[科普中国]-旋转电弧焊

简介

近年来, 对自动化和机器人化焊接工艺的需求量迅速增加, 同时也遇到了各种各样的问题, 其中包括生产扩大后焊接技术人员不足的问题。

高速旋转自动焊接方法采用电弧传感器对焊缝轨迹进行焊接控制, 明显提高焊接精确性, 也使焊接速度提高, 质量稳定。该系统对从特厚板的窄间隙焊接到薄板的高速焊接都得到了很好的应用1。

高速旋转电弧焊概述原理高速旋转电弧焊接方法的原理是电弧在电极喷嘴的旋转作用下产生高速旋转运动, 而焊丝端部则呈偏心旋转。这种方法的设计目的在于保证窄间隙焊接时能使坡口侧壁焊透。

当采用一般的重复振荡方法时, 振荡频率由于受机械限制, 其上限为4-5Hz；而采用现在的这种方法, 就能容易地使电弧的高速旋转频率达到10-100Hz。

旋转机构这种高速旋转电弧焊炬的旋转机构原理：对于窄间隙焊接, 旋转机构将电极插入狭窄的坡口中对于普通的焊接接头, 采用自动中心校正机构可以使焊炬变得更为轻巧2。

旋转电弧焊应用旋转电弧焊主要用于管件的焊接﹐焊接时把待焊管件置於磁场中﹐并用电极夹紧后通电﹐由激磁线圈所产生的径向磁场与电流的相互作用﹐使电弧沿管壁圆周旋转。均匀加热管端产生熔化金属薄层﹐然后快速加压﹐挤出熔化金属﹐便形成焊接接头。旋转电弧焊是1959年苏联研究成功的﹐但进行这种焊接所用的焊机直到70年代才出现。焊机包括电源﹑高频引弧或辅助电极引弧装置﹑夹具(电极)﹑激磁线圈和加压机构(液压﹑机械或手动加压)等部分。影响焊接质量的主要工艺参数有电功率﹑磁场强度﹑管子装配间隙﹑电弧旋转速度和时间﹑顶锻力和顶锻速度。旋转电弧焊的生产效率较高﹐与闪光对焊(见电阻焊)和摩擦焊相比﹐设备体积﹑耗电量﹑坯料损耗﹑焊缝毛刺等都小得多。它已可焊接直径达 200多毫米﹐壁厚达几毫米的管子﹐多用於普通碳钢的管与管﹑管与管板的焊接﹐如煤气管线﹑水管﹑电缆套管等﹐尤其适用於在工地进行安装焊接。

高速旋转电弧焊中的现象这种焊接方法的特征就是电弧的高速旋转, 使其物理因素, 诸如整个熔池的电弧压力与热量分布都能达到均匀一致。其中还有一些有趣的现象, 如焊道的偏斜被认为是由于对流和共振现象, 且影响焊丝的熔化。

1.焊道形成的现象

采用高速旋转电弧焊和传统焊接方法不旋转在平板上施焊的焊道经比较所得的结果。采用不旋转方法, 熔深集中在焊道的中心部分, 这是MAG焊的特征；而采用高速旋转电弧焊时, 焊道较平坦, 且较宽。随着电弧旋转速度的增大, 这种特征变得更加明显。

对于坡口宽度为12mm的试板, 电弧旋转速度从0Hz不旋转变化到110Hz, 由其焊道断面可见, 侧壁的熔深与焊道表面的曲率随旋转速度的增加而增加, 旋转速度超过40Hz, 这种趋势更为明显。估计对窄间隙焊来讲, 这种影响是不同的。

采用旋转电弧方法, 因为受到影响的表面增大, 影响熔池的电弧力的有效值就减小。这被认为是焊道会变得更加平坦的原因。因此, 这种高速旋转的电弧方式非常适用于大电流和高速的小焊脚长度的焊接。

此外, 还有一种作用, 使之在某一旋转速度下焊道向一侧偏斜。对这种情况, 考虑是由于熔池中的对流与电弧旋转之间的共振所造成的。这种特征适合于水平填角焊。

这就是说, 水平填角焊由于重力影响在底板部分会出现焊瘤, 而在立板部分会出现咬边。而采用旋转电弧焊接方法就可以避免上述缺陷。这种通过高速旋转的电弧方法来改进焊道形状的作用。

2.焊丝熔化现象

同对焊道形状的影响一样, 对焊丝熔化的影响同样是高速旋转电弧的一个特征。这种高速旋转的电弧产生一个离心力作用于焊丝端的熔滴, 影响了熔滴的过渡。实际应用表明, 焊丝的熔化率随旋转速度的提高而增大3。