精品資料（2021-2022年收藏的）畢業(yè)設(shè)計(jì)講解

1、營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)用紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目: 埋弧自動(dòng)焊技術(shù) 教學(xué)單位： 營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械制造與自動(dòng)化 班 級(jí)： 13級(jí)自動(dòng)化1班 學(xué) 號(hào)： 2013032010 姓 名： 李秀巖 指導(dǎo)教師： 韓長征 完成日期： 2016年5月22日 AbstractSAW is one of the welding methods that works at higher productivity in today's mechanized welding methods. The advantages of its inherent stability of the wel

2、ding quality, high productivity, without the light of arc and very little smoke, make it the main welding method in the production of pressure vessel, pipe, steel box beams and other important steel structure. Since the impact toughness of SAW joint of 16Mn steel is widly used in our normal life. Th

3、erefore, combining the actual situation in this paper, study was made on the impact toughness of the SAW joint of16Mn(Q345) plain carbon steel which commonly used on the project. Two types of flux, HJ431 acid melting flux and SJ101 basic agglomerated flux, were used. By comparing the two situations,

4、 we explored the influence of the sort of the welding flux and the welding current on the impact toughness of the welded joint, microstructure and the hardness. The results showed that by using the alkaline flux, it can obviously improve the impact toughness of welding joint, even up to the level of

5、 parent material. With the help of scanning electron microscope, the micro-fracture mechanism on impact load was revealed and the basic welding joint fractures using agglomerated flux was in the transgranular dimple way. By means of metallographic analysis, the action mechanism of the welding flux a

6、nd the welding current on the microstructure of welding joint was revealed. Keywords:16Mnsteel; submerged arc welding; impact toughness; micros前言在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，焊接已經(jīng)成功地完成了自身的蛻變。很少有人注意到這個(gè)過程何時(shí)開始，何時(shí)結(jié)束。但它確確實(shí)實(shí)地發(fā)生在過去的某個(gè)時(shí)段。我們今天面對(duì)著這樣一個(gè)事實(shí)：焊接已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的熱加工技藝發(fā)展到了集材料、冶金、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多門類科學(xué)為一體的工程工藝學(xué)科。而且，隨著相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，不斷

7、有新的知識(shí)融合在焊接之中。我國的焊接設(shè)備發(fā)展非?？欤谑澜绾附宇I(lǐng)域里占有重要的地位。我國焊接設(shè)備總的趨勢是向高效、節(jié)能、機(jī)電一體化和成套方面發(fā)展，自動(dòng)化焊接設(shè)備所占比重越來越大，并出現(xiàn)了視覺跟蹤的自動(dòng)焊接配套系統(tǒng)12。自動(dòng)化焊接由于具有焊接性能好、動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度快、動(dòng)特性好、效率高、焊接速度高、多功能、實(shí)現(xiàn)焊接的全方位智能化和自動(dòng)化，已成為焊接設(shè)備的發(fā)展方向。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來，我國焊機(jī)在品種、規(guī)格不斷增加的同時(shí)，其產(chǎn)量和銷售量每年以近30%的速度增長，隨著焊接設(shè)備應(yīng)用到自動(dòng)、半自動(dòng)焊機(jī)方面的進(jìn)一步研究，焊接組件可靠性的提高，焊接機(jī)將得到較大的發(fā)展。近年來，通過焊接設(shè)備行業(yè)的自行開發(fā)、設(shè)計(jì)、引

8、進(jìn)技術(shù)和合資生產(chǎn)，我國的自動(dòng)、半自動(dòng)焊機(jī)的技術(shù)水平有了很大的提高，自動(dòng)、半自動(dòng)焊機(jī)的發(fā)展對(duì)我國電焊機(jī)行業(yè)具有重要意義，其不但作為獨(dú)立的產(chǎn)品廣泛服務(wù)于社會(huì)，而且作為大多數(shù)成套專用焊機(jī)設(shè)備必備的焊接電源在國民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，加強(qiáng)成套、專用焊接設(shè)備的研發(fā)。與國際水平相比，我國的專用、成套焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)在經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)水平和管理水平方面都存在一定的差距。成套專用焊接設(shè)備的開發(fā)、設(shè)計(jì)是一個(gè)國家技術(shù)水平的體現(xiàn)，一定要加強(qiáng)這方面的工作。H型鋼，即寬翼緣工字鋼，是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)和電站建設(shè)中日益廣泛采用的一種型材，具有構(gòu)造美觀、經(jīng)濟(jì)、斷面力學(xué)性能好和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)3。因具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)型式和良好

9、的力學(xué)性能而成為鋼結(jié)構(gòu)的主要架構(gòu)模式。H型鋼可分為熱軋H型鋼和焊接H型鋼兩種，前者廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑中，而后者用于部分不便采用熱軋H型鋼的工業(yè)建筑中3。各種H型鋼因其強(qiáng)度高、質(zhì)暈輕、耐用性好及易于改造等優(yōu)點(diǎn)在樞架結(jié)構(gòu)中被廣泛采用5。針對(duì)H型鋼應(yīng)用的日益廣泛，本設(shè)計(jì)主要是完成完整的H型鋼焊接設(shè)備設(shè)計(jì)，以滿足社會(huì)對(duì)大型H型鋼的需求。2 總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)，首先詳細(xì)的分析了它在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，拿出了可行性的設(shè)計(jì)方案：H型鋼在工業(yè)生產(chǎn)、建筑工程、橋梁建設(shè)等工程中應(yīng)用的非常廣泛，它主要是通過焊接來實(shí)現(xiàn)此構(gòu)形的。隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也在迅速往前推進(jìn)，故對(duì)H型鋼的需求量也日益增長。所

10、以就需要有生產(chǎn)效率高、性能可靠的焊接設(shè)備來代替工人操作。參考相關(guān)文獻(xiàn)1，設(shè)計(jì)懸臂式H型鋼焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示。1焊車軌道架，2焊車，3H型鋼，4型鋼支架它主要由三大部分組成，包括行走部分、左右、上下移動(dòng)部分。行走部分是設(shè)備的主要?jiǎng)恿Σ糠帧Ｋ蓽p速器電機(jī)帶動(dòng)軸上的小鏈輪，再由鏈條帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，從而與從動(dòng)鏈輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)輪子在軌道上滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了這一行走方式。第二部分的上下移動(dòng)是靠一對(duì)錐齒輪把電機(jī)的高速降低，把動(dòng)力傳遞給絲杠，使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，利用固定在懸臂上的螺母帶動(dòng)懸臂一起上下移動(dòng)。第三部分的左右移動(dòng)也是通過絲杠螺母來完成此直線運(yùn)動(dòng)的。因?yàn)槁窕『赣猩a(chǎn)率高、接頭質(zhì)量高、成本低等優(yōu)

11、點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。所以該設(shè)備的焊接設(shè)備為埋弧焊自動(dòng)焊接設(shè)備，在整個(gè)設(shè)備行走的同時(shí)，送絲機(jī)由一同步電機(jī)送出，焊絲經(jīng)導(dǎo)電軟管送給焊槍。焊槍行走時(shí)焊絲也隨著跟進(jìn)，這時(shí)的填料也不斷的在其后堆理，從而實(shí)現(xiàn)了埋弧自動(dòng)焊的全過程。3 電動(dòng)機(jī)和減速器的選擇此懸臂式H型鋼焊接設(shè)備是專門為H型鋼焊接而設(shè)計(jì)的，H型鋼焊接設(shè)備大多體積較大且移動(dòng)不方便，故采用行走式焊接設(shè)備。行走機(jī)構(gòu)是整臺(tái)設(shè)備的重要執(zhí)行部件，它由驅(qū)動(dòng)裝置，行走裝置等組成，而且它還起到支撐作用，支撐整臺(tái)設(shè)備在軌道上移動(dòng)，所以采用強(qiáng)度、硬度耐磨性都較好的材料。3.1 電動(dòng)機(jī)的選用原則、常用類型及特點(diǎn)此處電動(dòng)機(jī)的主要作用是作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力來源。一般選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)

12、綜合考慮幾個(gè)問題：根據(jù)機(jī)械負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和起動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)的容量，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)留有余量。過大的備用容量會(huì)使電機(jī)效率降低，對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)竟變壞，并使按電動(dòng)機(jī)最大扭矩校驗(yàn)強(qiáng)度的機(jī)械造價(jià)提高。根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過度性能的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。常用的幾種電動(dòng)

13、機(jī)：籠式電動(dòng)機(jī)、饒線式電動(dòng)機(jī)、交流同步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。采用三相異步電動(dòng)機(jī)，它具有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部等特點(diǎn)，且對(duì)外界環(huán)境的要求不高等優(yōu)點(diǎn)。3.2行走設(shè)備電動(dòng)機(jī)的的選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定。在確定電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，必須考慮機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比值，兩者相互配合，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)全面比才能確定。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不低于500轉(zhuǎn)/分，因?yàn)楫?dāng)功率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速愈低，則其尺寸愈大，價(jià)格愈貴，而且效率也愈低。如選用高速電機(jī)，勢必加大機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，致使機(jī)械傳動(dòng)部分復(fù)雜起來。懸臂式H型鋼焊接設(shè)備的行走速度為v=16150m/h =4.441.7mm/s,初步估計(jì)設(shè)備

14、總重量為m=715，則G=mg=715×9.8=7007N。由文獻(xiàn)5表1-13查得鑄鐵對(duì)鋼的滾動(dòng)摩擦系數(shù)k=0.18。則受摩擦力 f=kG=0.18×7007=1261.26N；由功率公式：P=Fv=1261.26×0.0417=52.59W。已知減速器效率為0.950.96,取效率為0.95；聯(lián)軸器效率為0.990.995，取效率為0.99。 則選取電動(dòng)機(jī)的功率為：0.05259kw=0.56kw，根據(jù)電動(dòng)機(jī)選擇原則，選取的電0.95´0.99動(dòng)機(jī)為：Y802-4，額定功率為0.75kw，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min。3.3減速器的分類、常用減速器的形

15、式及應(yīng)用減速器是應(yīng)用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立閉式傳動(dòng)裝置。減速器的種類很多，用以滿足各種機(jī)械傳動(dòng)的不同要求。根據(jù)傳動(dòng)類型，減速器可分為齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿和行星減速器；根據(jù)齒輪形狀不同，減速器可分為圓柱、圓錐、圓錐-圓柱齒輪減速器；根據(jù)傳動(dòng)的級(jí)數(shù)，減速器可分為單級(jí)、多級(jí)減速器；根據(jù)軸在空間的位置，減速器可分為臥式和立式減速器；根據(jù)傳動(dòng)的布置形式，減速器可分為展開式、分流式和同軸式減速器。3.4減速器傳動(dòng)比的分配在設(shè)計(jì)兩級(jí)或多級(jí)減速器時(shí)，如何將總傳動(dòng)比合理地分配到各級(jí)是很重要的，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊懙綔p速器的外形尺寸、重量、潤滑條件和各零件的裝配是否方便和可靠等。傳動(dòng)比分配的基本原則是：1)使各

16、級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，即要達(dá)到接近等強(qiáng)度（一般指齒面接觸強(qiáng)度）。2)使各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪浸入油中深度大致相等，從而使?jié)櫥啽恪?)使減速器獲得最小的外形尺寸和重量等。3.5普通圓柱蝸桿減速器根據(jù)所設(shè)計(jì)的懸臂式H型鋼焊接設(shè)備的要求，選擇普通圓柱蝸桿減速器。其適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)傳動(dòng)的WD（蝸桿下置）WS（蝸桿上置）型阿基米德圓柱蝸桿減速器。其適用范圍如下：1） 蝸桿嚙合處滑動(dòng)速度不大于7.5s；rpm)；2） 蝸桿轉(zhuǎn)速不超過157rad/s(15003） 工作的環(huán)境溫度為-400+400；4） 可用于正反轉(zhuǎn)兩向運(yùn)轉(zhuǎn)。減速器的選用：根據(jù)工作要求（w1及w2）確定傳動(dòng)比i，然后按蝸輪軸的計(jì)算轉(zhuǎn)

17、矩T2C=KT2，N×m。查承載能力表確定減速器的中心距。再按機(jī)器布置，潤滑等的要求選擇減速器的型式。必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行散熱計(jì)算4.1埋弧焊技術(shù) 4.1.1埋弧焊的發(fā)展歷史 美國國家管道公司根據(jù)賓夕法尼亞州麥基斯波特的一家管道工廠的需要發(fā)明了埋弧焊技術(shù)。當(dāng)時(shí)該技術(shù)用于焊接管道中的縱縫。1930年Robinoff獲得了該技術(shù)專利權(quán)，隨后又將其賣給Linde氣體產(chǎn)品公司，Linde氣體產(chǎn)品公司將其更名為Unionmelf焊接技術(shù)。1938年，美國的船廠和軍械廠都采用了埋弧焊技術(shù)。它是比較高效的焊接方法之一，到目前埋弧焊技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。 4.1.2埋弧焊的原理及特點(diǎn) 1埋弧焊成型

18、原理 預(yù)先把顆粒狀焊劑散布在焊接線上，通過自動(dòng)送絲裝置把焊絲連續(xù)地送進(jìn)焊劑中，在焊絲前端與母材間引燃電弧進(jìn)行自動(dòng)電弧焊(圖1.1)。埋弧自動(dòng)焊焊接時(shí)，引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動(dòng)及焊接收尾等過程完全由機(jī)械來完成。由于電弧被掩埋在焊劑里面，從外部看不見，因此稱作埋弧焊。埋弧焊是一種高電流密度的焊接方法，具有深熔大的特點(diǎn)，一次熔透深度可達(dá)20mm以上，是一種生產(chǎn)率很高的焊接工藝方法。半自動(dòng)埋弧焊主要是軟管半自動(dòng)埋弧焊，其特點(diǎn)是采用較細(xì)直徑(2mm或2mm以下)的焊絲，焊絲通過彎曲的軟管送入熔池，電弧的移動(dòng)是靠手工來完成，而焊絲的送進(jìn)是自動(dòng)的。半自動(dòng)埋弧焊可以用柬代替自動(dòng)埋弧焊焊接一些彎曲或較

19、短的焊縫，主要應(yīng)用于角焊縫的焊接，也可用于對(duì)接焊縫的焊接。在埋弧焊焊接過程中，電弧引燃后焊劑、焊絲和母材在電弧熱的作用下立即熔化并形成熔池，熔化了的熔渣覆蓋住熔池金屬及高溫焊接區(qū)，起到良好的保護(hù)作用(圖1.2)，未熔化的焊劑辦具有隔絕空氣、屏蔽電弧光和隔熱的作用，并提高了電弧的熱效率。熔融的焊劑與熔化金屬之間可以產(chǎn)生各種冶金反應(yīng)，正確地控制這些冶金反應(yīng)的進(jìn)程，可以獲得化學(xué)成分、力學(xué)性能和純度符合預(yù)定技術(shù)要求的焊縫金屬。同時(shí)焊劑的成分也影響到電弧的穩(wěn)定性、電弧柱的最高溫度及熱分布。熔渣的特性也對(duì)焊道表面的成型起一定的作用4.1.3埋弧焊特點(diǎn) （1）保護(hù)效果好：埋弧焊時(shí)，焊絲、電弧、液態(tài)熔池以及凝

20、固但仍處于高溫的焊縫金屬均可以受到顆粒狀的焊劑和所生成熔渣殼的保護(hù)，熔渣可以隔絕空氣，保護(hù)效果好，電弧區(qū)的主要?dú)怏w成分是CO，焊縫金屬含氮量、含氧量大大降低，所以焊縫成形好，成分穩(wěn)定，力學(xué)性能比較好。 （2）防護(hù)好：較厚的焊劑層遮住了電弧和飛濺，基本消除了弧光和飛測物對(duì)焊工的危害。 （3）生產(chǎn)效率高： 埋弧焊生產(chǎn)效率高，一方面是因?yàn)槠湟子趯?shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，焊絲導(dǎo)電長度縮短，焊絲電流密度都得以提高。因此，電弧的熔深能力和焊絲熔敷效率都大大提高。另一方面由于焊劑和熔渣的隔熱作用，電弧基本上沒有熱的輻射散失，飛濺也小，因此熱效率大大提高，使埋弧焊的焊接速度得以大大提高。以厚度8-10mm的鋼板對(duì)接接頭

21、的焊接為例，單絲埋弧焊速度可達(dá)30-50m/h：雙絲或多絲埋弧焊還可提高一倍以上6,7，而焊條電弧焊則不超過6-8m/h，所以埋弧焊特別適用于中厚板長焊縫的焊接。 （4）可供選用的焊絲和焊劑的品種較多。 （5）焊絲和焊劑的配合使用，易于實(shí)現(xiàn)焊縫的成分調(diào)整。熔煉焊劑可向焊縫中過渡一定數(shù)量的合金元素(例如Mn和Si)。但埋弧焊焊接設(shè)備比較復(fù)雜，費(fèi)用較高，對(duì)坡口精度要求高；焊接位置受到限制，目前只適用于平焊位置長焊縫的焊接：適用范圍小，由于埋弧焊焊劑的成分主要是MnO、SiO2等金屬及非金屬氧化物所以難以用來焊接鋁、鈦等氧化性強(qiáng)的金屬及其合金，目前主要用于焊接碳素鋼，低合金鋼，不銹鋼：焊縫金屬的沖擊

22、韌性普遍不高；由于埋弧焊電弧的電場強(qiáng)度較大，焊接電流小于100A時(shí)，電弧的穩(wěn)定性不好，因此不適合焊接薄板。然而，瑕不掩玉，由于埋弧焊熔深大、生產(chǎn)率高、機(jī)械化程度高，特別適合于中厚板結(jié)構(gòu)長焊縫的焊接，在造船、壓力容器、橋梁、鐵路車輛、工程機(jī)械、管道、核電站結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今焊接生產(chǎn)中使用最普遍的熔焊方法之一。 4.1.4 埋弧焊的工藝參數(shù) 埋弧焊的焊接參數(shù)主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑和焊絲伸出長度等。 （1）焊接電流 當(dāng)其他參數(shù)都不變時(shí)，焊接電流對(duì)焊縫形狀和尺寸的影響較大。一般焊接條件下，焊縫熔深與焊接電流的大小成正比，隨著焊接電流的增加，熔深和焊縫余高

23、都有顯著增加，而焊縫的寬度變化不大。同時(shí)，焊絲的熔化量也相應(yīng)增加，這就使焊縫的余高增加。隨著焊接電流的減小，熔深和余高部減小。 （2）電弧電壓隨著電弧電壓的不斷增加，焊縫熔寬度明顯增加，而熔深和焊縫余高則有所下降。但是電弧電壓太大時(shí)，不僅使熔深變小、產(chǎn)生未焊透，而且會(huì)導(dǎo)致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產(chǎn)生咬邊等缺陷。所以在增加電弧電壓的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加焊接電流。 （3）焊接速度 當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊接速度增加時(shí)，焊接熱輸入量相應(yīng)減小，從而使焊縫的熔深也減小。焊接速度太大會(huì)造成未焊透等缺陷。為保證焊接質(zhì)量必須保證一定的焊接熱輸入量，即為了提高生產(chǎn)率而提高焊接速度的同時(shí)，應(yīng)相應(yīng)提高焊接電流和電弧電

24、壓。 （4）焊絲直徑與伸出長度 當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲直徑增加時(shí)，弧柱直徑隨之增加，即電流密度減小，會(huì)造成焊縫寬度增加，熔深減小。反之，則熔深增加及焊縫寬度減小。當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲長度增加時(shí)，電阻也隨之增大，伸出部分焊絲所受到的預(yù)熱作用增加，焊絲熔化速度加快，結(jié)果使熔深變淺，焊縫余高增加，因此須控制焊絲伸出長度，不宜過長。 （5）焊絲傾角 焊絲的傾斜方向分為前傾和后傾。傾角的方向和大小不同時(shí)，電弧對(duì)熔池的力和熱作用也不同，從而影響到焊縫的成形。當(dāng)焊絲后傾一定角度時(shí)，由于電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了預(yù)熱作用，電弧對(duì)熔池的液態(tài)金屬排出作用減弱，而導(dǎo)致焊縫變寬而熔深變淺。反之，焊

25、縫寬度較小而熔深較大，但易使焊縫邊緣產(chǎn)生未熔合和咬邊，并且使焊縫成形變差。 （6）其他 a坡口形狀b根部間隙c焊件厚度和焊件散熱條件。 4.1.5 埋弧焊機(jī)的種類及應(yīng)用范圍 埋弧焊機(jī)的種類如下1： (1)按電源分交流(弧焊變壓器)、直流(弧焊發(fā)電機(jī)和弧焊整流器)以及交流與直流兩用。一般電源的選擇要根據(jù)使用條件如焊接電流規(guī)范、焊接速度、焊劑類型以及絲極數(shù)目來選擇。一般交流電源多用于大電流埋弧焊和采用直流焊時(shí)磁偏吹嚴(yán)重的場合；而直流電源用于焊劑穩(wěn)弧性較差，對(duì)焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定性有較高要求，或小電流規(guī)范、快速引弧、短焊縫、高速焊的場合。 (2)按用途分為專用和通用兩種。通用焊機(jī)廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的對(duì)接、

26、角接、環(huán)縫和縱縫的焊接：而專用焊機(jī)則適用于特定的焊縫和構(gòu)件，如埋弧自動(dòng)角焊機(jī)、T形梁焊機(jī)、埋弧堆焊機(jī)等。(3)按送絲方式可分為等速送絲式和變速送絲式兩種。前者較適用于細(xì)焊絲、較高電流密度條件下的焊接，而后者則比較適用于粗絲低電流密度條件下的焊接。 (4)按行走機(jī)構(gòu)形式分為小車式、門架式、懸臂式三類。通用埋弧焊機(jī)多采用小車式，可適合平板對(duì)接：角接及簡體內(nèi)外環(huán)縫的焊接；門架式行走機(jī)構(gòu)則適用于大型結(jié)構(gòu)件的平板對(duì)接、角接；懸臂式焊機(jī)適用于大型工字粱、化工容器，鍋爐氣包等圓筒、圓球形結(jié)構(gòu)上的縱縫和環(huán)縫的自動(dòng)焊接。 (5)按焊絲數(shù)目和形狀可分為單絲、多絲和帶狀電極埋弧焊機(jī)。焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最多最廣泛的是單絲

27、焊機(jī)，為了加大熔深和提高焊接生產(chǎn)效率，多絲埋弧焊得到越來越多的應(yīng)用，目前使用最多的是雙絲和三絲埋弧焊，帶狀電極埋弧焊機(jī)主要用作大面積堆焊用。 為提高埋弧焊的生產(chǎn)效率，20世紀(jì)50年代提出了多種雙(多)絲埋弧焊方法8,9，發(fā)展到現(xiàn)在有些方法已在實(shí)際生產(chǎn)中已得到了較為廣泛應(yīng)用10-15，并出現(xiàn)了一些新的雙絲埋弧焊方法16，包括多電源串列雙絲埋弧焊、單電源并列雙絲埋弧焊、熱絲填絲埋弧焊和單電源串連雙絲埋弧焊等。 （1）多電源串列雙絲埋弧焊： 多電源串列雙絲埋弧焊中每一根焊絲由一個(gè)電源獨(dú)立供電，根據(jù)兩根焊絲間距的不同，其方法有共熔池法和分離電弧法兩種。在雙絲埋弧焊中多用分離電弧法(圖1.3)，焊絲有幾

28、種選配的方法：或一根是直流，一根是交流；或兩根都是直流；或兩根都是交流。最常采用的布置：或是一根前導(dǎo)的直流焊絲(反極性)和跟蹤的交流焊絲，或是兩根交流焊絲。雖然交流電弧對(duì)與工件相聯(lián)系的電弧偏吹敏感性較低，但圍繞著兩種或更多交流電弧的區(qū)域能夠引起取決于電弧之間的相位差的電弧偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為控制電弧之間的相位差，交流系統(tǒng)的電源常常是斯考特三二相變壓器或在閉路的三角形接法的回路中接入可變阻抗17。這種工藝具有熔深大，熔敷速度高，焊縫金屬稀釋率接近于單絲埋弧焊的特點(diǎn)，因而提高了焊接速度與焊接質(zhì)量。串列三絲埋弧在國外的造船廠、高壓容器廠和制管廠得到了廣泛的應(yīng)用10,11。這種工藝在我國的制管廠也得到了一定的

29、應(yīng)用12-15。（2）單電源并列雙絲埋弧焊 單電源并列雙絲埋弧焊實(shí)際是用兩根較細(xì)的焊絲代替一根較粗的焊絲，兩根焊絲共用一個(gè)導(dǎo)電嘴，以相同的速度且同時(shí)通過導(dǎo)電嘴向外送出，在焊劑覆蓋下的坡口中熔化。該方法在單電源并列雙絲埋弧焊的基礎(chǔ)上添加金屬粉末，迸一步提高了熔敷速率和生產(chǎn)率，降低了焊劑消耗，提高了電弧效率5,6。 （3）熱絲填絲埋弧焊 20世紀(jì)60年代末至70年代初，美國、英國等國家就已相繼開始研究熱絲填充的方法7，最早是為了提高TIG焊的效率，熱絲填充的方法在TIG焊上成功應(yīng)用，后來又應(yīng)用到埋弧焊中8。熱絲填絲埋弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)： （a）熱絲被加熱到近于熔點(diǎn)溫度熔入埋弧焊熔池，因而可大幅度提高

30、埋弧焊效率，一般可提高熔敷速率50以上； （b）熱絲先靠電阻熱加熱，加熱范圍小，能耗少，相對(duì)能耗率與提高熔敷速度之比小于0.3。 （c）熱絲的填充相對(duì)降低了熔池的溫度，故焊縫熱影響區(qū)小，接頭力學(xué)性能優(yōu)良.熱絲填絲埋弧焊可以只用一個(gè)電源，也可以用兩個(gè)電源。因?yàn)椴淮嬖谄渌p絲焊所存在的兩電弧相互干擾問題，又具有熔敷速率高，焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，熱絲填絲埋弧焊在國內(nèi)外研究和應(yīng)用都較多。 這種方法是在普通的埋弧焊基礎(chǔ)上，附加一套送絲機(jī)構(gòu)，將另外一根焊絲由預(yù)熱電源加熱至接近熔化狀態(tài)后均勻地送入埋弧自動(dòng)焊所形成的熔池內(nèi)，用熔池的熱量熔化熱絲(圖1.4)。這是一種可以通過提高焊接時(shí)填充金屬熔化量進(jìn)而提高焊接效率

31、及勞動(dòng)生產(chǎn)率的好方法。單電源熱絲填絲埋弧焊方法是利用電源的一個(gè)分流回路對(duì)輔助焊絲導(dǎo)電部分預(yù)熱而提高其熔化速度，因而可在不增加電源設(shè)備和功率的情況下，大大提高熱利用效率和生產(chǎn)率(圖1.5) （4）單電源串聯(lián)雙絲埋弧焊 文獻(xiàn)9最早介紹了這種單電源串連雙絲埋弧焊方法。兩絲通過導(dǎo)電嘴分接電源正負(fù)兩極，母材不通電，電弧在兩焊絲之間產(chǎn)生，即兩焊絲是串連的。兩絲既可橫向排列也可縱向排列，兩絲之間夾角最好為45 焊接電流的大小和焊絲與工件之間的距離是影響焊縫成形和熔敷金屬質(zhì)量重要的因素，焊接電流越大，則熔深越大；增大焊絲與工件之間的距離，可以獲得較小的熔深和熱輸入。 1.1.6 埋弧焊的發(fā)展及前景 我國焊接設(shè)

32、備制造業(yè)起步比較晚，20世紀(jì)50、60年代我國重點(diǎn)企業(yè)的大型焊接裝備大部分是從國外引進(jìn)的。到了20世紀(jì)70年代，國內(nèi)才組建一批專門生產(chǎn)焊接裝備的制造廠家。 埋弧焊機(jī)電源的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：機(jī)械調(diào)節(jié)型電源、磁飽和放大器電源、晶閘管整流電源和IGBT逆變電源。埋弧焊機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：機(jī)械控制、分離元件控制、集成電路數(shù)字控制或微機(jī)控制。目前大容量的數(shù)字控制晶閘管整流電源、埋弧焊逆變電源，以其高效節(jié)能、良好的動(dòng)特性和弧焊工藝性能等優(yōu)點(diǎn)成為常規(guī)埋弧焊電源的更新?lián)Q代產(chǎn)品。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，埋弧焊設(shè)備的電路、器件及其控制技術(shù)向著集成化、高頻化、全控化、電路弱電化、控制數(shù)字化以及多功能化

33、的方向發(fā)展。在埋弧焊接過程控制方面，微機(jī)被廣泛運(yùn)用于弧焊規(guī)范參數(shù)的控制、焊接工件的自動(dòng)定位和埋弧焊焊縫自動(dòng)跟蹤、埋弧焊的過程控制以及焊接生產(chǎn)線的自動(dòng)化，隨著埋弧焊工藝的發(fā)展，為適應(yīng)一些特殊的焊接要求，派生出了許多新的埋弧焊工藝，如雙絲和多絲埋弧焊、窄間隙埋弧焊、帶極埋弧焊、添加粉末埋弧焊、添加磁性焊劑埋弧焊等。傳統(tǒng)埋弧焊生產(chǎn)過程中有兩種自動(dòng)調(diào)節(jié)方法，一是電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它采用緩降特性或平硬特性電源配等速送絲系統(tǒng)，通過改變焊絲熔化速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)主要用于4 mm以下細(xì)絲埋弧焊焊接；二是電弧電壓反饋?zhàn)兯偎徒z調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它采用陡降特性或垂降特性電源配變速送絲系統(tǒng)，利用電弧電壓反饋改變送絲速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前國內(nèi)大多數(shù)埋弧自動(dòng)焊機(jī)及焊接操作機(jī)仍是采用分離元件模擬控制，由于埋弧自動(dòng)焊的動(dòng)態(tài)過程是一個(gè)具有高度非線性、時(shí)變性及多變量耦合作用的復(fù)雜系統(tǒng)。固定的控制模式和控制參數(shù)難以保證各種焊接條件下的焊接接頭性能，難以適應(yīng)整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)參數(shù)的優(yōu)化。在較強(qiáng)、較弱的焊接規(guī)范下，往往焊接性能不理想。采用微機(jī)控制可以較好的解決這個(gè)問題，微機(jī)控制的焊機(jī)有以下特點(diǎn)： (1)電源功能拓寬：同一電源采用不同的算法，能很好地實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。 通過靈活地軟件編程使電源外特性可獲得恒電