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      大直徑螺柱橫焊技術(shù)研究

      2020-04-24 12:49:34朱環(huán)
      金屬加工(熱加工) 2020年4期
      關(guān)鍵詞:螺柱焊槍熔池

      朱環(huán)

      安徽理工大學(xué) 安徽淮南 232001

      螺柱焊是一種將直徑2~25mm螺柱或圓柱狀零件焊接到板件(或管件)表面的先進(jìn)焊接方法,其具有焊接效率高、質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于汽車制造、鍋爐、管道和工程機(jī)械等領(lǐng)域。在工程機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中,有大量用于安裝液壓管路、電器線路的安裝座或螺紋孔,傳統(tǒng)方法主要是板上攻螺紋或人工焊接帶有螺紋孔的安裝座,生產(chǎn)效率低、成本高,而應(yīng)用螺柱焊則可取代這些傳統(tǒng)工藝,實現(xiàn)安裝連接部件的高效加工。但是大直徑螺柱橫焊時,由于熔池受重力影響向下流動導(dǎo)致焊接質(zhì)量差,直接影響了螺柱焊的應(yīng)用。本文從螺柱陶瓷環(huán)結(jié)構(gòu)和焊接工藝兩個方面分析,提出了大直徑螺柱橫焊問題解決方法。

      1 拉弧式螺柱焊工藝介紹

      拉弧式螺柱焊是通過變壓器或整流器降壓后直接放電,其工作原理與普通電焊焊接類似,電能可以源源不斷地釋放,可焊螺柱直徑為3~25mm,螺柱焊接范圍廣,因此工程機(jī)械行業(yè)普遍采用螺柱焊接方式。使用拉弧式螺柱焊機(jī)焊接時,先將陶瓷環(huán)和螺柱放置到焊槍上,然后將焊槍垂直放置于工件需焊接區(qū)域,按下焊槍使陶瓷環(huán)緊靠于工件,扣下焊接按鈕開始焊接程序[1]。其詳細(xì)焊接過程(見圖1)分為6個步驟:啟動→焊槍提升螺柱→引弧點燃→主弧點燃熔化螺柱和工件→電弧停止,螺柱浸入熔池→焊接完成。

      圖1 拉弧式螺柱焊接過程

      2 大直徑螺柱橫焊技術(shù)難點分析

      螺柱橫焊是指將螺柱水平焊接在垂直放置的工件表面(見圖2),焊接時,金屬熔池豎直分布于螺柱焊接區(qū)域,其同時受到重力、電磁力和表面張力等共同作用,合力的作用效果將決定了熔滴的狀態(tài)和焊接的質(zhì)量。對于大直徑螺柱(≥φ19mm),隨著螺柱直接的增大,需要熔化的金屬熔液也在增大,焊接時間和焊接電流也越長,焊接熔池的體積和重力也在增大,導(dǎo)致其表面張力和電磁力無法有效克服熔滴重力的影響,熔滴將向下流動,很容易出現(xiàn)焊縫不均勻、不完整和螺柱上表面出現(xiàn)咬邊、弧坑等不合格現(xiàn)象(見圖3),所以解決大直徑螺柱橫焊問題的關(guān)鍵是解決熔池下垂問題[2]。

      圖2 橫焊示意

      圖3 焊縫不完整

      3 改進(jìn)措施

      根據(jù)大直徑螺柱焊技術(shù)難點分析可知,解決大直徑螺柱橫焊問題,主要是解決熔池受重力向下流動問題,從焊接陶瓷環(huán)結(jié)構(gòu)和焊接參數(shù)兩個方面進(jìn)行研究改進(jìn),提出螺柱橫焊解決辦法,并在生產(chǎn)中進(jìn)行推廣應(yīng)用,取得了良好效果(見圖4),此方法可以有效解決大直徑螺柱橫焊問題。

      圖4 合格焊縫

      3.1 改進(jìn)螺柱焊陶瓷環(huán)

      螺柱焊陶瓷環(huán)在螺柱焊過程中起保護(hù)和成形的作用,對拉弧式螺柱焊的焊接質(zhì)量有非常重要的作用,大直徑螺柱橫焊時,由于重力熔池向下流動,普通全齒陶瓷環(huán)(見圖5)保護(hù)和成形效果較差,不能滿足螺柱橫焊要求。為此,改進(jìn)陶瓷環(huán)結(jié)構(gòu),將陶瓷環(huán)由全齒改為半齒(見圖6),焊接時使陶瓷環(huán)無齒部分在螺柱下方,增強(qiáng)陶瓷環(huán)對熔池的保護(hù)和成形作用,從而提升陶瓷環(huán)抑制金屬熔池下垂的能力,提高焊接質(zhì)量。

      圖5 普通陶瓷環(huán)(全齒)

      圖6 橫焊陶瓷環(huán)(半齒)

      3.2 螺柱橫焊工藝

      螺柱焊主要參數(shù)有焊接電流、焊接時間、提升高度和伸出值等,根據(jù)螺柱直徑和工件材料進(jìn)行選擇相應(yīng)的參數(shù),對于大直徑螺柱橫焊參數(shù),應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行修正,最終實現(xiàn)減少重力對焊接質(zhì)量的影響,得到合格的焊接接頭。經(jīng)過大量的焊接試驗,總結(jié)出大直徑螺柱橫焊工藝應(yīng)遵循“一快、二慢、三穩(wěn)、四等”的原則。

      1)“一快”是指橫焊時要在極短時間內(nèi)大電流完成拉弧、熔化螺柱焊接部位,實現(xiàn)焊接,減小重力對焊接質(zhì)量的影響。焊接電流和焊接時間直接決定螺柱焊的焊接熱輸入,合適的焊接熱輸入是獲得合格接頭的保證,大直徑螺柱橫焊時,為了減少重力對焊接熔池的影響,電流、電壓選擇遵循的原則是在保證焊接熱輸入的前提下,適當(dāng)減少焊接時間、增大焊接電流。

      2)“二慢”是指在焊槍緩沖器的作用下將螺柱緩慢推入熔池。由于大直徑螺柱焊接時,金屬熔化量大,熔池液體金屬多,螺柱插入焊接熔池的速度過快會使熔池噴濺,無法形成完整的焊縫(見圖7),為解決熔池噴濺問題,在焊槍上安裝阻尼裝置(見圖8),調(diào)節(jié)螺柱壓入熔池的速度,減少熔池噴濺。

      圖7 熔池噴濺

      圖8 增加阻尼器

      3)“三穩(wěn)”是指焊接時手持焊槍要保持穩(wěn)定的姿態(tài),焊槍垂直工件表面;焊接時如果持槍不穩(wěn),會產(chǎn)生缺口和偏弧,金屬熔滴會從缺口處噴出,影響焊接質(zhì)量。

      4)“四等”是指焊接完成后保持固定姿態(tài)稍作等待。螺柱壓入熔池完成焊接后,金屬熔液仍處于高溫狀態(tài),尚未完全凝固,如果快速抽離焊槍,焊縫會因外力作用而變形,影響螺柱焊質(zhì)量[3]。

      4 應(yīng)用案例

      某型號礦用機(jī)械車架上有大量用于安裝液壓管路和電器線路的螺柱,以前使用人工焊接,每個螺柱焊接需要3min,焊接效率低、焊縫質(zhì)量差(見圖9),無法滿足生產(chǎn)需求;大直徑螺柱橫焊技術(shù)獲得突破后,每個螺柱焊接時間為20s,效率大大提升,獲得非常好的經(jīng)濟(jì)效益,且焊接質(zhì)量好(見圖10、圖11)。詳細(xì)情況如下:焊接螺柱φ20mm,材質(zhì)為ML08;板材厚度≥20mm,材質(zhì)為Q355B;焊接狀態(tài)為大直徑螺柱橫焊;螺柱焊機(jī)選用SYSTEM 2000E、焊槍選用DA2A;焊接參數(shù):焊接電流為1860A,焊接時間為600ms,伸出值5mm,提升高度2~3mm。

      圖9 人工焊螺柱

      圖10 應(yīng)用案例

      圖11 橫焊螺柱

      5 結(jié)束語

      通過對大直徑螺柱橫焊技術(shù)難點進(jìn)行分析,得出解決大直徑螺柱橫焊問題的關(guān)鍵是減少重力對金屬熔池的影響,經(jīng)過大量試驗,提出使用半齒橫焊陶瓷環(huán)和“一快、二慢、三穩(wěn)、四等”工藝選擇的原則,可以有效解決大直徑螺柱橫焊難點。經(jīng)生產(chǎn)驗證,應(yīng)用大直徑螺柱橫焊技術(shù),可以大大提升焊接效率和焊接質(zhì)量,取得非常好的效果,對大直徑螺柱橫焊在工程機(jī)械行業(yè)推廣應(yīng)用具有重要意義。

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