气电立焊焊接方法学习要点总结.pdf

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1、成成绩绩日日期期气电立焊焊接方法学习要点总结气电立焊焊接方法学习要点总结专业年级专业年级焊接 1311学学号号20学生姓名学生姓名张华荣指导教师指导教师李飞2016 年5月 13 日气电立焊焊接方法学习要点总结一、气电立焊焊接方法基本概念气电立焊(英文简称 EGW)， 是熔化极气体保护电弧焊和药芯焊丝电弧焊两种方法的融合（配备专用的药芯焊丝，以CO2气体保护） ，是利用滑块挡住熔融的焊缝金属，以实现立焊位置的焊接（用于焊接垂直或接近垂直位置的焊接接头） ，可外加气体或混合气体提供辅助保护，亦可不加。注： 气电立焊方法在机械系统方面与电渣焊方法相似。 气电立焊是由电渣焊方法发展而来的。气电立焊是

2、一种机械方法，并且一旦开始焊接就连续焊到结束， 焊接过程平静，飞溅很少。通常，焊接以单程完成。电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源， 将填充金属和母材熔化， 凝固后形成金属原子间牢固连接。二、气电立焊基本原理和分类焊接时，电弧轴线方向与焊缝熔深方向垂直。 在焊缝的正面采用水冷铜滑块、 焊缝的背面采用水冷档排(或衬垫)（图 1、图 2）使用药芯焊丝送入焊件和档块形成的凹槽中，电弧在焊丝和接头底部的起焊板之间引燃。电弧的热量熔化了坡口表面并同时送给焊丝。 熔化的母材不断地汇流到电弧下面的熔池中，并凝固成焊缝金属。 在厚壁焊件中为均匀地分布热量和熔敷焊缝金属， 焊丝可沿接头整个厚度方向作横

3、向摆动。 随着焊接空间的逐渐填充， 一块或两块随焊接机头向上移动。 虽然焊缝的轴线和行走方向是垂直的，但实际上仍是平焊位置。三、工艺特点和应用范围（材料、结构、环境）1.气电立焊的特点：工艺过程稳定、操作简便、焊缝质量优良 （图 3） 、生产效率比手工电弧焊高10 倍以上,因此这种方法在船体焊接应用中不断发展,现在已具备单丝、双丝（图4）两种送丝方式。 采用单丝还是双丝主要根据所焊船体的板厚来确定， 图 5 则给出了如何根据板厚范围来确定送丝数。双丝焊时，第一根焊丝需要沿焊缝的熔深方向进行摆动。2.气电立焊工艺要点：焊缝背面垫板（相对焊机操作台）形式可有三种垫板形式:（1）背面用陶瓷衬垫,正面

4、用水冷铜滑块强制成形的方法；（2）焊缝双面均采用水冷铜滑块强制成形的方法；（3） 不用外加气体、采用自保护药芯焊丝单面水冷铜滑块强制成形法；注意，三种方法的焊接材料都有所区别。当厚板大于 25mm 时，一般使用起焊槽和引出板。小于25mm 的板材只需用起焊槽而不用引出板。起焊槽的深度和引出板的高度有13mm 足够了，随着板厚增加适当增加。多数气电立焊是使用两个随焊接机头垂直移动的水冷滑块完成的。 在某些应用中， 在焊接机头对面的接头侧面上使用固定的铜挡板或钢垫条（板）代替滑块可能是有利的。可用类似于熔化极气体保护焊的方法引燃焊接电弧。 电弧引燃后， 在焊接过程中由操作者进行适当的调节以控制焊接

5、过程。采用气电立焊可焊制与电渣焊相同的接头形式。 通常， 适用于传统的电渣焊方法的接头形式，也适用于气电立焊。气电立焊用的接头构造及其装配如图所示。3.气电立焊的材科（1）焊接材料焊丝气电立焊既可用实心焊丝, 又可用药芯焊丝。 常用实心焊丝的直径有、和。药芯焊丝的常用直径为 。焊丝的选用原则与普通GMAW 相同, 主要根据母材及其厚度确定。气电立焊药芯焊丝的药粉填料中, 造渣剂比率低于标准药芯焊丝。 这种焊丝能在冷却滑块或挡板之间形成一层薄的熔渣, 使焊缝表面光滑。保护气体对于药芯焊丝气电立焊,通常采用二氧化碳做保护气体。推荐的气体流量范围为 14 66L/min。对于钢的实心焊丝焊接, 通常

6、采用 80% Ar+20% C02(体积分数) 的混合气体, 用药芯焊丝焊接时也可采用这种混合气体。某些药芯焊丝是自保护型的, 这类焊丝在电弧热作用下可产生一种浓密的保护气体而保护填充金属和熔融焊缝金属, 这种保护方法相似于自保护的药芯焊丝电弧焊。（2）几种实用焊接材料 目前国内用量较大的是神户制钢公司生产的DWS43G 和 DWS60G 型药芯焊丝,这两种焊丝经使用证明焊接时电弧稳定,飞溅很小,气渣保护良好,焊缝质量均匀稳定,是质量优良的药芯焊丝。使用该焊丝，同时焊缝背面要配用KL4GT 型陶瓷衬垫,在衬垫表面覆盖一层玻璃布,可使衬垫与钢材紧密相贴,防止跑渣。 在衬垫的背面还有一块钢板,便于

7、在装配衬垫时用钢楔子将衬垫与钢板压紧,避免陶瓷衬垫破碎； 自保护自动立焊焊丝一般采用林肯（Lincoln）公司 NR431 药芯焊丝。自动立焊工艺大都在露天或高空场合施工,在有大风的情况下,自保护焊可以不因风的影响而停止施工。另外,目前自保护立焊设备的价格也要比气保护立焊设备的价格低的多；国外在开发气电立焊时， 都是将焊接设备与焊接材料一并配套考虑， 这是出于保护产品的专利权和商业利益；但从另一角度看， 增加了我们自身技术开发困难，因此，要加强焊接技术研制和焊接工艺实验的工作，使国产焊接材料能在气电立焊应用中，占一席之地。4.适用范围气电立焊主要用于碳素钢和合金钢的焊接, 但也适用于焊接奥氏体

8、不锈钢及其他金属和合金 。 传统电渣焊的接头形式基本适合气电立焊 。气电立焊用于连接必须在垂直位置焊接或可放在垂直位置焊接的厚板, 焊接通常以单程完成。 此方法的实用性取决于板材的厚度和接头的长度。此方法具有平焊位置焊接的优点, 但是必须有足够数量的焊缝 。 这样, 在夹具上和特殊焊接设备上的花费才是合算的。大型的结构件,如船舶壳体、桥梁、沉箱、贮罐、海上钴采设备、局层建筑结构的某些部件等, 用气电立焊方法制造可能是有利的 。 已采用气电立焊方法对接焊焊接了大直径管道和式压力容器的纵缝。待焊接头越长,这种方法的效率越高。 大型贮罐对于垂直接头的现场焊接, 气电立焊方法解决了手工焊操作周期长和成

9、本高的问题。 采用自保护药芯焊丝特别有利, 因为不需要笨重的保护气体器具。气电立焊适合于 X 形坡口的双程焊接, 但需要特殊形状的滑块 。四、影响焊接质量的工艺参数1.气电立焊关键参数的控制气电立焊的焊接位置垂直或接近于垂直方向， 电弧轴线方向与母材熔深方向成直角， 熔化的焊丝金属堆积迭加， 熔池不断水平上移形成焊缝， 其熔深产生所需热量的传递方式与其它电弧焊有所不同。 气电立焊焊接电弧产生的热量主要流向三个方向： 熔化焊丝、 熔化母材、滑块吸收；（1） 母材坡口截面积控制 是影响熔深的主要参数之一： 熔深反映了坡口两侧母材的熔化量，直接决定了焊接质量。增加坡口截面积就增加了焊接线能量，导致熔

10、深增加。熔深的大小由熔池过热金属的过热度即温度梯度决定； 影响熔池熔融金属的过热度的因素也就是影响熔深的大小的因素；（2）线能量控制 对于一般电弧焊焊接线能量为E=IU/Vw； 对于气电立焊，焊接时采用等速送丝、大电流密度、较高的电弧电压，其送丝速度等于熔化速度熔化速度正比于向坡口填充金属的速度，经推导可得焊接线能量为E= 式中 ki 为焊丝熔化系数、S 为坡口截面积。增加电弧电压可增加焊接线能量；（3） 冷却速度控制 当焊接规范和坡口参数确定后， 焊丝和母材吸热可以认为是不变的，而强制成形的铜滑块吸热， 则随冷却介质水变化较大。 水的温度、 水的流量对吸热影响很大，低的水温和大的流速水带走的

11、热量， 远大于高水温低流速的情况， 所以在焊接厚板时应减少水流量； 焊接薄板时可增加水的流量； 通过调节水流量来调节熔池的冷却速度可有效的控制熔深的大小；由于气电立焊熔池与普通未受约束的焊接熔池状态不同熔深的形成方式以及影响熔深的因素也就不同；表 1 给出了两种厚板 EGW 焊接工艺参数，供参考。2.气电立焊的焊接参数在普通的电弧焊方法中焊缝熔深与焊丝轴线成同一方向， 且熔深随焊接电流的升高而增大。但在气电立焊中，熔化的母材深度（接头侧面）与焊丝轴线成直角。在气电立焊中提高焊接电流或送丝速度， 焊缝宽度减小。 提高电弧电压会增大熔深和焊缝宽度。电弧电压按工艺方法、焊丝直径和焊件厚度可由30V

12、变到 50V。当焊接电流升高时，送丝速度、熔敷率和接头的填充速度（行走速度）也将增加。对于给定的焊接条件，过高的焊接电流和送丝速度可能引起焊缝宽度或焊件熔深的急剧减小。在气电立焊中，焊丝伸出长度约为40mm。对于自保护气电立焊，焊丝伸出长度为60-75mm。如同通用的 GMAW 一样，这样长的伸出长度因为电阻热的作用，也提高了焊丝的熔化速度。厚度大于 30mm 的焊件一般要摆动焊接。应使导电嘴在距每一冷却滑块约10mm 处停留，摆动速度一般为 7-8mm/s。为了使焊缝表面完全熔合，在每一摆动行程的终端要有一段时间的停留。为了抵消水冷滑块的激冷作用，停留时间应为1-3s。3.缺陷在正常操作条件

13、下进行气电立焊, 总可形成质量高而无缺陷的焊缝 。 不正常的焊接条件可能导致形成有缺陷的焊缝。常见的缺陷有夹渣、气孔和裂纹。（1）夹渣在气电立焊焊缝中可能出现夹渣 。 气电立焊是一种单道焊方法, 这样不必进行焊道间清渣。 焊缝金属凝固速度比较缓慢, 有足够时间使任何熔渣浮到熔融焊缝金属表面。若焊丝摆动, 当电弧靠近某一滑块时, 在另一块滑块附近就可能局部地凝固; 当电弧返回时, 如果熔渣未被再次熔化就会夹在焊缝金属中 。（2）气孔药芯焊丝的药芯中含有脱氧剂和脱氮组分。 药芯中兼有造气和造渣组分, 通常能形成致密的无气孔组分。但对正常的保护气体覆盖层稍有干扰便可能产生气。气电立焊焊缝中产生气孔的

14、其他原因, 可能有抽风过大、 冷却滑块漏水、 药芯焊丝中的药粉不足、 焊丝或保护气体污染以及在焊接开始时有空气侵入等 。气电立焊焊缝中的气孔通常在焊缝边缘附近起源, 顺着焊缝金属凝固路径朝着中心线扩展。 不能用肉眼检查方法发现气电立焊焊缝中的气孔, 除.非在割掉起焊板和引出板时露出焊缝内部才能发现。（3）裂纹在正常焊接条件下焊缝中不会出现裂纹。 焊缝金属的加热和冷却比较慢， 大大地减小了在寒风中产生冷裂纹的危险。热影响区也具有高的抗冷裂纹的性能。如果产生裂纹，通常是热裂纹。裂纹是在凝固过程中，或在刚凝固后形成。 这些裂纹几乎是在焊缝的中心部分。消除焊缝裂纹最有效的办法是改善焊缝的凝固形式。 这

15、可以通过适当改变焊接参数而修正焊接熔池形状实现，如提高电弧电压、降低电流和行走速度等。 加大板材间的接头间隙有助于消除裂纹。如果裂纹是由钢中的高C 或高 S 引起的，则应减小母材的熔深， 以使焊态金属中母材的稀释量降到最小。此外，焊接高S 钢时应使用 Mn 含量高的焊丝。五、焊接方法（系统）设备与装置组成和性能指标气电立焊设备主要组成部分包括（图6、图 7） ： 携焊机头升降的机械系统； 快速送丝系统； 水冷强迫成型系统； 焊接电源及供（保护）气系统； 焊枪及焊枪摆动控制系统； 焊接过程自动控制系统。气电立焊的主要机械设备,与传统的电渣焊相似。当要求保护气体时,基本的差别是要在电弧和焊接熔池上

16、覆盖保护气体。其他方面没有什么不同。实质上,气电立焊的装置是由直流电源、水冷滑块、焊枪、送丝机构、摆动机构组成。当采用保护气体时还有输入保护气体的器件。在典型的气电立焊装置中,主要的部件除了电源之外,组成一体的焊接机头在焊接过程中垂直向上移动。水冷滑块的横向加压、焊枪的摆动、 送丝以及垂直移动等的控制装置与电渣焊的相似。 当使用实心焊丝或某些药芯焊丝进行气电立焊时,要求有保护气体的流量控制器。（1）电源气电立焊用电源通常采用直流反接（焊丝接正极） 。电源可以用恒压源或恒流源。当采用恒压源时， 垂直行走可用手工控制或利用一种机构控制， 如用光电管通过检测上升的焊接熔池高度来控制。使用恒流源时，可

17、以改变电弧电压来控制垂直行走。 当电弧电压降到设定值以下时，行走机构自动起动，并且一直向上移动到恢复设定电压位置。 在焊接开始阶段及焊接中，有时也可采用手工控制。电源必须稳定地输出所要求的电流，能无中断地焊接数米长的焊缝。气电立焊用电源，在 100%负载持续率的额定电流输出为750-1000A。（2）送丝机构作为垂直移动的焊接机头组成部分的送丝机构， 是推丝式的， 与熔化极气体保护电弧焊或自保护药芯焊丝电弧焊所用的送丝机构相同。 这种机构必须能以高速度送给焊丝。 送丝机构常装有起焊速度控制器，随着起始电压变为预设的电弧电压，送丝速度自动提高。在送丝系统的焊丝盘和送丝轮之间可装有矫丝机构。 适当

18、地调整该矫丝机构可消除焊丝的任何抛射型弯曲。因为气电立焊中焊丝伸出长度为38mm 或更长，伸出焊丝必须是直的。（3）焊枪气电立焊的焊枪与熔化极气体保护电弧焊焊枪的功能相同。 主要差别在于板材之间的接头间隙相平行方向的尺寸有一定限制。 焊枪喷嘴必须能装到这种窄间隙内。 当气电立焊焊机垂直向上爬行时，焊枪（或至少是其一部分） ）是在间隙内的熔池正上方运动的，必须有足够的间隙，以便其能在两个滑块之间做横向摆动。为此，为了适应17mm 最小的间隙，焊枪的宽度常限制在 10mm。焊接厚板时，如采用较宽的接头间隙，则可采用较大的焊枪。大号焊枪用水冷或加厚的绝缘套隔绝焊接熔池的热量。（4）摆动机构电弧的热量

19、必须均匀地作用于整个焊接接头上。 对于厚度为 32102mm 的板材， 焊枪是在焊接熔池的上方作横向摆动， 以均匀地熔敷金属并保证钝边的两侧融合。 摆动机构和控制器沿接头横向行走速度固定不变，而在每端的停留时间可调。焊接厚度小于32mm 板材时通常不需要横向摆动。但是，焊接较薄的板材时， 为了控制母材的熔透深度，有时也需要横向摆动。气电立焊焊枪的摆动机构如图716 所示。（5）水冷滑块与电渣焊一样，为了保持接头中的熔融焊缝金属而使用滑块挡板。随焊接过程的进行，通常有两个滑块向上方移动。在某些焊件中，可用固定的焊接垫板代替一个滑块。为了防止熔化金属与铜滑块相焊， 也为了使焊缝加快凝固， 滑块用水

20、冷却。铜滑块可以做成凹形，以便在板的每侧形成适当的焊缝余高。（6）气罩对于气电立焊， 可靠的电弧保护是最重要的。 不能只靠焊枪喷嘴给送保护气体， 可将 “气罩”装在冷却滑块上对焊丝、 焊接电弧及焊接熔池提供辅助保护。 气体从气罩中通过喷口直接喷出，其气流的位置和大小应能均匀覆盖电弧和焊接熔池。（7）控制器跟所有的自动焊接系统一样， 为了获得最佳功能， 需要采用电气控制器。除了垂直行走控制和焊枪摆动控制之外， 熔化极气体保护电弧焊、 药芯焊丝电弧焊和电渣焊所用的控制器基本上均是适用的。行走机构，诸如电动机驱动的升降机或轨道机架， 通常还要监控焊缝水平面的电传感器，以提高或降低行走速度，保持规定的

21、焊丝伸出长度。（8）焊丝盘在大多数商用气电立焊焊机中， 在焊机的尾部装有焊丝盘。 焊丝盘应保证连续地给送焊丝。焊丝盘应使送丝机构以最小的载荷给送焊丝， 这样就不会发生打结或中断。 焊丝盘必须具有足以单程完场整条焊缝的容量。常用的焊丝直径为。 送丝机构必须适应所要求的焊丝直径， 并且能够以所要求的熔敷速度来送给焊丝。六、典型零件的应用实例气电自动焊最适用于船体总段大合拢缝（图8）的焊接，多个永磁体吸盘将铝合金齿条轨道固定在船体钢板上， 其轨道可以接长数十米； 焊机的整体机架内具有自动提升机构和自动锁定装置，便于船体立缝焊接时的高空作业， 使操作安全可靠，使焊接熔池始终处于最佳观察状态；另外，送丝

22、系统控制箱、焊接电源、循环冷却器等都装在焊机整体机架内， 与被焊物体较近故各配套线管大为缩短，有利于焊前准备和设备操作，也便于安装运输；焊接控制系统中设置了电压电流传感器，能自适应焊接坡口变化；设置供气控制传感器和循环冷却水压指示调节器保证焊接质量控制；瑞典 ESAB 公司，采用悬挂在焊缝顶部的牵引电机的动链条牵引机头上升的方案，这样既节省了磁力轨道及其装卸工时费用,又减轻了工人的劳动强度。七、参考文献【1】 美国焊接学会.美国接手册 （第二卷） ： 焊接方法M.北京： 机械工业出版社， 1988.【2】王文其.焊接新技术新工艺实用指导手册M.哈尔滨： 黑龙江文化电子音像出版社，2007.【3】 陈祝年.焊接工程师手册M.2 版.北京：机械工业出版社，2010.【4】 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册：第 1 卷M.3 版.北京：机械工业出版社，2008.【5】 姜焕中.电弧焊及电渣焊M.2 版.北京:机械工业出版社，1988.