機構

[拼音]:dianhan

[英文]:electric welding

直接利用電能熔化或加熱金屬工件區域性並實現工件間永久式聯接的一種電加工工藝。生產中常見的電焊工藝方法有電弧焊、電阻焊、電渣焊和等離子焊接。此外,還有利用高頻電流加熱的高頻感應焊,通過高能量密度電子束熔化金屬的電子束焊以及利用微波進行加熱的微波焊等。通常所說的電焊僅指電弧焊。

電弧焊

利用電弧作熱源對金屬工件進行焊接。焊接時,電極與工件連線到電弧焊電源的兩端,當電極與工件之間產生接觸短路或高頻擊穿氣隙時,將使周圍氣體發生電弧放電,即形成焊接電弧。只要電弧焊電源持續供電,電弧將保持連續的燃燒併成為熔化金屬的熱源。常見的手工電弧焊工藝方法以焊條作為電極,在電弧燃燒過程中,焊條不斷自身熔化,並過渡到工件的待焊區域,與工件熔化部分一起形成焊縫。

電弧焊的質量取決於電弧燃燒的穩定性,即電源-電弧系統的穩定性。通常電弧焊電源的靜態工作特性被設計成上升、水平、緩降及陡降等各種外特性形狀,以便與不同的電弧負載相匹配。電弧焊電源的動特性是確保電弧焊過程穩定的關鍵因素。為了改善電源的動特性和其他綜合性能,對電弧焊電源進行過多次改進。新型的閘流體逆變電源(50~100kHz)的動態響應時間僅為整流式焊機的1/300。此外,新研製成功的對電弧進行功率調製的脈衝電弧焊電源,為提高電弧的穩定性創造了良好的條件。

電阻焊

利用流經工件之間的電阻熱來加熱工件接頭區域,在接頭處金屬處於熔化或塑性狀態下,通過壓力實現焊接。常見的電阻焊工藝方法主要有對焊、點焊和縫焊。

電阻焊的供電電源通常是一個低壓大電流的工頻帶漏抗的變壓器,功率從數千伏安到數千千伏安;電流則從幾百安到幾十萬安。交流電阻焊電源廣泛用於鋼及不鏽鋼材料的焊接中。在航空、電子等工業部門,為了焊接鋁鎂合金而發展了直流脈衝和電容貯能脈衝等直流電阻焊電源。60年代又發展了高頻(射頻)電阻焊電源。近年來,隨著功率電子器件的迅速發展,出現了次級整流式電源和閘流體逆變式電源。閘流體逆變式電源(260Hz~20kHz)由於可以大幅度減少焊接變壓器的體積和重量,因而首先在電阻焊機器人技術領域內得到了應用。

電渣焊

以電流通過熔渣所產生的電阻熱作為熱源,對金屬工件進行焊接。主要用於大型金屬構件的厚板焊接。

電渣焊工藝原理見圖。

開始時有一個電弧造渣過程,即通過焊絲與引弧板(工件)之間的電弧熱量熔化焊劑,使之形成液態的熔渣。當渣池建立以後,電弧即被熄滅進而轉入電渣加熱過程。焊接電源以焊絲(電極)經過導電的液態熔渣與工件之間構成供電迴路。電流通過渣池產生的電阻熱不斷熔化焊絲及工件的接頭邊緣部分,沉積的液態金屬在渣池的保護下由水冷滑塊強制形成焊縫。

電渣焊根據電極形狀的不同分為絲極電渣焊,板極電渣焊,熔嘴電渣焊和管極電渣焊等。電渣焊過程的穩定性取決於電渣過程的穩定。自動控制熔渣的深度,是電渣焊裝置自動化的一個主要課題。目前主要用高溫探針、超聲探頭、放射性同位素等作為感測元件對熔渣進行控制。此外,為了維持焊絲伸出長度不變和防止熔池的溢位,電渣焊裝置還要求對機頭(滑塊)上升速度進行自動控制。

等離子焊接

用電弧的特殊形式- 等離子弧作為熱源對金屬工件進行焊接。普通電弧是兩個電極之間自由空間產生的氣體導電現象,等離子弧則是兩個電極之間約束空間內產生的氣體導電現象。把一個電極做成圓筒形噴嘴,或者在兩個電極之間設定一個圓筒形壓縮噴嘴,電弧的氣態導體(弧柱)就被約束(壓縮)在噴嘴通道內。當噴嘴通道截面足夠小(一般直徑為幾毫米)時,其壓縮作用會使氣態導體的電離程度和其中所包含的帶電質點-電子和離子的運動速度顯著提高,因而電弧的溫度和能量密度也顯著提高。用等離子弧作為焊接熱源時,比用普通電弧獲得更集中而有效的連線部位區域性加熱,使焊接加熱效率和焊接速度明顯提高,而焊接熱影響區大為減小,焊接質量容易控制。適合於焊接不鏽鋼等高合金鋼,鈦、鋯等合金。用於實際焊接的等離子弧是轉移型等離子弧,不能直接生成,須先用高頻高壓引燃非轉移型等離子弧,然後再把其中一個電極從噴嘴轉移到工件。

等離子弧除了用於焊接金屬工件外,還廣泛用於金屬堆焊和噴鍍。等離子堆焊是用等離子弧作為熱源在一種金屬表面堆積另一種具有抗磨或抗腐蝕等特殊效能的金屬合金。等離子(弧)噴鍍用非轉移型等離子弧作熱源,在一種金屬或非金屬表面鍍上另一種金屬或非金屬材料。等離子弧還可用於切割金屬。不同用途的等離子弧要採用不同的電源電壓、壓縮噴嘴結構設計及等離子氣體介質。

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