薄板件焊接的创新工艺_一_
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I
薄板件焊接的创新工艺
气体保护钨极电弧焊(简称GT-AW)广泛应用于手工、自动化和机器人等焊接制造场合。其主要优点是焊缝质量高,然而在焊接速度和熔深等方面却有一定的局限,无法与其他全自动焊工艺媲美。
通过结合GTAW焊缝质量高和气体保护焊(简称GMAW)生产率高的特点,一项新型焊接工艺发展起来,提高了自动冷丝GTAW工艺。这项技术的关键部分是对原有焊枪的重新设计:焊丝通过气嘴一侧送进,相对焊枪的轴线倾斜一个很小的角度。这种结构减小了焊枪的总体尺寸,因此在复杂几何形状构件的机器人焊接中使用更易接近工件。此外,这种结构也无需保持焊丝与焊缝轴线对正,使机器人的第六轴运动更加自由,利于编程和优化机器人动作。
这种新工艺,命名为TOPTIG,也能够与焊接外围设备结合使用,比如说钨电极自动更换装置和推拉式送丝机等。它已成功运用在从镀锌薄钢板与硅青铜的无飞溅钎焊到食品加工、金属用具以及自行车制造等工业中焊接不锈钢和铝的场合。
手动移去电极
新的可
(一)
nnovativeprocessimprovesweldingofsheetmetalparts
一些产品线上原有的焊接工艺还不能满足新金属改进的要求,采用传统GM-AW工艺焊接时会产生一些缺陷,比如熔深过大、电弧燃烧不稳定、焊接效率低以及熔滴过渡不好等。
制造汽车白车身的新材料和其他常用制造要求如下:
●工件与焊丝能量分离,比如冷丝GTA或等离子焊工艺。
●焊接速度高。
●采用自动焊工艺,机器人动作平稳合理。
●停工时间损耗最小。
为90°,与焊接接头方向一致,这对它的整体大小和定位可靠来说是非常大的缺陷。焊丝的方向也要求始终与焊枪方向保持一致,这又造成机器人的第六轴过度使用,编程复杂且经常导致机器人动作放缓和不规则。此外,钨电极必须手动更换,致使机器停工时间长,潜在的电极顶尖形状和电极-工件间的距离变化也大大影响了焊接电参数和焊缝形状。
新焊枪构思
传统的机器人GTAW冷焊工艺允许能量在工件和焊丝间隔离,但是,为了保证与前述的焊接速度限制一致,通过所需电弧的部分过渡不能保证焊丝熔化率。
新工艺基于一个申请了专利的焊枪,它的能动元件包括一个整合的送丝系统(如图2所示)。焊丝(2)与电极轴以20°左右的倾斜角度通过气嘴(5),并平行于机加工过的电极顶锥。由于这种构造形式,填充金属(4)可以与电极顶部——最热的弧区靠得很近,促使填充金属熔化更快,以获得更高的熔敷速率和焊接速度。
因为GTAW焊枪的方向并不是关键,因此这种结构使得GTAW焊枪具有像GMAW焊枪一样的灵活性。电极-工件距离也不很重要,因为熔化金属通过电弧过渡到熔池。焊丝导向装置与气嘴永久固连,这样就不必也不
机器人焊接的传统GTAW焊枪
在机器人GTAW工艺中,一个焊接系统的核心是焊枪。在一些商用机器人GTA焊接系统和等离子焊接系统中,送丝系统被作为一个附加装置安装,而不是使自动操作更优化的必要装置。如图1所示,焊丝与电极夹角
vsx10
・00525
标准机器人MIG焊软管套件
vsx10・00525
新工艺介绍
汽车工业越来越注重采用一些具有成形好、抗拉强度高和屈服强度高的薄板金属来降低产品自身重量,并提高产品性能。然而,在这一点上,
单向焊丝导管
焊枪设计图
动构件
图1传统冷丝焊枪与新型焊枪接近工件的难易度
现代焊接2008年第5期总第65期J-27
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10000à16000k
o
焊接开始
引弧
焊丝送进
焊丝顶部与熔池首次接触
通过液态金属桥焊丝与熔池持续接触
通过液体桥焊丝与熔池持续接触
当焊丝速度下降时液态金属桥颈缩当送丝停止时液态金属桥变尖至断开
4000à10000k
1-焊条;2-填充金属;3-二重焊剂(可选);4-填充金属;5-焊嘴;6-保护气;7-收缩电弧;8-工件
o
图4连续桥接金属过渡模式的一个完整焊接周期。镀锌钢板,直径1mm的CuAl8焊丝,
电流150A;送丝速度为3.5m/min;焊接速度为1m/min;电极-工件距离为3mm
图2整合送丝系统和焊枪结构
电弧引燃,送丝开始
焊接送进电弧并开始熔化
焊丝顶部与熔池首次接触
液态金属桥断裂
熔滴过渡送丝速度
>熔滴过渡送丝速度
图3送丝速度不同的两种过渡模式
能改变它的位置。采用这种结构能够得到一种非常特殊的熔透方式,并具有两种不同的金属过渡模式。
熔滴长大
熔滴尺寸达到最大
熔滴过渡到熔池中
液态金属桥颈缩
两种金属过渡方式
当焊丝通过最热弧区时就会熔化,并以两种不同的过渡方式过渡到焊接熔池,见图3。过渡方式分别为熔滴过渡和连续熔桥过渡(或称为熔化金属流过渡)。2004年,日本焊接研究所研究了不同金属过渡方式下的熔池表面的震荡情况,包括连续熔桥金属过渡模式下所能达到的最佳熔深和最小熔池震荡。
图5
液态金属撕裂,焊丝继续熔化
熔滴长大
送丝停止,熔滴长大至超出电弧
电弧停止,固态熔滴残留在焊丝顶部
熔过渡模式的一个完整焊接周期。镀锌钢板,直径1mm的CuSi8焊丝,电流140A;送丝速
度为2m/min;焊接速度为1m/min;电极-工件距离为3mm
了焊接循环的各个过程:引燃、过渡、熄弧等。
这种过渡模式的优点如下:◆最大焊接速度下,熔敷率高,熔融金属过渡平稳。
◆焊缝狭窄平整。◆钨极污染小。
◆一个焊接程序结束后,焊丝端部仍然尖锐,便于下次电弧引燃。
采用合适的焊接参数设置,这种过渡模式适用于焊接所有的传统焊接
方式和丝状钎料,包括碳钢、不锈钢和铝合金等。
熔滴过渡
熔滴过渡的特点是熔滴在焊丝端部的形成是一个重复的过程。熔滴形成后,继续长大,然后在其重力和表面张力的作用下与焊丝脱离。这种方式与GMAW焊接工艺中的短路过渡十分相似,具有以下优点:
◆通过熔滴重复不断地与熔池液
连续金属熔桥过渡
当送丝速度与电弧熔化能量达到平衡时,熔化的填充金属与工件之间形成连续接触。图4所示的图片是采用激光频闪摄像系统拍摄,该频闪系统消除了电弧辐射影响。这些图片显示
J-28现代焊接2008年第5期总第65期
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表1各参数间相互影响
焊接速度
焊接(送丝)速度增加
焊接速度增加焊接速度增加焊接速度增加焊接速度减少
过渡模式熔滴液态熔滴液态液桥/稳定过渡常数常数/过渡
电弧电压增加电弧电压减少电弧电压
体表面接触,促使焊接熔池震荡,进而提高气体从焊接熔池中的逸出量,得到微观组织细小均匀的焊缝。
◆系统可在更低电流下操作。◆制造较大的焊缝。
图5所示的摄像快照是采用与连续熔桥过渡模式部分相同的技术所获得。
送丝速度越低,熔滴形状越大(是焊丝直径的3 ̄4倍),与短路熔滴过渡的滴状过渡非常相似。这种过渡模式在焊接铝合金时效果显著。
参数电流(A)电弧电压(V)电极/工件距离焊接速度(m/min)
熔化率常数常数常数常数增加减少常数常数
和焊缝轮廓,所以为保证它的形状不变,需对它进行机加工。
表2
参数电
流
参数对焊缝组织的影响
W1增加减少增加减少减少增加减少增加
D增加减少减少增加减少增加减少增加
R1
R1减少增加减少增加增加减少减少增加
W1
D
电极直径和等级
多数直流电场合都采用EWCe2电极,电极直径为2.4mm或3.2mm(3/32或1/8英寸),对应电流分别为230A和300A。GTA标准推荐参数适用于新工艺,这些电极可以采用直流和交流两种焊接模式。1.8mm(5/64英寸)电极也能应用在一些特殊场合极薄金属板的焊接,使得低电流条件下引弧和维弧更加容易。然而,1.8mm电极的运用也会导致电极中轴的热变形,可能会对电极-工件距离(EWD)产生影响,EWD可是一个关键的工艺参数。
电弧电压送丝速度焊接速度
关于过渡模式的总结
熔滴过渡模式的主要变量是熔滴大小和过渡频率。送丝速度越高,熔滴过渡频率越大,熔滴形状越小。图6显示了恒流条件下送丝速度对熔滴过渡频率的影响。这种现象可以采用激光频闪摄像系统观察到,所拍摄图片像图4和图5中显示的一样。从熔滴过渡到连续熔桥过渡的过渡带非常狭窄,通过它们各自清晰的特征噪音很容易辨别。
次要参数
不同焊接参数对工艺的影响如表1和表2所示。表1显示了参数之间的相互影响(只有一个参数改变,其他参数恒定),表2显示了这些参数对焊接熔池的影响。
电流:焊接电流影响焊缝熔深、润湿和焊丝熔化率。电流必须与母材的金属类型、厚度以及焊接速度相适应。
电压:电压取决于电极-工件距离和保护气类型。它还与焊接速度有关,因为高速焊接时电弧可能轻微向后偏转。电弧电压影响焊接熔深、熔滴过渡模式中熔滴大小和焊接熔池的润湿。常用电极-工件距离大约为3mm(1/8英寸)。如表1所示,电弧长度能减少到形成连续熔桥过渡模式,也能增加到形成熔滴过渡模式。电压值根据工件厚度以及相应的电流值进行调节。(成都奥力焊研公司
李晓娜翻译)
焊丝直径
焊丝直径取决于母材厚度(母材厚度简称为BMT)。碳钢和不锈钢焊接的推荐参数如下:
●如果BMT<1mm(3/64英寸),使用0.8mm(0.030英寸)直径焊丝。
●如果1.0mm<BMT<1.5mm(1/16英寸),使用1.0mm直径焊丝。
●如果1.5mm<BMT<4.0mm(3/16英寸),使用1.2mm(0.045英寸)直径焊丝。
连续过渡1.5-1.2
焊丝送进速度不稳定过渡
主要参数
设定正确的焊枪电极-焊丝距离(简称EWD)非常重要。EWD应该设定为焊丝直径的1 ̄1.5倍。因为电极端部形状的任何变动都会影响焊接参数
熔滴过渡
3-4
●对于铝的焊接和钢的钎焊(采用CuAl和CuSi焊丝),焊丝直径必须相对提高。焊丝直径影响工艺过程的熔敷速率和焊接熔池的润湿。
图6不同送丝速度下的过渡模式
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