5083鋁合金船舶焊接工藝畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 源。光焊接是一種高效、快速、先進的焊接方法，其功率密度可達10^5~10^7W/cm^2,其優點在于：熱輸入集中、焊接速度快、熱影響區小、工件變形小、低噪聲、低煙塵、焊接質量好，故激光焊接鋁合金有極大的優越性。另外，激光焊接還有一些局限：（1）由于激光焦點直徑相對較小，要求焊接裝卡對位精度高，焦點位置和激光束相對加工對象的偏移量要求限制在很小的范圍內。（2）激光器及其加工配套系統結構復雜，成本高，一次性設備投入較大。針對鋁合金的激光焊接主要有以下的難點：一是鋁合金表面反射問題，研究表明，對CO2激光和YAG激光，鋁合金表面在室溫時的初始反射率在90%以上，遠遠高于鋼等黑色金屬；二是鋁合金激光焊接在焊透的情況下過程的穩定性差，表面成形不好，焊縫易出現下榻和孔洞等缺陷。 焊接方法的確定目前用于鋁合金焊接的常用焊接方法有：交流鎢極氬弧焊(TIG)和直流反極性熔化極氣體保護焊(MIG)。TIG焊由于采用交流電，鎢極燒損嚴重，焊接效率低，因此適用于薄件鋁合金的焊接。MIG焊包括連續電流焊接和脈沖電流焊接。MIG焊時，焊絲作為陽極，可采用比TIG焊更大的焊接電流，電弧功率大，焊接效率高，故特別適合于中厚板鋁合金的焊接。實驗研究發現，在鋁合金MIG焊時，脈沖電流焊接優于連續電流焊接，采用脈沖電流可以提高熱輸入的利用率，降低焊接電流，減少焊接變形。同時能夠提高電弧的穩定性、改善焊接成形和增加熔深。我廠承接的鋁合金船使用的材料主要是5083鋁一鎂合金，根據MIG焊的優點，施工基本t采用脈沖MIG焊。為提高5083鋁．鎂合金的MIG焊的焊接質量，對脈沖MIG焊的特點、操作方法和焊接過程中易出現的焊接缺陷進行分析的研究，就顯得很有必要。、MIG焊的焊接方法與TIG焊相比，MIG焊可焊的鋁合金厚度明顯增大，而且焊接效率高，適合于自動化生產。 MIG焊用于焊接鋁及鋁合金時通常采用直流反極性，焊接薄、中等厚度板材時，可用純Ar作保護氣體；焊接厚大件時，采用（Ar+He）混合氣體，也可采用純He保護。焊前一般不預熱，板厚較大時，也只需預熱起弧部位。脈沖MIG焊可以將熔池控制的很小，容易進行全位置焊接，尤其焊接薄板、薄壁管的立焊縫、仰焊縫和全位置焊縫是一種較理想的焊接方法。脈沖MIG焊電源是直流脈沖，脈沖TIG焊的電源是交流脈沖。MIG焊原理和TIG焊不同，MI G（MAG）焊采用可熔化的焊絲作為電極，以連續送進的焊絲與被焊工件之間燃燒的電弧作為熱源來熔化焊絲與母材金屬。焊接過程中，保護氣體氬氣通過焊槍噴嘴連續輸送到焊接區，使電弧、熔池及其附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。焊絲不斷熔化應以熔滴形式過渡到焊池中，與熔化的母材金屬熔合、冷凝后形成焊縫金屬。原理示意圖見圖1；原理示意圖1MIG焊特點 ⑴和TIG焊一樣，它幾乎可以焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不銹鋼等材料。焊接過程中幾乎沒有氧化燒損，只有少量的蒸發損失，冶金過程比較簡單。 ⑵勞動生產率高 ⑶MIG焊可直流反接，焊接鋁、鎂等金屬是有良好的陰極霧化作用，可有效的去除氧化膜，提高了接頭的焊接質量。 ⑷不采用鎢極，成本比TIG焊低；有可能取代TIG焊。 ⑸MIG焊焊接鋁及鋁合金時，可以采用亞射流熔滴過渡方式提高焊接接頭的質量。 ⑹由于氬氣為惰性氣體，不與任何物質發生化學反應，所以對焊絲及母材表面的油污、鐵銹等較為敏感，容易產生氣孔，焊前必須仔細清理焊絲和工件。 MIG焊的應用MIG焊適合于焊接低碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、非鐵金屬其合金。低熔點或低沸點金屬材料如鉛、錫、鋅等，不宜采用熔化極惰性氣體保護焊。目前在中等厚度、大厚度鋁及鋁合金板材的焊接中，已廣泛地應用了MIG焊。MIG焊可分為半自動焊和自動焊兩種。自動MIG焊適用于較規則的縱縫、環縫及水平位置的焊接；半自動MIG焊大多用于定位焊、短焊縫、斷續焊縫以及鋁容器中封頭、管接頭、加強圈等工件的焊接。第四章 焊接設備及工藝 焊接設備手工熔化極氬弧焊設備由焊接電源、送絲系統、焊槍、供氣系統、供水系統組成。自動熔化極氬弧焊設備則由焊接電源、送絲系統、焊接機頭、行走小車或操作機（立柱、橫臂）和變位機及滾輪架、供氣系統、供水系統、控制系統組成。熔化極氣體保護自動氬弧焊設備系統如圖2所示?，F在，國內外MIG焊設備已相當成熟，有的相當完善和先進，可考查選購，無需自制。但對焊接電源、送絲系統、焊槍形式及結構應予以特別圖2熔化極自動氬弧焊設備組成（行走小車型）①一次電源輸入②焊件插頭及連線③供電電纜④保護氣輸入⑤冷卻水輸入⑥送絲控制輸入⑦冷卻水輸出⑧輸入到焊接控制箱的保護氣⑨輸入到焊接控制箱的冷卻水⑩輸入到焊接控制箱的220v交流11輸入到小車控制箱的220V交流12小車電動機控制輸入、焊接電源熔化極氣體保護焊通常采用直流焊接電源。老式電源有電動機發電機組，現只用于缺電的野外現場。常用電源有變壓器一整流器，新式電源為逆變電源。焊接電源的額定電流通常要求50～500A，特種應用要求1500A?？蛰d電壓要求55～85V。電源的負載持續率在60%～100%范圍內。MIG焊電源的外特性和動特性都很重要。焊接電源的外特性MIG焊有三種外特性的焊接電源，即平特性（恒壓）、陡降特性（恒流）和緩降特性。當保護氣體為惰性氣體（如純Ar），廣泛采用平特性電源并配以等速送絲系統，此時可通過改變電源空載電壓來調節電弧電壓，通過改變送絲速度來調節焊接電流，故焊接參數調節非常方便。平特性電源有較強的自調節作用，弧長的變化可引起電流的較大變化，同時短路電流較大，引弧比較容易。 當焊絲直徑較大(大于2mm)時，一般采用下降特性電源并配用變速送絲系統。此時，由于焊絲較粗，電弧的自調作用較弱，弧長變化后恢復速度慢，單靠電弧的自調作用難以保證焊接過程穩定，需外加弧壓反饋電路，將電弧電壓（弧長）的變化及時反饋到送絲控制電路，調節送絲速度，使弧長能及時恢復。，電弧的固有自調能力很強。由于恒流，焊縫熔深可基本保持穩定不變。焊接電源的動特性MIG焊電弧過程瞬變頻繁，電源必須及時作出反應，以便動態穩弧。電源動特性是指當負載狀態發生瞬時變化時焊接電流和輸出電壓與時間的關系，用以表征電源對負載瞬變的反應能力。MIG焊時負載瞬變最大的是短路過渡以及伴有瞬時短路的噴射過渡，因此，焊接電源動特性的針對性指標有三項，即⑴短路電流上升速度dis/dt (A/s)。⑵短路峰值電流Imax(A)。⑶從短路到引弧的電源電壓恢復速度dUa/dt (V/s)。為保證電弧過程的穩定性不被破壞，無強烈飛濺，無不良焊縫成形，在粗焊絲和大電流情況下，要求短路電流上升速度dis/dt稍小，反之，在細焊絲和小電流值情況下，要求dis/dt稍大；在其他條件不變時，要求短路峰值電流較小，以免飛濺過大，然后迅速提升短路電流，當達到某一設定值后，立刻改變電流上升率，以很小的dis/dt增大電流，以便降低Imax和減小飛濺。 國內外MIG焊接電源品牌繁多，其中之一為SAF MIG 480TRI數字化脈沖焊接電源，其外形如圖3所示。該電源具有幾個有代表性的特點，如熱起弧功能，熱啟動時能發生700A的脈沖電流，有利于解決起弧處易發生未熔合、未焊透及氣孔問題；如內設16位微處理器閉環數字化控制系統，有利于解決脈沖MIG焊參數多，操作按鈕多，操作很不方便的問題；又如內設的專家系統，內存的100組焊接程序和參數的專家經驗可供工藝技術人員和焊接操作人員直接選用或參考選用。此外，該電源允許實施的超射流模式，有利于增強鋁及鋁合金焊接熔池的攪動從而可明顯減少焊縫氣孔。圖3 SAF MIG480TRI數字化脈沖焊接電源、送絲系統送絲系統由送絲機、送絲軟管及焊絲盤組成。根據送絲方式不同，送絲系統可分為三種方式，如圖4所示。 圖4三種送絲方式a)推絲式b）、c）、d）拉絲式e）推拉絲式推絲式在此方式中，焊槍結構簡化，操作輕便，但送絲阻力大，較難送進較細、較軟的焊絲，且軟管不能太長，一般送絲軟管長度為3～5m。拉絲式 拉絲式可分為三種形式。一種是拉絲機構裝在焊槍上，焊絲盤通過軟管與其相連。另一種是拉絲機構和焊絲盤都裝在焊槍上。這兩種均適于細絲半自動MIG焊。還有一種是焊絲盤與送絲電動機都與焊槍分開。推拉絲式這種送絲方式的送絲軟管可長達15m左右，因而擴大了半自動焊操作的距離。但拉絲速度應比推絲速度稍大，以便以拉絲為主，使焊絲在長軟管內始終保持拉直狀態。送絲機可采用兩輪或四輪驅動裝置，后者適于送較軟的焊絲，如鋁焊絲。四輪驅動裝置如圖5所示。圖5 四輪送絲機構、焊槍焊槍的形式及結構特征如圖6～圖9所示。圖6鵝頸式焊槍示意圖7手槍式焊槍1噴嘴2導電嘴3套筒4導電桿5分流環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14送絲開關15扳機16氣筒圖8拉絲式焊槍圖9帶有焊絲盤的拉絲式焊槍1噴嘴2外套8絕緣外殼4送絲滾輪5螺母6導絲桿7調節螺桿9焊絲盤10底板 11, 15, 17, 21, 22螺釘 12壓片 13減速箱 l4電動機16底板 18退絲按鈕 19扳機20觸點鵝頸式焊槍應用最為廣泛，它適合于細焊絲，使用靈活方便，可達性好。手槍式焊槍適合于粗焊絲，常需水冷。焊槍上裝有小型送絲機構和小型焊絲盤的拉絲式焊槍，主要用于采用鋁及鋁合金細焊絲或軟焊絲，裝滿焊絲的小型焊絲盤重5kg，槍體較重，不便操作使用，但送絲可靠。在焊槍結構上，值得注意的是導電嘴?！瑢τ阡X焊絲則應更大一些。導電嘴必須牢固地固定在槍體上，并使其定位于噴嘴中心。導電嘴與噴嘴之間的相斑位置取決于熔滴過渡形式。對于短路過渡，導電嘴常伸出噴嘴以外；而對于噴射過渡，導電嘴應縮到噴嘴內，最多可縮進3mm。焊接時應定期檢查導電嘴，如發現導電嘴內孔因磨損而變大或由于飛濺而堵塞時，應立即更換，因磨損或粘污的導電嘴將破壞電弧的穩定性。 焊接工藝、保護氣體選擇鋁及鋁合金MIG焊時，只采用惰性氣體氬或氦，不采用其他活性氣體。氬或氦雖同為保護氣體，但其物理特性有差異，因而其工藝性能也有差異。，比空氣重；，比空氣輕。在平焊位置焊接時，氬氣下沉，驅走空氣，對電弧的保護和對焊接區的覆蓋作用較好。為得到相同的保護效果，氦氣的流量消耗大約應比氬氣高2～3倍。氦氣的導熱性比氨氣高，能產生能量分布更均勻的電弧等離子體。氬弧等離子體則弧柱中心能量高而其周圍能量低。因此，氦弧MIG焊時的焊縫形狀特點為熔深與熔寬大，焊縫底部呈圓弧狀，而氬弧MIG焊的焊縫中心呈窄而深的“指狀”熔深，其兩側熔深較淺氦的電離電位比氬高。當弧長和焊接電流一定時，氦氣保護的電弧電壓比氬弧高，如圖10所示。因此，純氦保護MIG焊時，很難實現軸向射流過渡，常發生較多的飛濺和較粗糙的焊縫表面。氬氣保護的MIG焊則較易實現射流過渡。圖10 Ar和He的MIG電弧電壓特性 由于MIG氬弧焊的電弧電壓低和電弧能量密度小，電弧穩定、飛濺極少，因而適用于焊接薄件。MIG氦弧焊的能量密度高，適用于焊接中厚件，但電弧不夠穩定，且氦氣價格高昂。由于氬和氦各有優缺點，當有必要采用氦時，最好采用氬與氦的混合氣體保護，例如，氬75%～25%，氦25%～75%（體積分數）。在一般情況下，宜優先選用氬氣進行MIG氬弧焊。、焊接設備選擇選擇設備時，用戶應根據焊接件的結構、材料、零件厚度，接頭形式及尺寸、焊接位置等多方