淺談冷弧TIG焊在薄板焊接中的應用及發展

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引言

在現代工業中超薄板以及輕型金屬結構件的用途已經越來越廣泛,尤其是模具制造與修復、醫療器械不銹鋼薄板、汽車工業中超薄的鍍鋅板、不銹鋼板、以及輕型鋁合金材料的應用已非常普遍。這類工件在焊接時對電弧的熱量非常敏感。要求焊接電弧的能量盡可能的小,以避免焊接件因過熱而受到不良影響。常規的氬弧焊已不能滿足這類工件對焊接的要求。氬弧冷電弧焊,是一種新型的氬弧焊方法,可以在焊接過程中對脈沖頻率和電流進行精確的控制和調節,使電弧穩定,同時又能顯著地降低電弧能量。

1 氬弧焊

1.1 鎢極氬弧焊 傳統氬弧焊的起弧采用高壓擊穿的起弧方式,先在電極針(鎢針)與工件間加以高頻高壓,擊穿氬氣,使之導電,然后供給持續的電流,保證電弧穩定。

1.2 氬弧焊特點 因為熱影響區域大,工件在修補后常常會造成變形、硬度過高、砂眼、局部退火、開裂、針孔、磨損、劃傷、咬邊、或者是結合力不夠及內應力損傷等缺點。尤其在精密鑄造件細小缺陷的修補過程在表面突出。

2 冷弧TIG焊

2.1 冷焊機工作原理是 冷焊機采用電容儲能的原理,以瞬間通過高頻脈沖電弧的形式釋放電流于鎢極和工件之間,完成一個焊點的熔接只需要十幾毫秒,熱輸入量集中,完成放弧收弧的時間快,不對工件造成持續加熱,從而達到冷焊效果。所以焊后的變形小,焊縫不發黑,對母材傷害小。冷焊機主要是靠瞬時能量完成材料熔接,以電腦芯片精準控制每個弧點能量釋放的精準性,屬于一種精密低溫的焊接設備。

2.2 焊接溫度的區別 冷焊機的焊接溫度要比氬弧焊機低很多,冷弧TIG焊的焊接時間更能夠得到精確控制,使用最大的電流進行焊接,焊后的母材溫度也只有幾十度,用手是可以觸摸的。薄板焊接不易變形。冷焊在薄板焊接方面較氬弧焊有著很大的優勢,薄板焊接變形量很小,手工焊接最薄的可以達到0.2mm的板材,焊接質量高,相比鎢極氬弧焊焊機,冷焊機不易燒穿。

3 冷弧TIG焊接頭質量分析

3.1 冷冷焊機冷焊放電時間與下一次放電間隔時間相比極短,機器有足夠的相對停止時間,熱量會通過工件基體擴散到外界。因此工件的被加工部位不會有熱量的聚集。雖然工件的升溫幾乎停留在室溫,可是由于瞬時熔化的原因,電極尖端的溫度可以達10000°C左右,強度高。

3.2 目前TIG冷焊機發展現狀 具有多種焊接模式,包括:單點脈沖+連續脈沖,精密點焊+精密連續點焊,所以冷焊機能夠一機多用,既可以用于手工焊又可以與自動焊結合使用。由于與母材之間產生了合金化作用,向工件內部擴散,熔滲,形成了擴散層,得到了高強度的結合。

利用冷焊機進行修補堆焊時,既熱輸入低,又結合強度大。這是因為焊條瞬間產生金屬熔滴,過渡到與母材金屬的接觸部位,同時由于等離子電弧的高溫作用,表層深處形成像生了根一樣的強固的擴散層。呈現出高結合性,可直接進行銑、銼、磨等加工,不會脫落。

1.使用電源:單相220V±20%,50HZ。功率消耗:5W-2KW。

瞬時最大功率:大于30KW(阻焊時),大于40KW(弧焊時)。

2.阻焊連續輸出時脈沖頻率:2.8-100HZ,微電腦自動控制。3.阻焊補材厚度:0.01mm-0.22mm。弧焊焊絲直徑:0.1mm-1.6

3.主機控制系統:采用改進型內置數控微機進行雙閉環精密控制。其穩定性和運行能力遠遠優于同類產品,采用智能IC控制板。

4.氣體保護系統:改為微機控制的同步氬氣保護系統,使氬氣保護更好,焊接效果更加牢固,美觀。同時保持了原有優點,可與昂貴的激光焊機媲美,可以最大限度地節約氬氣。

5.安裝條件及耗材:溫度:28°C,濕度:5%-75%,不結露。電源:220伏50HZ交流電,電壓穩定。環境:干凈無灰塵或灰塵較少。主要消耗:焊絲、氬氣、電。冷焊機屬于低溫熔焊,并非無溫焊接!焊接處牢固度等同于市場上主流焊機的焊接效果。為完全冶金熔接,焊材硬度可選,焊后不會改變焊材及母材的各項性能;

4 應用及發展

4.1 熱影響區域小 堆覆的瞬間過程中無熱輸入,因而無變形,咬邊和殘余應力。不會產生局部退火,修復后不需要重新熱處理。修補精度高,可使用直徑0.2mm至2.0mm焊絲、進行加絲焊接,不會產生變形、咬邊等焊接缺陷,從而保留原基準面,后期整形也很方便。

4.2 修補速度快 最快修補量可達180mm3/min,幾乎媲美氬焊速度。

4.3 熱影響區小發熱量小 因為高頻放電瞬間高溫的原理使焊點散熱快焊接后焊點處可以用手指直接觸摸,所以不會造成基材退火變形。

4.4 適應范圍大 使用開關電源,當電壓變化在±20%的范圍內波動時,機器仍能保證正常工作,并維持穩定的輸出功率。堆焊層硬度及補材多樣性:使用不同的電極棒材料(補材)可獲得不同要求的硬度。堆焊修補層硬度可從HRC 25～HRC 62.

4.5 可用于設備和模具使用過程中的磨損焊接;鑄件(鑄鋼、鑄鐵、銅、鋁等材料)在制造過程中的缺陷或損傷;液壓件(液壓缸、液壓桿)的磨損或劃傷;各種機械零部件(缸筒、活塞、液壓缸、導桿、銅瓦、曲軸、滾筒、軋輥、箱體、缸體、齒輪鍵槽、轉子軸承)維修;軸承位修復、齒輪維修、曲軸磨損修復、機床導軌修復、挖掘機維修、挖掘機桿修復等。

結論

“冷弧焊”是一種新興輸入熱量小,工件變形小的焊接工藝。其電弧能量比短弧焊更低?！袄浠『浮笔峭ㄟ^對電源的電氣控制來實現的,既可用于全自動焊接,也可用于手工半自動化焊接。“冷弧焊”采用了更為精確的方法來控制短路過渡中的熔滴過渡,使電弧更為平穩,焊縫均勻。在薄板以及對電弧熱量非常敏感的材料的焊接時,采用“冷弧焊”可獲得比傳統焊接方法更為理想的焊接接頭。