低飛濺高速 CO2焊技術
成果與項目的背景及主要用途:近年來我國鋼材年消耗量迅速增加,焊接工 程量巨大,高效化焊接成為焊接技術發展的主流。MAG/CO2 焊由于其易于實現 自動化、抗銹低氫、成本低以及可進行全位置焊接等優點,成為高效化焊接方法 的重要選擇。在我國,以 MAG/CO2 焊為主的氣體保護焊工藝應用水平與發達國 家相比仍有較大差距,但發展較快。據統計:1999 年,我國的氣體保護焊在整 個焊接工藝中所占的比例約為 10%,而日本和美國則達 70%左右;2002 年我國 此比例達到了約 17%,預計 2005 年可以達到 22~25%。在我國以 MAG/CO2焊為 主的氣體保護焊在很大范圍內正逐步取代焊條電弧焊,極具發展潛力。 MAG/CO2 氣體保護焊短路過渡方式應用非常突出,國內外研究人員的研究 證明:采用 MAG/CO2 焊短路過渡形式,可以有效地防止高速焊接(1m/min 以上) 時形成的焊接缺陷。但由于 MAG/CO2 焊保護氣體本身的物理性質所決定的,使 用活性 CO2 氣體保護的焊接無論是采用細絲短路過渡方式,還是粗絲大電流的顆 粒過渡方式,都會造成較大的飛濺,在短路過渡方式中,焊縫成形差也是很大的 問題。著名的 STT 控制法利用對電流電壓的快速控制,大大降低了短路過渡過程 的飛濺,改善了焊縫成形,但也只適用于電流較小的場合,用于高速焊接需要大 電流的場合時仍存在飛濺大等不足之處。 該技術主要解決純 CO2 氣體保護焊或低氬保護 MAG 焊時短路過渡的飛濺和 焊縫成形問題。 技術原理與工藝流程簡介:該系統利用傳感器采集信息,由單片機系統對焊 接過程的信息進行分析,控制逆變弧焊電源的輸出。 關鍵問題在于實時控制的及時性。短路過渡存在大量快速的瞬態過程,需要 122天津大學科技成果選編 123 控制電路及時做出響應,有很大難度。美國林肯公司的 STT 焊機利用 IGBT 功率 開關并聯限流電阻的方法,可以非常迅速地減小電流,對于防止飛濺非常有利。 但 IGBT 的工作條件非常嚴酷,限制了利用 IGBT 功率開關進行深入的研究,也使 其局限于較小電流的場合。受上述條件的制約,我們必須考慮其他的選擇。 本技術找到了一種預判短路過程的方法,采用高速模擬電路為主并結合單片 機的中斷處理方法加以控制;而對短路過渡相對穩定的過程,其控制則以單片機 為主,可以進行信息融合運算,甚至可以進行瞬態過程的預判運算。 技術水平及專利與獲獎情況:國際先進,國家發明專利。 應用前景分析及效益預測:目前 CO2 焊的飛濺問題的解決主要采用:a.純氬 或混合氣保護,氣體成本高;b.利用進口 STT 焊機,在低速焊、小電流范圍應用, 焊機成本高;c.采用藥芯焊絲,焊絲成本高,且只能焊接中厚板,不能短路過渡 焊。這些解決方法都并不令人十分滿意,因而本技術有很好的的實際應用前景。 本技術可將飛濺率降為普通短路過渡的 1/2~1/3 以下,以一個年消耗焊絲 500~1000 噸的大中型企業計算,每年僅焊絲飛濺造成的損失就可減少數十萬元, 尚不包括清理飛濺所投入的人力物力。而本技術在普通逆變焊機基礎上加上 500~1000 元的一次性的材料成本投入,即可大幅度提高焊機的性能。 應用領域:機械、船舶、鋼結構、汽車等眾多行業。
天津大學
2021-04-11