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堆焊機技術   

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一、等離子堆焊機的用途及優勢

用途:等離子堆焊技術是工業化信息化生產時代下催生的一種先進堆焊工藝,適用范圍廣泛,目前主要用于金屬表面改性,耐磨熔覆,金屬表面修復,金屬耐磨耐腐耐高溫等特殊需求改造等,特別是實現自動化生產后,操作簡便,大幅降低了生產成本。

優勢:

1、堆焊層組織精密,焊層表面光滑,成型美觀。

2、堆焊過程易實現全自動化。

3、使用等離子堆焊工藝,可控制在5%-10%左右的堆焊稀釋率,節省能耗。

4、等離子弧溫度高、能量集中、穩定性好。

5、工件基體和堆焊熔覆合金層呈冶金結合,結合強度高工件上引起的變形小和殘余應力少。

6、可在油污和銹蝕的金屬零件表面不經復雜的前處理工藝,等離子堆焊直接進行;  

7、設備節能易操作,維修維護容易;

8、堆焊機可控性好,可以通過調節觸摸屏上的設置,可很容易地調整速度、功率、氣體的流量、達到調節等離子弧的弧長高度、焊道厚度等參數人員可以遠距離操控,勞動生產率高。.  

9、使用材料范圍廣,熔敷材料是堆焊合金粉末,不受軋制、拔絲、鑄造等加工工藝的限制,配置不同成分的合金粉末可依據不同性能要求,特別適用于那些易于制粉、難于制絲的硬質耐磨合金,以獲得所需性能的堆焊層。

二、等離子粉末堆焊的工作原理特點

原里:等離子粉末堆焊是以等離子弧作為熱源,應用等離子弧產生的高溫將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴散、凝固,等離子束離開后自激冷卻,形成一層高性能的合金層,從而實現零件表面的強化與硬化的堆焊工藝。

優勢:由于等離子弧具有電弧溫度高、傳熱率大、穩定性好,熔深可控性強,通過調節相關的堆焊參數,可對堆焊層的厚度、寬度、硬度在一定范圍內自由調整。等離子粉末堆焊后基體材料和堆焊材料之間形成融合界面,結合強度高;堆焊層組織致密,耐蝕及耐磨性好;基體材料與堆焊材料的稀釋減少,材料特性變化??;利用粉末作為堆焊材料可提高合金設計的選擇性,特別是能夠順利堆焊難熔材料,提高工件的耐磨、耐高溫、耐腐蝕性。

三、等離子弧種類及電流、電壓選擇

等離子電弧分為非轉移弧、轉移弧和聯合型電弧三種。三種電弧形式均是鎢極接電源負極,工件和噴嘴接電源正極。

(1)非轉移型電弧形成于鎢極與噴嘴之間,隨著等離子氣流的輸送,形成的弧焰從噴嘴中噴出,形成高溫等離子焰,主要適用于導熱性較好的材料的焊接。但由于電弧能量主要是通過噴嘴傳輸,噴嘴的使用壽命較短,且能量不宜過大,不太適合于長時間的連續焊接,目前非轉移弧在焊接領域應用得越來越少了。

(2) 轉移型電弧是在噴嘴與工件之間形成,由于轉移弧難以直接形成,需要先在鎢極與噴嘴之間形成細小的非轉移弧作為引導,之后過渡到轉移弧,當生成轉移電弧后,非轉移弧同時切斷;由于這種方式可以將更多的能量傳遞給工件,用于焊接,因此轉移型電弧普遍地應用于金屬材料焊接領域中。

(3) 混合型電弧轉移電弧和非轉移電弧并存,主要用于微束等離子弧焊接和粉末堆焊中。

電流:在等離子堆焊過程中,隨著焊接電流的增加,等離子弧能量增大,熔化和穿透能力增加。在堆焊過程中如果電流過小,填充金屬不易熔化,堆焊層與工件無法形成良好的冶金結合,電弧不穩定,容易造成氣孔、夾雜及未熔合等多種缺陷。反之,如果電流過大,工件熔化過較多,在增加稀釋率的同時,增加了堆焊材料的燒損,降低堆焊層硬度;此外,由于較大的熱輸入量,工件還易燒穿焊壞,造成保護不良、氧化物多、咬邊等嚴重的焊接缺陷,影響堆焊質量。焊接電流主要根據工件材料及堆焊速度和焊粉種類來選定的,電流過大過小都會影響焊后性能。此外,較大的焊接電流還可能引起雙弧現象。因此,在選定焊槍及噴嘴的結構后,焊接電流只能限定在一定范圍之內,而這個范圍是與其他焊接參數,如等離子氣流量和焊接速度等參數相關。在設定了其他堆焊參數后,焊接電流和焊接速度的對應關系:焊接速度增加,相應焊接電流也須增加;反之,焊接速度降低,焊接電流要減小,當等離子氣流量增加時,焊接電流要減??;反之,當等離子氣流量減小時,焊接電流須增加。

電壓:電弧電壓過低時,不易引燃電弧,電弧較軟,穿度能力弱,不過電弧電壓小可以減小母材對于堆 焊材料的稀釋率。電弧電壓過高,溫度升高,沖淡率也增加,不易焊接,難于掌控,不過電壓過高,容易引弧。

四、等離子粉末堆焊氣體流量控制

送粉氣在堆焊過程中起輸送焊粉、離子氣引燃電弧和保護氣保護電弧穩定燃燒的作用,在噴嘴內壁和弧柱之間起堆焊熱源的作用,并對電弧進行壓縮,增加能量集中度。氬氣作為電離介質與電弧的熱導體,起熔化堆焊粉末和基材金屬作用,并保護鎢極、堆焊層和工件在堆焊過程中不被氧化,因此對氣體純度要求較高,以保證電弧穩定燃燒,提供良好的攜熱性能,同時氬氣對鎢極和工件與噴嘴沒有腐蝕作用。

氣體流量包括離子氣、保護氣和送粉氣,在堆焊過程中需要對其分別進行控制。進氣口直徑一般為6~8mm,調節氣體流量時,如果流量過大,容易使電弧噴射速度加快,弧流沖力過大造成翻渣現象,易把噴嘴燒壞。氣體流量過小,對電弧壓縮能力減小,電弧軟弱無力,堆焊熱量減少。氣體流量對焊接質量影響較大,因此需要慎重選擇。

五、等離子粉末堆焊速度及高度選擇

速度:在其他條件一定時,焊接速度增加,工件表面的熱輸入量減小,反之,如果焊速太低,會出現過熱現象,直接影響焊接質量;焊接速度和焊接電流以及氣體流量之間是相互影響的。

高度: 堆焊過程中,焊槍噴嘴和工件之間的距離對其他參數的影響不是很明顯,因為等離子電弧的挺度好,等離子焊接的擴散角僅為5°,基本上是圓柱形。但如果距離過大,熔透能力降低,氣體保護質量降低;距離過小則易造成噴嘴被飛濺物粘附,堵塞送粉孔,一般應控制在4~8mm范圍內。

六、熔化極氣體保護焊種類及應用:

采用的是可熔化的焊絲與焊件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲與母材金屬,并向焊接區輸送保護氣體,使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。

以氬氣作保護氣體的稱為氬弧焊(MIG焊),可以焊接碳素鋼、低合金鋼、耐熱鋼、低溫鋼、不銹鋼等材料,并常用來焊接鋁及其合金。

以二氧化碳氣體作保護氣體的稱為二氧化碳氣體保護焊(以活性氣體作保護氣的稱MAG焊)。二氧化碳氣體保護焊按填充焊絲的不同分為實芯二氧化碳氣體保護焊和藥芯二氧化碳氣體保護焊。實芯二氧化碳氣體保護焊可以焊接低碳鋼、低合金鋼。藥芯二氧化碳氣體保護焊(FCAW焊)不僅可以焊接碳素鋼、低合金鋼、而且可以焊接耐熱鋼、低溫鋼、不銹鋼等材料。

七、熔化極氣體保護焊焊接電源選擇

其中脈沖電流熔化極氣體保護焊(-p)是在一定平均電流下,焊接電源的輸出電流以一定的頻率和幅值變化來控制熔滴有節奏的過渡到熔池;可在平均電流小于臨界電流值的條件下獲得射流(射滴)過渡,穩定地實現一個脈沖過渡一個(或多個)熔滴的理想狀態—熔滴過渡無飛濺。并具有較寬的電流調節范圍,適合板厚δ≥1.0mm工件的全位置焊接,尤其對那些熱敏感性較強的材料,可有效地控制熱輸入量,改善接頭性能。由于脈沖電弧具有較強的熔池攪拌作用,可以改變熔池冶金性能,有利于******氣孔,未熔合等焊接缺陷。

八、熔化極氣體保護焊焊接特點:

(1)氣體保護焊是一種明弧焊。焊接過程中電弧及熔池的加熱熔化情況清晰可見,便于發現問題與及時調整,故焊接過程與焊縫質量易于控制。

(2)氣體保護焊在通常情況下不需要采用管狀焊絲,所以焊接過程沒有熔渣,焊后不需要清渣,省掉了清渣的輔助工時,降低了焊接成本。

(3)適用范圍廣,生產效率高,易進行全位置焊及實現機械化和自動化。

不足之處:焊接時采用明弧和使用的電流密度大,電弧光輻射較強;其次,是不適于在有風的地方或露天施焊;設備較復雜。

九、熔化極氣體保護焊焊接注意事項

焊材選擇:對于高強度鋼、******鋁合金、鋅含量高的銅合金、鑄鐵、奧氏體錳鋼、鈦和鈦合金及高熔點金屬,熔化極氣體保護焊要求將母材預熱和焊后熱處理,采用特制的焊絲,控制保護氣體要比正常情況更加嚴格。

不宜適用的材料:對低熔點的金屬如鉛、錫和鋅等,不宜采用熔化極氣體保護焊。表面包覆這類金屬的涂層鋼板也不適宜采用這類焊接方法。

金屬裂紋:由于焊縫深寬比太大;焊道太窄尤其是角焊縫和底層焊道;焊縫末端處弧坑冷卻太快在施焊時容易產生金屬裂紋;可增大電弧電壓或減少焊接電流一加寬焊道而減少熔深,減慢行走速度以加大焊縫橫截面,采用衰減控制以減少冷卻速度,適當填充弧坑,在完成焊道頂部采用分段退焊直到焊縫結束。

夾渣:由于采用多道焊短路過度及高行走速度容易產生夾渣,可在焊接后續焊道前******焊縫邊上的渣殼,減小行走速度采用含脫氧劑較高的焊絲或提高焊接電壓。

熔透過大:由于熱輸入過大及坡口不合理容易產生熔透過大,可減小送絲速度和電弧電壓及提高焊接速度,減少過大的底層間隙,增大鈍邊高度。

蛇形焊道:由于焊絲伸出長,焊絲矯正機構調整不良,導電嘴磨損嚴重導致蛇形焊道,可采用保持合理焊絲伸出長度,調整焊絲矯正機構,更換新導電嘴解決。

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