氣體保護(hù)焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊,簡(jiǎn)稱氣電焊。根據(jù)氣電焊的電極熔化與否,分成熔化極氣電焊和非熔化極氣電焊兩種。熔化極氣電焊,以焊絲作為電極,在施焊過程中,電極又作為填充金屬熔入熔池形成焊縫金屬;非熔化極氣電焊,用純鎢或活化鎢作為電極,施焊過程中電極不熔化,添加填充焊絲或不加焊絲形成焊縫金屬。氣電焊的外加氣體,按其化學(xué)活潑性不同,又分惰性氣體(如Ar、He或Ar+He)保護(hù)焊和活性氣體(如CO2、Ar+O2、Ar+H2)保護(hù)焊。通常焊接奧氏體型不銹鋼以氬氣保護(hù)焊為主,其焊接方法分類見圖3-31所示。
提高焊接生產(chǎn)效率主要包括兩個(gè)方面:一是以提高焊接材料的熔化速度為目的高熔敷率焊接,即要求在單位時(shí)間內(nèi)熔化更多的焊接材料,主要用于厚板焊接,熔敷速率可達(dá)30kg/h;二是以提高焊接速度為目的的高速焊接,它的基本出發(fā)點(diǎn)是在提高焊接電流的同時(shí)提高焊接速度,以維持焊接熱輸入大體上保持不變,主要用于薄板的焊接,最常見的焊接速度為普通CO2焊的3~8倍。
從目前研究和應(yīng)用情況看,提高焊接熔敷率和焊接速度有以下途徑:
1. 利用保護(hù)氣體的不同匹配使焊絲熔化速度大幅提高,從而提高焊接熔敷率,如TIME焊和LINFAST焊等。
2. 采用復(fù)合多熱源提高焊接效率,如多絲氣體保護(hù)焊和激光復(fù)合焊等。
3. 利用活性元素獨(dú)特作用提高電弧熔深能力,減少焊縫截面尺寸,提高焊接效率,如A-TIG工藝和A-LASERA 工藝等。
4. 采用焊接電源的特殊輸出波形提高焊接速度,如Lincoln公司的RapidArc 焊接速度可達(dá)2.5m/min。
目前,國際上對(duì)高效MAG焊的定義為:按DVS-No.0909-1制定的標(biāo)準(zhǔn),即對(duì)于直徑1.2mm的焊絲,送絲速度超過15m/min,或熔敷率大于8kg/h的MAG焊稱為高效MAG焊。
介紹幾種高效氣體保護(hù)焊的方法:
一、TIME 焊接技術(shù)
TIME焊接工藝(transfer ionized molten energy process)是1980年研究成功的,它屬于MAG焊范疇的方法。但與普通MAG不同的是:其一,保護(hù)氣體(體積分?jǐn)?shù))為Ar(65%)+He(26.5%)+CO2(8%)+O2(0.5%);其二,采用較大的焊絲伸出長(zhǎng)度。采用此保護(hù)氣體成分在高送絲速度下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接,突破了傳統(tǒng)MAG焊電流極限。
TIME焊與傳統(tǒng)MAG焊比較:傳統(tǒng)MAG焊選用保護(hù)氣體為Ar、CO2、O2;焊絲伸出長(zhǎng)度為10~15mm,送絲速度為2~16m/min,焊絲直徑1.2mm,許用最大電流400A,最高送絲速度16m/min,最大熔敷率144g/min。TIME焊選用保護(hù)氣體(體積分?jǐn)?shù))為Ar(65%)+He(26.5%)+CO2(8%)+O2(0.5%),焊絲伸出長(zhǎng)度為20~35mm,送絲速度為2~50m/min,焊絲直徑為1.2mm,許用最大電流700A,最高送絲速度50m/min,最大熔敷率450g/min。
TIME焊工藝與傳統(tǒng)MAG焊工藝比較,具有明顯的優(yōu)點(diǎn):
1. 大幅度地提高了焊絲熔敷率。
2. 改善熔敷金屬和焊接接頭的質(zhì)量;這是熔滴在良好保護(hù)氣體內(nèi)進(jìn)行短距離、挺直性好的射流過渡,所以熔敷金屬不受空氣侵害和其他污染。
3. 焊接工藝性能好,由于熔滴能進(jìn)行短距離、挺直性好的射流過渡,故不受重力的影響可以進(jìn)行全位置焊接。
4. 焊縫平滑美觀,余高小,飛濺小。
二、高效MAG焊焊接材料
目前提高熔敷效率的手段中,應(yīng)用最為廣泛的是采用藥芯焊絲代替實(shí)芯焊絲進(jìn)行焊接。采用金屬粉芯焊絲比實(shí)芯焊絲的熔敷效率提高50%以上,調(diào)整保護(hù)氣體的成分可以大幅度地提高焊絲的熔敷效率。
這兩種焊絲進(jìn)行比較:
實(shí)芯焊絲適用的直徑為1.0~1.2mm,過細(xì)的焊絲不能適應(yīng)高速送絲;而直徑大于1.2mm的焊絲即使在大電流下也不易產(chǎn)生穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)電弧過渡。
藥芯焊絲可以采用直徑為1.2~1.6mm,金屬粉芯和造渣型藥芯焊絲均可以用高焊接參數(shù)實(shí)現(xiàn)高效MAG焊。尤其是金屬藥芯焊絲,由于金屬的填充率高達(dá)45%,所以采用直徑1.6mm的金屬粉芯焊絲,以電流380A電壓38V的焊接參數(shù)焊接時(shí),其熔敷速率高達(dá)9.6kg/h。金屬粉芯焊絲熔滴過渡相似于實(shí)芯焊絲。藥芯焊絲可以常規(guī)噴射過渡和高速短路過渡形式進(jìn)行焊接,但不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電弧過渡。
三、多絲熔化極氣體保護(hù)焊焊接技術(shù)
目前,多絲氣保護(hù)焊接方法主要有Tandem焊、雙絲(多絲)氣保護(hù)焊、雙絲氣電焊和三絲氣保護(hù)焊等方法。
1. Tandem焊接技術(shù)
將兩根焊絲按一定的角度在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的焊槍里,兩根焊絲分別經(jīng)互相絕緣的導(dǎo)電嘴由各自的電源供電,所有的參數(shù)都可以彼此獨(dú)立,這樣可以靈活控制電弧。可以采用直流電流和脈沖電流的電弧類型。
Tandem焊的工藝特點(diǎn):
a. 提高焊接速度2~3倍,兩根焊絲總電流大幅度地增加,而且雙電弧之間互相加熱,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的熱效應(yīng),提高了焊絲熔化速度和熔敷率;
b. 增加熔深,兩根焊絲一前一后,熔池加長(zhǎng),面積增大,母材暴露在熔池下的時(shí)間比單絲焊要長(zhǎng),母材得到充分的熔化,因而不會(huì)出現(xiàn)咬邊和潤(rùn)濕不良的現(xiàn)象,在厚板焊接的情況下,顯著增加了熔深;
c. 提高了焊縫的韌性;
d. 降低了焊縫氣孔敏感性,因?yàn)槿鄢孛娣e增大,氣體的析出時(shí)間變長(zhǎng),加上雙電弧的作用增加了攪拌熔池的頻率,這樣就使得滲透到液態(tài)金屬中的氣體在金屬冷卻之前浮出熔池,顯著減少焊縫中的氣孔現(xiàn)象;
e. 電弧穩(wěn)定,熔滴過渡容易控制
Tandem 雙絲氣體保護(hù)焊是一種高效、高速、適應(yīng)性強(qiáng)和節(jié)能的焊接方法。和普通的氣保護(hù)焊相比,其焊接效率提高3~6倍,焊接速度提高2~3倍。該工藝可以焊接碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和鋁等金屬材料,廣泛應(yīng)用于造船、汽車、管道、壓力容器、機(jī)車車輛和機(jī)械工程等行業(yè)。由于具有很高的焊接速度,所以這種焊接一般要通過機(jī)器人或自動(dòng)焊實(shí)現(xiàn)。
2. 雙絲(或多絲)氣體保護(hù)焊
主要有雙絲串聯(lián)MAG高速焊接、雙絲氣體保護(hù)焊加單熱填絲的三絲焊接和三絲熔化極氣體保護(hù)焊接3種形式。