螺柱焊机等离子焊接培训

1、课程名称课程名称新产品焊接培训 姓名：2016/06/25一、空气预热器的焊接二、板框式热交换器的焊接空气预热器的焊接一、焊接方法 空气预热器涉及到的焊接方法有螺柱焊和焊条电弧焊，主要介绍螺柱焊。 定义：将金属螺柱或类似的其他金属紧固件（栓、钉等）焊接到工件（一般为板件）上去的方法叫做螺柱焊。螺柱焊接技术是为提高焊接质量和效率而发展起来的一项专业焊接技术。通过螺柱焊接方法，我们可以将柱状金属在5ms3s的短时间内焊接到金属母材的表面，焊缝为全断面融合，由于焊接时间短、焊接强度高、焊接能量集中、操作方便、焊接效率高、对母材热损伤小等特点，这项技术被广泛应用在汽车、铁路、钢结构建筑、锅炉制造、造船

2、工业、金属容器制造、电器设备制造、装饰行业、钣金加工等行业中。空气预热器的焊接 原理：在螺柱的焊接过程中，通过电源的输出和螺柱机械运动的协调作用，首先在焊接螺柱和工件之间引燃焊接电弧，焊接螺柱和工件被部分熔化，在工件上形成熔池，同时螺柱端头形成熔化层，然后在压力的作用下将螺柱端部侵入熔池，并将液态金属部分挤出接头，从而形成在结晶的塑性连接或再结晶和重结晶混合连接接头。当电弧熄灭后，保持几毫秒的短路电流形成加压顶锻。 实现螺柱焊接的方法有电阻焊、摩擦焊、爆炸焊以及电弧焊。 空气预热器的焊接 分类：按照操作过程的不同，螺柱焊分为电容放点尖端引燃螺柱焊和拉弧式螺柱焊两大类。 拉弧式螺柱焊按工艺分为陶

3、瓷环或气体保护拉弧螺柱焊、短周期拉弧螺柱焊和电容放电拉弧螺柱焊三种。 电容放电尖端引燃螺柱焊依据电弧引燃时螺柱放电尖端与工件的间隙情况分为直接接触式和有引燃间隙式两种方法。空气预热器的焊接二、焊接过程1、直接接触式电容尖端引燃螺柱焊 在直接接触式电容尖端引燃螺柱焊的焊接过程中，首先螺柱被插入焊枪的螺柱夹头中，螺柱的起弧尖端在焊枪弹簧的作用下，直接低在工件的焊接位置。按压焊枪开关，电容放电，空气预热器的焊接螺柱前端的起弧尖端被强大的电流气化，激发出电弧。螺柱和工件的表面熔化，形成熔化层，同时螺柱在弹簧的作用下相工件运行，插入熔池，电弧熄灭，形成焊接接头。2、预留间隙电容尖端引燃螺柱焊 预留间隙式

4、螺柱焊接与接触式螺柱焊接不同之处在与，在焊接开始后，焊枪嵌入的电磁铁从初始位置提升螺柱，在焊接螺柱与工件表面之间形成一个可以调节的间隙，当螺柱达到上部顶点时，电磁线圈释放，焊接螺柱在弹簧的作用力下加速向工件运动，一旦螺柱引燃尖端接触工件，电流回路闭合，电源电容开始放电，后序与接触式螺柱焊接相同。空气预热器的焊接三、电容放电尖端接触螺柱焊特点1、焊接时间短，只有13ms，空气来不及侵入焊接区，焊接接头已经形成，因此无需气体保护。2、螺柱直径d与被焊工件壁厚之比可以达到810，最小板厚为0.5mm。3、不用考虑螺柱长度的焊接收缩量，只是因为焊接熔池很小，而且接头时塑性接头。4、接头没有外部可见的焊

5、脚，不需要进行接头外观质量检查，不会有气孔、裂纹等缺陷。空气预热器的焊接四、螺柱焊焊接方法的选择 电容放电尖端引燃螺柱焊和拉弧式螺柱焊特点各异，最佳应用范围也不同，在具体应用中选择焊接方法的依据是：被焊工件厚度；材质；紧固件的尺寸。 1、直径大于8mm的螺柱一般是受力接头，适合采用陶瓷环或气体保护拉弧式弧焊工艺。虽然陶瓷环或气体保护适合焊接螺柱直径为3-25mm，但是8mm以下的螺柱更适合采用电容放电尖端引燃螺柱焊、电容放电拉弧焊或短周期拉弧焊。 2、对于w(c)18%的结构钢、镍铬钢材料的螺柱焊接，可以选用任一工艺。但是对于铝及铝合金、铜及铜合金、涂层薄钢板和异种金属材料的螺柱焊接最好采用电

6、容放电尖端引燃螺柱焊或电容拉弧螺柱焊。空气预热器的焊接 3、不同螺柱焊工艺可达到的工件厚度螺柱直径d的比例不用，对于板厚3mm以下的工件最好采用电容尖端放电螺柱焊、电容放电拉弧焊或电周期拉弧焊。 下表为各种螺柱焊工艺特点及应用范围空气预热器的焊接特性参数特性参数电容放电尖端引燃螺柱焊电容放电尖端引燃螺柱焊拉弧式螺柱焊拉弧式螺柱焊直接接触式预留间隙式用陶瓷环或气体保护拉弧螺柱焊短周期拉弧螺柱焊电容放点拉弧螺柱焊螺柱直径d/mm282832531228峰值电流/A1000010000300015005000焊接时间/ms1-31-3100-200020-1003-100d/884810生产率(个/

7、min)2-15手动2-15 自动40-60熔池保护无保护无保护陶瓷环或气体无保护或气体保护无保护螺柱材料w(c) 18%的结构钢、镍铬钢w(c) 18%的结构钢、镍铬钢、铜锌合金、铜、铝w(c) 18%的结构钢、镍铬钢、铝(d12mm)w(c) 18%的结构钢、镍铬钢、铜锌合金(气体保护)w(c) 18%的结构钢、镍铬钢、铜锌合金、铜、铝最小板厚/mm0.50.51.00.60.5工件表面清理油污清理油污不用清理不用清理不用清理 空气预热器的焊接五、焊接质量检验 螺柱焊接接头质量检验方法主要包括外观检验、X射线检验和力学性能试验等。 1、外观检查：检查螺柱根部飞溅以及螺柱是否歪斜。 2、X射

8、线适用于陶瓷环或气体保护拉弧螺柱焊。 3、力学性能：包括弯曲检验、扭力扳手弯曲检验和拉伸检验。 弯曲检验包括锤击和套筒弯曲，一般情况下陶瓷环或气体保护拉弧螺柱焊的弯曲角度应达到60，其他的弯曲角度为30，如果弯曲后焊接处无裂纹，则合格。 扭力扳手弯曲检验主要应用于陶瓷环或气体保护拉弧螺柱焊和短周期拉弧焊，当产品有弯曲应力要求时，对电容尖端空气预热器的焊接引燃螺柱焊结构也应进行扭力扳手弯曲检验。 拉伸检验用于陶瓷环或气体保护拉弧螺柱焊和短周期拉弧螺柱焊，若拉伸破坏发生在螺柱或母材以外，认为通过检验；拉伸检验也可用于电容尖端引燃螺柱焊或电容放电拉弧焊，但这时的标准要求较低，拉伸破坏允许发生在焊接区

9、，只要未焊接面积不超过30%，都认为是合格的。空气预热器的焊接六、焊接缺陷示例1、法兰盘与母材之间有间隙 产生的原因：压力不够 母材太薄，背面无支撑功率不合适 空气预热器的焊接2、围绕焊缝由大量的飞溅 产生的原因：压力太低 功率过高3、偏焊 产生的原因：电弧偏吹（一根地线易引起电弧偏吹）加压的顶针与螺柱不同心焊枪与工件不垂直 空气预热器的焊接4、断裂的焊缝内气孔率较高 产生的原因：功率太小材料不适合螺柱焊5、焊后工件背面变形功率太高压力太大母材太薄焊接方法不合适 板框式热交换器的焊接 板框式热交换器涉及到的焊接方法有氩弧焊和等离子弧焊，主要介绍等离子弧焊接。一、等离子弧的工作原理 等离子弧是利

10、用等离子抢将阴极(如钨极)和阳极之间的自由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的电弧。 等离子弧抢按用途分为焊枪和割枪，切割用的抢无保护气体及保护气罩。板框式热交换器的焊接等离子弧枪的主要组成部分如下图所示：保护气体离子气电极压缩喷嘴保护气罩增压室板框式热交换器的焊接等离子弧是通过三种压缩作用获得的：1) 机械压缩 水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这种拘束作用就是机械压缩；2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能量密度进一步提高的作用就是热压缩；3) 电磁压

11、缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受到进一步的压缩，这就是电磁压缩。 板框式热交换器的焊接等离子弧按电源的供电方式分为三种形式。1）非转移型电弧非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上；依靠高速喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的金属及非金属。2）转移型电弧转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间；在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。这种电弧用于焊接较厚的金属。板框式热交换器的焊接3）联合型电弧转移弧

12、及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。混合型电弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超薄板的焊接。 24-+315+-+板框式热交换器的焊接二、等离子弧焊定义：是利用等离子弧作为热源的焊接方法。按焊缝成型原理，可以将等离子弧焊分为小孔型等离子弧焊及熔透型等离子弧焊，其中30A以下的熔透型等离子弧焊又可称为微束等离子弧焊。1）小孔型等离子弧焊利用小孔效应实现等离子弧焊的方法，亦称穿透型焊接法。原理：在对一定厚度范围内的金属进行焊接时，适当地配合电流、离子气流及焊接速度三个参数，等离子弧将会穿透整个工件厚度，形成一个贯穿工件的小孔，小孔周围的液态金属在电弧吹力、液态金属重力与表面张力作

13、用下保持平衡。焊枪前进时，在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小孔后面并逐渐凝固成焊缝。板框式热交换器的焊接 小孔法焊接的主要优点在于可以单道焊接厚板，板厚范围：1.69mm。小孔法一般仅限于平焊，然而对于某些材料，采取必要的工艺措施，可以实现全位置焊接。 小孔法焊接的优点： 孔隙率低； 由于小孔法产生较为对称的焊缝，焊接横向变形小； 由于电弧穿透能力强，对厚板可实现单道焊接； 不开坡口实现对接焊，焊前对工件坡口加工量减少。缺点： 焊接可变参数多，规范区间窄； 厚板焊接时，对操作者的技术水平要求较高，并且小孔法仅限于自动焊；板框式热交换器的焊接 焊枪对焊接质量影响较大，喷嘴寿命短； 除铝合金

14、外，大多数小孔焊接工艺仍限于平焊位置。2）熔透型等离子弧焊 焊接过程中，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子弧焊方法，又称熔透型焊接法。 原理：当离子气流量较小，弧柱受压缩程度较弱时，这种等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应，焊缝成形原理与氩弧焊类似。主要用于薄板焊接及厚板多道焊。 焊接特点，与氩弧焊相比，熔透法等离子弧焊具有以下优点： 电弧能量集中，因此焊接工艺具有焊接速度快，焊缝深宽比大，截面积小，薄板焊接变形小，厚板焊接缩孔倾向小及热影响区窄等； 板框式热交换器的焊接 电弧稳定性好，由于微束等离子弧焊采用联合弧，电流小至0.1A时电弧仍能稳定燃烧，因此可以焊接超薄件，如0.1m

15、m厚的不锈钢； 电弧挺值度好，以焊接电流10A为例，等离子弧焊喷嘴高度(喷嘴到工件表面的距离)达到6.4mm时，弧柱仍较挺直，而钨极氩弧焊的弧长仅能达到0.6mm(弧长大于0.6mm时稳定性变差)。钨极氩弧焊的扩散角约为45，呈圆锥形，工件上的加热面积与弧长成平方关系，只要电弧长度有很小的变化将引起单位面积上输入热量的较大变化。而等离子弧的扩散角约为5左右，基本上是圆柱形，弧长变化对工件上的加热面积和电流密度影响较小，所以等离子弧焊弧长对焊缝成形的影响不明显。板框式热交换器的焊接 由于等离子弧焊枪的钨极内缩在喷嘴之内，电极不可能与工件接触，因而没有焊缝夹钨的问题。氩弧焊相比，熔透法等离子弧焊具

16、有以下缺点： 由于电弧直径小，要求焊枪喷嘴轴线更准确的对中焊缝； 焊前结构复杂，加工精度高。焊枪喷嘴对焊接质量有着直接影响，必须定期检查、维修，及时更换。板框式热交换器的焊接三、焊接材料1、母材 凡氩弧焊能够焊接的材料均可以用等离子弧焊接，如碳钢、耐热钢、蒙乃尔合金（镍合金）、可伐合金（铁镍钴合金）、钛合金、铜合金、铝合金以及镁合金等。 除铝、镁及其合金外，其余材料均采用直流正接法焊接；铝、镁及其合金采用交流或直流反接法焊接。 等离子弧焊接的冶金过程与氩弧焊相同，只是由于等离子弧具有较小的弧柱直径，焊接时母材熔化少，所以焊缝深宽比大，热影响区窄。每一种母材金属焊接时对预热、后热以及气体保护等工

17、艺与氩弧焊相同。 板框式热交换器的焊接2、填充金属 与氩弧焊一样，等离子弧焊接工艺可以使用填充金属。填充金属一般制成光焊丝或光焊条。自动焊使用光焊丝作为填充金属，手工焊则用光焊条做为填充金属，填充金属的主要成分与被焊母材相同。3、气体 等离子焊枪有两层气体，即从喷嘴流出的离子气及从保护罩流出的保护气。有时为了增强保护，还需要使用保护拖罩及通气的背面垫板以扩大保护范围。 等离子对钨极应该是惰性的，以免钨极烧损过快，保护气对母材一般是惰性的，但如果活性气体不损坏焊缝的性能，允许在保护气中添加活性气体。 为保障焊接过程稳定，大电流焊接时，离子气与保护气相同，小电流焊接时，离子气一般使用纯氩，保护气可

18、以用纯氩也可板框式热交换器的焊接以选用其他气体，等离子弧焊接所用的气体种类取决于被焊金属，可供选择的气体有：1）Ar气 Ar气用于焊接碳钢、高强度钢及活性金属，如钛合、钽及锆合金。焊接这些金属所用的气体中，及时含有极少量的H2也可能导致焊缝产生气孔、裂纹或降低力学性能。2）Ar-H2混合气 焊接奥氏体不锈钢、镍基合金及铜镍合金时，允许使用Ar-H2混合气体，Ar气中添加H2气可提高电弧温度计电弧电场强度，能够更有效地将电弧热量传递给工件，在给定的条件下可以得到较高的焊接速度。同时H2还具有还原性，是的Ar-H2混合气体可以活的更光亮的焊缝外观。但是H2含量过多的焊缝易出现气孔和裂纹，一般 (H

19、2) 限制在7.5%以下。然而在小孔焊接工艺中，由于气体充分逸出，(H2)的范围一般在5%15%。工件越薄，允许的H2比例越大。板框式热交换器的焊接3） Ar-He混合气 He气也是一种惰性气体，当被焊工件不允许使用Ar-H2混合气时，可以考虑使用Ar-He混合气。在Ar-He混合气体中，(He)超过40%以上电弧热量才能有明显的变化， (He)超过75%时，气性能基本与纯He相同，通常在Ar气中加入(He)=50%75%进行钛、铝及其合金的小孔焊及在所有金属材料上熔敷焊道。4）He气 采用纯He气做等离子气时，由于弧柱温度较高，会降低喷嘴的热负载，会降低喷嘴的使用寿命及承载能力，另外He气密

20、度较小，在合理的离子气流量下难以形成小孔，所用纯He气仅用于熔透法焊接，如焊接铜。5）Ar-CO2混合气 由于保护气体不与钨极接触，在小电流焊接低碳钢及低合金钢时，允许在保护气体中添加活性气体，其流量在1015L/min之内。板框式热交换器的焊接四、焊接工艺1、接头形式 用于等离子弧焊接的通用接头形式为：I形坡口、单面V型坡口和U型坡口以及双面V型坡口和U型坡口。除了对接接头，等离子弧焊也适用于焊接角接接头和T型接头，而且具有良好的熔透形。 厚度大于1.6mm但小于下表所列厚度的工件，可不开坡口，一次焊成。材料材料不锈钢不锈钢钛及钛合金钛及钛合金镍及镍合金镍及镍合金低合金钢低合金钢低碳钢低碳钢

21、焊接厚度范围812678板框式热交换器的焊接 焊件厚度在0.051.6mm之间，通常使用熔透法焊接，接头形式见下图。 对于厚度大的工件，需要开坡口对接焊时，与氩弧焊相比，可采用较大的钝边和较小的坡口角度。板框式热交换器的焊接2、焊接参数2.1、熔透法 熔透法分为手工及自动两种1)、手工熔透法 手工熔透法焊接的最佳电流范围0.150A，当电流超过50A时，使用手工氩弧焊更为经济。使用等离子弧焊设备先引燃维弧，开始焊接时再引燃主弧，如果一段焊缝需要多段焊缝或焊点，在完成一段焊缝或焊点时，可以只熄灭主弧，保持维弧，这样，在下一次焊接方便引燃主弧，而不想氩弧焊要反复使用高频引弧，等离子弧长偏差1mm对

22、焊缝质量无影响，所以手工等离子弧特别适合焊接需要反复引燃主弧，而又无法精确控制弧长的焊接工艺。板框式热交换器的焊接2)、自动熔透法 自动熔透法焊接工艺应用广泛，特别是焊接小型精密元件，如医疗设备元件、光学仪器元件、精密仪器元件、丝材、膜盒或波纹管等， 板框式热交换器的焊接2.2、小孔法 小孔法只能采用自动焊，小孔法焊接需要精确的控制起弧与收弧、离子气流量、焊接电流、焊接速度等参数。2.2.1、起弧与收弧 板厚小于3mm时，可以直接在焊件上起弧及收弧。板厚大于3mm时，对于纵缝，可以采用引弧板与收弧板，将小孔的起始区与收尾区排除在焊缝之外。环缝焊接时，须采用电流与离子气流量递增的方式形成合适的小孔成型区，而采用电流与离子气递减的方式获得小孔收尾区。2.2.2、焊接电流 焊接电流增加，等离子弧穿透能力增加，和其他电弧焊方法一样，焊接电流总是根据板厚或熔透要求来选定，电流过小不能形成小孔，电流过大，又因小孔直径过大而使熔池金属坠落。 板框式热交换器的焊接2.2.3、离子气流量 离子气流量的增加，可使等离子流力和熔透能力增大，在其他条件不变时，为形成小孔，必须要有足够的离子气流量，但是离子气流量过大也不好，会使得