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| 沈陽第一機(jī)床廠焊接工藝的介紹及在機(jī)床業(yè)的應(yīng)用 | | 發(fā)布者：admin 日期：2012/6/5 點(diǎn)擊：319 | | | 沈陽第一機(jī)床廠自80年代初以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，機(jī)床行業(yè)也得到了高速發(fā)展，生產(chǎn)工藝也逐漸向國際水平看齊。我公司在全國機(jī)械行業(yè)率先全面引進(jìn)美國V沈陽第一機(jī)床廠ERSON公司全鋼壓力機(jī)的技術(shù)，機(jī)械壓力機(jī)大型構(gòu)件由以前的鑄件轉(zhuǎn)向了焊接結(jié)構(gòu)件，焊接技術(shù)水平也相應(yīng)得到了提高，由以前浪費(fèi)大、效率低的手工電弧焊轉(zhuǎn)向了效率明顯提高的半自動(dòng)氣體保護(hù)焊。
二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在我公司已使用了十幾年，焊接工藝日趨成熟，但在焊縫外觀質(zhì)量上還存在一些問題。在同類產(chǎn)品焊接生產(chǎn)過程中，目前發(fā)達(dá)國家已普遍使用二元甚至三元混配氣體加實(shí)芯焊絲保護(hù)焊(Gas Metal Arc Welding簡稱GMAW)或純二氧化碳?xì)怏w加藥芯焊絲保護(hù)焊(Flux-Cored Arc Welding簡稱FCAW)代替二氧化碳?xì)怏w加實(shí)芯焊絲保護(hù)焊(GMAW)。在我公司制造水平不斷提高過程中沈陽第一機(jī)床廠選擇適當(dāng)?shù)暮附庸に嚪椒ǎ瑢?duì)提高我公司產(chǎn)品質(zhì)量尤顯重要。由于目前國內(nèi)藥芯焊絲及混配氣價(jià)格偏高，我公司焊接生產(chǎn)依然采用實(shí)芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。本文將從熔滴過渡的基本原理入手分析，結(jié)合我公司焊接技術(shù)發(fā)展情況，探討未來焊接技術(shù)發(fā)展的方向。2 焊接工藝分類 焊接過程按金屬熔滴方式可分為5種模式：短路過渡模式；顆粒過渡模式；射流過渡模式；脈動(dòng)過渡模式；高速射流過渡模式。這五種模式中前三種模式在國內(nèi)較常見，本文將針對(duì)這三種模式進(jìn)行分析。2.1 短路過渡模式
在短路過渡過程中，焊絲與金屬熔池接觸后才會(huì)形成熔滴過渡，焊絲熔化的速率和送絲速度決定了熔滴過渡處在一種間歇狀態(tài)。當(dāng)送絲速度大于焊絲的沈陽第一機(jī)床廠熔化速度時(shí)，焊絲接觸到熔池形成短路狀態(tài)，電流迅速增大，通過焊絲的熱量迅速增加，同時(shí)，焊絲開始變形，在電磁力的作用下焊絲末端形成很細(xì)的頸部，最終在電流和電磁力的持續(xù)作用下焊絲末端頸部斷開，形成熔滴進(jìn)入熔池。短路狀態(tài)結(jié)束后，在焊絲和熔池之間形成電弧。這個(gè)過程每秒重復(fù)50～250次(圖1)。由上述可見在短路過程中，工件與焊絲之間無電弧存在，總的熱輸入量低且溶池深度較淺，焊接較厚的板材時(shí)需要仔細(xì)的選擇工藝參數(shù)以確保工件被焊透。在另一方面，由于其熱輸入量低，熔池凝固較快，這種熔滴過渡形式對(duì)全位置焊接來講較為理想，也適用于要求變形小的薄板焊接。圖1 短路過渡狀態(tài)示意圖2.2 顆粒過渡模式
熔滴顆粒過渡模式特點(diǎn)在于熔化的金屬以大顆粒形式穿過電弧形成熔滴過渡。這種過渡對(duì)焊接電流和電壓有要求，必須是在短路過渡和射流過渡兩者電流、電壓值之間。用CO2作保護(hù)氣體時(shí)，電流比短路過渡狀態(tài)時(shí)的電流大，而且熔滴的尺寸往往是焊絲直徑的2～4倍。熔滴過渡不是沿著電弧的軸線，而是在焊絲末端由于電弧力的影響向上撓曲，最后在熔滴的重力作用下掉入熔池沈陽第一機(jī)床廠中，或熔滴過大與熔池短路形成過渡(圖2)。圖2 熔滴顆粒過渡狀態(tài)示意圖2.3 射流過渡模式
在射流過渡模式中，焊絲末端熔化的金屬以小顆粒形式沿電弧軸線穿過電弧到達(dá)熔池。當(dāng)保護(hù)氣體中混有80％的氬氣時(shí)，對(duì)任何直徑的焊絲熔滴過渡形式將隨著電流的增大由顆粒過渡狀態(tài)向射流過渡狀態(tài)變化。在射流過渡狀態(tài)下，電弧呈壓縮狀態(tài)，熔滴直徑小于或等于焊絲直徑(圖3)，熔滴過渡速率可達(dá)每秒鐘幾百次。圖3 射流過渡狀態(tài)示意圖3 焊接工藝選擇依據(jù)及趨勢(shì)分析 針對(duì)我公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，由于焊接構(gòu)件較大，板材較厚，目前使用純CO2氣體加實(shí)芯焊絲，為了使焊縫焊透，只能采取加大電流的方法。而加大電流帶來了結(jié)構(gòu)件焊后變形及材料和能源消耗的增加。為了改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本沈陽第一機(jī)床廠，勢(shì)必要從焊接工藝著手進(jìn)行研究。通過上述三種熔滴過渡模式原理上的比較，我們認(rèn)為選擇第三種模式將帶來如下好處：
(1)焊縫外觀質(zhì)量明顯改善。目前我公司使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊接電流在280～300A范圍內(nèi)，熔滴過渡模式為顆粒過渡模式。由于焊后飛濺較大，焊接結(jié)構(gòu)件外觀質(zhì)量受到影響，而要保證外觀質(zhì)量，焊后清理工作很繁重，也增加了清理成本。根據(jù)我公司實(shí)際生產(chǎn)情況，每個(gè)結(jié)構(gòu)件(50～60t)相應(yīng)的清理工作量為焊接工作量的1/3左右。
(2)焊縫機(jī)械性能提高。下表是用混配氣和二氧化碳?xì)怏w具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，由表中數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)在低溫狀態(tài)下，焊縫抗沖擊值明顯提高。氣 體 沈陽第一機(jī)床廠種 類機(jī)械性能
σb
(N/mn2)σs
(N/mn2)斷面收縮率
(％)沖擊功J
－40°C常溫
混配氣
(Ar80％＋20％CO2)4102532662106
CO2418253283095
(3)焊縫金屬熔敷率增加，焊絲用量降低。如圖4所示，隨著電流的增大，氣體保護(hù)焊熔敷率將低于90％，而使用混配氣體熔敷率將提高10％，使焊絲的沈陽第一機(jī)床廠直接使用成本降低。按直徑1.2mm的焊絲目前市場(chǎng)價(jià)格6500元/t計(jì)算，每噸焊材節(jié)約650元。圖4 含碳量為0.45的低合金鋼焊絲CO2保護(hù)焊與混配氣體保護(hù)焊熔敷率比較 (4)焊接速度提高，降低單位生產(chǎn)成本。焊接速度提高有賴于焊接保護(hù)氣體的選擇、保護(hù)氣體的熱傳導(dǎo)特性、氧化性和金屬過渡的形式。具有高熱傳導(dǎo)性的氣體，能使熔池保持最高的熱量和最佳的流動(dòng)性。具有一定氧化性的氣體又能有效地降低熔池表面張力，改善焊縫金屬在母材表面的浸潤性，使焊縫易于在母材表面形成，不斷弧。在能實(shí)現(xiàn)射流過渡的前提下，焊接速度必然能提高。由于焊接速度的提高，必能降低單位時(shí)間內(nèi)的人工成本和管理費(fèi)用。
(5)由于金屬熔敷率和焊接速度的提高，在原有生產(chǎn)能力不變的情況下，生產(chǎn)時(shí)間必然縮短。因此焊接生產(chǎn)過程中保護(hù)氣體用量將明顯下降(圖5)。這樣沈陽第一機(jī)床廠也就相應(yīng)減少了用氣量，降低了成本。圖5 5mg/g為每克熔敷金屬所消耗的氣體(mg) 由上述可見，選用混配氣體加實(shí)芯焊絲已成為目前各廠家可以選擇和實(shí)現(xiàn)的一種焊接工藝方法。
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