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1电弧焊接工艺及工程案例—与大家一起探讨松下焊接（中国）技术应用中心2008.1.弧焊机器人焊接工艺参数与焊缝质量的关系——一切为了用户满意2影响焊接的因素一.焊接三要素优秀的操作者合格的焊接材料高品质的焊接设备二.影响焊接质量的几个因数1.材料因素母材和焊材的成分。2.工艺因素焊接方法，坡口形式，加工质量，预热(板厚大于-36mm的Q345钢需预热120-150度)，后热措施，层间温度控制，装配质量，电源种类和极性。3.工艺要求：焊接件所用材料应具有可焊性；焊缝的布置应有利于减少焊接应力和变形；焊接接头的形式、位置和尺寸应能满足焊接质量要求。4.结构因素设计时因考虑焊接接头应处于刚度较小的状态，避免出现截面突变，余高过大，交叉焊缝等引起应力集中。5.使用条件工作温度的高低，工作介质的种类，载荷性质等。为提高本公司持证焊工的技术水平，根据公司产品生产的实际情况，对二氧化碳气体保护焊和焊接设备作专题分述，包括焊接设备及焊接接头的分类，各种位置的焊接技术，焊缝缺陷的处理，焊接变形和防止方法。焊接设备的选用，保养，故障处理。3二氧化碳气体保护焊优缺点优点焊接速度快，引弧性能好，溶深大，焊接范围广，焊接质量好，溶敷效率高。缺点焊接飞溅较大，抗风能力差，设备较复杂。4焊接接头的种类搭接接头搭接接头是由两块钢板的边缘重叠而成，两块钢板的搭头不能小于钢板厚度的一倍.角接接头角接接头是把两块钢板作“T”字型拼接，一般均应进行双面焊。对接接头对接接头是把两块钢板对拼而成。对接接头焊件：厚度δ≤4mm时，可不开坡口，接头间留间隙1.2—2mm。4δ≤12mm时，可开60°的V型坡口。13δ≤20mm时，可开60°的X型坡口。20δ≤60mm时，可开60°单面U型坡口和双面U型坡口。无论是单坡口和双坡口。要留钝边，同时应留间隙。5坡口：根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后构成的沟槽。开坡口：用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程。开坡口的目的：（1）是为保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透，并获得良好的焊缝成形以及便于清渣。（2）对于合金钢来说，坡口还能起到调节母材金属和填充金属比例(即熔合比)的作用。坡口的基本形式6坡口类型（1）根据板厚不同，对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成为V形、X形、K形和U形等坡口。7电弧焊接的主要内容弧焊电源（焊机）弧焊机器人（执行机构）建立稳定的电弧特性焊丝熔化及稳定的熔滴过渡母材的熔化及熔池的建立形成焊缝及焊接接头焊缝及热影响区的组织与性能的变化符合各项技术标准的焊接结构8・电弧：在两极间产生强烈而持久的气体放电现象。・母材：被焊接金属。・熔滴：焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴。・熔池：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。・保护气体：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体。保护气体焊丝母材熔池焊道导电嘴保护气体溶滴电弧9焊丝的熔化及熔滴过渡焊丝熔化热源电弧热电阻热焊丝熔化特性熔化速度Vm与电流I之间的关系影响熔化特性的因素焊丝成分焊丝直径干伸长度极性熔滴过渡的形态（颗粒射流）保护气体介质（MAGCO2）10熔滴过渡的几种形式：短路过渡焊丝与熔池的短路频率20~100次/S短路缩颈“小桥”爆断有飞溅。渣壁过渡（颗粒过渡）（药芯焊丝、焊条电弧焊、埋弧焊）滴状过渡（下垂滴状过渡、排斥滴状过渡）喷射过渡脉冲射滴过渡射流过渡亚射流过渡（铝及铝合金MIG焊）11熔滴上的作用力FgFσFcjFc气电流线等流离流一、表面张力（Fσ）二、重力（Fσ）三、电磁收缩力（Fcz）四、等离子流力五、斑点压力六、短路时所颈爆破力子Fcz熔滴就是在以上各种力的共同作用下过渡到焊缝中的12CO2/ＭＡＧ焊接（短路过渡）脉冲ＭＩＧ/ＭＡＧ焊接焊丝头与母材发生短路并向前过渡熔滴从焊丝头滴落并向前过渡（射滴过渡）熔滴过渡:CO2/MAG焊接、脉冲MIG/MAG焊接13脉冲频率和熔滴过渡频率有三种电弧状态最佳状态：一脉一滴（脉冲频率和熔滴过渡频率一致）可用状态：一脉多滴（脉冲频率低于熔滴过渡频率）不可用状态：多脉一滴（脉冲频率高于熔滴过渡频率）此时飞溅大，脉冲电弧不稳定。注：熔滴过渡频率与焊丝成分、混合气体比例、电流大小等因素有关14熔滴喷射过渡的必要条件纯氩或富氩混合气体保护焊（MIG或MAG）（CO2焊接无法实现喷射过渡，不宜用二氧化碳保护气体的脉冲焊来焊接钢材，因为这种保护气体在脉冲阶段的电弧力不利于熔滴分离。）焊接电流超过喷射过渡的临界电流（如ø1.2实心焊丝MAG焊时电流I320A）低于临界电流时采用脉冲熔化极电源，呈现“脉冲射滴过渡”形式15母材熔化与焊缝成形焊缝熔池的特点：体积小、温差大、冷速快、温度高、过热状态（钢熔池平均温度1770±100°C）在运动下结晶、凝固及一次结晶过程极不平衡（熔池中的气泡、杂质在运动中上浮）。焊缝成分除了焊接材料和熔化的结构材料的成分之外，还与焊接方法和焊接规范而确定的熔合比有关熔池的形状（椭圆、半个鸭蛋型）熔深熔宽熔池长度余高16焊接接头的三个组成部分焊缝区柱状组织晶粒粗大组织偏析熔合区与母材联生结晶热影响区（非淬火钢）1、过热区（粗晶区）2、正火区（细晶区、也称“完全重结晶区”）3、部分相变区（不完全重结晶区）4、再结晶区17MG-51T实心焊丝的适用范围屈服强度抗拉强度延伸率冲击韧性σs（MPa）σb（MPa）δ（%）Akv（J）焊接方法(常温）（-29℃）CO24605603211070MAG520600311609018二元混合气体：70%Ar+30%CO2（C-30）适合于短路过渡下的全位置焊接。80%Ar+20%CO2（C-20）最常用的典型混合气体。Ar+5—10%CO2随着CO2含量的降低，焊缝表面的润湿性降低，适合于低合金钢焊丝的喷射过渡及脉冲过渡；适合于平焊及平角焊。Ar+2—5%O2氩气中加入微量的氧可提高电弧的稳定性，明显降低熔滴和熔池的表面张力，减少咬边缺陷。适合于喷射过渡及脉冲过渡；适合于平焊及平角焊。19三元混合气体：Ar+5—10%CO2+1—3%O2此类三元混合气体集中了Ar、CO2、O2三种气体各自的优点，电弧更加稳定，焊缝熔深、熔宽适中，成形美观。焊接各种厚度的碳钢、低合金钢、不锈钢，不论哪种过渡形式都具有多方面的适应性，称为“万能”混合气体。Ar+10—20%CO2+5%O2适合于碳钢及低合金钢焊丝的喷射过渡及脉冲过渡。20焊接工艺评定：验证焊接工艺的正确性，合理性。为焊接工程施工提供真实.可靠的焊接工艺，并对焊接施工工艺进行确定与指导。焊接工艺评定方法：抗裂性试验工艺评定任务委托技术书（材质，工艺，数量，周期）模拟试件焊接试件物理.化学性能试验工艺评定报告（PQR）焊接工艺规范（WPS）焊接工艺作业指导书21其它重要焊接工艺内容：母材组织与性能焊前工件予热控制层间温度控制焊接线能量[Q=Ⅰ×U/V(J/CM)]后热处理---消氢处理焊后热处理(改善组织、消除应力)22其它工艺要素:母材规格（板厚S、管Φ×S）坡口形式（IVYXUK等）接头类别：板状、管状、管板状、接头形式：对接、角接、T字接、搭接、焊接位置：平焊、立焊、横焊、仰焊、垂直固定水平固定等23焊接检验外观检查无损探伤□Χ射线探伤（RT）□超声探伤（UT）□渗透探伤（PT）□磁粉探伤（MT）24焊接缺欠分类：成型缺欠：咬边、焊瘤、余高、未焊透，错边、焊脚尺寸不足、变形结合缺欠：裂纹、气孔、未熔合性能缺欠：硬化、软化、脆化、耐蚀性恶化、疲劳强度下降25弧焊机器人焊接的优越性高效、高速度的焊接焊接速度是机器人焊接最重要的参数；一般地说，低的焊速，规范调节很容易。机器人焊接追求的目标：0.6—1.5米/min；焊速越高，参数的组合越困难；不仅调节焊接参数，焊枪的前倾角（行走角），焊丝的干伸长度等均有很大的影响。高质量、高品位的焊接；一致性好的焊接；连续性的焊接；精细化的焊接；人工成本低廉的焊接；26妨碍机器人焊接应用的问题工件前期下料装配精度的高要求重复装配精度≤0.2；最大偏差≤0.5。传统切割下料工艺无法满足其精度要求。全位置、多功能夹具的高精度要求；精密跟踪--给机器人装上“眼睛”的精细控制焊接技术滞后；等等27机器人焊接试验的程序和步骤熟悉图纸和焊接技术标准，与用户详细交流技术要求。根据母材成分，确定焊材（焊丝牌号、直径、气体成分）。根据板厚（管直径及壁厚）、接头形式、焊接位置、确定初期焊接工艺规范参数（焊接工艺评定任务书）。按照“焊接工艺评定任务书”中设定的工艺模式，焊接试件，详细记录实际的焊接工艺参数。按照技术标准进行外观检验和内部缺陷检验。初期试焊不合格，分析原因，采取工艺改进措施，调整参数，再次或多次试焊；直到焊接出合格焊缝为止。总结焊接过程的全部工艺参数，编写出“焊接工艺评定报告书”，“焊接工艺规程（WPS)”，应用于实际生产焊接。28焊接试件是保证机器人焊接质量的重要环节机器人焊接工艺规范不是推导出来的，而是试验出来的。不同的材料、不同的焊接位置，工件的焊接规范是不同的。在几十种焊接规范组合中，寻找最快的焊接效率、最好的熔宽和熔深、理想的余高和合格的焊缝质量（外观成形美观、内部缺陷少等等），是一项十分艰苦的工作。工作试件的选择一定要与实际工件具有相同的导热特性、夹具特性、材料特性、环境特性、设备特性等等。29合格焊缝的判据—用户的质量技术标准合格焊缝的必备条件非合格焊缝的分析方法常见焊接缺陷的原因分析及如何解决的工艺措施。调试过程中传递信息的标准化，交流时的正确无误性。外观检验常见缺陷：成型不良（余高过大、焊道窄小）、咬边、气孔、未熔合等的解决办法。30对焊接概念的深刻理解综合各种焊接电源参数定义，需要理解以下基本概念：1、焊接电流（送丝速度）9.焊丝直径选择2、焊接电压和焊接电压的修正10.保护气体成分和流量3、焊接速度（线能量）11.焊枪摆动轨迹4、干伸长度12.摆枪宽度5.焊接接头位置（平、立、横、仰）13.摆枪频率6、跟踪偏移量（焊丝指向位置）14.两侧停留时间7.焊枪工作角15、焊接脉冲电流8、焊枪前倾角（焊枪行走角）16、焊接基值电流17、脉冲频率根据工件具体情况，分析热输入和负面影响哪个是主要矛盾？来决定参数的设置；没有绝对的正确和错误，根据实际情况，制定向有利的因素去发展，是你对参数理解的直接考验。31焊接工艺参数与焊缝成形的关系熔深(h)–电流越大，H越深。熔宽（B)–电压高，B增加。熔池长度（L)—焊速越快，L越长。余高(e)--电流越大，e越高。焊速越慢，e越高。熔池长度（L）熔深（h）熔池宽度（B）余高（e）熔池俯视图熔池横断面图32焊接工艺规范与焊缝成形的关系焊速越快，h越浅；B越窄。电压高，h浅；同时e越小。下坡焊，熔深小；爬坡焊，熔深大。焊枪行走角越大（如90~120°）熔深越大。熔池长度（L）熔深（h）熔池宽度（B）余高（e）熔池俯视图熔池横断面图33焊枪行走角焊接方向焊枪角度及位置与焊缝成形的关系铝焊接时焊枪角度钢焊接时焊枪角度圆筒体环缝焊接34工件呈不同角度时对焊缝成形的影响35焊枪行走角不同时对焊缝成形的影响36焊枪工作角不同时对焊缝成形的影响37焊丝指向位置不同时对焊缝成形的影响38焊丝干伸长度不同时对焊缝成形的影响39焊接金属的熔合比（r)焊丝熔化量Fs母材母材熔化量Fm熔合比——焊缝金属中母材熔化量的百分数公式：r=Fm/Fm+Fs（%）母材焊缝宽度40焊缝形状系数——焊缝宽度与焊缝深度的比值公式：Ψ=B/h(一般大于1.0—1.3，对防止裂纹有利）综合机械性能--多层多道焊优于单层焊，因为前道焊缝对后道焊缝是预热，后道焊缝对前道焊缝有退火作用，防止产生淬硬组织。焊缝形状系数（Ψ）焊缝宽度(B)热影响区（HAZ)焊缝熔深（h)