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铝合金材料焊接工艺双丝高效GMAW焊接系统

      从弧焊方法上看,铝合金材料的工业化焊接应用经历了手工焊、交流TIG/PAW、直流GMAW、脉冲GMAW等多种焊接工艺的演进,这种演进虽不是替代性的,但从焊接效率来讲是逐步提高的。而Tandem双丝高效GMAW方法是在脉冲GMAW基础上的发展的最新技术。

与其它焊接方法相比,Tandem双丝高效GMAW焊接方法的主要特点在以下两方面:

1、系统组成不同其他方法都是单丝焊接系统,Tandem双丝高效GMAW是双丝系统。

 

     Tandem双丝高效GMAW焊接方法的明显特征是两条焊丝前后串列、在同一个熔池中燃弧并过度形成焊缝。系统由相互通信协调的两台焊接电源、两台送丝机构、一只双通道焊枪组成。当焊接电源采用U.I输出模式时,由于数字化协调通信系统的存在,两台焊接电源和送丝机构得以协调有序的控制前后焊丝的焊接参数,前后丝电流的脉冲相位差固定为180度,两个电弧的峰值交替产生,熔化金属形成稳定而有规律的交替过渡状态。

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图1为Tandem双丝高效GMAW焊接系统的焊枪和端部形态

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图2是Tandem双丝高效GMAW系统组成的焊接机器人工作站系统


由于Tandem双丝高效GMAW焊接系统的焊接电流大、输出热量高,焊枪和电缆均采用水冷结构以保障长时间使用的可靠性。Tandem双丝高效GMAW焊接系统主要用于自动焊接,通常与焊接机器人组成机器人焊接工作站或者与焊机专机匹配组成焊接自动化系统。

 

图例:

A、焊接电源和水冷器(主、辅机);

B、OMI数字接口;

C、协调控制器;
D、主/辅送丝机;

E、上位机(焊接机器人或专机);

F、主/辅线缆系统;

H、焊丝;

I、焊枪电缆;

J、Tandem焊枪;

K、焊枪移动机构(焊接机器人或专机);

L、M、N、焊枪清洁器;

 

2、焊接效率不同


衡量焊接系统热效率(工作效率)的标准是熔敷量,也既系统单位时间内熔化的填充焊丝重量。相同功率条件下,熔敷量越大效率越高。


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图3:Tandem双丝高效GMAW电弧与单丝电弧散热比较


在熔化极电弧焊焊接过程中,电能通过电弧转化为热能,大部分用来融化焊缝母材金属形成熔池,小部分用来熔化焊丝形成过渡;其中大部分热量熔化母材金属形成熔池后都从周围母材金属的截面中散失了。从示意图可以看到,在每根丝相同功率下,单丝焊每根丝的散热截面是360度,而双丝焊的每根丝的散热截面不到270度,也即双丝焊系统的每根丝有90度以上的界面是没有向母材散热的。这部分热量就是使Tandem双丝高效GMAW焊接方法焊缝熔深增加、熔敷量增加的那一部分热量。称之为熔池热循环现象,是双丝焊方法提高焊接效率的主要原因。


利用Tandem双丝高效GMAW焊接系统的熔池热循环原理,可以使用更大电流和更快的送丝速度;由于前后两丝在同一个熔池中熔化,两丝产生的热量互相借用,即前丝的散热用来熔化后丝;后丝的产热又加快了前丝的熔化速度,相互供热使熔敷量增加,在增大熔敷量的同时减少对母材的热输入,同等熔敷率下线能量更小,有利于提高焊接质量。


图4曲线是Tandem双丝高效GMAW焊接系统和单丝系统的熔敷量对比,

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图5曲线是Tandem双丝高效GMAW焊接系统和单丝系统焊接速度的对比。

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三、铝合金的Tandem双丝高效GMAW焊接案例


与其它焊接方法相比,使用Tandem双丝高效GMAW工艺焊接铝合金具有一定的优势。由于该工艺方法具有电弧能量集中、熔敷效率高、熔深可控的特点,在焊接大厚度铝合金是可以做到起始加热速度快,熔化的总金属量(焊缝和母材)大,焊缝的深宽比例可控,总能量输入不变的条件下可产生更多熔敷金属,焊缝不过热条件下使液态熔池保持的时间较长。这些特点有利于铝合金焊接缺陷的减少和焊接效率的提高。在国内的一些使用案例中, Tandem双丝高效GMAW工艺焊接铝合金具有的优势均得到体现。


四、铝合金Tandem双丝高效GMAW焊接应注意的问题

 

Tandem双丝高效GMAW系统主要适用于自动化焊接,与其它数字一元化的MIG焊接设备比较,在使用上由一些问题需要注意。由于Tandem双丝高效GMAW焊接系统是由主辅两台焊接电源组成,所以在参数设置上要考虑到前后丝的特点,应该根据所焊接的工件的要求确定前后丝的焊接规范,打底焊缝主要考虑熔深和熔合质量,可适当加大能量输出,避免熔合不好等缺陷;填充焊道主要考虑增大熔敷量、避免焊缝过热,应选择合适的焊接速度和能量输出的配合,避免弧长过大,焊缝宽度大于12mm时可以使用摆动电弧改善焊缝两侧的熔合;表面层的焊接一般都有较高的质量要求,既要保证焊缝质量又要保证表面成型美观;前后丝规范的配合要适当调整,减少焊层的厚度,适当提高焊接弧长和脉冲频率,是液态金属流动性改善,增加焊缝表面的平整度和光洁度。为了达到优异的焊缝质量,不应过分追求电弧的柔和或无飞溅电弧,在绝大部分情况下,完全无飞溅的状态并不是焊接质量最好的电弧状态。Tandem双丝系统焊接铝合金时由于输出功率大、焊接速度快,焊缝面积大,其阴极清理区域的面积也大,在清理氧化皮特别是较厚的氧化皮的区域时,被除掉的三氧化二铝在高温下爆开也会造成电弧的轻微震动,产生“啪啪”的响声并伴随着连续不断的细微火星飞溅,这与熔滴过渡不稳定时的熔化的金属飞溅完全不同,不会对焊接质量和焊缝成形造成影响。


铝合金材料的导热系数大,焊接熔深浅,而且使用常规方式调节熔深很困难,这也是容易造成焊接热裂纹的原因之一。在Tandem双丝高效GMAW工艺中为了得到较大的熔深,可以利用该工艺方法热量较集中、前后丝规范分别可调的特点控制焊缝的熔深,在不增加的电压条件下、增加脉宽和送丝速度可以加大焊缝的熔深,一般应该前丝的电压和弧长更低一些,这样可以在增大熔深时保持较好的焊缝成形。如果希望减小熔深,增加焊缝宽度和表面光洁度则可以提高峰值电压和脉冲频率,减小脉冲宽度。


由于铝合金的电阻率很小、所以焊丝的干伸长对于Tandem双丝高效GMAW工艺焊接铝合金的影响不大,但干伸长过长时或影响到气体的保护效果,焊接时干伸长不应该大于35mm。


该工艺焊接铝合金时电弧功率较大,需要保护的熔池和焊缝面积也比较大,所以需要更多更大面积的保护气体,如果使用纯氩气保护应该使气流量不小于45升/分钟,一般50升/分钟左右效果较好。


由于Tandem双丝高效GMAW工艺焊接铝合金时电弧功率较大,所以电弧光强度、声音、烟尘等焊接污染也都大于单丝焊接,操作者应当根据实际情况适当增加防护措施。


资料来源:广州大焊机械设备有限公司 http://www.dahanjixie.cn
日期:2013-10-15 人气:2070
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