PDF《小直 径厚 壁 管全 位置 程控 脉冲》

报第卷第期年月焊接学户y小直径厚壁管全位置程控脉冲 钨极氨弧焊 接工 艺和设备的研究郑州机械研 究所 驻 马店 电 焊机厂 拓 京锅 炉厂 摘要本文介绍了小 直径厚壁 管中一一全位 置焊 接工 艺与 没备的研究 .

比较了四 种脉冲电流波形 锯齿波 、 梯形 波、前沿带冲刺的梯形 波和阶梯 波 对焊缝成形的影响 , 提出阶梯波对全位置焊管的 优越性 . 推荐采用带有阶 梯波的脉冲 电流和焊接规范 ( 主脉冲电流值和送 丝速度 ) 程控技 术,做到不开 坡口,一次焊透封底 , 再填丝施焊盖面 , 优质高效地完成小直径厚壁管的全位 置 焊接 . 概述了研制成功的程控脉冲钨极 氢弧全位置焊管 机的特点 : 带有 ` 三 钢球 , 送丝 讥构的 . 无 辫子 焊 接机头 ;

输出 电流波形畸 变极小的阶梯波脉冲 焊接 电原 和整机 控制系统 . 此 项科研成 果已 庄生产上应用 , 获 得了满意的结果 . 前.扮日工业生 产 中经 常遇 到小 直 径厚壁 管的 全位 置焊 接,其工 作量 日 益增 大,急需优质 高 效的 自动 焊 管工艺 和设 备.我们 针对 电站锅炉 的省 煤器 、 再热器和过 热 器等 通 常采 用的 功

32、42mm、壁厚

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5 m m 规格管道 , 进行 了不 开坡 口,一次焊 透,全位 置 自动焊 接工艺和设 备 的研 究.众所 周知 , 小直径厚 壁管 全位 置焊 接的主 要技 术 关键 , 在 于如 何控 制好 金 属熔 池,以便获得 熔透 均匀、成形 良好 的焊 缝.采用 脉 冲钨极 氢 弧焊 接时,母材在脉 冲 电流作 用 下熔 化,金属熔 池迅 速扩展 , 并在 自身 重力 、 表 面张 力和 电弧压 力 等作 用下 , 形成一 定的形状 . 在随后 的基 本 电流期 间,熔池 则迅 速凝 固,形成 焊点 . 这样周而 复始 就形 成了 焊缝.通过 研究 四 种脉 冲 电流波 形对焊 缝成 形 的影 响发现 : 采用阶梯波脉冲 电流 ( 图1)进行厚 壁管 的 全位置 焊接 , 可有效地控 制金属熔池 . 只 要各规 范 参数 匹配适当,并在焊接 过程 中能 依据 管 子圆 周土 各焊接 空 间位置 , 对_L脉冲 电流幅 胜进行 自动 程控 , 就 能获 得熔 透均 匀、表面 成形良好的焊 缝.采用一般 的全 位置 焊 管机时 , 焊炬 上的气管 、 电缆 、 控 制线 、 填 充焊 丝以及送 丝软 ` 本项科 研成果有许多同志参加 了工作 , 负责人是秦福相 、 胡 传东 . 本文执笔是秦福 柏、王忻 涛、乌肠国威 .

4 4 焊接学报1卷接I(A)一言.图1I--P颠峰脉冲 电流幅值 I 一主脉冲 电流幅值 I 一基本 电流幅值 颠峰脉冲持续时间 勺 一主脉 冲持续时间 ( ) 阶梯波脉冲 电流示意图 基本 电流持续 ( 或脉冲间歇 ) 时间 T 一 脉冲周期 .

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_..入=一三一= 产一一 一脉即 占至比1管等都 缠 绕在被 焊 的管子 或焊 接 机头上 , 我们 把这 些缠 绕物 统称 为 辫子 .这些 辫子 给操作 带来 很 多麻烦 , 而且 增加 了焊炬 运 转的 空程 时间 . 因此 , 研制 成的 无辫 子 焊管机头 , 对生 产 使用 上 具有很 大 意义 .

二、脉冲焊接电流波形的选择和程控规范参数的确定 在脉冲钨 极氢 弧焊接 时,脉冲电流波 形,不但 表示 输入热 量 的数值和 特点 , 而且 还影响焊 接熔 池加 热 与冷却 的速 度、电弧 的有 效热功 率、在各个瞬 间 电弧 对焊接 熔 池的压 力 大小 以 及焊接 熔 池的 形状 . 因此 , 脉冲电流波形是 焊接 工艺 中的 一个重 要 参数 . 为了选择合适 的 电流波 形,我们进 行 了下述 两组试 验:1.采用 功50 x

3 m m 的不 锈钢 管,以三种 脉冲 电流波 形(图2)进行 全位置 焊接 . 在6点位置 ( 图3)按顺 时针 方 向始焊 , 保证 始焊 点焊 透后 , 一周 规范 不变 . 其规 几几人图2全位置焊管试验 采用的三 种脉 冲电流波形示意图

1 锯山波 ;

2 梯形 波;

3 前沿带冲 束 d的梯形 波图3焊缝位置示 意图 期 小直径 厚 壁管 全位 置程 控脉 冲钨极 氢弧焊 接工 艺和 设备 的研 究范参数 及焊 缝 下塌 量 参见表 和图.衰采用三 种脉 冲 电流 波形进 行娜 管的规范 今橄和娜 绮加 强 高度 扣・……一簇浑认… 惫州户犷 一岑,一丫!{锯 齿波{一{`8.{35….…一0・,…一0・,…一.・,2}梯形波{一…`6 …

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ù.04.02. H 啊尹.-0.2一0一4阅决 / 丛几五//l/.-0//卜..-正面焊缝加强高度`洲尸 一0.`0一8沁, - - x 焊缝位置序号 图4采用三 种脉冲 电流波形焊接 钢管所得焊的缝下凹量 比较由图

4 可以明显 地 看出 : 采用 前沿 带 冲刺 的梯 形波脉 冲 电流 时,其焊缝下塌 量是 最小的,因为 前 沿带 冲刺 的梯 形波的 主脉 冲幅 值仅 有110A,是三种波 形中 最低 的,所以电弧吹力 最小,焊缝的下 塌量 也最 小.同时利 用前 沿带 冲刺 的方 形波脉 冲 电流 施焊 时,还能够增 加熔深〔l」.山此可 以设想,一个 焊点 形 成的时 间是 由三个 阶段组 成的 : 第一 阶段 是将 金 属加 热到熔 点 并形 成熔 池的 时间;

第二 阶段 是 熔池扩 大 到熔透 管壁 的时 间;

第三 阶段 是 熔池进 行凝 固的 时间 . 我们 在第一 阶段 用 较大 的脉 冲 电流使 金 属快速 熔化 , 准 备熔透 , 在 第二 阶段 待 管壁 即将 熔透 时转入 较小 的脉冲幅值 , 以便 减小 电弧吹 力,有利于焊缝 成形;

在第三 阶段 管 壁熔 透后 立 即转成 低值(从本)电流 , 加速 熔 池凝 固,形成焊 点,看来 采 用这 种 阶梯波 脉冲电流 , 对 于厚 壁管子的 全位 置焊接 是十 分 有利 的.2.为了深 入探讨 上 述试 验结 果和 颠 峰脉冲 电流幅 值及宽 度对焊 缝成 形 的影 响,曾采用梯 形波 和带 有不 同颠 峰幅 值和 宽度 的阶梯 波脉 冲 电流在 功38x4.smm钢管_L进行 全 位置 焊接.在5点位置 ( 图5)按逆 时针 方向 起焊 , 选 用的规 范是保证 起焊 点焊 透后,整圈规范不变 . 焊 后按 圆周 八 等分 切 取焊 缝横 断面 作玄 观试片 ( 图5)(版图9).分别 测量焊接学报卷焊缝的 熔宽 、 正 面焊缝 的加 强高度 、 背面焊 缝 的下塌 量,其结 果示于 表2和图6.从表

2、图5和图6可以看 出:波形 (

1 ) 的主脉 冲 电流幅 值最大 , 焊缝 宽度 也就 最宽,反面 焊 缝的 下塌 量 也最大 ;

波形 (

2 ) 的 颠峰 脉冲 电流值 虽达

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0 A , 但其持 续 时间 只有0.185,焊接熔 池还 未来 得及扩展 很大 , 电流 就从颠 峰幅值 一 「降 到 主脉 冲值

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5 A , 因 此焊缝 熔 宽并 不太 大;

波形(3)的颠 峰脉 冲 电流幅值 虽然比波形 (

2 ) 的颠 峰幅 值低 , 但 其持 续时 间较 长,达0.65,焊接 熔池已经 扩展 , 所以波形 (

3 ) 的焊 缝熔 宽,比波形 (

2 ) 的增 大了.上述试验 结 果表 明,为提 高熔 池 的加热 速度 , 以便 迅速焊 透,并减 少焊缝 金 属下塌 量,采用阶梯 波脉 冲 电流对 于全 位置焊 管十 分有利 . 但仅此 措施还 不 易达到 满意的结果,还必须 在焊 接过程 } 一卜,对主 脉冲 电流值 进行 程控 . 在焊 管生 产实 践中,主脉冲电流值I,是在 管子 圆周 _ } : 八等 分位置 ( 图5)先通过 焊接试 验选 出合适值 , 然后 在焊 管过 程 中实 行规 范 自动 程控 来 确保这 些合 适的 I , 值再现.其它参数 , 如梯阶........