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美国飞马特等离子焊接工艺及技术特点


 

一.受保护的电极

钨电极棒隐藏在焊枪喷嘴的后方,外界不纯物不至于碰触到炽热的电极棒。多了这一层保护,钨棒的更换时间大大延长。而氩焊时,钨棒伸到外面,使钨棒在存在焊件表面的油污,氧化物等污染物下,这些污染物于高温时会侵蚀钨棒。另外,使用高频氩焊起弧时,高频也会逐渐侵蚀钨棒表面,导致不易起弧,造成经常的停机更换钨棒及焊接品质不良增多的报废品。氩焊时,根据焊件的清洁度及生产率,往往每个小时要更换钨棒12次。而更换钨棒所需时间又决定于焊枪在焊接夹具上拆装的难易度。每次更换电极所需时间约五分钟以上,耗去不少宝贵的生产时间。一个8小时的班,每天更换电极所消耗的总时间,可以求出失去生产力时间的百分比,很容易计算出经常更换钨棒所吃掉的成本。


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二.可靠的起弧

起弧的方法是由焊枪喷嘴边缘的引导弧引发主电弧。引导弧是由钨棒及喷嘴间的弧维持。它是由控制箱中的高频波发生器所产生的高频波,引发一股低幅直流电令气体离子化。一旦引导弧出来后,就不再需要高频波了。这样氩焊中的高频干扰和高频污染问题在等离子焊中就不存在了。引导弧会一直保持着,以便帮助引发由另一直流电源所产生的主电弧。

 

 

三.聚集的电弧

将一个喷嘴旋进焊枪本体前端,喷嘴能使电离气以层状流出,并使焊弧集中。焊弧集中的程度决定于下列三个因素:喷嘴孔径,离子气流量及钨棒在喷嘴内的后缩距离(电极与喷嘴间的距离)。高离子气流量及电极退缩到极限可获最聚集的电弧。这种电弧常用于欲获得匙孔单道,对接,需最大渗透力,较狭窄焊缝,减少热影响区以及降低母材的变形量。一般用于较厚的母材。减少电极的后缩距离以及离子气的流量可获较柔和,较不集中的电弧。这种电弧用于熔融式焊接(非匙孔焊接),容许较高的焊接速度及焊接较薄的母材。

几乎所有以氩焊能够焊接的金属都可利用等离子焊接法施焊。等离子焊接法在大量而重覆性生产焊接时,表现出最大优点。这些应用场合包括熔融式点焊,角缘焊接,叠层片焊接及圆周/直缝焊接。再者,这些应用场合均有一共通性,那就是重覆性而近乎连续的焊接工作。能提供可靠起弧及保护电极减少更换次数的引导弧,是这些应用场合得以提高生产力的重要因素。

 

四.气体选择

离子气及保护气的选择如下:

1.等离子气体:

氩气       氩气是最恰当的离子气体。它可用于所有的母材。它是完全的惰性,也就是说它在任何温度压力下不会与其它物质产生化合物。它的低电离电压确保可靠的起弧及稳定的导弧。它提供良好的电弧稳定性及极佳的保护罩,保护钨棒。

/       有时加入少量的氢气到氩气中有点裨益。它将提高对熔池的热输

(95/5)     入量。氩/氢混合气产生较热的焊弧改善渗透力及熔池的流动性。

比起纯氩气来,使用氩/氢混合气时焊枪零件消耗较多。

2.保护气体

氩气        可基本用于所有的焊接母材,但氩气可能无法满足高电弧电压的等离子焊接工作,因为熔池的流动性可能不够,易引起稍微的边缘凹陷以及表面的氧化现象。这时采用氩/氢、氦或氩/氦混合气将有所改善。

/

(95/5%)  /氢混合气能提高对熔池输入的热量。加入氢气到氩气中,降低了熔池的表面张力,可提高焊接速度。由于降低了熔池的表面张力,有助于熔池中气体的溢出,所以因陷入气体所产生的气孔的危险性也降低。在高速度下焊接,也能避免边缘凹陷,可获较平整的焊道。除提高加热效能外,氢气有助焊剂的效应,在焊接不锈钢、镍或高镍合金时能减少氧化物的产生。当焊接镍或镍合金时,氢气能真正防止气孔产生。一般来说,母材愈薄,可以掺入愈多的氢气。1.6mm以下薄片金属行自动焊接时,使用含高百分比氢的保护气,可以提高焊接速度。

         以氦取代氩气可使输入焊接热量提高约25%,氦气常用于焊接铝合金,铜合金及较厚的钛金属,这些散热较快速的材料需要氦气来克服。

/      将氦气加到氩气中在已知的焊接电流下可产生较热的焊弧。混合气

(75/25%)中氦气的含量必需超过40%才开时显现输入焊接热量的差异。氩气有稳定电弧的倾向。含氦75%的混合气所产生的结果与纯氦气十分相似。含75%氦/25%氩的混合气经常用于焊接厚件的钛或铜合金。

附注:

使用氦气或氦混合气可能使起弧较困难。

焊接钛或活泼金属时可能要附加拖尾保护气以减少焊道表面的氧

化现象。

五.焊接方式

等离子焊接方式有两种,熔化式(Melt-in)及穿孔式(Keyhole)焊接。

1. 熔化式熔融焊接(Melt-in)--

这种焊接形式是最常用的PLASMA焊接法。它具有较柔和、不集中的电弧,使用较低流量的离子气体,较突出的钨棒以及较小的焊接电流。电极容许最突出的位置是其尖端与喷嘴前缘齐平。这种最突出的设定位置,允许降低离子气之流量且能维持该喷嘴的最高额定电流。其焊接结果是焊道较宽,容许提高焊接速度。

优点:

1) 起弧可靠。

2) 电极受到保护。

3) 焊枪相对母材的距离变化较不敏感。

4) 改善低电流时焊弧稳定性。

5) 采用较低的电流

6) 降低热量的输入或变形量。

7) 容易引导焊弧(焊弧较不会漂游)。

8) 改善焊道外观的对称性及渗透力之控制。

标准的焊道/接合结构:

1) 熔融式点焊。

2) /缘熔融焊。

3) 法兰熔融焊。

4) 直角对接熔融焊。

5) 表面熔融焊。

6) 搭接熔融焊。

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所有氩焊方法能焊接的金属均适用本法。

 

1.1 焊口设计及夹具--

大部分状况下,使用于氩焊方法的焊口设计及夹具均适合用于等离子焊接。许多应用场合利用铜或铝协助散热的方法,可以强化焊接结果。当进行薄片金属焊接时,两片金属的边缘必需连续接触,而且必需同时熔融,共同形成一个熔焊池。接合边缘间不管是焊接前或焊接中分离,将使两片边缘各自熔融,无法接合。将边缘做成法兰状(FLANGE  TYPE),可容许更大的夹具误差。凸起的边缘,就像预留的充填材料,用来填充接缝,确保熔融材料接触两端边缘。它同时也能强化接合的边缘,减少因焊接热量所产生的变形量。焊接薄片金属厚度在8.25mm下者,建议你采法兰状接缘。

12 充填材料的加入(外填丝)--就如氩焊一般,填充焊丝可以从等离子熔焊池的前方加入。焊丝高度的调整在等离子焊接作业中要求并不严格,因为焊丝可以离开母材从等离子喷射流中加入,仍不至于对电极造成污染。然而,焊丝的送入方法,仍然重要,因为将焊丝从母材提高时,焊丝可能后缩,熔成球状。

 

备注:

·   欲行外角自动焊接时,组立及夹具必需适当,以获最佳效果。

·   大部份焊接应用场合,向下移行的立焊,可采最高的移行速度。

·   圆周或法兰缘焊接,以平焊姿态施焊可获最佳效果。

·   采用气体或铜块背护方式的焊接设计,可以改善底部焊珠形态。

·   焊接钢材时,焊接在冷轧钢或软钢上,焊缝外观最佳。

·   电极后缩量最小时,容许采用最高移行速度。

·   标准采用的离子气体是氩气。有时焊接有涂层的焊材时,采用

/氢(95/5)混合气可改善效果。

·   虽然氩气无法获得最佳的清洁效果及移行速度,但在大多数场合,可采用

来做保护气。使用氩/氢(95/5)混合气可改善熔焊池的流动性及干净程度。

·   欲获最佳效果,喷嘴/母材间距可设在1.62.4mm之间。

 

2.穿孔式熔融焊接(KEYHOLE  WELDING)--

这种形式的焊接通常以强力聚集的焊弧获得。穿孔焊接状态下,其渗透力是综合离子气及气体的动能配合热力的传导而成。籍由提高离子气流量及电极的后缩量,金属片在熔焊池前缘处被贯穿,形成一个叫做“钥匙孔”的孔。该孔是由等离子喷射气流的力量排开熔融金属而形成。当焊枪以一定的速度移行,由表面张力所支持的熔融金属向“钥匙孔”的后方流动形成焊珠。穿孔焊接几乎限用于自动焊接作业。这种技巧经常应用在厚度较厚的材料,行单焊道,需要100%渗透且不适于手工方式的穿孔焊接,因为人手无法稳定移行速度,焊接角度或填丝速度。

优点

1.降低电流。

2.单焊道。

3.减少焊口准备工作。

4.焊道狭窄。

5.用肉眼即可证实100%渗透。

6.改善焊道的对称性。

7.减少填料使用量。

缺点

1.用于平焊,水平焊及向上移行立焊等姿态。

2.对焊接参数的更改反应较灵敏。

3.限于自动焊。

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21穿孔式焊接起弧--

材料厚度在2.4mm以下,做圆周或直缝穿孔焊接时可以采用电流,离子气体及速度来作业。在此厚度范围下,穿孔形成时对熔焊池的干扰不大,所以焊珠正面及背面均相当平整。但,当材料厚度超过2.3mm时,所设定的焊接参数,足够使熔焊池在贯穿时,其底部产生挖掘作用,导致气孔或表面不平整发生。所以,直线焊接时,建议采用起弧引导板(STARTING TABS),以及可程式控制离子气及电流斜率的控制器,解决此问题。

 

22 穿孔式焊接收弧--

焊接结束时,如果突然切断电流,则所贯穿的焊孔可能不会闭合。直线焊接时假如焊件备有收弧引导板(ENDING  TABS)时不至于产生问题。圆周焊接时,可采用具控制离子气及电流斜率(收尾斜率)的控制器,容许逐渐降低焊弧压力及输入热量,使熔融金属流入孔中,然后凝固。

 

23 焊道背部气体保护--

如果某一个特定的穿孔焊接需要对焊道

底部做保护时,建议采用方型沟的背护

板。它提供焊道底部保护气,同时容许

电离气柱释放。沟槽的尺寸约11.5 T

T=金属厚度)宽及22.5 T深。沟

槽太浅会导致焊层向表面方向凹陷。

 

image.png 

 

24 填充材料的加入(外填丝)——

由于聚集的焊弧卓越的渗透力,得以减少填充材料的用量,减少焊道数目以及总焊弧时间。填充材料自穿孔焊池的前缘加入后,将沿穿孔流入形成一道经补强的焊珠。这种技巧可应用于材料厚度在6.4mm以上的单道焊接,它经常是直角对接的焊口。对根部行多焊层焊接时,由于电离气弧熔化大量母材,熔融金属则由表面张力支持,因此这一道不需外加填充料。

 

2.5 多道焊接--

多焊道焊接时,根部焊道都以穿孔焊接方式打底,再追加一至二层非穿孔方式填料焊接。在做填充或覆盖的焊道,必需调整离子气之种类流量及电弧压力才能获得。保护气中含氦气对填充或覆盖焊道有所裨益,因为它提供较广范的热效应及产生较平整的覆盖焊层。

 

附一:

1.每个喷嘴所定的最大的额定电流,是以电极后缩量设定在最大的位置,以及最大的离子气体流量求得。

2.如果电极后缩量设定在最小的位置,及在最低的离子气流流量下,一个喷嘴可使用到最高的额定电流作业。

 

附二:

下列标准的应用场合,是多年来等离子焊接相当成功的例子:

电脑外壳                        成型金属箱

影印机                            /窗框

档案柜                           小电池外壳

电容器/电瓶                   家电产品(冰箱、冰柜、洗衣机、干衣机等)

压力容器(食品/果汁/酒等储罐;印染缸;能源/化工业;各种管道业等)                        

高尔夫球头                    过滤器材

金属直管                        精密加工件

钛和金,镍和金,特殊镀层金属,等特殊金属材料行业

 

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