管道全位置焊打底焊的研究

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1、管道全位置焊打底焊的研究（氬弧焊）摘　要：從單焊道全位置區(qū)段、送絲行為、焊接弧長(zhǎng)(電壓)、電流行為分析、工藝試驗(yàn)和接頭檢驗(yàn)等幾方面介紹管道全位置打底焊工藝特點(diǎn)，其研究成果對(duì)全位置焊接機(jī)的制造和調(diào)試具有普遍指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：區(qū)段分析　送絲行為　焊接弧長(zhǎng)　工藝試驗(yàn)　　在厚壁管全位置焊接過(guò)程中，打底焊技術(shù)是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。我們通過(guò)分析全位置管焊機(jī)工藝特點(diǎn)，制定切實(shí)可行的焊接工藝參數(shù)。即根據(jù)所焊管材材質(zhì)、直徑、壁厚，選擇焊絲材質(zhì)、直徑，確定所焊管道組數(shù)，再將每一道分8個(gè)區(qū)。這8個(gè)區(qū)焊接工藝參數(shù)可以一樣，也可以不一樣，這取決于實(shí)際焊接過(guò)

2、程需要，實(shí)際上是把一個(gè)焊接程序分為若干段，每段的指令規(guī)范都是按各區(qū)需要輸入的。工藝參數(shù)選擇方法討論　　1.區(qū)段分析　　在圖1中，1,2區(qū)處于下坡焊位置，熔化的鐵水位于鎢極前方向下流淌，此時(shí)峰值電流應(yīng)比平焊時(shí)稍大，以利于電弧吹開(kāi)鐵水去熔化其下的鈍邊部分母材，電壓適中；3,4區(qū)屬于仰焊位置，由于重力作用，送絲速度應(yīng)比平、立焊時(shí)慢些，以利熔滴過(guò)渡；5,6區(qū)段處于上坡焊位置，熔化的鐵水向下流淌位于鎢極后方，鈍邊直接暴露在電弧之下，為防止燒穿，5,6區(qū)的電流應(yīng)比其他各區(qū)都要小。且送絲速度應(yīng)該加大，以填補(bǔ)電弧熔化鈍邊后向下流淌的母材金屬，此時(shí)

3、電壓也應(yīng)比3,4區(qū)有所提高。7,8區(qū)基本處于水平位置，電壓、電流均可比5，6區(qū)稍大，送絲正常即可。圖1單焊道全位置分區(qū)　　2.送絲行為分析　　在全位置焊中，為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)熔池的控制，采用送絲與脈沖電流和鎢極擺動(dòng)同步控制技術(shù)，即脈沖電流峰值與鎢極擺動(dòng)左右端點(diǎn)停留時(shí)間、送絲速度峰值同步，脈沖電流基值與鎢極擺動(dòng)中間運(yùn)行時(shí)間、送絲速度基值同步。保證焊絲熔化充分，避免送絲干擾電弧電壓，影響弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)精度。送絲速度對(duì)焊縫成形影響很大，當(dāng)送絲速度過(guò)大時(shí)，會(huì)使送絲速度大于熔化速度，未熔化的焊絲會(huì)穿過(guò)焊接弧柱區(qū)，成段燒斷，破壞焊縫成形,影響焊接質(zhì)量

4、。同時(shí)也干擾焊接電弧電壓，造成弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)紊亂，影響焊接過(guò)程正常進(jìn)行。當(dāng)送絲速度過(guò)慢時(shí)，造成填充金屬量不足，易形成咬邊。當(dāng)送絲速度不穩(wěn)定時(shí)，易使焊縫高低不平寬度不均，波形粗劣。在全位置焊中送絲速度的及時(shí)變化很重要，在下坡焊和仰焊時(shí)送絲速度應(yīng)較平焊略慢，在上坡焊時(shí)送絲速度應(yīng)較平焊略快，填充熔池下淌金屬。焊接時(shí)要求焊炬、焊絲和工件之間保持正確的相對(duì)位置(圖2)，防止焊絲與高溫的鎢極接觸燒損鎢極，影響鎢極發(fā)射電子能力和電弧穩(wěn)定性，若送絲角度太大，焊絲端部可能會(huì)有一部分插入熔池中，使焊絲熔化速度較原有給定送絲速度變慢，焊絲端部會(huì)插入熔池底部，

5、影響焊絲正常送進(jìn)，破壞焊縫成形和焊質(zhì)量。若送絲角度太小，鎢極擺動(dòng)焊絲會(huì)和熔池前端焊道刮擦，使焊絲發(fā)生顫動(dòng)，造成熔滴飛濺，影響焊接過(guò)程正常工作和焊接質(zhì)量。圖2焊炬焊絲進(jìn)入熔池的位置　　3.焊接弧長(zhǎng)(電壓)、電流行為分析　　脈沖焊接電流在焊接上的一個(gè)重要應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形，由焊接電壓流峰值保證背面熔透，焊接電流基值防止燒穿。本文中的全位置自動(dòng)TIG管焊機(jī)采用鎢極擺動(dòng)脈沖TIG焊工藝，焊槍實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3所示。圖3　鎢極擺動(dòng)脈沖TIG焊鎢極的運(yùn)動(dòng)軌跡從圖3可以看出，在鎢極擺動(dòng)到端點(diǎn)(5至4和3至2區(qū)間)，焊接電流為峰值Ip；而

6、在鎢極擺動(dòng)過(guò)程中(4至3和2至1區(qū)間)，焊接電流為基值Ib。由電弧靜特性曲線可以看出(如圖4所示)，峰值電流Ip與基值電流Ib分別對(duì)應(yīng)了兩個(gè)弧壓Up和Ub。從圖5還可以觀察到，弧壓隨電流的變化不是瞬間的，而且存在一個(gè)小的振蕩現(xiàn)象。脈沖交變的前沿振蕩時(shí)間約為幾個(gè)毫秒。圖4　脈沖焊時(shí)的電弧電壓圖5　脈沖焊時(shí)電弧電壓波形　　不難分析，僅取電壓作為控制參量，如果只設(shè)定一個(gè)電壓值，對(duì)應(yīng)基值、峰值電流會(huì)有兩個(gè)電弧長(zhǎng)度，操作機(jī)使用自動(dòng)添絲，兩個(gè)電弧長(zhǎng)度是我們不希望的。于是設(shè)計(jì)可以設(shè)定兩個(gè)壓值，分別對(duì)應(yīng)基值、峰值電流，只要兩個(gè)電壓值設(shè)定合理，兩個(gè)

7、電流會(huì)有一個(gè)電弧長(zhǎng)度。同時(shí)也可通過(guò)設(shè)定不同電壓值的方法，設(shè)置基值、峰值電流對(duì)應(yīng)兩個(gè)電弧長(zhǎng)度，且基值、電弧長(zhǎng)度可控，以實(shí)現(xiàn)變弧長(zhǎng)控制。　　在窄間隙U形坡口全位置焊中，由于導(dǎo)軌安裝精度和坡口加工精度的限制，導(dǎo)軌與環(huán)縫不可能處處平行，焊接過(guò)程中鎢極的擺動(dòng)中心常偏離焊縫中心，使鎢極擺動(dòng)中有一端點(diǎn)離焊道側(cè)壁過(guò)近，按照弧壓最小原理，將在鎢極尖端和側(cè)壁之間建立電弧，弧壓下降，此時(shí)若以峰值時(shí)弧壓參量控制弧長(zhǎng)，焊槍將上提，但由于上提中鎢極尖端與焊道側(cè)壁間的距離幾乎不變，使焊槍持續(xù)上提直至鎢極回?cái)[。上述現(xiàn)象的后果是：1)無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎢極擺動(dòng)過(guò)程中,兩端電

8、弧短，中間電弧長(zhǎng)的工藝性能；2)弧長(zhǎng)的大范圍變化使焊絲不能送入熔池，熔池難以保持．3)焊槍的上下劇烈運(yùn)動(dòng)，使熔滴易飛濺到鎢極，鎢極失去尖端放電的特性，弧長(zhǎng)控制紊亂。這一問(wèn)題一般可以通過(guò)橫向擺動(dòng)裝置調(diào)整焊槍橫向位置解決?！　⊥ㄟ^(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，如果鎢極