材料成型裝備課件 第四章-電弧焊－2009

2023/3/21主講：呂衛(wèi)文

聯(lián)系方式/p>

Email:kphg2004@163.com第4章金屬連接成形設(shè)備及自動(dòng)化

授課時(shí)間：10學(xué)時(shí)

2023/3/22第4章金屬連接成形設(shè)備及自動(dòng)化4.1概述4.2弧焊設(shè)備及自動(dòng)化4.2.1電弧靜特性和弧焊電源基本特性簡(jiǎn)介4.2.2埋弧焊設(shè)備4.2.3熔化極氬弧焊設(shè)備4.2.4CO2氣體保護(hù)電弧焊設(shè)備4.2.5鎢極氬弧焊設(shè)備4.2.6等離子弧焊接設(shè)備

2023/3/234.3電阻焊裝備及自動(dòng)化4.3.1電阻焊原理及分類4.3.2電阻焊機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4.3.3點(diǎn)焊裝備4.3.4縫焊裝備4.3.5對(duì)焊裝備

2023/3/244.4激光焊接設(shè)備4.4.1激光焊原理及分類4.4.2固體激光焊接機(jī)4.4.3氣體激光焊接機(jī)

4.5焊接機(jī)器人4.5.1概述4.5.2點(diǎn)焊機(jī)器人4.5.3弧焊機(jī)器人

2023/3/254.1概述1）.連接的定義：金屬連接成形是通過適當(dāng)?shù)奈锢怼瘜W(xué)過程，使兩個(gè)分離表面的金屬原子接近到晶格距離（0.3～0.5nm），形成金屬鍵，從而使金屬連為一體。2）.連接的對(duì)象：金屬材料：黑色金屬材料、有色金屬材料非金屬材料：塑料、陶瓷2023/3/26TypeofJoint(接頭形式)2023/3/272023/3/283）.焊接方法分類-Chemical-Mechanical-ThermalChemicalJoining-AdhesiveBonding(notexternallyheated)-SolventBonding2023/3/29MechanicalJoining-ExplosiveWelding-Friction(inertial)WeldingUltrasonicWeldingPressure(Cold)Welding2023/3/210ThermalJoining-Brazing/Soldering(hotmetalicadhesive)DipBrazing/SolderingFurnaceBrazing/SolderingInductionBrazing/SolderingInfraredBrazing/SolderingIronSolderingResistanceBrazing/SolderingTorchBrazing/SolderingWaveSoldering2023/3/211HotNonmetalicAdhesivehotglue(meltasolidadhesiveandletitresolidify)2023/3/212ThermalWeldingDiffusionBondingElectricResistanceWeldingButtWeldingElectroslagWeldingPercussionWeldingProjectionWeldingSeamWeldingSpotWelding2023/3/213ElectricArcWeldingCarbonArcWeldingMetalInertGas(MIG)WeldingShieldedMetalArcWelding(ArcWelding)SubmergedArcWeldingTungstenInertGas(TIG)Welding2023/3/214Gas/ChemicalWeldingAtomicHydrogenWeldingCombustibleGasWelding(i.e.Oxy-Acetylene)ThermiteWelding（鋁熱劑焊接）

HighEnergyBeamWelding

ElectronBeamWelding

LaserBeamWelding

PlasmaArc(IonBeam)Welding2023/3/215OtherclassificationsfocusonPermanentvs.Nonpermanent,mechanical/chemical/thermal,&state(solid-solid,solid-liquid,etc.)2023/3/2162023/3/217螺栓焊手弧焊埋弧焊氬弧焊CO2焊電弧焊熔化極不熔化極鎢極氬弧焊原子氫焊等離子弧焊氣焊氧氫氧乙炔空氣乙炔鋁熱焊電渣焊電子束焊激光束焊電阻點(diǎn)、縫焊電阻對(duì)焊冷壓焊超聲波焊鍛焊爆炸焊擴(kuò)散焊摩擦焊壓力焊釬焊熔化焊基本焊接方法火焰釬焊感應(yīng)釬焊爐釬焊鹽浴釬焊電子束釬焊圖4－1焊接方法分類圖

圖4-1焊接方法分類圖按族系法分類，如圖4-1所示。2023/3/218Schematicillustrationoftheshieldedmetal-arcweldingoperation2023/3/2192023/3/2204）.主要的焊接設(shè)備包括：電弧焊設(shè)備電阻焊設(shè)備釬焊設(shè)備激光焊設(shè)備焊接機(jī)器人Wufengshun163@163.coMAW手工電弧焊交流手工電弧焊直流手工電弧焊Wufengshun163@163.coAW埋弧焊設(shè)備埋弧焊設(shè)備Wufengshun163@163.coIG/MAG熔化極氣體保護(hù)焊Wufengshun163@163.coIG非熔化極氣體保護(hù)焊直流TIG逆變TIGWufengshun163@163.coAW等離子弧焊Wufengshun163@163.co子束焊接設(shè)備Wufengshun163@163.co光焊接設(shè)備Wufengshun163@163.co阻焊設(shè)備點(diǎn)焊縫焊Wufengshun163@163.co點(diǎn)焊Wufengshun163@163.co光焊Wufengshun163@163.co拌摩擦焊設(shè)備2023/3/2324.2弧焊設(shè)備及自動(dòng)化熔化極電弧焊設(shè)備：埋弧焊設(shè)備熔化極氬弧焊設(shè)備

CO2電弧焊設(shè)備非熔化極電弧焊設(shè)備鎢極氬弧焊設(shè)備等離子弧焊設(shè)備2023/3/2334.2.1電弧靜特性和弧焊電源基本特性簡(jiǎn)介

弧焊電源：用來產(chǎn)生焊接電弧并維持電弧燃燒的供電器件，主要有以下幾種：弧焊變壓器矩形波交流弧焊電源直流弧焊發(fā)電機(jī)弧焊整流器弧焊逆變器脈沖弧焊電源2023/3/234一、焊接電弧的靜特性

弧焊過程的穩(wěn)定性主要決定于焊接電弧燃燒的穩(wěn)定性，這樣就引出了“電源—電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即指電弧靜特性和電源外特性間的關(guān)系。

電弧的靜特性：指一定長(zhǎng)度的電弧在穩(wěn)定狀態(tài)下，電弧電壓Uf與電弧電流If之間的關(guān)系，稱為電弧的靜態(tài)伏安特性，簡(jiǎn)稱伏安特性或靜特性，如圖4-2所示。2023/3/235圖4-2焊接電弧的靜特性曲線形狀2023/3/236

焊接電弧是非線性負(fù)載，靜特性近似呈U形曲線，可以可以分為三個(gè)區(qū)段：Ⅰ段，電弧電壓隨電流的增加而下降，是一下降特性段，電弧呈負(fù)阻特性；Ⅱ段，呈等壓特性，即電弧電壓不隨電流變化，是平特性段；Ⅲ段，電弧電壓隨電流增加而上升，是上升特性段。2023/3/237

對(duì)于各種不同的焊接方法，它們的電弧靜特性曲線是有所不同的，而且在其正常使用范圍內(nèi)，并不包括電弧靜特性曲線的所有部分。靜特性的下降段由于電弧燃燒不穩(wěn)定而很少采用。手工弧焊、埋弧焊、不熔化極氣體保護(hù)焊、等離子弧焊工作在靜特性的水平段熔化極氣體保護(hù)焊基本上工作在上升段。2023/3/2382023/3/239二、弧焊電源的外特性

弧焊電源的外特性是指焊接電弧作為弧焊電源的負(fù)載，在改變負(fù)載時(shí)，電源輸出的電壓穩(wěn)定值Uy與輸出的電流穩(wěn)定值Iy之間的關(guān)系曲線，即Uy＝f(Iy)，各種常見弧焊電源的外特性如下圖所示。2023/3/240三、對(duì)弧焊電源外特性的要求1.“電源－電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件在電弧焊接過程中，電源起供電作用，電弧是作為供電對(duì)象而用電，從而構(gòu)成“電源一電弧”系統(tǒng)，如下圖所示。2023/3/241

所謂“電源一電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性應(yīng)包含兩方面的含義：

1)系統(tǒng)在無外界因素干擾時(shí)，能在給定電弧電壓和電流下維持長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)電弧放電，保持靜態(tài)平衡。此時(shí)應(yīng)有如下關(guān)系：

Uf＝Uy；If＝Iy式中，Uf和If各為電弧電壓和電弧電流的穩(wěn)定值。為滿足上式，電源外特性Uy＝f(Iy)與電弧靜持性Uf＝f(If)必須能夠相交，如圖4-3所示。2023/3/242圖4-3“電源—電弧”系統(tǒng)工作狀態(tài)圖和偏差衰減曲線2023/3/243

電源外特性曲線1與電弧靜特性曲線2相交于A0和A1點(diǎn)。這兩個(gè)交點(diǎn)確定了系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。但在實(shí)際焊接過程中，由于操作的不穩(wěn)定、工件表面的不平和電網(wǎng)電壓的突然變化等外界干擾的出現(xiàn)，都會(huì)破壞這種靜態(tài)平衡。

2）當(dāng)系統(tǒng)一旦受到瞬時(shí)的外界干擾，破壞了原來的靜態(tài)平衡，造成了焊接工藝參數(shù)的變化，但當(dāng)干擾消失之后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)地恢復(fù)到原來的平衡點(diǎn)。要達(dá)到這一條件，電弧靜特性曲線在工作點(diǎn)上的斜率必須大于電源外特性曲線在工作點(diǎn)上的斜率，顯然圖4-3中的A0點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)?，F(xiàn)分析如何滿足上述系統(tǒng)穩(wěn)定性要求的條件。為了分析方便．暫不考慮熔化極的電弧自身調(diào)節(jié)作用，只考慮焊接電路電感的影響。系統(tǒng)的動(dòng)平衡方程式是：Uy=Uf+Ldi/dt假定在時(shí)間t＝0時(shí)，由于某種因素的影響，引起電弧電流向減小的方向偏移了ΔIf。當(dāng)外干擾消除后這個(gè)電流偏差值ΔIf也要變化。用Δif表示其偏差瞬時(shí)值。則在t>0時(shí)，電路中電流I應(yīng)為原來的穩(wěn)定值If與此刻的偏差值Δif之和，即I=If+Δif電源外特性和電弧靜特性一般是非線性的，但對(duì)應(yīng)于ΔIf不大的A0B1和A0B2線段內(nèi)可近似地認(rèn)為是直線，并與A0點(diǎn)上特性曲線的切線相重合。對(duì)應(yīng)于B1’、B2‘點(diǎn)的電壓分別為2023/3/2472.不同的焊接電?。ɑ『腹に嚕?duì)弧焊電源外特性曲線的要求

電源的外特性形狀除了影響“電源—電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定性外，還關(guān)系到焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定。在外界干擾使弧長(zhǎng)變化的情況下，將引起系統(tǒng)工作點(diǎn)移動(dòng)和焊接工藝參數(shù)出現(xiàn)靜態(tài)偏差。為了獲得穩(wěn)定的焊接過程，不但要求電弧燃燒穩(wěn)定，而且還要求干擾引起的靜態(tài)偏差愈小愈好。因此，需要一定形狀的電弧靜特性與適當(dāng)形狀的電源外特性相配合。2023/3/248（1）焊條電弧焊

電弧靜特性：平特性電源外特性：下降特性（2）熔化極弧焊包括埋弧自動(dòng)焊、熔化極氬弧焊(MIG)和CO2氣體保護(hù)焊與含有活性氣體的混合氣體保護(hù)焊(MAG)等。采用這些弧焊方法時(shí)，不僅要根據(jù)其電弧靜特性的形狀，而且還要考慮送絲的方式來選擇合適的弧焊電源外特性工作部分的形狀。根據(jù)送絲方式不同，熔化極弧焊可分為下述兩種：2023/3/2491）等速送絲控制系統(tǒng)熔化極弧焊包括CO2／MAG、MIG焊或細(xì)絲(直徑φ≤3mm)的直流埋弧自動(dòng)焊。電弧靜特性：上升特性電源外特性：下降、平、微升特性2023/3/250圖4-4電弧靜特性為上升形狀時(shí),電源外特性對(duì)電流偏差的影響

由于電極中的電流密度較大，電弧的自身調(diào)節(jié)作用較強(qiáng)，此時(shí)應(yīng)盡可能配用平的電源外特性。當(dāng)弧長(zhǎng)變化時(shí)，引起電流和焊絲熔化速度變化大，能很快恢復(fù)弧長(zhǎng)原值。如圖4-4所示，平的特性比下降外特性引起的電流偏差大，弧長(zhǎng)恢復(fù)快。2023/3/2512）變速送絲控制系統(tǒng)熔化極弧焊包括通常的埋弧焊（焊絲直徑大于3mm）和一部分MIG焊。電弧靜特性：平特性電源外特性：下降外特性這時(shí)焊絲中電流密度較小，電弧自身調(diào)節(jié)作用不強(qiáng)，不足以在弧長(zhǎng)變化時(shí)維持焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定，所以也就不宜采用等速送絲控制系統(tǒng)，而應(yīng)采用利用電弧電壓作為反饋量調(diào)節(jié)送絲速度的變速送絲控制系統(tǒng)。2023/3/252圖4-5變速送絲控制系統(tǒng)的弧焊電源與電弧靜特性的關(guān)系當(dāng)弧長(zhǎng)拉長(zhǎng)時(shí)，電弧電壓增大迫使送絲加快，因而使弧長(zhǎng)得以恢復(fù)。同時(shí)，選擇較陡的下降外特性，則在弧長(zhǎng)變化時(shí)引起的電流偏差較小，有利于焊接工藝參數(shù)（主要指的是焊接電流）的穩(wěn)定。2023/3/253（3）非熔化極電弧焊包括鎢極氬弧焊（TIG）和等離子弧焊等。電弧靜特性：平的或略上升特性電源外特性：恒流外特性如圖4-6所示。曲線3為恒流的外特性（亦稱垂直陡降外特性），當(dāng)弧長(zhǎng)由L1變?yōu)長(zhǎng)2時(shí)，恒流外特性的電流偏差△I3最小，即焊接電流穩(wěn)定。圖4－6弧長(zhǎng)變化時(shí)引起的電流偏移1,2－緩降特性的電源3－恒流特性的電源

l1,l2—電弧靜特性2023/3/254四、對(duì)弧焊電源動(dòng)特性的要求

焊接電弧對(duì)供電的弧焊電源來說就是一個(gè)動(dòng)態(tài)負(fù)載。要使這個(gè)動(dòng)態(tài)的電弧穩(wěn)定燃燒，則還需要弧焊電源有相應(yīng)快速響應(yīng)的動(dòng)特性能力。即是說，電弧負(fù)載狀態(tài)發(fā)生突然變化時(shí)，要求弧焊電源輸出電壓與電流有較快的響應(yīng)速度。當(dāng)動(dòng)特性合適時(shí)，電弧的引弧和熔滴短路過渡后重新引弧容易，熔滴過渡平穩(wěn)飛濺少。

動(dòng)特性一般用瞬時(shí)短路電流峰值（包括空載到短路和負(fù)載到短路）、負(fù)載到短路的瞬時(shí)電流增長(zhǎng)速度、短路到空載的電壓恢復(fù)速度等指標(biāo)來描述。2023/3/2554.2.2埋弧焊設(shè)備1.埋弧焊的工作原理

埋弧焊屬熔化極弧焊，由于電弧被掩埋在由顆粒狀焊劑熔化后所形成的氣泡內(nèi)燃燒，故稱為埋弧焊，如圖4-7所示。圖4－7埋弧焊過程示意圖一、埋弧焊工作原理及應(yīng)用2023/3/256埋弧焊主要特點(diǎn)

焊縫質(zhì)量好，焊縫均勻美觀；

焊接效率高。電流大，熔深大，焊接速度

快，焊絲自動(dòng)進(jìn)給。

節(jié)省焊接材料，中厚板不開坡口，一次焊

透，多余焊劑回收使用，降低了損耗。

勞動(dòng)條件較好，暗弧操作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)化，

減少了煙塵。2023/3/2572023/3/2582.埋弧焊的應(yīng)用埋弧焊采用自動(dòng)送絲和電弧自動(dòng)行走，稱為埋弧自動(dòng)焊，是自動(dòng)焊的最早形式。它具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好以及勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)。因此埋弧焊在橋梁、船舶、鍋爐等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)歷了60多年的發(fā)展歷程，埋弧自動(dòng)焊已經(jīng)從最初的單絲埋弧焊演變到今天的雙絲、多絲等多種方法。2023/3/259應(yīng)用：平焊，長(zhǎng)直焊縫，大直徑焊縫。不適合薄板、曲線焊縫。2023/3/260二、埋弧自動(dòng)焊機(jī)分類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）按電源分類交流（弧焊變壓器）直流（弧焊發(fā)電機(jī)和弧焊整流器）交流與直流兩用2）按用途分類通用專用3）按送絲方式分類等速送絲式變速送絲式2023/3/2614）按行走機(jī)構(gòu)形式分類小車式門架式懸臂式2023/3/2625）按焊絲數(shù)目和形狀分類單絲多絲帶狀電極典型的埋弧焊機(jī)，其組成包括：埋弧焊電源、控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)（送絲機(jī)構(gòu)、行走小車、導(dǎo)電嘴、焊絲盤及焊劑漏斗）、輔助裝備（焊接夾具、工件變位機(jī)、焊縫成形裝置及焊劑回收裝置等）。2023/3/263三、埋弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)

埋弧焊機(jī)通常由機(jī)械、電源和控制系統(tǒng)三個(gè)主要部分組成。1.機(jī)械部分2.電源3.控制系統(tǒng)圖4-8所示MZ-1000型埋弧焊機(jī)的焊接小車為埋弧焊典型機(jī)械系統(tǒng)代表，它由送絲機(jī)頭、行走小車、機(jī)頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)電嘴以及焊絲盤、焊劑斗等部件構(gòu)成，通常還裝有控制系統(tǒng)的操作面板。圖4-9和圖4-10分別為焊絲送給傳動(dòng)系統(tǒng)和小車行走傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。2023/3/264

圖4－8MZT－1000型自動(dòng)焊小車

1-送絲電機(jī)2-杠桿3、4-送絲滾輪5、6-矯直滾輪7-圓柱導(dǎo)軌8-螺桿

9-導(dǎo)電嘴9a-螺絲(壓緊導(dǎo)電塊用)10-螺絲(接電極用)11-螺釘12-旋轉(zhuǎn)螺釘13-彈簧14-小車電機(jī)15-小車滾輪1.機(jī)械部分典型機(jī)械系統(tǒng)組成：送絲機(jī)頭、行走小車、機(jī)頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)電嘴以及焊絲盤、焊劑斗等部件構(gòu)成，通常還裝有控制系統(tǒng)的操作面板。2023/3/265

圖4-9焊絲給送機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)圖4-10小車行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)

1－電動(dòng)機(jī)2－杠桿3、4－送絲滾輪14－行走電動(dòng)機(jī)15－行走輪

16、圓柱齒輪17－蝸輪蝸桿19、20－蝸輪蝸桿

18－圓柱齒輪21－手柄22－離合器2023/3/2662.電源埋弧自動(dòng)焊可采用交流或直流電源，可根據(jù)工件材質(zhì)及焊劑型號(hào)選定。一般碳素鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼配用高錳硅低氟焊劑“HJ430”或“HJ431”時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用交流電源；若用低錳低硅高氟焊劑，則應(yīng)選用直流反極性電源，以保證電弧穩(wěn)定并使工件焊縫熔深較大。

等速送絲調(diào)節(jié)式宜用緩降外特性電源；電弧電壓反饋調(diào)節(jié)式則選用陡降外特性電源。由于埋弧焊弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度高，要求電源的空載電壓較高，一般在70～90V。常用的電源有：交流為BX2-1000，直流為ZXG-1000R、ZP5-1250等。2023/3/2673.控制系統(tǒng)通用小車式埋弧自動(dòng)焊機(jī)的控制系統(tǒng)包括：送絲與行走驅(qū)動(dòng)控制引弧和熄弧程序控制電源外特性控制等環(huán)節(jié)門架式、懸臂式等專用埋弧焊機(jī)還包括：懸臂伸縮和升降立柱旋轉(zhuǎn)焊劑回收等控制環(huán)節(jié)2023/3/268四、埋弧焊機(jī)舉例

例：MZ-1-1000型埋弧自動(dòng)焊機(jī)系統(tǒng)組成：焊接電源＋焊接小車系統(tǒng)電路：主電路＋控制電路

1.主電路主要指焊接電源電路，（見圖4-11中虛線框所示）。本機(jī)配用ZXG-1000R型弧焊整流器。包括：變壓器：將電網(wǎng)電壓降低到焊接所需要的整流交流側(cè)電壓；飽和電抗器的：控制焊接所需要的下降外特性和調(diào)節(jié)焊接電流的大?。还枵髌鳎簩⒔涣髯兂芍绷?。2023/3/269圖4-11

MZ－1－1000型埋弧自動(dòng)焊機(jī)控制線路原理圖2023/3/2702.控制電路

送絲驅(qū)動(dòng)電路

采用電弧電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)送絲，即變速送絲方式。

小車行走驅(qū)動(dòng)電路

焊接程序控制電路包括焊前小車行走速度調(diào)整、焊絲位置調(diào)整以及焊接啟動(dòng)和停止等控制環(huán)節(jié)。

2023/3/2714.2.3熔化極氬弧焊設(shè)備

熔化極氬弧焊示意圖如圖4-13所示。MIG焊：以氬氣作保護(hù)氣體（metalinert－gasarcwelding）；MAG焊：以富氬（Ar-O2、Ar-CO2、Ar-CO2-O2）等作保護(hù)氣體。應(yīng)用：在鋁及鋁合金、銅及銅合金、不銹鋼及鈦合金等中等厚度以上的金屬材料的焊接中，尤其是對(duì)鋁及鋁合金的焊接，當(dāng)采用直流反接法電弧時(shí)，由于電弧的陰極霧化清理作用，不需要焊前特別清洗，就可獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。2023/3/272

圖4－13熔化極氬弧焊示意圖1.焊絲盤2.送絲滾輪3.焊絲4.導(dǎo)電嘴5.保護(hù)氣體噴嘴6.保護(hù)氣體7.熔池8.焊縫金屬9.電弧10.母材2023/3/273熔化極氬弧焊分類：

按操作方式分為自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊；按電弧電流形式可分為連續(xù)電弧焊和脈沖電弧焊；按送絲方式也可分為等速送絲式和電弧電壓調(diào)節(jié)變速送絲式。一般半自動(dòng)焊機(jī)采用細(xì)絲等速送絲控制系統(tǒng)，自動(dòng)焊機(jī)采用粗絲電弧電壓及反饋調(diào)節(jié)變速送絲控制系統(tǒng)。熔化極氬弧焊設(shè)備設(shè)備的組成：焊接電源、焊槍及行走機(jī)構(gòu)（半自動(dòng)焊無行走機(jī)構(gòu)）、送絲機(jī)構(gòu)、供氣供水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。如圖4-14所示。2023/3/274圖4－14熔化極氬弧焊機(jī)的組成示意圖2023/3/275工件Ar+焊絲2023/3/2761.焊接電源

熔化極氬弧焊通常使用直流電源，主要有硅弧焊整流電源、晶閘管弧焊整流電源、晶體管弧焊整流電源及逆變式弧焊整流電源等。當(dāng)焊絲直徑≥2.0mm時(shí)，應(yīng)選擇陡降外特性的電源，配以電弧電壓反饋調(diào)節(jié)式送絲機(jī)構(gòu)；當(dāng)焊絲直徑＜1.6mm時(shí)，應(yīng)選擇平外特性的電源，配以等速式送絲機(jī)構(gòu)。在采用脈沖熔化極氬弧焊工藝時(shí)，就必須配備電弧電流大小按時(shí)間可規(guī)律地控制輸出的脈沖弧焊電源。2023/3/2772.焊槍熔化極氬弧焊的焊槍可分為自動(dòng)焊槍和半自動(dòng)焊兩類。圖4-15為雙層氣流保護(hù)的氬弧自動(dòng)焊槍結(jié)構(gòu)，圖4-16、4-17為半自動(dòng)焊槍結(jié)構(gòu)。焊槍的冷卻方式：氣冷和水冷兩種。當(dāng)焊接電流大于200A時(shí)要采用水冷方式，其結(jié)構(gòu)多為手槍式。2023/3/278圖4－15雙層氣流保護(hù)的自動(dòng)焊槍結(jié)構(gòu)

1.銅管2.鎮(zhèn)靜室

3.導(dǎo)流體4.銅篩網(wǎng)

5.分流套6.導(dǎo)電嘴

7.噴嘴8.帽蓋

9.進(jìn)水管10.進(jìn)氣管

2023/3/279圖4－16典型鵝頸式氣冷焊槍的示意圖2023/3/280

圖4－17典型的手槍式焊槍的結(jié)構(gòu)示意圖

1－噴嘴2－導(dǎo)電嘴3－套簡(jiǎn)4－導(dǎo)電桿5－分流環(huán)6－擋圈

7－氣室8－絕緣圈9－緊固螺母10－鎖母11－球型氣閥

12－槍把13－退絲開關(guān)14－送絲開關(guān)15－扳機(jī)16－氣管

2023/3/2813.供氣供水系統(tǒng)供氣系統(tǒng)由氬氣瓶、減壓閥、流量計(jì)、電磁氣閥等組成，如圖4-18所示。如果是混合氣體，還需有O2氣瓶、CO2氣瓶、He氣瓶以及氣體配比器。減壓閥用來將氣瓶中的高壓氣體（一般為15MPa）降為所要求的壓力。流量計(jì)用來調(diào)節(jié)保護(hù)氣體的流量。電磁氣閥用來控制保護(hù)氣的通斷。供水系統(tǒng)是為了大電流焊接時(shí)，冷卻焊槍中電纜及發(fā)熱部件，以保護(hù)和延長(zhǎng)焊槍使用時(shí)間。2023/3/282圖4－18供氣系統(tǒng)組成

1－高壓氣屏2－減壓閥3－流量計(jì)4－電磁氣閥2023/3/2834.送絲機(jī)構(gòu)熔化極自動(dòng)氬弧焊的送絲機(jī)構(gòu)與埋弧自動(dòng)焊送絲機(jī)構(gòu)大同小異，焊絲從焊絲盤到導(dǎo)電嘴處，距離很短，不需要送絲軟管，所以焊絲輸送過程中不存在堵塞現(xiàn)象，送絲機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單些。這里介紹的是半自動(dòng)焊的送絲機(jī)構(gòu)。熔化極半自動(dòng)氬弧焊是由人工手動(dòng)操作焊槍，使用時(shí)靈活機(jī)動(dòng)、在焊接生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其送絲方式有三種，如圖4-19所示。2023/3/284圖4－19熔化極半自動(dòng)焊機(jī)送絲方式示意圖

a)推絲式b）、c）拉絲式d）推拉絲式2023/3/2855.控制系統(tǒng)目前設(shè)計(jì)制造的電子控制的熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)為通用型，既可用于MIG、MAG，也可用于CO2焊。其控制系統(tǒng)包括焊接電源控制電路、送絲控制電路和焊接程序控制電路等。如國(guó)產(chǎn)NB系列熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)控制系統(tǒng)有：電源控制電路，包括移相與觸發(fā)控制電路、外特性控制電路和焊接電流波形控制電路；送絲電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路及控制電路；焊接參數(shù)（焊接電流、焊接電壓）一元化調(diào)節(jié)電路，引弧控制電路包括電源電壓控制電路和慢送絲引弧控制電路，焊接程序控制電路等，如圖4－20所示。2023/3/286圖4-20焊接參數(shù)一元化調(diào)節(jié)電路原理圖

2023/3/2874.2.4CO2氣體保護(hù)電弧焊設(shè)備保護(hù)氣體：CO2氣體特點(diǎn)：成本低，高效率、焊接質(zhì)量好應(yīng)用：船舶、車輛、石油化工機(jī)械等鋼結(jié)構(gòu)的制造。分類：操作方式：自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊送絲方式：等速送絲式和變速送絲通常采用半自動(dòng)焊、細(xì)焊絲（≤1.6mm）、等速送絲系統(tǒng)配以平特性弧焊電源。半自動(dòng)CO2焊機(jī)的組成：焊接電源、送絲機(jī)、焊槍、供氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。2023/3/2882023/3/2891）焊接電源

CO2焊機(jī)的焊接電源主要有抽頭式整流弧焊電源、晶閘管整流弧焊電源和逆變式弧焊電源。圖4-23為一種帶有電子電抗器控制電流波形的逆變式CO2焊機(jī)電路原理圖。圖4-23帶有電子電抗器控制的逆變式CO2焊機(jī)原理

2023/3/290（2）控制系統(tǒng)CO2焊機(jī)控制系統(tǒng)：電源控制電路：包括動(dòng)特性控制環(huán)節(jié)送絲控制電路：控制送絲速度程序控制電路：引弧和收弧過程等

2023/3/291引弧：為了提高引弧成功率，可采取提高初期短路電流上升速度和慢速送絲的措施，即增大瞬間短路電流值和接觸電阻，讓焊絲快速熔斷引弧，引燃后，立即恢復(fù)合適的和正常送絲速度進(jìn)行焊接。收弧：為了克服收弧時(shí)的缺陷，焊接過程結(jié)束時(shí)采取減緩送絲速度（即降低焊接電流），同時(shí)相應(yīng)降低電弧電壓，首先填弧坑，待弧坑填滿后，切斷送絲電機(jī)兩端電壓，讓電機(jī)慣性運(yùn)行，自動(dòng)衰減送絲速度，直至停運(yùn)，則焊接電流也隨即衰減到零。此間電弧電壓也同時(shí)再降低維持電弧燃燒以達(dá)到去除焊絲端頭的熔化金屬小球和避免了焊絲與熔池相粘，最后關(guān)斷電源停止焊接。整個(gè)程序如圖4-24所示。2023/3/292電弧電壓送絲速度(焊接電流)填充弧坑防止粘絲(去小球)延時(shí)斷氣CO2氣體提前送氣圖4-24CO2半自動(dòng)焊接過程程序控制圖2023/3/293（3）供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)如圖4-25所示。圖4-25CO2焊氣路系統(tǒng)示意圖1-CO2鋼瓶2-預(yù)熱器3-干燥器

4-減壓器5-溶量計(jì)6-電磁氣閥2023/3/2944.2.5鎢極氬弧焊設(shè)備

鎢極氬弧焊（tungsteninertgasarewelding）簡(jiǎn)稱TIG焊，以惰性氣體（氬氣、氦氣）作為保護(hù)氣體，使用純鎢或活化鎢（釷鎢、鈰鎢等）作為不熔化電極引燃電弧進(jìn)行焊接的一種方法，如圖4-26所示。圖4-26鎢極氬弧焊示意圖1－噴嘴2－鎢極3－電弧4－焊縫5－工件6－熔池7－填充焊絲8－氬氣2023/3/295工件Ar+V絲V焊釷鎢棒或鈰鎢棒2023/3/296應(yīng)用：用于飛機(jī)、原子能、化工、紡織等工業(yè)產(chǎn)品的制造中，可以焊接易氧化的有色金屬及其合金、不銹鋼等金屬構(gòu)件，特別是具有的陰極霧化作用，可以輕松地焊接鋁及其合金。分類：按操作方式可分為手工焊和自動(dòng)焊；按電弧電流形式可分為交流（含正弦波和方波）、脈沖（含低頻、中頻、高頻）和直流氬弧焊；按填絲是否預(yù)熱可分為冷絲和熱絲鎢極氬弧焊。設(shè)備組成：焊接電源、焊槍、焊絲送給裝置及小車行走機(jī)構(gòu)（自動(dòng)填絲焊）、供氣供水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。如圖4-27所示。2023/3/297圖4-27鎢極氬弧焊機(jī)結(jié)構(gòu)圖2023/3/2982023/3/2992023/3/21001）焊接電源

鎢極氬弧焊由于可采用交流電弧，脈沖電弧和直流電弧，所以焊接電源也相應(yīng)分交流電源、脈沖電源和直流電源。交流電源中按所用的功率器件及電路結(jié)構(gòu)可分：普通弧焊變壓器式、硅二極管（或晶閘管）－電抗器式、逆變式。后二種為方波交流式。脈沖和直流電源有：硅整流式、晶閘管整流式、晶體管整流式、逆變式。鎢極氬弧焊電源的外特性采用陡降特性，以保證在弧長(zhǎng)波動(dòng)時(shí)引起焊接電流的變化最小。2023/3/21011）鎢極氬弧焊的引弧、穩(wěn)弧及交流電源整流現(xiàn)象和隔直方式為了保持鎢極端部的形狀，以及防止鎢極熔化造成焊縫夾鎢，鎢極氬弧焊不采用短路引弧方式，而是采用非接觸式引弧，所以不論哪種形式的電源，都設(shè)置有引弧器，交流電源中還設(shè)置有穩(wěn)弧器。①引弧器主要有高頻高壓引弧器和高壓脈沖引弧器。a).高頻高壓引弧器電路原理如圖4-28所示，也稱高頻振蕩器。2023/3/2102

圖4-28高頻振蕩器電路原理圖

T1-升壓變壓器P-火花放電器

C1-振蕩電容器T2-高頻耦合變壓器

C2-旁路電容器2023/3/2103

圖4-29為另一種新型結(jié)構(gòu)的高頻振蕩器，它由整流橋VD1～4、限流電阻R、中頻振蕩電容C、穩(wěn)壓管VS、晶閘管VT、二極管VD5、中頻升壓變壓器T1、火花氣體放電器P、高頻振蕩電容Ck、高頻耦合輸出變壓器T2等組成。圖4-29新型高頻振蕩器電路原理圖2023/3/2104b).高壓脈沖引弧電路原理如圖4-30所示。圖4-30晶閘管高壓脈沖引弧和穩(wěn)弧電路原理圖

2023/3/2105②．穩(wěn)弧器在直流鎢極氫弧焊時(shí)，由于電流不過零，電弧一旦引燃后便能保證穩(wěn)定燃燒，所以不需穩(wěn)弧器。那么交流，特別是工頻正弦交流鎢極氬弧焊時(shí)，電流每次由正半波向負(fù)半波的過零時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象，因這時(shí)工件（如鋁及其合金）接負(fù)極，其發(fā)射電子能力弱，使電弧的再引燃電壓增高。為防止斷弧，必須在這相位點(diǎn)及時(shí)加入一個(gè)穩(wěn)弧高壓脈沖。2023/3/2106③．交流整流現(xiàn)象和隔直方式在焊接鋁、鎂及其合金的正弦交流鎢極氬弧焊電源的輸出回路中，還串聯(lián)有隔除直流分量的元件──大容量無極性電容，如圖4-31所示。圖4-31串聯(lián)電容消除直流分量

2023/3/2107

這是因?yàn)橛谜医涣骰『鸽娫春附訒r(shí)，兩極的熱物理性質(zhì)及幾何尺寸差異懸殊，使得在正半波（工件為正的半波）時(shí)鎢極為陰極，發(fā)射電子能力強(qiáng)，陰極壓降小，電弧電壓低，電流大。而在負(fù)半波（工件為負(fù)的半波）時(shí)，工件為陰極發(fā)射電子的能力差，陰極壓降大，電弧電壓高，電流小，由此形成了正、負(fù)半波電流波形的不對(duì)稱。從形式上看，相當(dāng)于在交流電流上疊加了一個(gè)由工件指向鎢極的直流分量，如圖4-32所示。2023/3/2108圖4-32交流鎢極氬弧焊時(shí)電流電壓波形及直流分量的形成示意圖

a）電壓波形b）電流波形

U0－電源空載電壓U－電弧電壓I－電弧電流I直－直流分量2023/3/21092）交流方波電源根據(jù)焊接工藝以及改善正弦交流電弧的引弧和穩(wěn)弧性能的要求，目前又研究出交流方波弧焊電源或交、直流兩用弧焊電源。這種電源通過控制電源主回路的功率器件晶閘管，可使正弦交流變?yōu)榉讲ń涣?，而且正、?fù)半波寬度可調(diào)，如圖4-33所示。2023/3/2110

圖4-33交流方波電源主回路及電源的原理框圖

T1－弧焊變壓器L－直流電抗器VT1~4－晶閘管整流橋a)電源主回路b)電源的原理框圖2023/3/21113）脈沖電源為了適應(yīng)于一些熱敏感的金屬材料和薄板，超薄板構(gòu)件以及薄壁管子的全位置焊接的需要，控制焊接過程的熱輸入，可采用脈沖鎢極氬弧焊，即在焊接過程中電流幅值按一定的規(guī)律周期性地變化，亦叫脈沖電流，如圖4-34所示脈沖頻率可分為0.1~10Hz低頻，10~1KHz中頻和1~30KHz高頻，它是由脈沖電源產(chǎn)生。2023/3/2112圖4-34鎢極脈沖氬弧焊脈沖電流波形示意圖

a）交流脈沖b）直流脈沖c）調(diào)制脈沖電流2023/3/2113（2）焊槍鎢極氬弧焊焊槍的作用是夾持鎢極、傳導(dǎo)焊接電流和輸送保護(hù)氣，其結(jié)構(gòu)如圖4-35所示。

圖4-35鎢極氬弧焊焊槍結(jié)構(gòu)圖

1－鎢極2－噴嘴3－銅絲網(wǎng)4－鎢極夾頭

5－冷卻水套6－焊槍體7－帽罩2023/3/2114（3）供氣和供水系統(tǒng)與熔化極氬弧焊供氣、供水系統(tǒng)相同。（4）控制系統(tǒng)主要包括焊接電源的控制電路和焊接程序控制電路。鎢極氬弧焊為不熔化極電弧焊，根據(jù)非接觸引弧和氬弧焊工藝的需要，其程序有提前送氣和滯后斷氣，高頻引弧和切斷高頻、焊接電流開始緩升和焊接結(jié)束時(shí)電流緩降、填弧坑等過程。在自動(dòng)加填絲焊中，還有行走機(jī)構(gòu)和送絲機(jī)構(gòu)的起、?？刂?。圖4-36為鎢極氬弧焊程序控制順序圖。2023/3/2115U圖4-36鎢極氬弧焊程序控制順序示意圖

Uh－高頻或高壓引弧電壓Q－保護(hù)氣流V－焊接速度

Vf－送絲速度t1－提前送氣時(shí)間t2－電流上升時(shí)間

t3－正常焊接時(shí)間t4－電流衰減時(shí)間t5－延遲斷氣時(shí)間IV、VfUhtQt1t2t3t4t52023/3/21164.2.6等離子弧焊接設(shè)備

等離子弧焊（PlasmaArcWelding）是在鎢極氬弧焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種焊接方法，也屬于不熔化極電弧焊。等離子弧是將自由鎢極氬弧經(jīng)壓縮強(qiáng)化后而獲得電離度更高的電弧等離子體。與鎢極氬弧在物理本質(zhì)上沒有區(qū)別，僅是弧柱中電離程度上的不同，其能量密度可達(dá)105～106W/cm2，溫度可達(dá)24000～50000k，焰流速度可達(dá)300m/s以上，是一種高能密束流。2023/3/2117

應(yīng)用：等離子弧既可以用于焊接，又可以用于切割，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，可以焊接鎢極氬弧焊所能焊接的金屬材料。由于能量更集中，溫度更高，一次可焊厚度更大，速度更快；由于電弧挺直度好，小電流時(shí)電弧穩(wěn)定，特別適合于焊接薄板，微型零件，而變形小。2023/3/2118（1）等離子弧的類型將鎢極氬弧壓縮成等離子弧，就是依靠等離子槍的水冷銅噴嘴的拘束作用實(shí)現(xiàn)的。由于噴嘴的拘束，使氬弧受到機(jī)械壓縮、熱壓縮和電磁壓縮三種壓縮的作用，導(dǎo)致弧柱量密度及溫度越來越高，而產(chǎn)生了電離程度很高的等離子體電弧。根據(jù)電源的連接方式，等離子弧分為非轉(zhuǎn)移型電弧，轉(zhuǎn)移型電弧及聯(lián)合型電弧三種，如圖4-37所示，它們的槍體結(jié)構(gòu)一樣，鎢極都接電源的負(fù)極，只是電弧正極接法不同。2023/3/2119圖4-37等離子弧的類型

1－鎢極2－噴嘴3－轉(zhuǎn)移弧4－非轉(zhuǎn)移弧5－工件6－冷卻水7－弧焰8－離子氣2023/3/2120工件ArH2O鎢極噴嘴等離子弧原理圖+-2023/3/21211）非轉(zhuǎn)移型電弧正極接在焊槍的噴嘴上，電弧在鎢極與噴嘴之間燃燒，如圖4-37a）所示。依靠高速噴出的等離子氣將弧焰帶出，噴燒在被焊工件上。這種電弧適用于焊接或切割較薄的金屬及非金屬；2）轉(zhuǎn)移型電弧正極接在工件上，電弧直接在鎢極與工件之間燃燒，如圖4-37b)所示。焊接時(shí)首先引燃鎢極與噴嘴間的非轉(zhuǎn)移弧，使其電弧焰流從噴嘴噴出并接觸工件，然后進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換，將電源的正極從噴嘴轉(zhuǎn)移到工件，轉(zhuǎn)移弧便瞬間產(chǎn)生，同時(shí)非轉(zhuǎn)移弧熄滅，這種電弧適用于焊接較厚的金屬工件。2023/3/21223）聯(lián)合型電弧轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧同時(shí)并存的電弧稱為聯(lián)合型電弧，如圖4-37c）所示。此時(shí)的非轉(zhuǎn)移弧也稱維持電弧，轉(zhuǎn)移弧也稱工件電弧。可見，在工作時(shí)，噴嘴和工件同時(shí)接電源正極，即在電弧轉(zhuǎn)移后噴嘴的正極電路不切斷。因?yàn)槁?lián)合型電弧在很小的電流下能保持穩(wěn)定燃燒，故特別適合薄板及超薄板的焊接，這種焊接方法稱為微束等離子弧焊。2023/3/2123（2）等離子弧焊的分類根據(jù)所適用的焊接工藝可分為穿孔型等離子弧焊、熔透型等離子弧焊，微束等離弧焊、熔化極等離子弧焊、熱絲等離子弧焊及脈沖等離子弧焊等幾種。

1）穿孔型等離子弧焊又稱小孔型、鎖孔型、穿透型等離子弧焊。焊接時(shí)利用離子流沖力大的特點(diǎn)，將工件完全熔透穿出一小孔，熔化金屬在電弧吹力、液體金屬重力、表面張力互相作用下保持平衡。小孔隨焊接槍體向前移動(dòng)而移動(dòng)，隨后在電弧后方鎖閉，形成完全焊透的焊縫。2023/3/21242）熔透型等離子弧焊又稱為熔入型、熔融型等離子弧焊。焊接時(shí)，只熔化工件，不產(chǎn)生穿孔。焊縫成形過程與鎢極氬弧焊相類似。

3）微束等離子弧焊30安培以下的熔透型等離子弧焊通常稱為微束等離子弧焊。為了提高等離子弧的穩(wěn)定性，采用小孔經(jīng)壓縮噴嘴（直徑為0.6~1.2mm），及聯(lián)合型等離子弧。由于加強(qiáng)了電弧的壓縮作用和非轉(zhuǎn)移弧的維持作用，使轉(zhuǎn)移弧在電流小至0.5A時(shí)仍非常穩(wěn)定。此時(shí)等離子弧類似針狀，因此稱為微束或針狀等離子弧，可用來焊接金屬薄箔。2023/3/2125

熔化極等離子弧焊有兩種基本形式，其焊槍結(jié)構(gòu)也不一樣。圖4-38所示為水冷噴嘴式熔化極等離子弧焊原理圖，水冷噴嘴在強(qiáng)烈的直接水冷條件下，可以承擔(dān)較大的等離子弧電流。在焊槍體中間送入焊絲作為熔化極。熔化極與工件間接一直流電源，產(chǎn)生的熔化極電弧在轉(zhuǎn)移型等離子弧中間燃燒。由于等離子弧起到預(yù)熱熔化焊絲的作用，因此熔敷率很高，適用于堆焊。2023/3/2126圖4-38水冷噴嘴式熔化極等離子弧焊原理圖2023/3/2127圖4-39所示為鎢極式熔化極等離子弧焊，在鎢極與工件之間接有直流電源和高頻引弧器，等離子弧在鎢極與工件之間燃燒。焊絲熔化極與工件之間接直流電源，產(chǎn)生的熔化極電弧在等離子弧中間燃燒。為了焊接導(dǎo)熱性強(qiáng)的金屬材料時(shí)，還可以在工件和噴嘴之間加一降壓特性直流電源加熱工件。這種方法適用于厚板深熔焊接或薄板高速焊接。2023/3/2128圖4-39鎢極式熔化極等離子弧焊原理圖2023/3/2129（3）等離子弧焊設(shè)備

等離子弧焊設(shè)備比較復(fù)雜，它由焊接電源、等離子弧焊槍（發(fā)生器）、供氣供水系統(tǒng)，行走機(jī)構(gòu)（自動(dòng)焊）和送絲機(jī)構(gòu)（熔化極等離子弧焊），和控制系統(tǒng)等組成。

1）焊接電源等離子弧焊電源一般采用陡降外特性直流電源，空載電壓比鎢極氬弧焊電源的高。用純氬氣作離子氣時(shí)，電源空載電壓需65～80V；用氬氣+氫氣混合氣作離子氣時(shí)，電源空載電壓需110～120V。2023/3/2130

采用轉(zhuǎn)移型電弧焊接時(shí)，可用一套電源，也可采用兩套電源，如圖4-40a）所示。采用聯(lián)合型電