電弧焊基礎(chǔ)知識(shí)

第一章電弧焊基礎(chǔ)知識(shí)一、對(duì)不同熔滴過渡形式進(jìn)行比較，包括形成條件、熔滴過渡過程的不同特點(diǎn)、應(yīng)用等內(nèi)容。答：電弧焊的熔滴過渡形式可以分為自由過渡、接觸過渡和渣壁過渡。1、自由過渡熔滴從焊絲端部脫落后，經(jīng)電弧空間自由地的飛行二落入熔池，熔滴脫離焊絲末端一、前不與熔池接觸。按過渡形態(tài)不同分為滴狀過渡、噴射過渡和爆炸過渡。1）滴狀過渡：（1）大滴過渡a、滴落過渡：高電壓、小電流、MIG焊b、排斥過渡：高電壓、小電流、CO2焊（2）細(xì)顆粒過渡：較大電流的CO2焊當(dāng)電流較小時(shí)，在電弧作用力下，隨著焊絲融化，熔滴逐漸長大，當(dāng)熔滴的重力能夠克服其表面張力的作用時(shí)，就以較大的顆粒脫離焊絲，落入熔池實(shí)現(xiàn)熔滴過渡。電流較大，電磁收縮力增大，表面張力作用減小，熔滴在脫離焊絲之前就偏離了焊絲軸線，甚至上翹，脫離之后不能沿焊絲軸向過渡時(shí)，成為排斥過渡。這兩種過渡的熔滴都較大，一般大于焊絲直徑，屬于大滴過渡。大滴過渡的熔滴大，行成時(shí)間長，影響電弧穩(wěn)定性，焊縫成型粗糙，飛濺較多，生產(chǎn)中很少采用。當(dāng)電流較大時(shí)，電磁收縮力大，熔滴的表面張力減小，熔滴細(xì)化，其直徑一般等于或略小于焊絲直徑，熔滴向熔池過渡頻率增加，飛濺少，電弧穩(wěn)定，焊縫成形較好，這種過渡形式稱為細(xì)顆粒過渡，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。2）噴射過渡：（1）射滴過渡鋁MIG焊及鋼焊絲脈沖焊（2） 亞射流過渡鋁、鎂及其合金的熔化極氣體保護(hù)焊（3） 射滴過渡鋼焊絲MIG焊（4） 旋轉(zhuǎn)射流過渡特大電流MIG焊電流增加時(shí)，熔滴的尺寸變得更小，過渡頻率也急劇提高，在電弧力的的強(qiáng)制作用下，熔滴脫離焊絲沿焊絲軸向飛速的射向熔池，這種過渡形式稱為噴射過渡。射滴過渡是介于滴狀過渡與連續(xù)射流過度之間的一種熔滴過渡形式，熔滴直徑與焊絲直徑相近，過渡時(shí)有明顯的熔滴分離。其工藝條件與連續(xù)射流過渡有相似之處，主要適用于鋼焊絲脈沖焊及鋁合金焊絲融化及氣體保護(hù)焊。亞射流過渡是介于短路過渡與舍滴過渡之間的一種過渡形式，形成條件：大電流，低電壓，反極性，CO2氣氛和粗焊絲。形成機(jī)理：大電流，電弧靜壓力大且集中，形成弧坑；低電壓，弧長短，呈潛弧形態(tài)，；弧坑中場強(qiáng)低，電弧上爬，形成射滴過渡形式。特 點(diǎn)：潛弧過渡的熔深大，焊縫深而窄，余高大，成形不理想，熱裂傾向大。應(yīng)用：中、大厚板的水平位置焊接，使用時(shí)注意調(diào)整到合適的焊接速度。射流過渡：出現(xiàn)跳弧后，焊絲末端已經(jīng)存在的大滴即行脫離，電弧隨之變成圓錐形狀。由于熔滴細(xì)小，連續(xù)不斷地向熔池過渡，頻率高，速度達(dá)重力加速度的幾十倍，故稱射流過渡。形成條件：純氬或富氬保護(hù)氣氛；直流反接；高弧壓且電流大于臨界電流。形成機(jī)理：電流增加，電弧陽極斑點(diǎn)達(dá)到熔滴根部，熔滴細(xì)頸上表面溫度達(dá)到沸點(diǎn)，發(fā)生跳弧，特 點(diǎn)：熔滴體積小，過渡頻率快，等離子流力大，形成沖擊力大。應(yīng)用：鋼焊絲MIG焊。旋轉(zhuǎn)射流過渡：焊絲伸出長度較大，焊接電流比射流過渡臨界電流高出很多時(shí)，出現(xiàn)的過渡形式。由于熔滴細(xì)長，在各種作用力下失穩(wěn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，因此焊縫成形不良，但用于表面堆焊效果較好。2）爆炸過渡由于激烈的冶金反應(yīng)，熔滴內(nèi)部產(chǎn)生CO氣體，使熔滴急劇膨脹而爆裂的金屬過渡形式。時(shí)常在CO2氣體保護(hù)焊和焊條電弧焊中出現(xiàn)。2、 接觸過渡：a、短路過渡：CO2焊b、搭橋過渡：非熔化極填絲焊1） 短路過渡形成條件：短弧、細(xì)焊絲、小電流形成機(jī)理：電弧燃燒形成熔滴、熔滴長大并與熔池短路熄弧，液橋頸縮斷開熔滴過渡，電弧復(fù)燃。特點(diǎn)：細(xì)絲、短弧、燃弧熄弧交替進(jìn)行，平均電流小，峰值電流大，適合薄板及全位置焊接；小直徑焊絲電流密度大，產(chǎn)熱集中，焊接速度快。應(yīng) 用：短路過渡平穩(wěn)，適合于全位置焊接。2） 搭橋過渡：在非熔化極電弧焊或氣焊中，填充焊絲的熔滴過渡與上述的短路過渡過程相似，同屬接觸過渡，只是填充焊絲不同電，故不稱短路過渡，而稱搭橋過渡，又稱橋接過渡。3、渣壁過渡：a、渣殼過渡 埋弧焊b、藥皮筒過渡焊條電弧焊1） 沿渣殼過渡：埋弧焊時(shí)，電弧在熔渣形成的空腔內(nèi)燃燒，熔滴大部分是通過渣殼的內(nèi)壁流向熔池，這種過渡形式稱沿渣壁過渡。2） 沿藥皮筒過渡：焊條電弧焊時(shí)，焊條金屬熔滴總是沿著焊條套筒內(nèi)壁的某一側(cè)滑出套筒，并在沒有脫離套筒邊緣之前，已脫離焊芯端部而和熔池接觸（不構(gòu)成短路），然后向熔池過渡。渣壁過渡電路穩(wěn)定，飛濺小，綜合工藝性能優(yōu)良，是理想過渡形式，細(xì)熔滴和深套筒是焊條熔滴渣壁過渡的基本條件，使熔滴和熔渣表面張力減小或藥皮厚度增大，使套筒變長，都有利于渣壁過渡。二、了解STT，CMT焊接工藝答:①CMT冷金屬過渡焊接技術(shù)由Fronius公司在2004年歐洲板材技術(shù)博覽會(huì)上展示的CMT冷金屬過渡焊接技術(shù)是一種無焊渣飛濺的新型焊接工藝技術(shù)。所謂冷金屬過渡，指的是數(shù)字控制方式下的短電弧和焊絲的換向送絲監(jiān)控。其中的換向送絲系統(tǒng)由前、后兩套協(xié)同工作的焊絲輸送機(jī)構(gòu)組成，從而使焊絲的輸送過程呈間斷的送絲。后送絲機(jī)構(gòu)按照恒定的送絲速度向前送絲，前送絲機(jī)構(gòu)則按照控制系統(tǒng)的指令以 70Hz的頻率控制著脈沖式的電焊絲輸送。數(shù)字式焊接控制系統(tǒng)能夠知道電弧生成的開始時(shí)間，自動(dòng)降低焊接電流，直到電弧熄滅，并調(diào)節(jié)中脈沖式的焊絲輸送，這種脈沖式焊絲輸送有效改善了焊絲熔滴的過渡。在熔滴從焊絲上滴落之后，數(shù)字控制系統(tǒng)再次提高焊接電流，并進(jìn)一步將焊絲向前送出。之后，重新生成焊接電弧，開始新一輪的焊接過程。這種“冷-熱”之間的交替變化大大降低了焊接熱的產(chǎn)生，并減少了焊接熱在被焊接件中的傳導(dǎo)。除此之外，還可實(shí)現(xiàn)多種功能：可正確的設(shè)置熔滴的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更好的焊縫厚度過渡，并具有很高的焊接速度且不產(chǎn)生任何飛濺。據(jù)Fronius公司介紹，該設(shè)備極大的提高了焊接的生產(chǎn)能力，并可有效保證被焊件的焊接質(zhì)量。CMT（冷金屬過渡）工藝系統(tǒng)主要特點(diǎn)是通過焊絲附加回抽動(dòng)作過渡熔滴。焊絲的回抽由交流伺服電機(jī)和焊絲緩沖器來實(shí)現(xiàn)，焊接中焊絲的送進(jìn)速度在傳統(tǒng)的等速基礎(chǔ)上疊加脈沖，焊絲脈動(dòng)頻率可以達(dá)到70Hz。其結(jié)果是，焊絲的熔化和過渡成為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過程，對(duì)于焊接線能量的控制更加靈活。雖然雙機(jī)控制可能實(shí)現(xiàn)多功能、復(fù)雜的控制和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控等管理，但雙機(jī)結(jié)構(gòu)只是搭建了一個(gè)硬件平臺(tái)，因此還必須有相應(yīng)的軟件來支持，而軟件的編制需要在對(duì)焊接工藝的深入研究和理解的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)?？傊?，只有數(shù)字控制接管了焊機(jī)的功率控制、工藝控制和通訊控制之后，數(shù)字化焊機(jī)才成為真正意義上的高端數(shù)字化焊機(jī)，才有可能更好地滿足未來焊接生產(chǎn)的需要。CMT熔滴過渡過程。第一步為燃弧脈沖，形成熔滴，焊絲送進(jìn)；第二步，發(fā)生短路，控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測、判斷；第三步，焊絲回抽，形成熔滴的液態(tài)細(xì)頸，直至拉斷；第四步，電弧重新引燃，焊絲由回抽變?yōu)樗瓦M(jìn)。雖然雙機(jī)控制可能實(shí)現(xiàn)多功能、復(fù)雜的控制和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控等管理，但雙機(jī)結(jié)構(gòu)只是搭建了一個(gè)硬件平臺(tái)，因此還必須有相應(yīng)的軟件來支持，而軟件的編制需要在對(duì)焊接工藝的深入研究和理解的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)。總之，只有數(shù)字控制接管了焊機(jī)的功率控制、工藝控制和通訊控制之后，數(shù)字化焊機(jī)才成為真正意義上的高端數(shù)字化焊機(jī)，才有可能更好地滿足未來焊接生產(chǎn)的需要。CMT熔滴過渡過程如下圖所示，上部為示意圖，下部為CMT高速攝像。第一步為燃弧脈沖，形成熔滴，焊絲送進(jìn)；第二步，發(fā)生短路，控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測、判斷；第三步，焊絲回抽，形成熔滴的液態(tài)細(xì)頸，直至拉斷；第四步，電弧重新引燃，焊絲由回抽變?yōu)樗瓦M(jìn)。STT（表面張力過渡）工藝是根據(jù)CO2焊接短路過渡特點(diǎn)開發(fā)出的一種波形控制技術(shù)，其主要特點(diǎn)是兩高兩低，即在短路初期和末期拉低電流，減小（甚至消除）飛濺，在短路中期和燃弧初期施加較大的電流，促進(jìn)縮頸形成和控制燃弧能量。STT是指熔滴過渡時(shí)電流趨近于零，熔滴過渡的驅(qū)動(dòng)力不再是傳統(tǒng)控制方式中的電爆炸力，而是表面張力。STT具有飛濺小、搭橋能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在中小工藝規(guī)范區(qū)間內(nèi)具有優(yōu)勢，該工藝在管道打底焊中應(yīng)用比較成功。隨著汽車輕量化的發(fā)展，薄板焊接問題日益突出，為此國外公司利用直流正反接熔深的差異，研究出了ACSTT工藝，通過控制正反極性比例來控制熔深，得到了良好的工藝效果STT:氣保護(hù)半自動(dòng)根焊。特點(diǎn)：1引弧容易，電弧燃燒穩(wěn)定；2飛濺小，焊接煙塵少，噪聲?。?焊縫成型美觀；4精確的熱輸入控制可以減少焊接變形和燒穿；5成本低；6焊接速度快，效率高；7焊后不需清理；8操作容易。第—章 電弧焊自動(dòng)控制基礎(chǔ)分析電弧調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性，調(diào)節(jié)原理，調(diào)節(jié)精度，調(diào)節(jié)靈敏度，適用范圍。答：電弧調(diào)節(jié)系統(tǒng)分為兩部分：一是熔化極等速送絲電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一是電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是一種變速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)。1.等速送絲電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)①靜特性：焊絲以設(shè)定的速度Vf恒速送入電弧。當(dāng)弧長穩(wěn)定燃燒時(shí)必有Vf=Vm.Vm為焊絲熔化速度Vm二Ki*Ia-Ku*Ua 可得Ia二Vf/Ki+（Ku/Ki）*Ua稱為等速送絲熔化極電弧等熔化曲線或自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性方程，該方程表示為一直線，線上任何一點(diǎn)，均滿足 Vm=Vf,且與電源外特性曲線的相交點(diǎn)構(gòu)成系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點(diǎn)，偏離此線，則會(huì)Ia,Ua波動(dòng)，造成Vm豐Vf。曲線左邊Vm>Vf;曲線左邊Vm<Vf。靜特性曲線特點(diǎn)如下：a長弧細(xì)焊絲時(shí)，由于Ki很大，而Ku很小，所以Ia^Vf/Ki，此時(shí)靜特性曲線幾乎垂直于電流坐標(biāo)軸，稱為等電流曲線； b隨著弧長縮短，電弧等熔化曲線斜率減小，Vm增大，弧長縮短到一定范圍時(shí)，等熔化曲線左拐，具有固定的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用；c其它的條件不變時(shí)，Vf增大（減?。?，等熔化曲線平行向右（向左）移動(dòng)；焊絲伸出長度增加（減少），Ki增加（減少），等熔化曲線向左（向又）移動(dòng)；焊絲直徑增大（減小），Ki增加（減?。热刍€向右（左）移動(dòng)。而斜率減小（增大）。調(diào)節(jié)原理：依靠電弧自身內(nèi)反饋具有的自身調(diào)節(jié)作用來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)精度：調(diào)節(jié)精度是指系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，靜態(tài)誤差的大小。A弧長波動(dòng)時(shí)的自身調(diào)節(jié)精度。誤差大小除與焊絲伸出長度變化量，直徑及電阻率有關(guān)外，還與電源外特性的形狀有關(guān)。當(dāng)電弧靜特性為平特性時(shí)，陡降特性電源將比緩降特性電源引起更大的電弧電壓靜態(tài)誤差；當(dāng)電弧靜特性為上升特性時(shí)，由于上升特性電源弧長誤差最小，造成的焊絲伸出長度誤差也最小，故實(shí)際電壓誤差以上升特性電源為最小。因此，為了減少電弧電壓及弧長的靜態(tài)誤差，宜采用緩降（對(duì)平特性電?。┗蛭⑸▽?duì)上升特性電?。┨匦噪娫?。B網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)誤差，長弧采用緩降外特性電源，短弧采用陡降外特性電源，上述誤差都減小。調(diào)節(jié)的靈敏度，是指調(diào)節(jié)過程中的速度，速度越快，所需調(diào)節(jié)時(shí)間越短，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果越好。該系統(tǒng)調(diào)節(jié)的快慢，即調(diào)節(jié)靈敏度取決于熔化速度的變化量的大小。△Vm二Ki*△Ia。由式中可知，Ki和△Ia是影響調(diào)節(jié)靈敏度的主要因素。aKi，電流不變，焊絲直徑變細(xì)，Ki增大，△Vm增大，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈敏度提高。b △Ia，電弧靜特性與電源外特性的匹配將影響調(diào)節(jié)過程中△Ia的大小。以調(diào)節(jié)靈敏度而言，一般等速送絲長弧焊接應(yīng)采用緩降或平特性，甚至上升特性的電源。此外，電場強(qiáng)度E越大，弧長變化時(shí)引起的△Ia和△Ua也越大，自身調(diào)節(jié)靈敏度也越高。適用范圍：這種調(diào)節(jié)應(yīng)用自動(dòng)焊接的等速調(diào)節(jié)中。電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即變速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性：Ua=[K/（K+Ku）]*Uc,+[Ki/（K+Ku）]*Ia此式為熔化極電弧焊電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性方程。焊接調(diào)節(jié)一定時(shí)， K,Ki,Ku均為常數(shù)，為一斜截式直線方程。特性為a該直線上所有點(diǎn)均滿足Vf=Vm,并與電源外特性相交確定系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。b當(dāng)KNMKi,Ku時(shí)，tanp=Ki/（K+Ku）無限趨近于0，系統(tǒng)靜態(tài)性為接近于平行電流坐標(biāo)軸的直線。當(dāng)系統(tǒng)機(jī)電結(jié)構(gòu)改變，即K值改變時(shí)，其斜率隨之變動(dòng)。c其它條件不變時(shí)，增加Uc,，系統(tǒng)靜特性平行上移，反之，則平行下移；減小焊絲直徑或增大焊絲伸出長度時(shí)，Ki增加tanP增加。此外，焊絲材質(zhì)和保護(hù)條件對(duì)tanp也略有影響。調(diào)節(jié)原理：電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種典型的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)原理為：以電弧電壓Ua為被調(diào)量，送絲速度Vf為操作量，Vf=f（Ua）;當(dāng)弧長由于外界干擾增大（縮短）時(shí)，Ua增大（減?。?，Uf增大（減小），從而迫使弧長回到原來長度，保證焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定。調(diào)節(jié)精度：a焊槍高度變化使弧長波動(dòng)時(shí)的調(diào)節(jié)精度。由于這種系統(tǒng)多用粗焊絲和低電流