旋轉電弧焊

近年來, 對自動化和機器人化焊接工藝的需求量迅速增加, 同時也遇到了各種各樣的問題, 其中包括生產擴大後焊接技術人員不足的問題。

高速旋轉自動焊接方法採用電弧傳感器對焊縫軌跡進行焊接控制, 明顯提高焊接精確性, 也使焊接速度提高, 質量穩定。該系統對從特厚板的窄間隙焊接到薄板的高速焊接都得到了很好的應用 ^[1]  。

高速旋轉電弧焊接方法的原理是電弧在電極噴嘴的旋轉作用下產生高速旋轉運動, 而焊絲端部則呈偏心旋轉。這種方法的設計目的在於保證窄間隙焊接時能使坡口側壁焊透。

當採用一般的重複振盪方法時, 振盪頻率由於受機械限制, 其上限為4-5Hz；而採用現在的這種方法, 就能容易地使電弧的高速旋轉頻率達到10-100Hz。

這種高速旋轉電弧焊炬的旋轉機構原理：對於窄間隙焊接, 旋轉機構將電極插入狹窄的坡口中對於普通的焊接接頭, 採用自動中心校正機構可以使焊炬變得更為輕巧 ^[2]  。

旋轉電弧焊主要用於管件的焊接﹐焊接時把待焊管件置於磁場中﹐並用電極夾緊後通電﹐由激磁線圈所產生的徑向磁場與電流的相互作用﹐使電弧沿管壁圓周旋轉。均勻加熱管端產生熔化金屬薄層﹐然後快速加壓﹐擠出熔化金屬﹐便形成焊接接頭。旋轉電弧焊是1959年蘇聯研究成功的﹐但進行這種焊接所用的焊機直到70年代才出現。焊機包括電源﹑高頻引弧或輔助電極引弧裝置﹑夾具(電極)﹑激磁線圈和加壓機構(液壓﹑機械或手動加壓)等部分。影響焊接質量的主要工藝參數有電功率﹑磁場強度﹑管子裝配間隙﹑電弧旋轉速度和時間﹑頂鍛力和頂鍛速度。旋轉電弧焊的生產效率較高﹐與閃光對焊(見電阻焊)和摩擦焊相比﹐設備體積﹑耗電量﹑坯料損耗﹑焊縫毛刺等都小得多。它已可焊接直徑達 200多毫米﹐壁厚達幾毫米的管子﹐多用於普通碳鋼的管與管﹑管與管板的焊接﹐如煤氣管線﹑水管﹑電纜套管等﹐尤其適用於在工地進行安裝焊接。

這種焊接方法的特徵就是電弧的高速旋轉, 使其物理因素, 諸如整個熔池的電弧壓力與熱量分佈都能達到均勻一致。其中還有一些有趣的現象, 如焊道的偏斜被認為是由於對流和共振現象, 且影響焊絲的熔化。

1.焊道形成的現象

採用高速旋轉電弧焊和傳統焊接方法不旋轉在平板上施焊的焊道經比較所得的結果。採用不旋轉方法, 熔深集中在焊道的中心部分, 這是MAG焊的特徵；而採用高速旋轉電弧焊時, 焊道較平坦, 且較寬。隨着電弧旋轉速度的增大, 這種特徵變得更加明顯。

對於坡口寬度為12mm的試板, 電弧旋轉速度從0Hz不旋轉變化到110Hz, 由其焊道斷面可見, 側壁的熔深與焊道表面的曲率隨旋轉速度的增加而增加, 旋轉速度超過40Hz, 這種趨勢更為明顯。估計對窄間隙焊來講, 這種影響是不同的。

採用旋轉電弧方法, 因為受到影響的表面增大, 影響熔池的電弧力的有效值就減小。這被認為是焊道會變得更加平坦的原因。因此, 這種高速旋轉的電弧方式非常適用於大電流和高速的小焊腳長度的焊接。

此外, 還有一種作用, 使之在某一旋轉速度下焊道向一側偏斜。對這種情況, 考慮是由於熔池中的對流與電弧旋轉之間的共振所造成的。這種特徵適合於水平填角焊。

這就是説, 水平填角焊由於重力影響在底板部分會出現焊瘤, 而在立板部分會出現咬邊。而採用旋轉電弧焊接方法就可以避免上述缺陷。這種通過高速旋轉的電弧方法來改進焊道形狀的作用。

2.焊絲熔化現象

同對焊道形狀的影響一樣, 對焊絲熔化的影響同樣是高速旋轉電弧的一個特徵。這種高速旋轉的電弧產生一個離心力作用於焊絲端的熔滴, 影響了熔滴的過渡。實際應用表明, 焊絲的熔化率隨旋轉速度的提高而增大 ^[3]  。