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1、埋弧自动焊工艺与设备 蒋应田 辽宁石油化工大学 LNPU LNPU 一、 实验目的 1、 通过实际操作，了解埋弧自动焊机 的操作过程 2、 熟悉埋弧焊接工艺过程 3、 掌握埋弧焊工作原理及组成 4、 了解焊接规范对焊缝成型影响。 LNPU 二、 实验原理 1、 焊接规范参数与焊缝成型的关系 埋弧焊规范参数主要有：电流、电压机焊速，三者决 定着焊接线能量的大小，同时也对焊缝外观成型起至 关重要的作用，是保证焊接质量的首要因素。 焊缝的外观成型主要指：熔深、熔宽、余高等。下面 讨论焊接规范于三个指标的关系。 LNPU （1）、焊接电流 焊接电流增大时（其他条件不变），焊缝的熔深和余高均增大， 熔宽
2、没多大变化（或略微增大），这主要从三个方面讲： a电流增大时，工件上的电弧力和热输入均增大，热源位置下移 ，熔深增大。熔深与焊接电流近于成正比关系，比例系数（km） 与电弧焊的方法，焊丝直径，电流种类等有关。 b电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大， 电弧斑点移动范围受到限制，因而熔深近于不变。 c电流增大后，焊丝熔化量近于成比例地增多，由于熔宽近于不变 ，所以余高增大 LNPU （2）、电弧电压 在其他条件不变时，电弧电压增大时，焊缝熔深略有 减小而熔宽增大，余高减小。这是因为:电压增大，电 弧功率加大，工件热输入有所增大；同时弧长拉长， 斑点移动范围变大，电弧分布半径增大，
3、导致电弧集 中系数k减小( )qm(比热流)减小（ ） ， 因此熔深略有减小，而熔宽增大。 此外，熔宽增大，焊丝熔化量却稍有减小，因此余高 减小。 LNPU （3）、焊接速度 焊接速度提高时，线能量 减小，熔宽和熔深 都减小 ，余高也减小。这是因为单位长度焊缝 上的焊丝金属的熔化量与焊速v成正比，而 熔宽近似于与成反比 ，熔化比近于不变。 说明：这三个参数是互相关联的，要综合考虑 各方面的影响与要求去确定，才能得到良好的 焊缝成型，接头性能才能满足要求，生产效率 才能得到提高。 LNPU 1、 焊缝形状的测量 焊缝的熔宽B和余高a可通过量尺直接测 量。熔深的测量需进行破坏性方法来测 量。 将焊
4、缝横向截开，可用锯切加工为宜 。 用砂轮机磨平截面，再用砂纸磨光。 用稀硝酸水溶液（或5%HNO3酒精熔 页）腐蚀出焊缝熔透轮廓。 用量尺测出熔深。 LNPU 1、 埋弧焊焊接工艺 焊前的准备 准备工作包括：工件的加工和焊材的准备 工件的加工 主要是厚焊件的坡口加工，焊接区域的清理及焊件的装配 等。 a坡口加工：板厚14mm，可以不开坡口 =1422时，开“V”型坡口 =2250时，可开“X”坡口，对于重要构件，开“U”坡口，以保证根部 焊透和无夹渣等缺陷。在“V”“X”型坡口中，坡口角度为5060 坡口可采用刨边机，气割机或碳弧气刨等设备加工，坡口边缘必须平直 。 b焊接区域的清理 焊前应对
5、坡口及焊接部位附近一定区域的表面铁锈，氧化皮，油污清 楚干净，以保证焊接质量。 c工件的装配 焊件装配要求间隙均匀，高低平整无错边。装配点固焊时要求使用的焊 条要与焊件材料性能相符，定位焊缝一般应在第一道焊缝的背面，长度 大于30mm。在直焊缝组装时需要加引弧板和收弧板。 LNPU 焊材的准备 根据制定的焊接工艺要求，选取合适的 焊丝和焊剂，并参照有关要求对焊剂进 行烘干，对焊丝除油绣。 LNPU 埋弧焊工艺及规范参数的选择 针对埋弧焊所焊接头的形式及位置选取恰当的工艺过程及规范 参数。 平板对接焊缝 可采用单面焊双面成型或双面焊接，双面焊因操作简单得到广泛 的应用，而单面焊则在一些薄板及小规
6、范中得到有限的应用，是 一种效率高的焊接方法。 双面焊接时，需采取一定措施保证焊接过程的稳定（即在第一道 时要保证一定的熔深，又要防止熔化金属的流溢和烧穿）。常用 的措施有：焊剂垫，临时工艺垫板和悬空焊接等。 这时的焊接规范选择要视采用措施而定。 角接焊缝 可采用船形焊和斜角焊，规范参数选择也要视焊接形式而定。 说明：对于双面焊时，要注意焊接顺序及规范的合理使用，以提 高生产效率，防止工件的变形及焊接质量都很重要。 LNPU 1、 埋弧焊机的工作原理及组成 埋弧焊的分类 埋弧焊按焊丝的移动方式可分为半自动和自动 焊两类。半自动焊由焊工操作焊枪，使电弧相 对于工件移动，并保持一定的电弧长度，多采
7、 用细焊丝。半自动焊枪上装有焊剂漏斗，焊丝 和焊剂同时向焊接区输送。因存在很多不方便 ，被CO2焊代替，目前很少应用。 按照送丝方式，焊丝数目及焊缝成型条件等 ，自动埋弧焊可分为如下: LNPU 分类依据分类名称应用范围 按送丝方式 变速送丝方式 粗焊丝低电流密度 等速送丝方式细焊丝高电流密度 按焊丝数目或形状 单丝埋弧焊常规对接，角接筒体纵环缝 双丝埋弧焊高生产率对接、角接 多丝埋弧焊螺旋焊管等超高生产率对接 带极埋弧焊耐磨蚀合金堆焊 按焊缝成型 双面埋弧焊常规对接焊 单面焊双面一次成型 高生产率对接焊，难以双面焊时的对接 焊 自动埋弧焊分类及应用范围 LNPU典型的埋弧焊设备 用于常规对接
8、，角接焊的埋弧焊设备由三种， 即MZ11000形式根据电弧的自身调节原理设 计成的等速送丝式自动焊机，其控制系统较变 速送丝式简单，可使用交流或直流焊接电源， 电源采用平或缓降外特性以满足要求。MZ 1000型采用发电机电动机系统的电弧电压调 节变速送丝式焊机，同样可以使用交直流电源 ，电源外特性一般采用陡降或缓降外特性。MZ 11000型自动埋弧焊机系采用晶闸管控制 的电弧电压调节式变速送丝时焊机。 LNPU 本实验采用MZ11000性焊机，故此详细 介绍。 该焊机由两部分组成，电源、焊接小车部分 。 （1）、焊接电源：电源配用ZXG1000型弧 焊整流器，具有缓降的外特性，在一定的范围 内
9、电流可以均匀调节，电流调节范围为100 1000A，其技术数据如下： 电源电压380V，相数3，频率50HZ，输入 容量80KVA，输入电流123A，空载电压75V ，额定电流1000A，负载持续率60%。 LNPU1）、电源结构概述 焊接整流器由三相变压器、饱和电抗器、硅整 流器组、输出电抗器、通风机等组成。三相变 压器为Y/接线的降压变压器，通过饱和电抗 器属于部分内反馈式磁放大器，反馈电阻为Rn ，这样可获得缓降外特性。整流器组是由12只 300A300V整流二极管所组成的三相桥式全波 整流。输出电抗器作为滤波元件，在于使电流 更加平稳。 由以上部分组成的主电路如图所示 LNPU ZXG
10、-1000主回路原理图 LNPU（2）工作原理 A、 电源面板上的控制开关及指示 带有指示灯按钮开关两个（启动，停止）。 钮子开关1个（大小档开关） 转换开关1个（远近开关） 电流调节旋钮 电压、电流表各1块(显示焊接电压、电流) B、 启动与停止 将电源引入整流器接线端，“电源指示灯”（红灯）亮，整流器处 于准备工作的状态。 按启动开关AN1，通风机开始运转，接触器JC接通，整流器接 入电网，进入工作状态，焊接指示灯（绿灯）亮。 停止工作时，按停止按钮AN2，接触器JC断开，通风机停止运 转，整流起停止工作。 LNPU 弧焊整流器ZXG-1000电器原理图 LNPU 具体思路如下（焊接启动
11、） LNPU 焊接停止 LNPU A、 电流调节 通过调节电流调节旋钮R10,改变直流控制绕组 中的电流大小（从左 右，1KQ和2KQ中的电 流都是减小的，这样磁势NI是减小的，焊接电 流减小）从而达到电流的调节。电流调节也可 实现远控（即在焊接小车上调节），这时需将 转换开关打至“远控”。电流的大小档调节主要 在于电阻R9的存留上，将R9串在1KQ中时，属 于小档调节，将R9拆除后（1ZK将54与48点短 接）为大档调节。 LNPU 电流具体走向顺序 LNPU 近控（大档）状态：2ZK1同上 1ZK将54、48两点短接 直流控制电流流径 LNPU 直流控制电流流径 远控（大档）状态 直流控制
12、电流流径（焊接） 是实现对电源、送丝电机、焊车电机和操作的部件。 导电嘴的高低可通过升降机构的调节手轮来调节，以保证焊丝有合适的干伸长度 。 焊剂漏斗 漏斗上装有丝网，以过滤掉渣壳，焊剂经过滤网后通过蛇形软管，将焊剂对 敷在焊件的预焊部位上。 焊丝盘 焊丝在焊丝盘中绕制要注意绕向，防止搅在一起，不利于送丝。 台车 台车有四只橡胶车轮支撑，有一台92W，6000r/min的直流伺服电极作动力， 经二级蜗轮减速后，带动台车的主动轮转动，使台车移动。 为操作方便，台车的减速机构和主动轮间装有离合器，通过手柄操作，可是焊车 出于自动（电机驱动）和手动状态。 控制箱 机头 由一台80w、1500r/mi
13、n的直流伺服电动机作动力，经由一套齿轮和蜗 轮机构减速后，带动送丝滚轮。焊丝被夹在送丝滚轮和从动压紧轮之间，加紧力 的大小，可通过弹簧机构调整，焊丝往下送出之后，由矫直滚轮矫直，在经导电 嘴，最后进入电弧区。 技术指标 焊接电流2001200A 焊丝直径 36mm 送丝速度30120m/h 焊速1570m/h 焊接头横向位移30mm 垂直位移60mm 前后倾斜角45 左右旋转90 两侧倾斜角45 LNPU （2）、焊接小车（MZ11000） LNPU 1） 结构概述 自动焊车由机头，焊丝盘，控制箱、焊剂漏斗和台车等部分组成。 LNPU 控制相面板布置及操作说明 面板上装有： a、 仪表两块：
14、电压表1块 可以显示电弧电压或小车电枢电压。电流表1块 可 以显示焊接电流。 b、 旋钮三个： 电流调节（W8）实现焊接电流的遥控。电压调节 (W2) 实现 送丝速度（电弧电压）的调节；小车速度调节（W6）实现焊接速度的调节。 c、 钮子开关四个：极性选择开关（1k）实现正反接法的转换； 电源开关（3k ） 控制箱电源开关；电弧电压与电枢电压选择开关（2k）通过转换来显示电弧 电压或电枢电压； 自动与预调开关（4k） 通过4K实现小车速度预调，焊接时 应处在自动处。 d、按钮开关（带灯）三个：焊接按钮（绿灯）AN3可实现焊接启动。 停止按钮（红灯）AN2可实现焊接过程正常停止。急停按钮AN1可
15、实现送丝过程 、电源、行走小车同时断电。 e、点动按钮开关两个 下送丝开关AN5可实现焊丝下送调节。 上送丝开关AN4可实现焊丝回抽调节。 f、小车控制开关（5K）（三级开关）可实现小车前后行及停止。 LNPU2）、电路工作原理 弧焊电源的启动和停止：焊机的电路原理图如下 LNPU 电路图中左侧的常开触点3J1通过14芯园插件和控制电缆串在弧焊电源 主接触器中的启动回路中。 即通过01，04两点与电源中101，104相连，这样，控制电路中3J1闭 合时，使电源中的J吸合，从 而使JC吸合，接通主电路。在JC吸合同时，辅助触头C闭合，是02，03 连结，相当于A,B两点短接，从而4J吸合。 简而言之：当按下AN3时，3J吸合，3J1动合，电源主电源接通，起弧 之后，4J吸合，4J1自锁3J，弧焊电源输出焊接电压。 当急停按钮AN1或弧压继电器常闭触头1J1断开时，3J1恢复常开 状态，弧焊电源即停止工作。 当按停止按钮AN2时，2J吸合，2J1子所2J，2J2断开（常闭触头）， 送丝电机，小车电机因失去激励电流而停止，电弧被迫拉长，而弧压升 高。当弧压
