高效双弧焊实验报告.docx

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高效双弧焊实验报告

高效双弧焊专业实验报告

姓名：

张荣

学号：

200900150291

班级：

09级焊接

指导老师：

陈茂爱

时间：

2012年12月26日

一、双丝焊及熔滴过渡的研究背景及意义

1、研究背景

双丝焊作为一种高效率的焊接方法越来越被人们关注。

对于多丝焊的研究国内外都是从双丝埋弧焊开始的。

双丝埋弧焊最早应用于1948年。

双丝埋弧焊包括单电源双丝和串列双弧两种。

串列双弧中双丝的每一根焊丝由一个电源独立供电,它具有熔深大、熔敷速度较高、焊缝金属稀释率接近单丝埋弧焊的特点,因而提高了焊接速度与焊接质量。

采用单电源可以获得较高的熔敷速度和稀释率,但熔透能力比单丝埋弧焊低,因而适于窄间隙焊。

目前,双丝埋弧焊已经在实际生产中得到了广泛的应用,特别是采用单电源的双丝窄间隙埋弧焊在压力容器及核动力装置得到了应用,解决了两侧未熔合问题,并且提高了生产效率。

但是由于埋弧焊熔池不可见,加之只适于平焊位置,因此这种方法有较多限制。

随着熔化极气体保护焊的应用普及,对熔化极气体保护双弧焊的研究也比较多,其最早应用是在1955年。

国内研制了双焊丝的CO2气体保护焊新工艺,用于电机机座的焊接,实际应用证明,它可以减小焊接变形,提高焊接质量和生产效率,改善劳动条件,节约焊接材料。

加拿大焊接研究所也研制了脉冲双焊丝GMAW焊接设备,用于窄间隙的高强钢焊接,它的两电弧分别采用不同的电源供电,利用两电源脉冲峰值的相移来控制双丝的焊接,解决电磁场的相互干扰问题,成功地解决了窄间隙侧壁熔合问题。

日本的NKK船厂采用了双高速旋转电弧的焊接工艺,用于角焊缝的焊接,它采用了富氩气体作为保护气体,一个为引导焊枪,另一个为训练焊枪。

奥地利弗尼斯公司成功开发了单枪双丝MIG焊技术,该技术焊接效率高,焊接变形小,焊枪小巧可达焊件任何位置。

近几年来,铝合金等有色金属及复合材料在焊接生产中的应用越来越广泛,因此铝合金的双弧焊研究也比较广泛。

日本开发了TIG21Y/G（TIG双丝磁控法）和MIG21Y（MIG单丝磁控法）。

在铝合金的焊接中,日本还开发了双丝焊接技术,其消耗电极焊丝在前,填充焊丝在后,近于平行地配置在喷管内进行焊接。

在消耗电极形成的熔池内插入焊丝,再由熔池热量熔化填充焊丝,这样焊丝熔化速度得到了提高,提高了生产率,并降低了熔池温度,冷却速度增加,变形减小。

由于MIG/MAG焊法具有高效、节能、价廉、可见性好、便于使用等优点,于20世纪80年代中期在国际上已成为主要的焊接方法。

而且在先进工业国家的应用比例越来越大,如日本已达80%,欧美达50%~60%。

2、意义

双丝焊接作为一种高效节能、优质经济的焊接工艺方法,在实际生产中具有良好的应用前景。

随着焊接技术的发展,双丝焊技术必将得以完善和发展,同时还会出现新的电弧组合焊接工艺方法,双丝焊的应用范围也将扩大。

该实验是研究双丝MIG焊工艺，使焊接电流成为在恒流基础上频率和幅值变化可调的脉冲电流。

通过调整两个脉冲电流的相位差，控制焊接热输入量，提高其焊接效率；优化焊接参数，以满足工程实际应用。

未来我国焊接产业的发展趋势是发展高效、自动化、智能型、节能、环保型的焊接。

预计在21世纪的前15年，我国的焊接技术仍然是在传统的框架内继续增长与改进。

当前我国的焊接施工中熔化极气体保护焊逐渐取代手工电弧焊将成为焊接的主流。

在水电站建设，长输管道建设等野外施工项目中，很大一部分结构需要在现场拼装，传统的高效焊接方法如埋弧焊受到制约。

目前针对野外施工的高效焊接市场非常巨大，以三峡水利工程为例，单就压力钢管一项就达4．5万吨的焊接工程量，其中l／3左右为钢管制作场焊接，约2／3在安装现场焊接，此外蜗壳、锥管、肘管、永久船闸等的现场焊接所占比重更大。

国家天然气西气东输工程全长约4000公里的输气管道，输气管径1016mm，焊接接头的数量竟达32万个以上，整个管道上焊缝的长度至少l万4千公里。

如此巨大的焊接市场，对于开发适合野外施工的高效脉冲双丝焊工艺有非常重要的意义。

一般来说，高效焊接技术主要是提高焊接速度和提高熔敷效率。

针对薄板焊接，主要是提高焊接速度。

目前常规MIG／MAG焊接速度为0．3~o．5m／min，简单的提高焊接速度会产生焊接缺陷，其中最主要的是焊缝成形差，易出现“咬边“和“驼峰”焊道。

采用特殊的单丝电流波形控制法，最多可将焊速提高到l～1．2m／min左右；而采用高速双丝MIG／MAG焊，由于改变了电弧形态，焊接温度场和电弧力的分布都得到了改善，从而可以大幅度提高焊接速度，改善焊缝成形。

而针对厚板焊接，主要是提高熔敷效率的问题。

双丝焊接可以有效地扩大焊接规范参数范围，使熔敷速率提高一倍以上。

双丝焊接方式还可以有效地提高电弧的热效率，在相同熔敷速度的前提下有效减小热输入，这对防止焊接变形具有重要意义。

二、双丝焊原理

基于双丝焊枪、二台数字式脉冲电源和同步控制器。

通过适当的匹配，可有效地控制电弧和熔池，得到良好的焊缝成形和质量，提高熔敷速度和焊接速度。

两根焊丝按一定角度输送至一个专门设计的焊枪内。

多种焊枪选择，最大限度地保证焊枪的可达性。

两根焊丝各由一台独立的数字化脉冲电源供电，形成两个可独立调节所有能量参数的电弧，两个电弧形成一个熔池。

双丝焊由于具有两个可独立调节的电弧，而且两个电弧之间的距离可调，因此可控性强。

焊接时，两个电弧可同时引燃，也可先后引燃，其焊接效果是相同的。

与单丝焊相比，影响熔透能力的参数除了能量参数、焊接速度、保护气体、焊枪倾角、干伸长度和焊丝直径以外，焊丝之间的夹角及距离也具有重要的影响。

三、实验步骤

1、安装工件，放上夹具；

2、启动，使焊丝对准被焊工件；

3、打开聚光灯，高速摄像机，在屏幕上得到双焊丝图像；

4、设置图像大小，使得图像的宽度为330左右，高度为356左右；设置高速摄像机的速度，使得1458/s，至多可拍15000张；

5、打开气瓶，焊机，调节电压电流参数；

6、调节好平均电流，脉冲电流，频率等参数；

7、控制焊缝直径按钮，选择slave或者master;

8、调节导电嘴的距离，使得导电嘴到工件的距离为12—14mm；

9、开始焊接。

四、实验结果及分析

双丝焊与单丝相比有以下特点：

1、显著提高了焊接速度和熔敷效率。

焊接速度比传统单丝MIG/MAG焊提14倍，其焊接速度高于比T.I.M.E焊。

熔敷速度高达30kg/h。

2、电弧极其稳定，熔滴过渡平稳，飞溅率低。

两根焊丝之间的协同，两根焊丝之间输出相位相差180°，电弧磁偏吹影响小，1个脉冲过渡1滴熔滴

3、焊接一定板厚的工件时，所需的热输入低于单丝MIG/MAG焊，焊接热影响区小、残余变形量小。

4、焊枪喷嘴孔径大，保护气体覆盖面积大，保护效果好，焊缝的气孔率低。

1、相位角保持180度的双丝

双丝脉冲mig焊其熔滴过渡方式主要有短路过渡、大滴过渡、喷射过渡。

短路过渡是通过熔滴与熔池间的短路来实现的一种过渡形式。

在MIG焊中，采用细丝，配以小电流小电压进行焊接，当弧隙较小时，在熔滴尚未长得很大或脱落之前，熔滴表面就和熔池相接触而形成液桥，使电弧熄灭。

当液桥金属过渡到熔池后，又会出现弧隙并使电弧复燃，接着又产生短路过渡。

这种过渡工艺通常产生体积小而快速凝固的焊接熔池。

尺寸较大的熔滴（熔滴直径大于焊丝直径）以重力加速度从焊丝端部向熔池过渡。

这种过渡方式称为大滴过渡。

这种过渡形式通常出现在电弧电压较高、焊接电流较小的情况下。

这种工艺电弧飘荡、弧长经常改变、保护气流扰动剧烈导致焊接规范不稳定，工艺性能很差，目前在焊接生产中很少采用。

当电弧电压较高，焊接电流较大时，尺寸细小的熔滴（直径小于焊丝直径）以远大于重力加速度的加速度沿焊丝轴线向熔池过渡。

在富氩保护气氛下可以产生稳定的、无飞溅的轴向喷射过渡。

这种过渡形式要求直流反接和焊接电流在临界值以上。

由大滴过渡向喷射过渡转变的最小电流即为喷射过渡的临界电流。

在该电流以下为大滴过渡，熔滴过渡频率为每秒几滴，而在临界电流以上为小滴过渡形式，每秒形成和过渡几十和几百滴。

它将沿焊丝轴线，以较高的速度通过电弧空间。

一般情况下，脉冲MIG焊采用喷射过渡的熔滴过渡方式。

根据脉冲特点，

利用脉冲熔化极气体保护焊可以实现三种熔滴过渡方式，即多脉一滴、一脉一滴、

一脉多滴，而这都对应不同的电弧形态，当电弧烁亮区呈现一种束状时，就是一

脉一滴，当呈现一种阋锥状时，就是一脉多滴，当呈现一种不稳定的束状时，就

是多脉一滴。

1）多脉一滴

多个脉冲才能促使一个熔滴过渡。

电弧呈现出一种不稳定的束状。

当脉冲峰

值作用的时间不长或脉冲峰值电流较低时，容易发生这类过渡方式。

在一个脉冲

周期内，脉冲峰值作用时间不够长时或者脉冲峰值电流较低时，脉冲电流的电弧

能量不足以提供使熔滴脱离焊丝端头过渡到熔池中所需要的能量，在一个脉冲周

期结束后，熔滴不能过渡到熔池，熔滴将继续增大，在经历两个或多个脉冲作用

后，才能获得完成一次熔滴过渡。

在这种情况下，熔滴在焊丝端部停留时间长，

很容易形成大滴过渡，造成焊接过程的不稳定。

2）一脉一滴

在一个脉冲周期内，只过渡一个熔滴。

在这种过渡方式下，电弧烁亮区呈现

一种稳定的束状。

一般认为，一个脉冲过渡一个熔滴可以获得稳定的焊接过程和

良好的焊接质量。

常规意义上的一脉一滴是指在脉冲峰值期间过渡一个熔滴，但

是在通常情况下，如果脉冲时间或脉冲峰值设置不当，都可能由于脉冲峰值期间

能量的积累和峰值时间较小，积累的能量在随后的基值维弧期间被释放出来，造

成在维弧期间发生熔滴过渡。

要保证稳定的一脉一滴的熔滴过渡方式，使熔滴脱

离焊丝端头过渡到熔池中所需要的能量须是恒定的，或者说是在一个能量范围之

内，这样只要在一个脉冲周期内提供过渡一个熔滴所需要的能量就可以达到一脉

一滴的效果，即脉冲单元能量保持在一定的范围内。

3）一脉多滴

在一个脉冲周期内，脉冲峰值电流过大或脉冲峰值作用时间较长时，焊丝端

头过渡完一个熔滴后，继续保持峰值电流ID，能量继续增大，在电弧热和电弧力的作用下，使焊丝端头呈现一种铅笔尖状，就会产生一些细小的熔滴并过渡到熔池中，也就是所谓的一脉多滴。

电弧烁亮区呈现一种圆锥状。

产生这种规律的原因实际都是由于脉冲焊本身的特点所决定的。

对于连续的熔化极气体保护焊来说，只要电流达到射流过渡的临界电流值，就会发生跳弧现象，电弧形态由束状转向圆锥状，由射滴过渡转为射流过渡。

而对于脉冲焊来说，脉冲电流远远大于临界电流值，但是如果脉冲时间不够长，也就是脉冲电流延续的时间不够长，还没有发生跳弧现象，缩颈就很快消失，看到的电弧形态就只能是束状。

因此，当电弧形态保持为束状，还没有变化到圆锥状时，就停止脉冲电流，那么在这期间就只能有一个熔滴过渡到熔池中，也就是一脉一滴：

一旦在一个脉冲周期内具有足够的脉冲时间，电弧形态变为了圆锥状，焊丝尖端变成细长状，就会有多个小的熔滴过渡到熔池中，也就是一脉多滴。

在一定的工艺条件下，平均电流越大，峰值期间发生的熔滴过渡的熔滴数目越多，越易形成一脉多滴的熔滴过渡形式。

1）电流一定，单丝焊接速度是双丝0.5倍，热输入一定，脉冲单弧和双弧区别

•电弧形态

•熔滴过渡

•焊缝成形

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

单100速度350

短路过渡

双100焊速700

短路过渡，有飞溅。

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

单150速度600

亚射流过渡

双150焊速1200

亚射流过渡

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

单200速度700

射流过渡

双200焊速1400

射流过渡

随着焊接电流的增大，焊缝熔深加大，熔宽也加大，当电流增加大一定程度时，熔宽基本不变，熔深变化比较明显。

对于脉冲mig焊来说，最稳定的就是一脉一滴式。

2）单丝电流是双丝电流两倍，焊接速度保持相同，热输入一定，脉冲单弧和双弧区别

•电弧形态

•熔滴过渡

•熔滴过渡与电弧电流、电压波形的对应关系

•焊缝成形

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

单丝400A速度1400

射流过渡

双丝200A速度1400

射流过渡

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

单丝440A速度1600

射流过渡

双丝220A速度1600

射流过渡

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

单丝200A速度700

射流过渡

双丝100A速度700

亚射流过渡，飞溅较大。

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

单丝300A速度1200

射流过渡

双丝150A速度1200

亚射流过渡

在其他条件不变的情况下，提高焊接速度，则单位长度上传给母材的热量显著减小，母材熔化速度减慢，熔深和熔宽的减小，焊接速度提高，母材熔化量减少，焊道变窄，产生气孔，焊速过高，容易形成咬边。

焊接速度降低，焊缝余高增加，焊缝成形系数变差，焊速过慢，单位长度上的熔覆量增加，熔池体积增加，熔深反而减少而熔宽增加。

2、普通MAG（80%Ar+20%CO2）100A-500A

CO280-220A300mm/min

名称

电弧形态

熔滴过渡

焊缝成形

速度300电流80A

射滴过渡

速度500电流150

射流过渡

速度700

电流200A

射流过渡

当采用不同的焊接方法时，会出现不同的电压电流波形图，如下图所示：

1）单100速度350

2）

双200速度1400

2）单400速度1400

3）

双200速度1400

4）CO2速度300电流80

5）CO2速度500电流150

3、STT的含义

SurfaceTensionTransfer表面张力过渡

原理：

在液态小桥将要爆断时拉低电流，利用表面张力完成熔滴过渡。

普通短路过渡波形

短路过渡产生飞溅的主要原因：

Ø短路初期的瞬间意外爆破

Ø短路最后阶段液态小桥的电爆炸飞溅

1.基值电流阶段（T0-T1）：

小电流维弧

2.短路形成阶段（T1-T2）：

小电流，防止瞬时短路

3.缩颈形成阶段（T2-T3）：

大电流，大电磁收缩力形成缩颈

4.熔滴过渡阶段（T3-T4）：

检测到液态小桥大电阻，小电流过渡

5.电弧扩展阶段（T5-T6）：

大电流促进等离子流扩展，熔池液态金属铺展熔滴长大

五、小结

高速焊接和高熔敷率焊接是今后焊接技术的发展方向，而双丝脉冲MIG高速高效焊接又是热点之一，它在工业生产中得到越来越广泛的应用。

该实验主要研究了高效双弧焊，采用单丝或者双丝时，不同的熔滴过渡形式以及焊缝成形效果。

通过origin8软件画出双丝焊接时电压电流的波形图，从而判断焊接时熔滴过渡方式，并观察焊缝成形，从而找到最佳的控制电压，控制电流，得到最好的焊接结果。

六、参考文献

1、双丝脉冲mig焊工艺研究2、邹增大曹梅青张顺善曲士尧《双丝脉冲焊研究现状及进展》山东大科技学报第27卷第2期

3、XX文库。