第三章气体保护焊设备

第三章气体保护焊设备本章主要介绍CO2气体保护焊设备和钨极氩弧焊设备的组成、特点及工作原理。第一节CO2气体保护焊设备●CO2焊是以CO2作为保护气体进行焊接的一种熔化极电弧焊。●焊接成本低(手工电弧焊和埋弧自动焊成本的40%～50%左右)。●生产率高（比焊条电弧焊高3倍左右）。●但焊接飞溅较大。主要用于焊接低碳钢和低合金钢，逐步取代焊条电弧焊的趋势。一、CO2焊接设备的组成及分类（一）设备的组成设备由焊接电源、送丝机、焊枪、气路系统、控制系统等部分组成。按操作方式可分为：半自动焊机和自动焊机两种。1.半自动焊接设备由焊接电源、送丝机、焊枪、气路系统和控制系统等部分组成。特点：移动焊枪是靠手工操作。2.自动焊设备由焊接电源和焊接行走机构（含焊枪、送丝系统和控制系统等）组成。特点：移动焊枪是由焊接小车或相应的操作机自动完成。（二）设备型号及其符号含义（GB／T10249—1988）CO2焊接设备的基本参数（三）设备的分类•抽头式CO2焊机（普及型）•晶闸管式CO2焊机（标准型）•逆变式CO2焊机（高档型）抽头式CO2焊机一体式CO2焊机分体式CO2焊机晶闸管式CO2焊机二、CO2焊接电源（一）对电源外特性的要求电源的外特性主要根据电弧燃烧稳定性和电弧自身调节能力来决定。CO2焊接电弧静特性，根据焊丝直径不同，通常为平的或上升的特性。CO2焊都是采用等速送丝方式应配合平特性焊接电源外特性。（二）对电源动特性的要求•对短路过渡形式焊接时有动特性的要求。•电源动特性指标主要有：短路电流增长速度di／dt短路电流峰值Im•电源动特性主要依靠调节焊接回路中的直流电感。（三）对电源调节特性的要求1.CO2焊的负载特性为：当If＜600A时，Uf＝14+0.05If（V）当If≥600A时，Uf＝44（V）2.可调参数为：最大工作电压Ufmax最小工作电压Ufmin焊接电流的调节主要通过改变送丝速度来实现。•最小焊接电流Ifmin。最小送丝速度υmin所对应的等熔化速度曲线的电流。•最大焊接电流Ifmax。最大送丝速度υmax所对应的等熔化速度曲线的电流。（四）焊接电源的主要部件1.焊接变压器●三相焊接变压器●静特性：平的或缓降的静特性●负载持续率：一般为60％●冷却方式：自冷或风冷●接线特点：Y／△2.抽头式变压器+三相桥式硅整流器平特性变压器+三相桥式全控整流器3.直流输出电抗器1）作用主要起改善动特性，限制短路电流，其次滤波作用。2）结构形式●闭合铁芯●条形铁芯三、送丝系统1.对送丝机的要求•送丝机是供给焊丝具有沿其轴向运动能力的机构。•它应保证所需的送丝速度范围及规定的送丝力，以保证送丝均匀、可靠和无打滑现象。•送丝速度一般为3～12M／min标准规定：电网电压±10％波动时，送丝速度的变化率＜±5％；从冷状态工作到热状态时，送丝速度变化率＜±5％。2.送丝方式3.送丝机种类（1）推丝式•它由送丝电动机、减速箱、送丝轮、焊丝盘等都安装在机架上。主要用于直径为0.8～2.0mm的焊丝，它是应用最广的一种送丝方式。一般推丝距离为3~5M。特点：电机与送丝总成、电磁阀都显露可见；不带控制程序电路板；外壳防护等级IP2×；设计上偏重于实用，轻便，操作方便；结构简单、造价偏低。特点：电机与送丝总成、电磁阀、控制程序电路板全部装在箱内，起到防尘、防雨的作用（外壳防护等级IP23）；设计上偏重于安全，体积大而重；结构复杂，造价偏高。以欧美为主流的以中、日、韩为主流的以欧美为主流的送丝轮以中、日、韩为主流的送丝轮特点：工作电压为DC24V、36V、42V；电机转子质量较大，约500g；动态响应稍慢，转动惯量较大；灵敏度不够高，机电时间常数一般在60ms以上；碳刷寿命相对较短；但生产工艺成熟，因而得到广泛应用。送丝电机特点：工作电压为DC18.3V、24V；电机转子质量较小，约100g；动态响应快，转动惯量小；所控制的灵敏度高，机电时间常数一般在50ms左右；碳刷在平面换向，使用寿命相对较长；但制造精度要求高，生产工艺复杂。带测速反馈装置的送丝电机采用带测速反馈装置的送丝电机，提高了送丝的精确度，焊接电弧更稳定。常用于数字化电焊机的精确控制。（2）拉丝式•主要用于细焊丝（焊丝直径小于或等于0.8mm）。•由于焊丝刚性小，难以推丝，这时送丝电机与焊丝盘均安装在焊枪上。（3）推拉丝式可以增加焊工的工作范围。送丝距离可达15M。推拉式送丝机推拉式送丝机主要针对细丝、软丝，如焊丝直径1.2mm以下的铝丝而设计的。有效地解决了长距离（3m以上）送细丝、软丝难的问题。四、焊枪及软管1.焊枪焊枪应具有送气、送丝和导电的功能。（1）对焊枪的要求●送丝均匀，导电可靠，气体保护良好；●结构简单，经久耐用和便于维修；●使用性能良好。（2）焊枪的类型●推丝式焊枪（自冷式、水冷式）多用于直径1mm以上焊丝的焊接。可分为半自动焊枪、自动焊枪两类①半自动焊枪●拉丝式焊枪适用于直径0.8mm以下的细丝焊接。②自动焊枪（3）焊枪的喷嘴和导电嘴①喷嘴喷嘴是向焊接区域输送保护气体，以防止焊丝端头、电弧和熔池与空气接触。按材质分为陶瓷喷嘴和金属喷嘴。金属喷嘴必须与焊枪的导电部分绝缘。②导电嘴要求导电性能良好、耐磨性好、熔点高。一般用纯铜、铬紫铜、钨青铜、锆铜制作。喷嘴和导电嘴都是易损件，需要经常更换，所以应具有结构简单，制造方便，成本低廉，便于装拆的特点。2.送丝软管它担负着从送丝机向焊枪输送焊丝的任务。•对送丝软管的要求1）应具有良好的使用性能；2）应保证均匀送丝；3）应具有足够的弹性。最常用的是一线式软管。五、气路与水冷系统气路系统包括气体钢瓶、预热器、减压器、干燥器、流量计、电磁气阀和混合配比器等。1.气路系统（1）预热器•焊接过程中钢（气）瓶内的液态CO2不断地气化成CO2气体。这气化过程要吸收大量的热量。•高压气体（50～65Kg／mm²）经减压阀减压后，气体体积膨胀也会使气体温度下降。•这引起CO2气体中的水分在气瓶出口处及减压表中结冰，使气路堵塞。•在减压之前要将CO2气体通过预热器进行加热。预热器结构一般采用36V交流供电，功率为75～100W。（2）减压器（3）流量计减压器—流量计组合式减压器—流量计—预热器组合式（4）电磁气阀作用：接通或切断保护气体。通常用直流24V或交流36V。2.水冷系统使用水冷式焊枪时，必须有水冷系统，一般由水箱、水泵、冷却水管及水压开关组成。水压开关的作用：保证当水压低或冷却水没流进焊枪时，焊接系统不能启动，以达到保护焊枪的目的。六、控制系统由基本控制系统、程序控制系统组成。1.基本控制系统焊接电源输出调节系统、送丝速度调节系统、气流量调节系统、焊车行走速度调节系统（自动焊）等。2.程序控制系统1）焊接设备的启动和停止2）提前送气和滞后停气（控制电磁气阀）3）控制水压开关（水冷式）4）控制引弧（爆断、慢送丝、回抽引弧）和（电流衰减、焊丝返烧）息弧5）控制焊车移动（自动焊）二步程序控制时序图四步控制时序图七、典型焊机电路NBC—250焊机的电气原理图NBC—350焊机的电气原理图CO2焊设备安装示意图第二节氩弧焊设备氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊。特点•氩气是一种惰性气体，保护效果好。•电弧稳定性好。•焊缝致密，成形美观。应用•可以焊接所有的金属材料。•主要用于焊接铝、镁、钛及其合金，不锈钢、耐热钢、铜合金等高合金钢以及一些稀有金属。•适合于焊接薄板（＜6mm）和超薄板。一、熔化极氩弧焊（MIG焊）是采用连续送进的焊丝作为电极，在氩气流的保护下，依靠焊丝与工件之间产生的电弧熔化工件及焊丝进行焊接。半自动焊自动焊二、非熔化极氩弧焊又叫钨极氩弧焊（TIG焊）是采用高熔点的钨棒作为电极，在氩气流的保护下，依靠不熔化的钨棒与工件之间产生的电弧熔化工件及填充焊丝进行焊接。三、钨极氩弧焊设备1.组成主要由焊接电源、焊炬、供气系统、供水系统和焊接控制装置组成。手工焊自动焊手工焊、氩弧、脉冲多用弧焊设备方波交、直流两用氩弧焊机2.焊接电源TIG焊可以采用直流、交流或脉冲电源。一般具有陡降特性外特性的手工电弧焊电源都可用作氩弧焊电源。按电流种类可分：直流TIG焊、交流TIG焊、脉冲TIG焊。1）直流电源时：采用直流正极性接法。2）交流电源时①特点●在交流正半波时—工件为正，钨极为负，钨极承载电流能力较大，电弧稳定、集中，焊缝得到足够的熔深。●在交流负半波时—工件为负，钨极为正，具有阴极雾化作用，可以清除熔池及附近区域的氧化膜。●广泛应用于铝、镁及其合金的焊接生产中。②存在的问题与解决措施会造成交流正负半波的波形不对称，出现直流分量。必须解决直流分量、引弧和稳弧问题。直流分量产生的原因★电弧在正极性半周内，钨极熔点和沸点高，且导热差，直径小，热发射（放电）容易，呈低阻特性。所以电弧电压低，焊接电流大，燃弧时间长；★而在负极性半周内，工件熔点和沸点低，且尺寸大，散热快，电子发射（放电）困难，呈高阻特性。所以电弧电压高，焊接电流小，燃弧时间短。★结果使交变的电流不平衡，产生了直流分量。其危害：减弱阴极雾化作用；变压器工作条件恶化。消除直流分量的措施3.引弧及稳弧装置•接触引弧•非接触引弧—高频引弧、高压脉冲引弧1)高频振荡器工作原理：振荡频率2500～3000VCk=0.0025μF，Lk=0.16μH，ƒ=150～200KHz高频振荡器的联接方式并联使用串联使用2)高压脉冲引弧、稳弧器①主电路在反极性开始的一瞬间外加2000～3000V左右的高压脉冲。②触发电路4.焊炬•TIG焊炬用来夹持电极、导电、输送保护气体。焊炬手把上还装有启动开关。•小型焊炬（100A）采用自冷方式•大型焊炬采用水冷方式钨极直径和端部形状5.供气系统供气系统包括氩气瓶、减压阀、流量计和电磁气阀，其原理和使用与CO2气体保护焊相同。6.水冷系统可采用自来水或循环水。7.控制系统1）控制电源的通断。2）提前供气（1.5～4S），滞后停气（5～15S）3）自动控制引弧器、稳弧器的启动和停止。4）焊接结束前电流能自动衰减。四、典型焊机介绍氩弧焊设备安装示意图思考题1.CO2焊设备的组成。2.CO2焊工艺对焊接电源的要求？3.直流输出电抗器的作用是什么？4.对送丝机的要求和种类？5.TIG焊对电源的要求？6.高频振荡器的工作原理及用途？？