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螺柱焊接過程及其影響參數

cnneb  2018-09-19  93888  0
1.螺柱焊的焊接電流
作為螺柱焊熱源的電弧,對于使用的電流強度和電壓應符合操作條件。
拉弧螺柱焊時,焊接回路由焊接電源供電,必須滿足短時間和高電流強度的要求。電源在工件和焊槍或焊頭之間用柔性電纜供電,電纜的截面要足夠大。在拉弧螺柱焊時,焊接螺柱直徑φ3mm-φ25mm,焊接電流500-3000A。對于焊接至12mm直徑螺柱,電纜截面是50mm2長度20m;20mm直徑螺柱需電纜截面至少70 mm2。至于95mm2截面電纜推薦焊接更大直徑螺柱或較長的電纜。由于在接觸部位上較高的電流密度要發熱,所以,接觸力要大,微小的接觸力會使電纜橡膠過早硬化。地線夾僅能固定在露出金屬光澤的平面,同時要夾緊好。地線夾用銅或鍍黃銅表面,這樣能夠改善散熱。
在儲能式螺柱焊時,由于焊接螺柱直徑較小(M3-M8)焊接電流在5000-10000A,所以焊接電纜截面一般為25-70 mm2,焊接電纜盡量短。

在儲能式螺柱焊時,電容放電過程要保證迅速使電流均勻增加。此時焊接回路中不僅有電阻,還有電感。重要的是操作者不能將電纜敷設成線圈。只有在較長的放電操作時,焊接后焊接接頭沒有裂縫時,才能適當放長電纜并繞成螺旋形。

因此,對于電容器很高的電流強度和短的放電時間饋電給工件和螺柱的接觸問題要予以特別的重視。

所有焊接電源供電電網的功率要足夠大并確保安全供電。對于焊接整流器短時高的吸收功率會使電網電壓下降。而儲能式螺柱焊,在焊接程序進行時,電容器充電過程需要相對小的電網功率。
2.柱焊的電弧
電弧使螺柱和工件焊接在一起必須有自由能。為此電弧要有載流子發射和電弧間隙電離化。
由于兩類螺柱焊的引燃有區別,而且比電流在相關螺柱平面上的差別很似10的冪。見下表




儲能
螺柱直徑/mm1016226
螺柱面積/mm27920138044
推薦電流強度/A700130020008000
比電流/(A/mm2)8.96.55.3181



拉弧螺柱焊的電弧長度為幾毫米,而對于儲能式螺柱焊的斷口部分僅1mm,從而導致不同的能量消耗和焊接結果。這可以理解為和操作過程及其影響因素有關。但重要的是電弧指標對這兩類螺柱焊方法從引燃過程到短路直至浸人工件的過程要仔細的調整。
2.1 拉弧螺柱焊的電弧
1.引弧
引弧是螺柱與工件接觸時產生的。焊接電源在儲備電壓足夠的情況下,接通微小電流(10-30A)。螺柱尖端的附加鋁球或在螺柱前端平面的鋁引燃層作為引燃附加物。因為鋁比鋼有較小的逸出功(Al:3.95eV;A12O3:3.17eV;Fe:4.79eV)。這樣電弧引燃較容易,同時還可用作熔池脫氧。

  對于短周期拉弧螺柱焊,螺柱向下運動的時候接通主電弧是必要的。一般的情況下,先導電弧沒有焊接過程。在特殊情況時,點爆能對工件表面層造成適當干擾。而先導電弧具有較高電流時可能影響工件表面。對于自動送料焊接小直徑螺柱時.先導電弧有一個電壓差調整過程。例如為了匹配主電弧使用的電流強度或焊接時間以及送料時間等進行協調,根據所焊接的螺柱直徑有所不同。

2.焊接電弧
拉弧螺柱焊時常用陶瓷環屏蔽。因此.不能觀察到焊接電弧。有人將陶瓷環打開90°用6000幅/s高速攝影機跟蹤觀察焊接過程。直徑22 mm平坦螺柱尖端顯示起弧在螺柱中部.并且迅速向邊緣運動并在該處熔化。螺柱和母材迅速鋪開的熔池。呈現強烈的帶有噪聲沸騰的金屬蒸氣。在熄弧時人們觀察到基于螺柱和工件位置的熔池擴大及小的熔珠滴落溶解在熔池。這種噪聲和沸騰改變了電弧螺柱焊的操作過程是沒有對比工藝的。形成的焊縫帶有舒展的表面張力和鎮靜的熔池。

當選擇焊接參數不當時(例如微小的提升高度、較長的焊接時間)能形成短路熔滴沖擊過渡。對于標準焊接電源約等于提供1.5倍焊接電流值,而且爆炸性的短路過程會熔斷。結果是形成強烈的飛濺和不良的焊接。

利用電壓示波波形圖觀察往上、往下電弧電壓的時候,螺柱焊操作按標準提升高度值時,電弧電壓接近保持恒定值.大約30 V。

對于螺柱焊時用富氬混合氣時,大約保持在27 V。使用附加保護氣體是用于焊接較大直徑的螺柱(19-20mm),使用的電流比推薦的標準電流值約大3%焊接沒有增強氣孔生成。

2.2 儲能式螺柱焊的電弧
1.引弧
對于儲能式“直接接觸”螺柱焊是螺柱尖端與工件接觸。在接通電容器組和電容器開始放電時,螺柱尖端經過電阻加熱變為熱沖擊熔化和傳導電弧進人燃燒階段。電阻加熱預熱持續時間取決于電容器的容量、電流回路的電阻和電感以及螺柱尖端的長度。一般在0.2-0.4ms時應當達到最大電流結束。

螺柱尖端的規格決定焊接過程,而且直接影響焊接能量。電弧燃燒時間和螺柱尖端的長度成正比例。

螺柱尖端的長度允差為±0.05 mm,直徑允差為±0.08 mm。根據這個允差能夠保證生產過程的穩定。

對于要焊接的螺柱.在生產時應盡可能的愛護,它們的螺柱尖端不能變形。這一點對于鋁螺柱,特別有重要性。 

  2.焊接電弧
  很短的電弧(螺柱尖端長度)控制螺柱整個前端平面并熔化。在此之際.熔化的焊縫取決于電弧功率和電弧燃燒時間。而焊接功率是由電容器放電過程期間的焊接電流和電弧電壓確定。經過超前引燃,不僅電弧燃燒時間延長,而且電弧電壓和焊接功率也增加。

  螺柱前端面和工件表面的狀態影響電弧電壓。隨著螺柱平面和工件熔化連接,電弧熄滅和焊接回路短路。

  從螺柱尖端燃燒到法蘭熔化為止是焊接時間。對于儲能式“有引燃間隙”螺柱焊取決于螺柱的沖擊速度,同樣還有經過施加壓力運動裝置的加速度;已經轉換的速度影響因數和運動過程間隙電壓的波形對焊接質量起重要作用。

  因為焊接時,螺柱沖擊在工件上有自由慣性,對于結實的工件通常焊槍彈簧會跳回至螺柱夾持器的原位。但是,對于薄板在工件焊接位置上可能會有一個振蕩過程,由于這個原因會對無缺陷的凝固過程受到影響。

  此外,對于“直接接觸焊接”隨著焊接位置不同,焊接時間也會有變化。


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