焊接工艺介绍

焊接工艺介绍一、概述二、CO2气体保护焊三、点焊四、电极一、概述1、焊接工艺的基本概念焊接工艺是根据产品的生产性质、图样和技术要求，结合现有条件，运用现代焊接技术知识和先进生产经验，确定出的产品加工方法和程序，是焊接过程中的一整套技术规定。包括焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊接顺序、焊接操作的最佳选择以及焊后处理等。制订焊接工艺是焊接生产的关键环节，其合理与否直接影响产品制造质量、劳动生产率和制造成本，而且是管理生产、设计焊接工装和焊接车间的主要依据。焊接结构生产的一船工艺过程如图所示。焊接是整个过程中的核心丁序，焊前准备和焊后处理的各个工序都是围绕着获得符合焊接质量要求的产品而做的工作。质量检验贯穿于整个生产过程，以控制和保证焊接生产的质量。每个工序的具体内容，由产品的结构特点、复杂程度、技术要求和生产量的大小等因素决定。2焊接工艺的发展概况焊接方法是焊接工艺的核心内容，其发展过程代表了焊接工艺的进展情况。焊接方法的发明年代及发明国家见表2．1.1。按照焊接过程的特点，焊接分为熔焊、压焊和钎焊三大类，每一类根据工艺特点又分为若干不同方法，见图2．1．2。目前许多新的焊接工艺正逐步用于焊接生产，极大地提高了焊接生产率和焊接质量。在重型机械、冶金矿山机械、工程机械、电站锅炉压力容器、石油化工、机车车辆、汽车等行业中普遍采用了数控切割技术、埋弧自动焊、电渣焊、CO2气体保护焊、TIG焊、MIG焊、电阻焊和钎焊等焊接方法并具有成套的焊接工艺装备。尤其是汽车生产线中采用了co2气体保护焊、TIG焊、MIG焊等焊接机器人、电阻焊机器人和自动生产线，大大提高了焊接质量和生产效率，焊接机械化、自动化水平己达到总焊接工作量的35％一45％。与工业发达国家相比，我国的焊接机械化和自动化水平还较低，按熔化焊来计算，目前日本为67％，德国为80％．美国为56％，原苏联为40％，而我国还不到20％，其主要原因是我国焊接生产主要还靠手工电弧焊，自动化水平高的气体保护焊和埋弧自动焊应用少。从焊接生产工艺装备水平来看，我国近年来，生产了成套的焊接工艺装备和焊接生产线，也有的厂家从国外引进了自动化水平较高的焊接辅助装置、焊接质量和生产效率有了很大提高。计算机控制系统在焊接生产工艺中的应用、在国外已经比较普遍，除用于焊接工艺参数的控制之外，还可用于整条生产线、焊机的群控。它还可以根据材料厚度自动选择并预置焊接工艺参数．对焊接过程实现自适应控制、最佳控制以及智能控制等。研究开发具有智能的焊接机器人，特别是具有自动路径规划，自动校正轨迹，自动控制熔深的机器人将是近期和21世纪的重点方向。电子束、激光、等离子等高能束流用于焊接，可以完成难熔合金和难焊材料的焊接，焊接熔深大、热影响区小、焊缝性能好、焊接变形小、精度高，并具有较高的生产率。必将在核、航空、航天、汽车等工业中得到广泛的应用，推进焊接工艺的进步。采用复合热源焊接是焊接工艺的又一发展动向。利用复合热源焊接不仅可以降低焊接成本，而且可以扩大焊接的材料。目前激光加电弧的复合热源已在国外开始采用，采用等离子和位于工件背面的TIG电弧复合热源也有效地增大了熔深，为大厚度工件的焊接开辟了新途径。焊接结构生产的一般结构过程二、CO2气体保护焊1、二氧化碳气体保护焊的特点及分类二氧化碳气体保护焊是利用二氧化碳作保护气体，以燃烧于工件与焊丝间的电弧作热源种焊接方法，简称Co2焊。由于二氧化碳具有一定的氧化性，因此，二氧化碳焊一般采一定脱氧元素的专用二氧化碳焊丝。2、二氧化碳气体保护焊的特点及应用(1)优点1)焊接成本低Co2气体及Co2焊焊丝价格便宜，焊接能耗低，因此，二氧化碳气体保护焊的使用成本很低，只有埋弧焊及手工电弧焊的30％一50％。2)焊缝质量好二氧化碳气体保护焊抗锈能力强，焊缝含氢量低，抗裂性能好。3)生产效率高二氧化碳气体保护焊的电弧集中，熔透能力强，熔敷速度快，因此生产效率高；半自动二氧化碳焊的效率比手工电弧焊高1—2倍，自动二氧化碳焊比手工电弧焊高2—5倍。4)适用范围广适用于各种位置的焊接、而且既可用于薄板的焊接又可用于厚板的焊接。5)便于实现自动化二氧化碳焊是明弧焊，便于监视及控制，而且焊后无需清渣，有利于实现焊接过程机械化及自动化。(2)缺点1)焊缝成形较粗糙，飞溅较大。2)劳动条件较差．二氧化碳焊弧光强度及紫外线强度分别为手工电弧焊的2——3倍和20一40倍，而且操作环境中cO2的含量较大，对工人的健康不利。(3)二氧化碳焊的应用目前，二氧化碳焊已广泛用于机车车辆业，汽车、摩托车、船舶、煤矿机械及锅炉制造，主要用于焊接低碳钢及低合金钢。此外补焊以及电铆焊等方面。二氧化碳焊还用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊接。3、二氮化碳焊设备的组成及分类(1)二氧化碳焊设备的组成二氧化碳焊设备由弧焊电源、控制箱、送丝机构、焊炬及供气系统组成。自动Co2焊设备还配有行走小车或悬管梁等，而送丝机构及焊炬均安装在小车上或悬臂梁的机头上。大电流CO2：焊设备还配有水冷系统。半自动二氧化碳焊机通常由电源、控制盒、送丝机构、焊炬等组成，其典型配置图如图3．6．I所示。电源与送丝机构分离的二氧化碳焊机称为分体式焊机；电源与送丝机构安装在一个机箱中的焊机称为一体化焊机。半自动二氧化碳设备—般用细焊丝进行焊接。由于细丝焊接时电弧具有很强的自调节作用，因此，通常选用平特性或缓降特性的电源，配等速送丝机构。这种匹配可保证在受到外界干扰时，弧长迅速恢复到原来的长度，保证焊接规范参数的稳定。通过改变送丝速度可调节电流，改变电源外特性可改变电压，因此，规范参数的调节方便。1)电源粗丝二氧化碳焊设备要求使用陡降外特性的电源．采用弧压反馈调节来保持弧长的稳定。细丝二氧化碳焊设备要求使用具有缓降外特性或平特性的弧焊电源，采用自调节作用来保持弧长的稳定。二氧化碳焊设备仅采用直流电源，焊接时一般采用反极性接法。2)控制箱控制箱中装有焊接时序控制电路。其主要用途是控制焊丝的自动送进、提前运气、滞后停气、引弧、电流通断、电流衰减、冷却水流的通断等。对于自动焊机，还要控制小车或其他行走机构的行走。3)送丝机构及焊炬二氧化碳焊设备的送丝机构和焊炬与熔化极氩弧焊相同4)气路和水路①气路系统除了一般气体保护焊气路系统中必须有的气瓶、减压阀氧化碳焊机的气路系统有时还需安装预热器及干燥器。安装预热器是为了防止二氧化碳中的水分在钢瓶出气口处或减压阀中结冰而堵塞气路。焊接过程中钢瓶内的液态二氧化碳不断气化，气化过程中要吸收大量的热，而且钢瓶中的二氧化碳是高压的，经过减压阀减压后，也会使气体温度下降；气体流量越大，温度下降越明显。因此，气体流量较大时(大于10L／min)，在减压阀之前必须安装加热器，以防止气体中的水分结冰。通常采用电热式加热器，其结构比较简单，只需将套有绝缘瓷管的加热电阻丝套在通二氧化碳气体的紫铜管上即可。气路中安装干燥器是为了减少焊缝中的含氢量。一般市售的二氧化碳气体中含有一定量的水分，因此需在气路中安装干燥器，以去除水分，减少焊缝中的合氢量。干燥器有两种：高压干燥器和低压干燥器。高压干燥器安装在减压阀前，低压干燥器安装在减压阀之后。一般情况下，只需安装高压干燥器。如果对焊缝质量的要求不高，也可不加干燥器。②水路系统水路系统通以冷却水，用于冷却焊炬及电缆。通常水路中设有水压开关，当水压太低或断水时，水压开关将断开控制系统电源，使焊机停止工作，保护焊炬不被损坏。4、焊接材料选择二氧化碳气体保护焊的保护气体是二氧化碳，因此焊接材料的选择主要指焊丝的选择。焊丝可分为实芯焊丝和药芯焊丝。表2．3．37给出了适合于二氧化碳气体保护焊的实芯和药芯焊丝的性能及用途。5、焊前清理二氧化碳气体保护焊采用二氧化碳作为保护气体，电弧气氛的氧化性比较强，因此对于工件表面的锈、油污等污物不太敏感，对于一些不重要的焊件，可不进行焊前清理。焊前清理可参照手工电弧焊酸性焊条焊接时的清理要求。6、焊接工艺参数CO2焊的焊接工艺参数主要有焊丝直径、焊丝干伸长、焊接电流、电弧电压、焊接速度等。焊丝直径影响熔深、焊丝熔化速度及熔滴过渡形式。直径大于2mm的焊丝只能用于细颗粒过渡的焊接。焊接电流相同的情况下，焊丝直径超小，熔深越大，熔化速度越高。一般地，细丝用于焊接薄板，随着被焊板材厚度的增加，焊丝直径也应该相应增加。表2．3．38为各种焊丝直径的适用范围，供选择焊丝直径时参考。焊丝干伸长度也是一个重要的参数。干伸长度越长，其电阻热越大，预热作用越强，送丝速度不变时，将降低焊接电流，容易引起未焊透和未熔合等缺陷。干伸长度越小，若送丝速度不变时，将提高焊接电流，容易在全位置焊时引起铁水的流失，另一方面也影响观察电弧，影响焊工操作。焊接电流影响熔敷速度及熔深．电流增加，熔敷速度和熔深都要增加。反之，熔敷速度和熔深都要减小。选择电流时必须根据焊丝直径，不同的焊丝直径都有一个合适的电流区间，在这一区间，焊接过程才能稳定进行。不同焊丝直径适合的焊接电流区间。电弧电压的大小影响焊接过程的稳定性、焊丝金属熔滴过渡形式、焊缝金属的氧化和飞溅等。电弧电压增加，熔宽明显增加，熔深略有减少，但增加焊缝金属的氧化和飞溅、降低焊缝的力学性能。电压和电流必须适当配合，才能获得良好的工艺性能。由于co：气体保护焊的电弧静持性是上升特性，所以电弧电压随焊接电流的减小而降低。CO2气体流量的大小，应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度、喷嘴直径来选择。三、电阻焊的方法及应用——点焊部分1、点焊点焊是依靠被焊工件接触面之间形成的焊点、将工件连接起来的电阻焊方法。按一次形成的焊点数，可分为单点焊和多点焊；按对焊件的供电方向，可分为单面点焊和双面点焊等。典型的点焊方法如图3．8．2所示。最常见的点焊方法是双面点焊(电极从工件两侧供电)，尤其是双面单点焊。单面点焊主要用于电极难以从两侧接近工件或工件一侧要求压痕较浅的场合。点焊接头的尺寸可参考表3．8．1大致确定，常用金属材料的焊接点距见表3．8．2。点焊是一种高速、经济的连接方法，适用于制造可装配成搭接接头、接头无密封性要求的薄板构件，如汽车驾驶室、轿车车身、长机机翼、仪表壳体，也可用于焊接建筑用钢筋、电器元件引线、家用电器等。2、点焊机（1）焊机的分类点焊机的分类见图3．8．7。通用焊机可焊接各种不同厚度和形状的工件，专用焊机则用于焊接形状、尺寸、厚度、材质接近的一定类型的工件。中大功率焊机重量大，一般都固定安装。焊接外形复杂或尺寸较大的薄壁工件时，工件通常不动而使焊机(焊钳)相对工件移动。绝大多数通用点焊机采用双面馈电，可用于焊接各种尺寸和形状、各类金属材料的工件，通常一次焊接循环获得一个焊点。单面点焊可提高生产率，减小焊接变形，并可从单面接近某些可达性差的焊件。（2）固定式焊机通用固定式焊机主要有摇臂式和直压式两种。前者仅用于点焊，后者适用于点焊和凸焊。直压式固定点(凸)焊机的组成见图3．8．8。其中，加压机构、冷却系统和机身等组成机械部分；焊接回路、阻焊变压器、主电力电路、功率调节机构利控制设备等组成电气部分。图3．8．9是点（凸）焊机焊接回路示意图。直压式焊机的下电极通常固定不动，而上电极沿垂直方向作直线运动。电极压力通过气缸或油缸带动电极施加于工件。通用直压式焊机大多数采用气动加压系统，既能用于点焊也能用于凸焊(图3．8．12)。点焊机的管伸长度一般较大，而凸焊机的臂伸长度都很小(因刚度要求高)。此外，凸焊机要求加压机构的随动性要好，因而均采用滚动导轨、小质量活塞和蝶形弹簧缓冲等措施，以提高电极运动部分的跟随性。直压式焊机有工频交流、次级整流、直流冲击波、电容贮能等多种类型。这类焊机的功率一般都比较大，所以焊接变压器常采用次级绕组水冷、初级绕组可分段串——并联的壳型变压器。级数换接器以插刀式居多，主电力开关通常采用大容量的整流元件(晶闸管或引燃管)。国产凸焊机大多数为专用焊机，通用凸焊机品种很少。在凸焊质量要求不高时，可用直压式点焊机代替凸焊机进行凸焊。（3）移动式焊机移动式焊机分为两类，即悬挂式焊机和手提式焊机。前者用于焊接形状复杂、笨重庞大、移