管道全位置焊接打底焊工藝研究摘要：從單焊道全位置區(qū)段、送絲行為、焊接弧長(zhǎng)（電壓）、電流行為分析、工藝試驗(yàn)與接頭檢驗(yàn)等幾方面介紹管道全位置打底焊工藝特點(diǎn)，其研究成果對(duì)全位置焊接機(jī)的制造與調(diào)試具有普遍指導(dǎo)意義。LL'機(jī)的制造與調(diào)試具有普遍指導(dǎo)意義。LL'關(guān)鍵詞：區(qū)段分析送絲行為焊接弧長(zhǎng)工藝試驗(yàn)在厚壁管全位置焊接過(guò)程中，打底焊技術(shù)是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。我們通過(guò)分析全位置管焊機(jī)工藝特點(diǎn)，制定切實(shí)可行的焊接工藝參數(shù)。即根據(jù)所焊管材材質(zhì)、直徑、壁厚，選擇焊絲材質(zhì)、直徑，確定所焊管道組數(shù)，再將每一道分8個(gè)區(qū)。這8個(gè)區(qū)焊接工藝參數(shù)可以一樣，也可以不一樣，這取決于實(shí)際焊接過(guò)程需要，實(shí)際上是把一個(gè)焊接程序分為若干段，每段的指令規(guī)范都是按各區(qū)需要輸入的。工藝參數(shù)選擇方法討論1.區(qū)段分析在圖1中，1,2區(qū)處于下坡焊位置，熔化的鐵水位于鎢極前方向下流淌，此時(shí)峰值電流應(yīng)比平焊時(shí)稍大，以利于電弧吹開鐵水去熔化其下的鈍邊部分母材，電壓適中；3,4區(qū)屬于仰焊位置，由于重力作用，送絲速度應(yīng)比平、立焊時(shí)慢些，以利熔滴過(guò)渡；5,6區(qū)段處于上坡焊位置，熔化的鐵水向下流淌位于鎢極后方，鈍邊直接暴露在電弧之下，為防止燒穿，5,6區(qū)的電流應(yīng)比其他各區(qū)都要小。且送絲速度應(yīng)該加大，以填補(bǔ)電弧熔化鈍邊后向下流淌的母材金屬，此時(shí)電壓也應(yīng)比3,4區(qū)有所提高。7,8區(qū)基本處于水平位置，電壓、電流均可比5,6區(qū)稍大，送絲正常即可。圖1單焊道全位置分區(qū)2?送絲行為分析在全位置焊中，為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)熔池的控制，采用送絲與脈沖電流與鎢極擺動(dòng)同步控制技術(shù)，即脈沖電流峰值與鎢極擺動(dòng)左右端點(diǎn)停留時(shí)間、送絲速度峰值同步，脈沖電流基值與鎢極擺動(dòng)中間運(yùn)行時(shí)間、送絲速度基值同步。保證焊絲熔化充分，避免送絲干擾電弧電壓，影響弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)精度。送絲速度對(duì)焊縫成形影響很大，當(dāng)送絲速度過(guò)大時(shí)，會(huì)使送絲速度大于熔化速度，未熔化的焊絲會(huì)穿過(guò)焊接弧柱區(qū)，成段燒斷，破壞焊縫成形,影響焊接質(zhì)量。同時(shí)也干擾焊接電弧電壓，造成弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)紊亂，影響焊接過(guò)程正常進(jìn)行。當(dāng)送絲速度過(guò)慢時(shí)，造成填充金屬量不足，易形成咬邊。當(dāng)送絲速度不穩(wěn)定時(shí)，易使焊縫高低不平寬度不均，波形粗劣。在全位置焊中送絲速度的及時(shí)變化很重要，在下坡焊與仰焊時(shí)送絲速度應(yīng)較平焊略慢，在上坡焊時(shí)送絲速度應(yīng)較平焊略快，填充熔池下淌金屬。焊接時(shí)要求焊炬、焊絲與工件之間保持正確的相對(duì)位置（圖2），防止焊絲與高溫的鎢極接觸燒損鎢極，影響鎢極發(fā)射電子能力與電弧穩(wěn)定性，若送絲角度太大，焊絲端部可能會(huì)有一部分插入熔池中，使焊絲熔化速度較原有給定送絲速度變慢，焊絲端部會(huì)插入熔池底部，影響焊絲正常送進(jìn)，破壞焊縫成形與焊質(zhì)量。若送絲角度太小，鎢極擺動(dòng)焊絲會(huì)與熔池前端焊道刮擦，使焊絲發(fā)生顫動(dòng)，造成熔滴飛濺，影響焊接過(guò)程正常工作與焊接質(zhì)量。圖2焊炬焊絲進(jìn)入熔池的位置3.焊接弧長(zhǎng)（電壓）、電流行為分析脈沖焊接電流在焊接上的一個(gè)重要應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形，由焊接電壓流峰值保證背面熔透，焊接電流基值防止燒穿。本文中的全位置自動(dòng)tig管焊機(jī)采用鎢極擺動(dòng)脈沖tig焊工藝，焊槍實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3所示。圖3鎢極擺動(dòng)脈沖TIG焊鎢極的運(yùn)動(dòng)軌跡從圖3可以看出，在鎢極擺動(dòng)到端點(diǎn)（5至4與3至2區(qū)間），焊接電流為峰值I;而在鎢極擺動(dòng)過(guò)程中p（4至3與2至1區(qū)間），焊接電流為基值Ib。由電弧靜特性曲線可以看出（如圖4所示），峰值電流I與基值電p流I分別對(duì)應(yīng)了兩個(gè)弧壓U與Uo從圖5還可以觀察b p b到，弧壓隨電流的變化不是瞬間的，而且存在一個(gè)小的振蕩現(xiàn)象。脈沖交變的前沿振蕩時(shí)間約為幾個(gè)毫秒。h11圖4脈沖焊時(shí)的電弧電壓圖5脈沖焊時(shí)電弧電壓波形不難分析，僅取電壓作為控制參量，如果只設(shè)定一個(gè)電壓值，對(duì)應(yīng)基值、峰值電流會(huì)有兩個(gè)電弧長(zhǎng)度，操作機(jī)使用自動(dòng)添絲，兩個(gè)電弧長(zhǎng)度是我們不希望的。于是設(shè)計(jì)可以設(shè)定兩個(gè)壓值，分別對(duì)應(yīng)基值、峰值電流，只要兩個(gè)電壓值設(shè)定合理，兩個(gè)電流會(huì)有一個(gè)電弧長(zhǎng)度。同時(shí)也可通過(guò)設(shè)定不同電壓值的方法，設(shè)置基值、峰值電流對(duì)應(yīng)兩個(gè)電弧長(zhǎng)度，且基值、電弧長(zhǎng)度可控，以實(shí)現(xiàn)變弧長(zhǎng)控制。在窄間隙U形坡口全位置焊中，由于導(dǎo)軌安裝精度與坡口加工精度的限制，導(dǎo)軌與環(huán)縫不可能處處平行，焊接過(guò)程中鎢極的擺動(dòng)中心常偏離焊縫中心，使鎢極擺動(dòng)中有一端點(diǎn)離焊道側(cè)壁過(guò)近，按照弧壓最小原理，將在鎢極尖端與側(cè)壁之間建立電弧，弧壓下降，此時(shí)若以峰值時(shí)弧壓參量控制弧長(zhǎng)，焊槍將上提，但由于上提中鎢極尖端與焊道側(cè)壁間的距離幾乎不變，使焊槍持續(xù)上提直至鎢極回?cái)[。上述現(xiàn)象的后果是：1）無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎢極擺動(dòng)過(guò)程中，兩端電弧短，中間電弧長(zhǎng)的工藝性能；2）弧長(zhǎng)的大范圍變化使焊絲不能送入熔池，熔池難以保持.3）焊槍的上下劇烈運(yùn)動(dòng)，使熔滴易飛濺到鎢極，鎢極失去尖端放電的特性，弧長(zhǎng)控制紊亂。這一問(wèn)題一般可以通過(guò)橫向擺動(dòng)裝置調(diào)整焊槍橫向位置解決。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，如果鎢極擺動(dòng)在兩端停留時(shí)間短，如圖3所示，鎢極在兩端沿焊道的移動(dòng)距離L2乙很小，弧長(zhǎng)幾乎不會(huì)變化，則峰值電流不會(huì)調(diào)整弧長(zhǎng)，即可防止電弧爬壁現(xiàn)象。本焊機(jī)弧長(zhǎng)控制模式有如下兩個(gè)選擇：1)僅在基值電流控制弧長(zhǎng)；2)依據(jù)兩個(gè)電流值來(lái)控制弧長(zhǎng)。第1種方式應(yīng)用于坡口內(nèi)，可避免電弧爬壁現(xiàn)象。由圖3可以看出，電流基值區(qū)間鎢極尖端在焊道表面的位移一般大于峰值區(qū)間的位移，僅依據(jù)基值電流來(lái)控制弧長(zhǎng)相對(duì)合理且實(shí)用。但這種控制方式畢竟忽略了峰值電流區(qū)間的弧長(zhǎng)控制，所以峰值電流區(qū)間鎢極沿焊道的位移不可過(guò)大，即鎢極擺動(dòng)在兩端的停留時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，且焊速不宜過(guò)大。經(jīng)實(shí)焊發(fā)現(xiàn)，正常焊速(v200mm/min)下，如果鎢極擺動(dòng)選擇兩端停留時(shí)間與中間擺動(dòng)時(shí)間相同，當(dāng)鎢極擺動(dòng)頻率大于0?5Hz,此方法能保證焊接過(guò)程中弧長(zhǎng)穩(wěn)定。第2種方式應(yīng)用于坡口蓋面焊。控制兩個(gè)電壓參量的差別，可實(shí)現(xiàn)變弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)。實(shí)焊發(fā)現(xiàn)，在坡口蓋面焊中，峰值電流區(qū)間時(shí)電弧短，基值電流區(qū)間電弧長(zhǎng)，長(zhǎng)弧與短弧差控制在1mm以內(nèi)，焊接效果較好。應(yīng)用這種弧長(zhǎng)控制方式要注意：1） 弧壓隨電流的變化不是瞬間的，弧長(zhǎng)控制時(shí)要避開弧壓在脈沖交變時(shí)的前沿振蕩。2） 由于弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度有限，為了實(shí)現(xiàn)有節(jié)奏的變弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)，磚極擺到兩端時(shí)，焊槍要有足夠的時(shí)間下調(diào)至短弧，磚極在擺動(dòng)中，焊槍要有足夠的時(shí)間上拉至長(zhǎng)弧。實(shí)焊證明，如果磚極在兩端點(diǎn)的停留時(shí)間與中間的擺動(dòng)時(shí)間相同，當(dāng)擺動(dòng)頻率大于2Hz難以實(shí)現(xiàn)有節(jié)奏的變弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)。本控制單元能根據(jù)主機(jī)的設(shè)定值選擇弧長(zhǎng)控制模式，結(jié)合對(duì)焊接電源的控制，不難用單片機(jī)程控制實(shí)現(xiàn)本單元的控制功能。綜合考慮，雖然各區(qū)可按需要設(shè)定焊接工藝參數(shù)，但為了保持焊縫成形的連續(xù)性，使其波紋均勻美觀，相鄰各區(qū)之間的參數(shù)不宜過(guò)大，即區(qū)與區(qū)之間過(guò)渡應(yīng)緩慢，實(shí)際施焊中，6,7區(qū)之間過(guò)渡時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象，所以電流增長(zhǎng)不能很大，并采用增加電壓的方法來(lái)過(guò)渡。工藝試驗(yàn)與接頭檢驗(yàn)表1所示為兩組經(jīng)實(shí)焊證明較合適的焊接規(guī)范，分別用于打底焊與蓋面焊過(guò)程。焊接實(shí)驗(yàn)采用12Cr1MoV鋼管，管壁厚35mm,管徑325mm,U型坡口開口處寬16mm，根部寬13mm。打底焊后，依次設(shè)定對(duì)口中間層及蓋面層焊接工藝參數(shù)，完成接頭焊接任務(wù)。經(jīng)超聲波探傷與接頭機(jī)械性能檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)均符合使用要求。表1焊接規(guī)范一覽表焊接工藝參數(shù)打底焊蓋面焊焊接峰值電流220A240A焊接130A210A

基值電流焊接峰值電流電壓9.4V10.10V焊接基值電流電壓9.2V9.5V鎢10°20°

極左擺角鎢極右擺角10°20°中間擺動(dòng)時(shí)間0.3s0.6s兩_uii端停留時(shí)間0.3s0.4s

焊接速度120mm/