝,焊丝送进问题和焊丝表面杂质对焊缝金属的影响(指气孔)均较小。
全位置焊时热量输入比较容易,尤其是对于铝材。
可得到优良的焊缝成形和均匀的焊缝表面。首先是在焊各种材料的角焊缝时均可得到小而平坦的焊缝。
脉冲弧非常适用于热裂纹较敏感的材料,因为脉冲弧焊调节功率容易,对高强度钢和冷态韧性好的钢材,用脉冲弧焊较容易解决其热输入问题。
反之,应用脉冲弧焊有以下缺点:
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设备费用昂贵,一般为同容量其它熔化极气体保护焊焊机的两倍。
这种脉冲弧的熔化极气体保护焊焊机因其调节变量多(基值电流,脉冲电流峰值,脉冲宽度,脉冲形式,脉冲频率和焊丝送进速度),故调节较困难。要求频繁调节修正焊接电路的电网电压波动或变化电阻。
? 只有当焊丝表面具有高质量,焊丝送进速度均匀和焊炬导电咀处在正常工作状态时,才有可能取得最隹的熔滴过渡。
? 当采用较小热输入的调节参数时,只有通过昂贵的措施,才能避免焊缝缺陷,尤其是在引弧和装配点焊部位的连接缺陷。
对上述优缺点的比较得知,这种脉冲弧焊的应用受到一定的限制。在实际生产中这种脉冲弧焊主要用于焊接铝、镍、铜、青铜以及镍钢和铬镍钢。特别适用于薄壁工件和中等厚度的工件。尤其是全位置的角焊缝、填充焊道和盖面焊道的焊接。对大多数全位置对接焊缝或焊根的焊接,很难用脉冲弧焊。 第四节焊缝缺陷的原因及其对焊缝形状的影响 1) 一 焊接特性值
前面一节(第三节)已介绍了熔滴过渡的最重要知识。可以看出,熔化极气体保护焊受到许多因素的影响,可以在很宽的功率范围内应用。图5-60表示主要用途的一览。
具体焊接时如何选择工作点不能简单地由导电咀和工件间的功率(电压x电流强度)或熔敷量来确定。因为即使在有效功率不变的情况下(指焊丝伸出部位在电弧内),只要采用不同的电压和电流强度值,也会引起熔池和焊缝成形产生巨大变化。其它的重要影响因素还有:导电咀的位置,焊丝送进的均匀性和精度,保护气体组成,坡口形状,焊道结构设计,焊接速度,焊接位置和辅助设备(衬垫,夹具等)。下文还将讨论焊接规范和结构措施对焊缝和熔池成形的影响。不宜孤立观察某个影响因素,故不宜忽视各种影响因素相互间的联系。
图5-61 电弧功率、电流强度和焊丝送进速度Spannung:电压;Stromstaerke:电流强度;熔敷量;Drahtfoerderungsgeschwindigke 图5-60 熔化极气体保护焊的用途一览 1 电弧功率
不管在什么地方使用熔化极气体保护焊均应尽可能地采用较高的电弧功率和熔敷量,以确保熔池可靠性和经济性。当然也不宜采用过大的电弧功率和熔敷量,否则会导致熔池前拥的不利效果。特别是在全位置焊
可通过对电流强度进行监视来发现焊接电路中电阻的变化(例如和窄间隙焊时应对电弧功率和熔敷量加以限制。另一方面电弧功率和熔敷量还受到材料可焊性的限制(裂纹,软化,气孔等)。
2 电流强度和焊丝送进速度(熔敷量)
在第五章第二节内已介绍过了电流强度和焊丝送进速度的关系,并说明了其余电阻对焊接电路的影响。 图5-61表明熔敷量和熔深主要受到电流强度的影响。对熔敷量而言,除电流强度外,还受到焊丝极性和伸出长度很大的影响。为了在提高电流强度和熔敷量的同时也使电弧功率上升到足够的程度,必须再适当提高电压。
3 电压和电弧长度
在熔敷量保持恒定的情况下,每种电流强度均必须有对应的规定电压。若焊丝送进速度不变,电压越小,则电弧焊接便变得越短,同时焊缝高度变高,宽度变窄(图5-62)。用短弧和长弧焊接时,如电压值班过小,也可能得到一种有许多中断的“冷”电弧。
如图所示,增加电压时,电弧变得较长。坡口熔化得较宽,焊缝较平坦。但若电弧电压过高则容易引起焊缝过渡区产生咬边,产生大量飞溅和金属蒸汽。较长的电弧在受到不对称磁场作用时容易产生偏斜。当然也必须考虑到长弧在工件边缘兔子偏移现象。随着电弧长度的增加,熔化极活性气体的保护层焊的焊渣量也有所增加。
调节电压时除必须考虑熔敷量外,还必须考虑到使用何种保护气体。提高保护气体中二氧化碳含量时需采用更高的电压。对水平焊和立焊的角焊缝,用100%二氧化碳气体保护焊,只要按熔敷量选择的电压合适,并采用了正确的焊炬握持方法,不会产生明显的焊缝中部凸起现象。 4 气孔
在第五章第三节内已介绍了焊丝极性对产生气孔的影响。
图5-63 焊炬位置的影响 stechend:“剌进式“;Einfluss der Brennerstellung:焊炬位图5-62 在焊丝送进速度不变的情况下电压对焊接特性值的影响 neutral:中间;schleppend:“拖式”
5 焊丝直径
在熔敷量、焊接速度和焊炬位置不变的情况下,焊丝直径越大,熔池也越大。粗焊丝的伸出端电阻较小。粗焊丝的电流强度和电弧功率较大,电弧较宽,可改善熔池。此外,粗焊丝还有价廉,容易输送等优点。但是对薄板,全位置焊或大间隙搭桥焊则多采用细直径焊丝焊接。 6 保护气体 7 焊炬位置 1)焊炬的倾角
焊炬的倾角大小对焊缝宽度,焊缝高度,焊缝过渡区和熔深均有不同程度的影响(图5-63)。
? “剌进式焊接“(焊炬和焊缝间成锐角):焊炬和焊缝间的夹角越小(即焊炬握持倾斜度越大),熔深变浅,焊缝变得较平坦。在电弧压力作用下,部分熔池前拥和向两侧流动,故焊缝宽和平坦。在较高焊接速度下用这种“剌进式焊接”较易避免咬边和避免产生过渡区焊不牢的现象。焊接焊根和无垫板焊接对接焊缝时检查熔池方便。但不适合焊接薄壁零件以及大间隙搭桥焊。此时宜用“拖式焊接”。
? “拖式焊接”(焊炬和焊缝间为钝角):“拖式焊接”时,电弧压力阻止熔池前拥。熔池较深,得到一种宽度小,拱得较高的焊缝。主要用于厚壁工件窄间隙焊最初的填充焊道的焊接,可减少连接缺陷。因为大截面焊缝若采用“剌进式焊接”那种较平坦的焊道,易产生裂纹。这种焊接方法也适用于薄壁零件大间隙搭桥焊。下降焊缝也可以用“拖式焊接“。应注意正确握持焊炬(图5-70)。焊下降焊时应将焊炬握持“立”一些,因为若太“平”,电弧指向熔池上面,很少对准坡口侧面。
8 导电咀的距离
全部焊接电流均流过在导电咀和电弧间的焊丝。若改变导电焊丝的长度,由于电阻变化会引起电流强度的变化。图5-64表示导电咀距离变化对焊接产生的几点主要的影响。
导电咀距离大,焊丝伸出端长,电阻增加,焊接受到强烈的电阻发热的预热作用。利用增大导电咀和工件表面距离的这个措施,便可在不增加能量消耗的情况下熔化更多的填充材料。但这样节省的能量却加大了熔池的负担。此外,当导电咀和工件间距离大时,焊丝导向不准。焊炬握持倾角越大,导电咀和工件间的距离也越大。
可根据图5-46,图5-49和图5-55来选择合适的导电咀和工件表面间的距离以及和保护气体喷咀边缘的关系。