浅谈冷弧TIG焊在薄板焊接中的应用及发展

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引言

在现代工业中超薄板以及轻型金属结构件的用途已经越来越广泛,尤其是模具制造与修复、医疗器械不锈钢薄板、汽车工业中超薄的镀锌板、不锈钢板、以及轻型铝合金材料的应用已非常普遍。这类工件在焊接时对电弧的热量非常敏感。要求焊接电弧的能量尽可能的小,以避免焊接件因过热而受到不良影响。常规的氩弧焊已不能满足这类工件对焊接的要求。氩弧冷电弧焊,是一种新型的氩弧焊方法,可以在焊接过程中对脉冲频率和电流进行精确的控制和调节,使电弧稳定,同时又能显著地降低电弧能量。

1 氩弧焊

1.1 钨极氩弧焊 传统氩弧焊的起弧采用高压击穿的起弧方式,先在电极针(钨针)与工件间加以高频高压,击穿氩气,使之导电,然后供给持续的电流,保证电弧稳定。

1.2 氩弧焊特点 因为热影响区域大,工件在修补后常常会造成变形、硬度过高、砂眼、局部退火、开裂、针孔、磨损、划伤、咬边、或者是结合力不够及内应力损伤等缺点。尤其在精密铸造件细小缺陷的修补过程在表面突出。

2 冷弧TIG焊

2.1 冷焊机工作原理是 冷焊机采用电容储能的原理,以瞬间通过高频脉冲电弧的形式释放电流于钨极和工件之间,完成一个焊点的熔接只需要十几毫秒,热输入量集中,完成放弧收弧的时间快,不对工件造成持续加热,从而达到冷焊效果。所以焊后的变形小,焊缝不发黑,对母材伤害小。冷焊机主要是靠瞬时能量完成材料熔接,以电脑芯片精准控制每个弧点能量释放的精准性,属于一种精密低温的焊接设备。

2.2 焊接温度的区别 冷焊机的焊接温度要比氩弧焊机低很多,冷弧TIG焊的焊接时间更能够得到精确控制,使用最大的电流进行焊接,焊后的母材温度也只有几十度,用手是可以触摸的。薄板焊接不易变形。冷焊在薄板焊接方面较氩弧焊有着很大的优势,薄板焊接变形量很小,手工焊接最薄的可以达到0.2mm的板材,焊接质量高,相比钨极氩弧焊焊机,冷焊机不易烧穿。

3 冷弧TIG焊接头质量分析

3.1 冷冷焊机冷焊放电时间与下一次放电间隔时间相比极短,机器有足够的相对停止时间,热量会通过工件基体扩散到外界。因此工件的被加工部位不会有热量的聚集。虽然工件的升温几乎停留在室温,可是由于瞬时熔化的原因,电极尖端的温度可以达10000°C左右,强度高。

3.2 目前TIG冷焊机发展现状 具有多种焊接模式,包括:单点脉冲+连续脉冲,精密点焊+精密连续点焊,所以冷焊机能够一机多用,既可以用于手工焊又可以与自动焊结合使用。由于与母材之间产生了合金化作用,向工件内部扩散,熔渗,形成了扩散层,得到了高强度的结合。

利用冷焊机进行修补堆焊时,既热输入低,又结合强度大。这是因为焊条瞬间产生金属熔滴,过渡到与母材金属的接触部位,同时由于等离子电弧的高温作用,表层深处形成像生了根一样的强固的扩散层。呈现出高结合性,可直接进行铣、锉、磨等加工,不会脱落。

1.使用电源:单相220V±20%,50HZ。功率消耗:5W-2KW。

瞬时最大功率:大于30KW(阻焊时),大于40KW(弧焊时)。

2.阻焊连续输出时脉冲频率:2.8-100HZ,微电脑自动控制。3.阻焊补材厚度:0.01mm-0.22mm。弧焊焊丝直径:0.1mm-1.6

3.主机控制系统:采用改进型内置数控微机进行双闭环精密控制。其稳定性和运行能力远远优于同类产品,采用智能IC控制板。

4.气体保护系统:改为微机控制的同步氩气保护系统,使氩气保护更好,焊接效果更加牢固,美观。同时保持了原有优点,可与昂贵的激光焊机媲美,可以最大限度地节约氩气。

5.安装条件及耗材:温度:28°C,湿度:5%-75%,不结露。电源:220伏50HZ交流电,电压稳定。环境:干净无灰尘或灰尘较少。主要消耗:焊丝、氩气、电。冷焊机属于低温熔焊,并非无温焊接!焊接处牢固度等同于市场上主流焊机的焊接效果。为完全冶金熔接,焊材硬度可选,焊后不会改变焊材及母材的各项性能;

4 应用及发展

4.1 热影响区域小 堆覆的瞬间过程中无热输入,因而无变形,咬边和残余应力。不会产生局部退火,修复后不需要重新热处理。修补精度高,可使用直径0.2mm至2.0mm焊丝、进行加丝焊接,不会产生变形、咬边等焊接缺陷,从而保留原基准面,后期整形也很方便。

4.2 修补速度快 最快修补量可达180mm3/min,几乎媲美氩焊速度。

4.3 热影响区小发热量小 因为高频放电瞬间高温的原理使焊点散热快焊接后焊点处可以用手指直接触摸,所以不会造成基材退火变形。

4.4 适应范围大 使用开关电源,当电压变化在±20%的范围内波动时,机器仍能保证正常工作,并维持稳定的输出功率。堆焊层硬度及补材多样性:使用不同的电极棒材料(补材)可获得不同要求的硬度。堆焊修补层硬度可从HRC 25～HRC 62.

4.5 可用于设备和模具使用过程中的磨损焊接;铸件(铸钢、铸铁、铜、铝等材料)在制造过程中的缺陷或损伤;液压件(液压缸、液压杆)的磨损或划伤;各种机械零部件(缸筒、活塞、液压缸、导杆、铜瓦、曲轴、滚筒、轧辊、箱体、缸体、齿轮键槽、转子轴承)维修;轴承位修复、齿轮维修、曲轴磨损修复、机床导轨修复、挖掘机维修、挖掘机杆修复等。

结论

“冷弧焊”是一种新兴输入热量小,工件变形小的焊接工艺。其电弧能量比短弧焊更低。“冷弧焊”是通过对电源的电气控制来实现的,既可用于全自动焊接,也可用于手工半自动化焊接。“冷弧焊”采用了更为精确的方法来控制短路过渡中的熔滴过渡,使电弧更为平稳,焊缝均匀。在薄板以及对电弧热量非常敏感的材料的焊接时,采用“冷弧焊”可获得比传统焊接方法更为理想的焊接接头。