焊接电弧光谱的分布特征
柳刚李俊岳李桓范荣焕云绍辉
摘要在试验的基础上，给出了焊接电弧光谱的频域及空间分布的测试结果，分析了焊接电弧光谱的结构。通过分析得出了TIG焊电弧光谱空间分布的差异性和MIG焊电弧光谱空间分布的相似性，着重指出MIG焊电弧光谱与熔滴过渡之间存在密切关系。此外，还对焊接电弧光谱特征的应用提出了方向。
叙词：焊接电弧光谱特征分布熔滴过渡
中图分类号：TG44
SPECTRAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF WELDING ARC
Liu Gang Li Junyue Li HuanFan Ronghuan Yun Shaohui
（Tianjin University）
Abstract On the basic of experiments,the testing results of welding arc cross spectrum distribution of various arc cross section along wavelength window are presented.The sepctrum structures and the differences between TIG and MIG welding arc are analysed.The corresponding relations between metal transfer and welding arc spectrum structure are pointed out especially.Meanwhile,the potential applications have been also proposed.
Key words：Welding arc Spectrum characteristics Distribution Metal transfer
0 前言
目前，焊接质量控制与焊接自动化业已成为焊接领域发展的前沿，为了实现上述目标，需要对焊接电弧内部的物理过程及现象，进行更为充分的研究以获取更多的信息。由于焊接电弧的特殊性，常用的传感方法在检测它时都遇到了困难，而应用光谱来传感焊接电弧，则具有信息丰富、响应迅速、不干扰电弧和适于实时控制等优点［1，2］，因此受到日益广泛的重视。将电弧光谱应用于焊接过程控制的前提，是须首先获得焊接电弧的光谱特征，从中发现与焊接电弧过程尤其是熔滴过渡之间的联系，从而为后续工作提供理论指导。因此，焊接电弧光谱特征的研究具有重要的理论和实用意义。
1 焊接电弧光谱测量装置、原理及试验方法
1.1 测量装置
为了测定焊接电弧的光谱特征，建立了如图1所示的测量装置［2］。
图1 焊接电弧光谱测量装置
1.2 焊接电弧光谱分布的光电法测量原理
本装置对电弧光谱的测量是基于光电法原理进行的。对于光电倍增管，其输出电压信号与入射光谱信号之间有以下关系
U=K
I/U K
s
GSVε(1)［3］
式中U——输出信号电压
K
I/U
——输出I/U变换系数
K
s
——系统结构及尺度系数
G——光电倍增管的增益
S——阴极灵敏度
V——辐射体体积
ε——光谱发射系数
若ε为波长λ函数，保持其他参量不变则可得
U(λ)=ε(λ) (2)
可见，通过测量光电倍增管的输出电压，便可间接地得出焊接电弧光谱沿波长窗口的分布。
1.3 试验方法和步骤
在本测量装置中，作为接收装置的光电倍增管被安装于光谱仪的像平面上。在测量光谱沿波长的分布时，在计算机的控制下，步进电动机带动接收装置从短波长端向长波长端移动，使光谱仪输出的不同波长的谱线依次进入光电倍增管；光电转换后输出的电压信号被输入计算机进行采集、A/D转换和处理，最终得到光谱沿波长的分布。
利用上述试验装置，分别对TIG焊电弧光谱和MIG焊电弧光谱的分布模态和空间特征进行研究。试验时电弧以1∶1的比例成像于光谱仪入口狭缝处，通过切换不同的狭缝入口，使电弧中距母材表面不同高度截面所发出的光辐射进入光谱仪，从而获得电弧不同截面的光谱分布，对此再进一步分析和综合便可最终得到焊接电弧的光谱分布特征。
2 试验参数及测试结果
试验所用焊接工艺参数及材料列于表1中。图2和图3分别为所测得的TIG
焊和MIG焊电弧的光谱分布曲线。图中纵轴为光谱的相对强度，以I
SP
表示，横轴为光谱波长，以λ表示。各分图为电弧中不同截面的光谱曲线，参数h代表所测试的电弧截面距工件表面的高度。
表1 试验工艺参数与材料
图2 TIG焊电弧光谱的频域分布
3 焊接电弧光谱的频域分布特征及成因
纵观所测得的焊接电弧光谱分布可以发现，无论是TIG电弧还是MIG电弧，其光谱分布均表现出如下特征。
图3 MIG焊电弧光谱的频域分布
分布曲线并非光滑连续的，在连续辐射背景上叠加分布着线光谱，因此焊接电弧的光谱不是某一种基本辐射的光谱，它由基本辐射光谱复合而成。由焊接电弧的物理本质，不难解释其光谱分布特征产生的原因。
(1)焊接电弧是一种低温等离子体，电弧粒子的激发和跃迁产生了线光谱，在焊接电弧的粒子密度(1015～17cm-3)和温度范围(约10 000 K)［4］内，线光谱的强度可达到相当可观的数值；同时现有的研究结果［4］指出，焊接电弧等离子体具有一定的“光学薄”性质，故此在上述两种因素的共同作用下，无论是TIG焊电弧还是MIG焊电弧，其光谱中均出现了大量的线光谱。
(2)通过对比图2、图3和图4可以发现，MIG电弧的光谱分布(参阅图3)带有明显的黑体辐射的特征，在波长0.50～0.60 μm处出现分布峰。这是由于MIG 电弧中有炽热液体熔滴在过渡，使得电弧的“透明度”有所下降。与MIG焊电弧相比，TIG电弧光谱的黑体辐射背景相对较弱，没有明显的黑体辐射特征，这也恰好证明了上述对MIG焊电弧的分析。
图4 黑体辐射出射度与温度和波长的关系
焊接电弧光谱的上述分布特征，为开展对焊接电弧的测控提供了有利条件。由于线光谱与元素具有对应可分辨性，因此利用大量出现的线光谱，可实现对焊接电弧内部成分及过程的选择性检测，实现对光谱信号的降维处理，提高信号品质；MIG电弧光谱所带有的黑体辐射特征，更表明电弧光谱可以对熔滴过渡作出反映。
4 焊接电弧光谱的空间分布特征及成因
4.1 TIG焊电弧光谱分布的空间特征
图2a、b、c给出了TIG焊电弧中，位于电弧上部距母材表面6 mm、电弧中部距母材表面3 mm和电弧下部接近熔池距母材表面1 mm的三个截面的光谱分布，参照图5a的统计结果不难发现。
(1)在h=6 mm的图2a中，12条线光谱均是Ar谱线，占谱线总数的100%，此现象说明该区域主要为Ar粒子所占据。
图5 TIG焊和MIG焊谱线分布的统计比较
(2)在h=3 mm的图2b中，线光谱仍主要由Ar谱线构成有15条，占谱线总数的93%，说明电弧中部仍基本为Ar粒子所占据，但其中谱线FeI4404的出现，标志已有少量的铁粒子送入到此区域。
(3)在h=1 mm的图2c中，Ar谱线仍居多数为11条，占谱线总数的77%，但铁谱线却增加至4条，意味着此区域铁蒸气浓度进一步提高。
上述分布趋势可由图5a清晰地表现出来，因此对于TIG焊电弧，光谱的空间分布表现出了差异性，铁成分主要分布于近熔池区，在弧柱区尤其是弧柱上部几乎不存在，而氩成分则扩散至整个电弧空间。
TIG焊电弧光谱空间分布的差异性，是其成分分布差异性的反映，利用该特点可以实现对TIG电弧的空间选择性研究或选择性使用。
4.2 MIG焊电弧光谱分布的空间特征
图3a、b、c依次为距母材表面6 mm、4 mm、2 mm截面处MIG焊电弧的光谱分布，参照图5b，通过对比分析可获得以下印象。
(1)3条分布曲线的轮廓表现出了明显的相似性，所出现的特征谱线基本相同。它们在中短波段具有强度集中的分布，在长波段相同的位置均有相同的4
条铁谱线出现，而且均表现出黑体辐射的基底。故此轮廓特征与TIG焊电弧的光谱分布明显不同。
(2)在所记录的10条特征谱线中，Ar谱线占有3条为30%，Fe谱为7条占70%，且由图5b可知各个截面均如此。这说明与TIG焊电弧中Fe成分的近熔池局部分布不同，在MIG电弧弧柱的各个截面，均有铁粒子出现，铁蒸气充满了整个电弧空间。
(3)在记录的谱线中没有出现Ar离子的谱线，说明MIG电弧弧柱的温度要低于TIG焊电弧的弧柱温度，这一点与参考文献［5］的实际测量结果一致。
分析MIG电弧的物理过程不难解释上述现象的成因。TIG与MIG焊电弧之间最主要的区别是后者中熔滴过渡的存在。熔滴从焊丝端部向熔池飞行过渡，在飞行过程中熔滴中的铁不断蒸发，加之其对电弧空间的“搅拌”，使其主要成分Fe扩散到电弧空间的各个截面，从而使得各个截面的光谱分布表现出相似的分布轮廓；在熔滴过渡过程中，低温熔滴中的铁不断蒸发对电弧产生了冷却作用，使MIG电弧的温度要低于TIG焊电弧的温度；由于在电弧各个截面上均有低温Fe蒸气的存在，所以在各个截面的光谱分布中均在长波段出现了Fe的特征谱线。MIG电弧中，从上到下都存在有铁的熔液，上为焊丝端部，中为熔滴，下为熔池，它们的辐射均接近于黑体辐射，故MIG电弧光谱的各截面分布均出现了黑体辐射的基底。
总之，由于熔滴过渡的存在，使得MIG焊电弧的光谱区别于TIG焊电弧光谱而具有空间分布相似性的特征。
MIG焊电弧光谱的空间分布相似性，再次表明电弧光谱特征可以反映熔滴过渡，利用光谱进行熔滴过渡的检测是可行的(文献［2］已证明了此推断并成功地实现了熔滴过渡的光谱检测)；同时，在MIG焊电弧各截面光谱分布的长波段，相同4条铁谱线稳定出现，区分明显且背景简洁，那么在利用光谱信号进行熔滴过渡检测时，这一特征将为选择测试谱线提供便利条件。
5 结论
本文对焊接电弧的光谱分布特征进行了初步的考察，获得了以下认识和结论。
(1)焊接电弧的光谱分布特征为连续辐射背景上的线光谱结构，线光谱特征的存在，使得对电弧成分的选择性研究以及对电弧光谱信息的降维处理成为可能。
(2)TIG焊电弧光谱的空间分布表现出明显的差异性，此特性可用于对TIG 焊电弧的选择性研究和使用。
(3)MIG焊电弧光谱的空间分布具有相似性特征，带有黑体辐射的基底，可以反映出熔滴过渡似的存在。
(4)MIG焊电弧的光谱长波段铁谱线的稳定出现，为选择测量谱线检测熔滴过渡提供了便利条件。
(5)本文的研究结果弥补了对TIG焊和MIG焊电弧光谱的认识，指出了焊接电弧光谱的应用方向。
国家自然科学基金资助项目(59575059)。
作者简介柳刚，男，1967年出生，工学博士，副教授，主要从事焊接电弧物理、焊接过程与质量控制和焊接自动化方面的研究。
柳刚（天津大学材料科学与加工自动化系天津 300072）
李俊岳（天津大学材料科学与加工自动化系天津 300072）
李桓（天津大学材料科学与加工自动化系天津 300072）
范荣焕（天津大学材料科学与加工自动化系天津 300072）
云绍辉（天津大学材料科学与加工自动化系天津 300072）
参考文献
1，Li Junyue,et al.Spectral information of arc and welding automation.Welding in the World,1994,34,317～324
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3，陈成杰等.光电倍增管.北京∶原子能出版社，1998
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5，苏跃珍.熔化极气体保护焊电弧的光谱诊断∶［硕士学位论文］.天津∶天津大学，1988
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1、熔滴上的作用力有哪些？ 答：焊条端头的金属熔滴受以下几个力的作用：表面张力、重力、电磁收缩力、斑点压力、等离子流力和其他力。 2、什么是熔滴和熔滴过渡？ 答：电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的，并向熔池过渡的液态金属滴即熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程即熔滴过渡。 3、熔滴过渡分为哪几种类型？各自的特点是什么？ 答：熔滴过渡形式大体上可分为三种类型，即自由过渡、接触过渡和渣壁过渡。 自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间不发生直接接触。 接触过渡是焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡。在熔化极气体保护焊时，焊丝短路并重复地引燃电弧，这种接触过渡亦称为短路过渡。TIG 焊时，焊丝作为填充金属，它与工件间不引燃电弧，也称为搭桥过渡。 渣壁过渡与渣保护有关，常发生在埋弧焊时，熔滴是从熔渣的空腔壁上流下的。 4、什么是喷射过渡？它可分为哪几种过渡形式？ 答：在纯氩或富氩保护气体中进行直流负极性熔化极电弧焊时，若采用的电弧电压较高（即弧长较长），一般不出现焊丝末端的熔滴与熔池短路现象，会出现喷射过渡。熔滴呈细小颗粒并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式称为喷射过渡。根据不同的焊接条件，这类过渡可分为射滴、亚射流、射流及旋转射流等形式。 5、什么是短路过渡？它有哪些焊接特点？ 答：在较小电流、低电压时，熔滴未长成大滴就与熔池短路，在表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴向母材过渡的过程称短路过渡。这种过渡形式电弧稳定，飞溅较小，熔滴过渡频率高，焊缝成形较好，广泛适用于薄板焊接和全位置焊接。 短路过渡的主要焊接特点有： （1）由于采用较低的电压和较小的电流，所以电弧功率小，对焊件的热输入低，熔池冷凝速度快。这种熔滴过渡方式适宜于焊接薄板，并易于实现全位置焊接。 （2）由于采用细焊丝，电流密度大。例如：直径为1.2mm的碳钢焊丝，当焊接电流为160A 时，电流密度可达141A/mm2，是通常埋弧焊电流密度的2倍多，是焊条电弧焊的8～10倍，因此对焊件加热集中，焊接速度快，可减小焊接接头的热影响区的焊接变形。短路过渡是气体保护焊的一种典型过渡方式，焊条电弧焊也常常采用。 CO 2 6、什么是渣壁过渡？焊条电弧焊时可出现哪几种过渡形式及如何选用焊条药皮厚度？ 答：渣壁过渡是指在焊条电弧焊和埋弧焊时的短路过渡形式。使用焊条电弧焊时，可以出现
3) 考虑焊接层次通常焊接打底焊道时，为保证背面焊道的质量，使用的焊接电流较小；焊接填充焊道时，为提高效率，保证熔合好，使用较大的电流：焊接盖面焊道时，防止咬边和保证焊道成形美观，使用的电流稍小些。 焊接电流—一般可根据焊条直径进行初步选择，焊接电流初步选定后，要经过试焊，检查焊缝成形和缺陷，才可确定。对于有力学性能要求的如锅炉、压力容器等重要结构，要经过焊接工艺评定合格以后，才能最后确定焊接电流等工艺参数。 1．4．3 电弧电压 当焊接电流调好以后，焊机的外特性曲线就决定了。实际上电弧电压主要是由电弧长度来决定的。电弧长，电弧电压高，反之则低。焊接过程中，电弧不宜过长，否则会出现电弧燃烧不稳定、飞溅大、熔深浅及产生咬边、气孔等缺陷：若电弧太短，容易粘焊条。一般情况下，电弧长度等于焊条直径的0.5～1倍为好，相应的电弧电压为16—25V。碱性焊条的电弧长度不超过焊条的直径，为焊条直径的一半较好，尽可能地选择短弧焊；酸性焊条的电弧长度应等于焊条直径。 1．4．4 焊接速度 焊条电弧焊的焊接速度是指焊接过程中焊条沿焊接方向移动的速度，即单位时间内完成的焊缝长度。焊接速度过快会造成焊缝变窄，严重凸凹不平，容易产生咬边及焊缝波形变尖；焊接速度过慢会使焊缝变宽，余高增加，功效降低。焊接速度还直接决定着热输入量的大小，一般根据钢材的淬硬倾向来选择。 1．4．5 焊缝层数 厚板的焊接，一般要开坡口并采用多层焊或多层多道焊。多层焊和多层多道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄。前一条焊道对后一条焊道起预热作用，而后一条焊道对前一条焊道起热处理作用。因此，接头的延性和韧性都比较好。特别是对于易淬火钢，后焊道对前焊道的回火作用，可改善接头组织和性能。 对于低合金高强钢等钢种，焊缝层数对接头性能有明显影响。焊缝层数少，每层焊缝厚度太大时，由于晶粒粗化，将导致焊接接头的延性和韧性下降。 1．4．6 热输入 熔焊时,由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量称为热输入。其计算公式如下： Q=NLU/u 式中 Q——单位长度焊缝的热输入(J／cm) I——焊接电流(A) ； U——电弧电压(V) ； u——焊接速度(cm／s) n——热效率系数，焊条电弧焊为0.7～0.8。 热输入对低碳钢焊接接头性能的影响不大，因此，对于低碳钢焊条电弧焊—一般不规定热输入。对于低合金钢和不锈钢等钢种，热输入太大时，接头性能可能降低：热输入太小时，有的钢种焊接时可能产生裂纹。因此，焊接工艺规定热输入。焊接电流和热输入规定之后，焊条电弧焊的电弧电压和焊接速度就间接地大致确定了。 一般要通过试验来确定既可不产生焊接裂纹、又能保证接头性能合格的热输入范围。允许的热输入范围越大，越便于焊接操作。 1．4．7 预热温度 预热是焊接开始前对被焊工件的全部或局部进行适当加热的工艺措施。预热可以减小接头焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，减小焊接应力及变形。它是防止产生裂纹的有效措施。对于刚性不大的低碳钢和
激光焊接的工艺参数及特性分析 一、激光焊接的工艺参数：1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接 一、激光焊接的工艺参数： 1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。 2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 4、离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离焦，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。 二、激光焊接工艺方法： 1、片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。
对于任何手工焊接过程，正确的焊接温度对于形成良好的焊点都是至关重要的。 焊接温度/时间与焊点可靠性的关系 通过检查焊点IMC的厚度与内部金相结构，可以清楚地分析出焊接中传递给被焊物的热量是否正确，而焊点表面可以反映出在电路板焊盘上形成的焊点是否良好。 控制IMC的厚度对于形成可靠的连接是很重要的，焊点内部IMC形成速率与焊接温度和时间有关。烙铁提供的热量过大会增大焊点IMC的厚度，导致焊点变脆；提供的热量过小会使焊料不能完全熔化，形成冷焊（见图1）。 图2所示焊脚处的焊点形状与外观可以反映出焊点的质量，不幸的是，无铅焊接与有铅焊接的焊脚外观很不一样。无铅焊接的焊脚外观颜色暗（图2左图），且有比较大的湿润角度；图2右图为锡铅焊接焊脚外观，颜色发亮。 选择合适的助焊剂 烙铁传输的热量正确与否也影响到助焊剂的使用。酒精与部分酸的沸点低于普通的手工焊接温度，因此，为了避免助焊剂过早地挥发，使助焊剂有充分的时间起作用，保证焊接时烙铁不提供过多的热量从而使焊接面的温度过高是很重要的。 助焊剂的选择对于形成良好的焊点也是很重要的。随着焊接温度的提高，氧化的速度也会相应地加快，由于无铅焊接具有较弱的润湿力，需要助焊剂有较“强”的活性，所以焊锡丝中的助焊剂含量应该从锡铅焊锡丝的1%提高到2%。 使用较强活性的助焊剂，需要更多地对PCB上的残留物进行清洗，由于很多企业已经采用免清洗焊锡膏，残留物的清洗势必增加相应的工序和成本。
焊接温度曲线 为了形成良好的焊点，在熔点温度以上40℃的时间必须保持2-5秒，因此我们需要烙铁提供相当的热量。大部分企业在进行无铅焊接时选用的焊锡丝是 SAC387合金，它的熔点为217℃, 焊接温度相应为257℃（选择SAC305合金为260℃）。由此我们可以得到以下的理论温度曲线： 当烙铁头与焊锡丝/被焊物接触时，我们从上图可以看到温度迅速上升，在这段时间助焊剂挥发并起作用。当温度升到熔点以上时，焊料开始熔化，之后维持大约4秒时间，烙铁移开，焊点凝固。 注意上面的曲线，从液相变为固相时，曲线有一个凹段。但是，在实际操作中，操作者很少能够将烙铁停留在焊点2秒以上，所以实际的曲线如图5所示，在短时间内，加热有一个峰值区，很多的热量在此传递给焊点。 比较上面两条曲线可以看出，焊点实际达到的温度比推荐的熔点以上40℃要高，但时间要短。然而，如果考虑到烙铁传递的热量为温度与时间的函数，两者的热量应该做到差不多才对。 从图6可以看出，两条曲线在熔点217℃以上的面积是相等的
焊接方法及自动控制 一、实验目的 1. 了解弧焊机器人的组成及结构。 2. 了解示教器的各种功能，初步掌握示教器的操作方法。 3. 掌握CO2气体保护焊和富氩混合气体保护焊电弧的特性，熔滴过渡特点和焊接成形规律。 二、实验原理 弧焊机器人基本工作原理是示教再现，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、焊接参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个起动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作，实际示教与再现。弧焊机器人可以应用在所有电弧焊、切割技术及类似的工业方法中。最常用的范围是结构钢和不锈钢的熔化极活性气体保护焊(CO2焊、MAG 焊)、铝及特殊合金熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)。 一套完整的弧焊机器人系统，应包括机器人机械手、焊接控制系统、变位机系统、焊件夹持装置。 三、实验设备及器材 1. 弧焊机器人一台 2. 钢板若干 3. φ1.2H0.8Mn2Si焊丝若干 4. CO2、80%Ar+20%CO2气各一瓶 5.钳子、钢板尺、工装夹具等。 四、实验方法及步骤 1. 打开机器人控制器、焊机等电源，检查焊接气体。
2. 确认机器人的动作范围内没有人员后打开伺服电源。 3. 固定工件，在示教模式下进行焊接程序的编写、跟踪、测试，进行焊接。 （1）CO2气体保护焊 调节电流、电压，进行焊接，观察电弧形态，电弧的声响、飞溅程度以及焊接成形，将焊接过程观察到的现象填入表1中。 （2）富氩混合气体保护焊 按80%Ar+20%CO2进行气体混合，采用不同的电流、电压，进行焊接，观察电弧形态，电弧声响以及焊缝成形，将其记录于表1中。 五、实验数据记录 表1 实验数据表 六、实验结果分析 1. 根据CO2气体保护焊实验结果，分析电流、电压对焊接成形的影响。 2. 对比CO2气体保护与富氩混合气体保护焊接成形的特点。
手工电弧焊焊接工艺和流程工艺适用于低碳钢，低合金高强度钢，及各种大型钢结构工程制造的焊接，确保焊接生产施工质量，特制订本工艺。 一、焊前准备 1、根据施焊结构钢材的强度等级，各种接头型式选择相应强度等级牌号焊条和合适焊条直径。 2、当施工环境温度低于零度，或钢材的含碳量大于%及结构刚性过大，构件较厚时应采用焊前预热措施，预热温度为80℃-100℃，预热范围为板厚的5倍，但不小于100毫米。 3、工件厚度大于6毫米对接焊时，为确保焊透强度，在板材的对接边沿应开切V型或X型坡口，坡口角为60度，钝边P=0-1毫米，装配间隙为0-1毫米，当板厚差≥4毫米时，应对较厚板材的对接边缘进行削斜处理。 4、焊条烘焙：酸性药皮类型焊条焊前烘焙150℃*2保温2小时，碱性药皮类焊条焊前必做进行300℃-350*2烘焙，并保温2小时才能使用。 5、焊前接头清洁要求：在坡口或焊前两侧30毫米范围内，应将影响质量的毛刺，油污，水，锈脏物，氧化皮等必须清洁干净。 6、在板缝二端如余量小于50毫米时，焊缝二端应加引弧，熄弧板，其规格不小于50*50毫米。 二、焊接材料的选用 1、首先应考虑，母材强度等级与焊条强度等级相匹配和不同药皮类型焊条的使用特性。
2、考虑物件工作环境条件，承受动、静载荷的极限，高应力或形状复杂，刚性较大，应选用抗裂性能和冲击韧性好的低氢型焊条。 3、在满足使用性能和操作性能的前提下，应适当选用规格大效率高的铁粉焊条，以提高焊接生产效率。 三、焊接规范 1、应根据板厚选择焊条直径，确定焊接电流（如表）。 板厚（mm）焊条直径（Φ：mm）焊接电流（A：安倍）备注 3 80-90 不开坡口 8 110-150 开V型坡口 16 160-180 开X型坡口 20 180-200 开X型坡口 该电流为平焊位置焊接，立、横、仰焊时焊接电流应降低10-15%，大于16毫米板厚焊接底层选Φ焊条，角焊焊接电流应比对接焊焊接电流稍大。 2、为使对接焊缝焊焊透，其底层焊接应选用比其他层焊接的焊条直径较小。 3、厚件焊接，应严格控制层间温度，各层焊缝不宜过宽，应考虑多道多层焊接。 4、对接焊缝正面焊接后，反面使用碳气刨扣槽，并进行封底焊接。 四、焊接程序 1、焊接板缝，有纵横交叉的焊缝，应先焊端接缝后焊边接缝。 2、焊缝长度超过1米以上，应采用分中对称焊法或逐步码焊法。 3、结构上对接焊缝与角接焊缝同时存在时，应先焊板的对接焊缝，后焊物架对接焊缝。最后焊物架与板的角焊缝。 4、凡对称物件应从中央向前尾方向开始焊接，并左、右方向对称进
激光焊接机的主要特性及工作原理 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，又常称为激光焊机、镭射焊机，按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动焊接机）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机，光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。 一、激光焊接机的主要特性 20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 激光焊接与其它焊接技术相比， 激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件 二、激光焊接机的种类 激光焊接机又常称为激光焊机、雷射焊接机、镭射焊机、激光冷焊机、激光氩焊机、激光焊接设备等。按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动激光焊接设备）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机、振镜焊接机、手持式焊接机等，专用激光焊接设备有传感器焊机、矽钢片激光焊接设备、键盘激光焊接设备。 三、激光焊接机的工作原理 激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。它是一种新型的焊接方式，主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等，深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化。
焊接过程控制程序 1目的和使用范围 为了保证焊接施工处于受控状态，确保工程焊接质量，特制定本程序。 本程序适用于公司建筑安装和压力容器、锅炉、压力管道的焊接施工。 Q/ZS21003-2009 文件控制程序 记录控制程序 人力资源管理程序 施工生产过程控制程序 2职责 焊接技术中心是负责焊接控制的归口管理部门，各单位技术部门负责实施。 3工作程序 焊接工艺流程控制见图 1。 4焊工 4.1凡在公司各工程（车间）施焊的焊工应服从公司的统一管理，焊工合格证“聘用情况” 的“聘用 单位”栏应该公司公章， “法人代表”栏应有法人代表签字或盖章。 4.2焊工上岗前应取得与所焊项目相应的资格。 4.3参加国外引进项目施工的焊工， 还应根据有关文件指定的标准进行考核， 考核合格后上 岗。 4.4各单位焊工管理人员应建立焊工台账，并按时向公司焊接技术中心申请焊工资格考试。 4.5公司焊接技术中心按照有关标准规定进行焊工资格培训考试工作， 并负责按标准规定办 理焊工资格证件。 4.6焊工考试资料由公司档案科归档。 4.7焊工资格失效前1 — 3个月焊工应重新考试。 4.8首次参加考试或参加公司首次选用的焊接方法、钢材、焊接材料考试的焊工，应先参加 培训在进 行考试。 4.9考试合格的焊工只能担任合格项目的范围内的焊接工作。 有技术人员负责安排、 焊接检 验员监督检查。 4.10焊接技术中心负责建立公司焊工资格台账。 5焊接材料 5.1焊接材料应放在干燥通风良好的仓库内贮存保管。焊材库内控制温度在 5摄氏度以上， Q/ZS21004-2009 Q/ZS20901-2009 Q/ZS20401-2009 Q/ZS20701-2009 施工机具装备管理程序 焊接施工前准备
手工电弧焊焊接工艺 本工艺适用于低碳钢和低合金高强度各种大型钢结构工程制造重要结构的焊接。 一、焊前准备 1.根据施焊结构钢材的强度等级，各种接头形式选择相等强度等级牌号和合适焊条直径。 2.当施工环境温度低于0℃，或钢材的碳当量大于0.41％及结构刚性过大，构件较厚时应采用焊前预热措施，预热温度为80℃～100℃，预热范围为板厚的5倍，但不小于100mm。 3.工件厚度大于6 mm对接焊时，为确保焊透强度，在板材的对接边沿开切V形或X形坡口，坡口角度α为60°，钝边p=0~1 mm ,装配间隙b＝0~1 mm，如图1。当板厚差≥4 mm时，应对较厚板材的对接边缘进行削斜处理，如图2。
4.焊条烘焙：酸性药皮类型焊条焊前烘焙150℃×2保温2小时；碱性药皮类焊条焊前必须进行300～350℃×2烘焙，并保温2小时才能使用。 5.焊前接头清洁要求，在坡口或焊接处两侧30 mm范围内影响焊缝质量的毛刺、油污、水、铁锈等脏物及氧化皮，必须清除干净。 6.在板缝两端如余量小于50 mm时，焊前两端应加引弧、熄弧板，其规格不小于50×50 mm。 二、焊接材料的选用 1.首先考虑母材强度等级与焊条等级相匹配和不同药皮类型焊条的使用特性。 2.考虑物件的工作条件，凡承受动载荷、高应力或形状复
杂，刚性较大，应选用抗裂性能和冲击韧性号的低氢型焊条。 3.在满足使用性能和操作性能的前提下，应适当选用规格大效率高的铁粉焊条，以提高焊接生产效率。 三、焊接规范 1.应根据板厚选择焊条直径，确定焊接电流，如表。 该电流为平焊位置焊接，立、横、仰焊时焊接电流应降低10～15％；>16 mm板厚焊接底层选φ3.2 mm焊条，角焊焊接电流应比对接焊焊接电流稍大。 2.为使对接焊缝焊透，其底层焊接应选用比其他层焊接的焊条直径较小。 3.厚件焊接，应严格控制层间温度，各层焊缝不宜过宽，应考虑多道多层焊接。 4.对接焊缝正面焊接厚，反面使用碳气刨扣槽，并进行封底焊接。 四、焊接程序 1.焊接板缝：有纵横交叉的焊缝，应先焊端接缝后焊边接
激光焊接的特点 一、激光焊接的主要特性 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄 壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传 导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效 应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。与 其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场， 光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透 明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于 大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近 几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的 推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为 更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激 光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达 不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导
交流脉冲MIG焊接电弧及其控制 杭争翔，李利 （沈阳工业大学，沈阳110023） 摘要在分析DCEP MIG焊及DCEN MIG焊电弧行为的基础上设计AC PMIG焊的控制模式。AC PMIG焊由EP极性及EN极性交替切换构成。EN极性时只是基值电流，电弧在焊丝端存在跳动及上爬现象。随着EN极性时间增加，焊丝端液体金属聚集、直径增加，显示出EN极性电弧对焊丝的熔化作用。控制合适的EN极性时间及电流值，不形成熔滴过渡现象，焊接过程稳定。EP极性时由基值时间及脉冲时间构成，脉冲电流时，电弧烁亮区呈现典型的钟罩形烁亮区，脉冲电流促使熔滴柔顺过渡，能够实现一脉一滴控制效果。在一定的送丝速度及焊接速度的条件下，AC PMIG焊接铝合金的焊缝熔深随EN比率增加而减小。关键词：交流；MIG；电弧；控制 0 前言 交流MIG焊接工艺早就被提出并且有一些研究工作，比较近期的研究工作是双凹形焊接电流控制方案，解决的主要问题是以交流电弧克服直流电弧的磁偏吹[1][2]。 关于直流且焊丝为正（DCEP）的MIG焊的电弧物理、熔滴过渡特性及焊接工艺特性已经有很多的研究工作。关于直流且焊丝为负（DCEN）MIG焊的电弧物理、熔滴过渡特性及焊接工艺特性的研究工作也有一些[3]。 DCEP 脉冲MIG（PMIG）电弧稳定，电弧力有利于熔滴过渡，电弧穿透力强，焊缝熔深大，焊接薄板时容易出现熔池下塌现象。DCEN MIG焊由于焊丝是阴极，阴极斑点在焊丝端上下跳动，电弧稳定性不好，电弧力不利于熔滴过渡，焊缝熔深浅，容易产生融合不良、凸焊道等焊接缺陷，不能稳定焊接[3]。 交流脉冲熔化极氩弧焊（AC PMIG）电弧由EP极性及EN极性构成，可以看成是交替切换DCEP PMIG电弧及DCEN MIG电弧形成的。合理利用DCEP PMIG及DCEN MIG电弧的优势，设计AC PMIG焊接电弧的控制模式，保证焊接电弧的稳定性及熔滴过渡过程的稳定性，保证焊接过程的稳定性。切换DCEP PMIG与DCEN MIG构成的AC PMIG焊，其电弧力及电弧热的特点应该介于DCEP PMIG及DCEN MIG之间，其焊缝熔深应该介于二者之间，其最大的焊缝熔深是DCEP PMIG的焊缝熔深，这样这种焊接工艺将有利于焊接薄板。随着时代发展，应产品轻量化要求，薄板特别是铝合金薄板被大量应用，其制造过程中有很多薄板需要电弧焊。焊接薄板时最容易出现的质量问题是熔池下塌。为此需要研究焊接熔池
焊接工艺 概述 随着电子元器件的封装更新换代加快，由原来的直插式改为了平贴式，连接排线也由FPC 软板进行替代，电子发展已朝向小型化、微型化发展，手工焊接难度也随之增加，在焊接当中稍有不慎就会损伤元器件，或引起焊接不良，所以一线手工焊接人员必须对焊接原理，焊接过程，焊接方法，焊接质量的评定，及电子基础有一定的了解。 一、焊接原理： 锡焊是一门科学，他的原理是通过加热的烙铁将固态焊锡丝加热熔化，再借助于助焊剂的作用，使其流入被焊金属之间，待冷却后形成牢固可靠的焊接点。 当焊料为锡铅合金焊接面为铜时，焊料先对焊接表面产生润湿，伴随着润湿现象的发生，焊料逐渐向金属铜扩散，在焊料与金属铜的接触面形成附着层，使两则牢固的结合起来。 二、助焊剂的作用 助焊剂是一种焊接辅助材料，其作用如下： ●去除氧化膜。 ●防止氧化。 ●减小表面张力。 ●使焊点美观。 三、焊锡丝的组成与结构 我们使用的有铅SnPb(Sn63%Pb37%)的焊锡丝和无铅SAC（96.5%SN 3.0%AG0.5%CU）的焊锡丝里面是空心的，这个设计是为了存储助焊剂（松香），使在加焊锡的同时能均匀的加上助焊剂。当然就有铅锡丝来说，根据SNPB的成分比率不同有更多中成份，其主要用途也不同。 焊锡丝的作用：达到元件在电路上的导电要求和元件在PCB板上的固定要求。 四、焊接工具 1、电烙铁 ①外热式电烙铁 一般由烙铁头、烙铁芯、外壳、手柄、插头等部分所组成。烙铁头安装在烙铁芯内，用
以热传导性好的铜为基体的铜合金材料制成。烙铁头的长短可以调整（烙铁头越短，烙铁头的温度就越高），且有凿式、尖锥形、圆面形、圆、尖锥形和半圆沟形等不同的形状，以适应不同焊接面的需要。 ②内热式电烙铁 由连接杆、手柄、弹簧夹、烙铁芯、烙铁头（也称铜头）五个部分组成。烙铁芯安装在烙铁头的里面（发热快，热效率高达 85 ％～％％以上）。烙铁芯采用镍铬电阻丝绕在瓷管上制成，一般 20W 电烙铁其电阻为 2.4kΩ左右， 35W 电烙铁其电阻为 1.6kΩ左右。一般来说电烙铁的功率越大，热量越大，烙铁头的温度越高。焊接集成电路、印制线路板、 CMOS 电路一般选用 20W 内热式电烙铁。使用的烙铁功率过大，容易烫坏元器件（一般二、三极管结点温度超过 200℃时就会烧坏）和使印制导线从基板上脱落；使用的烙铁功率太小，焊锡不能充分熔化，焊剂不能挥发出来，焊点不光滑、不牢固，易产生虚焊。焊接时间过长，也会烧坏器件，一般每个焊点在 1.5 ～ 4S 内完成。 ③其他烙铁 1 ）恒温电烙铁 恒温电烙铁的烙铁头内，装有磁铁式的温度控制器，来控制通电时间，实现恒温的目的。在焊接温度不宜过高、焊接时间不宜过长的元器件时，应选用恒温电烙铁，但它价格高。 2 ）吸锡电烙铁 吸锡电烙铁是将活塞式吸锡器与电烙铁溶于一体的拆焊工具，它具有使用方便、灵活、适用范围宽等特点。不足之处是每次只能对一个焊点进行拆焊。 3 ）汽焊烙铁 一种用液化气、甲烷等可燃气体燃烧加热烙铁头的烙铁。适用于供电不便或无法供给交流电的场合。 2、其它工具 ①尖嘴钳它的主要作用是在连接点上网饶导线、元件引线及对元件引脚成型。 ②偏口钳又称斜口钳、剪线钳，主要用于剪切导线，剪掉元器件多余的引线。不要用偏口钳剪切螺钉、较粗的钢丝，以免损坏钳口。 ③镊子主要用途是摄取微小器件；在焊接时夹持被焊件以防止其移动和帮助散热。 ④旋具又称改锥或螺丝刀。分为十字旋具、一字旋具。主要用于拧动螺钉及调整可调元器件的可调部分。 ⑤小刀主要用来刮去导线和元件引线上的绝缘物和氧化物，使之易于上锡。 五、手工焊接过程
激光拼焊板简介及特点及应用什么是激光拼焊板？ 拼焊板是将几块没有同材质、没有同厚度、没有同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的没有同要求。激光焊接凭着多项显着的优点，非常适合用于消耗拼焊板。 激光拼焊板简介--技术的发展 传统上汽车车身零件有两种成形方法：分离成形战整体成形。其中，分离成形方法是利用没有同的压机分别成形单个零件，然后将各个零件焊接起来组成目标部件。这种方法虽然提下了材料选择的灵活性，但同时也增加了冲压战加工本钱、装配本钱以及形状配合问题，并且由于点焊时材料的重迭额外增加了车身的重量。 整体成形方法则是在一台压机上将一块整体板同时成形几个零件。从车身结构设计的观点来看，每个车身零件具有没有同的厚度战抗腐蚀性能要求，假如是单一板成形，必须对所有零部件的材料采取相同的等级、镀层类型战材料厚度，导致对某些零件的选材裕度过大，从而增加了车身的重量，提下了本钱，并且还会增大成形易度。这是整体成形方法与分离成形方法相比的一大缺点。 为了降低车身重量、提下车身的装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压战装配本钱，减少车身零件的数目同时将其整体化是非常必要的。因而，一种同时克服传统分离成形方法战整体成形方法的缺点的消耗形式――拼焊板冲压成形发展起来了。 激光拼焊板简介-技术特点 以车门内板为例：为了保证功能的需要，车门内板的主体必须有必然的柔性，而门板的前、后部需要有必然的强度。假如采取传统的冲压成形方法就需要另外设计增强板，而采取拼焊技术，可先将三块没有同厚度的钢板拼焊成一块整板，便可冲压成形。
激光拼焊板技术是基于成生的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术。激光焊接的下能密度、无填料、无搭接、深熔、速度快等特点，使得激光拼焊板技术具有以下特点：焊缝处的热应变值较低，热影响区小，通过激光束的聚焦给焊接边缘提供需要的下能量，聚焦点的直径可以达到零点几个毫米，保留杰出的材料成形性能；焊缝较狭窄且平整，消除成形过程的没有利影响，避免了破坏工具、模具的危险；焊接消耗效率下，能够真现下度自动化。 激光拼焊板消耗装备首要有：传送装置、激光焊接装备、机械手、在线无损检测装备等。一般根据产量的没有同，可以采取没有同的装备组合。 激光焊接的首要工艺流程：卷料开平→落料→激光焊接→冲窝(假如需要)→堆垛包装激光拼焊板简介-技术上风 采取激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益，如车身装配中的大量点焊，把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度需要16mm，而激光拼焊板无需搭接，点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材，节省的用量视采取拼焊板的数量而定；用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件，平均是20点/min，焊距是25mm，速度则为0.5m/min，这会耗费相当的时间，采取激光拼焊板替代点焊工艺后所需要的时间可以得到大量节省、焊接质量得到质的提下。 零件数量的减少，以及随之而来的消耗装备战制造工艺简化，大大提下了消耗效率，降低整车制造及装配本钱；由于产品的没有同零件在成形前即通过激光连气儿焊接工艺焊接在一起，因而提下了产品的精度，大大降低了零部件的制造及装配公差；通过部件的优化减轻了重量，从而降低油耗，处于环保时代，这一点非常重要；由于没有再需要增强板，也没有搭接接缝，大大提下了装配件的抗腐蚀性能；通过消除搭接提下部件的耐腐蚀能力，大大减少了密封措施的使用；通过对材料厚度以及质量的严格筛选，在材料强度战抗冲击
浅谈焊接技术与温度控制 发表时间：2019-08-05T11:28:24.593Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：栾福伦毕晓龙王明 [导读] 本文主要对焊接技术与温度控制进行了有效的分析。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要：在现代设备生产制造过程中，焊接已经成为一项重要的连接手段。焊接是一种方法，其中通过增加局部温度使两个试样彼此相互接合以引起原子之间的迁移。焊接是一个温度升高的过程，在这个过程之中，材料内部会发生再结晶现象，而这种温度的升高被限定在一定的区域内，因此被焊接的整个材料中各个部位的受热不均匀，因此材料整体温度也不均匀，这种温度的不均匀使得焊接结束后存在残余应力。基于此，本文主要对焊接技术与温度控制进行了有效的分析。 关键词：谈焊接技术；温度控制；方法研究 引言 焊接工艺是影响焊接刀具使用寿命的重要因素，焊接过程中的升温温度、焊接温度及焊接时间是焊接温控工艺中的关键参数。 1焊接技术的现状 1.1焊接技术的高效率化 焊接技术，作为制造业中重要的一环，它与其他制造业的特性是一样的，要求都是高速高效。目前在焊接技术高速高效的发展中，有许多技术得到了巨大的发展，在国内和国外众多研究团队以及工作人员的努力下，研究出了活性化焊接工艺、多元气体保护焊接工艺等，这些技术在焊接技术的高质量化上做出了巨大的贡献，而焊接速度的研究也有了长足的进步，现今已经可以达到1.8m/min，大大提升了产品焊接的效率。而国外的相关技术的发展比我国快，技术含量更高所以应当引进其他国家的相关先进技术，并加以改进和推广。 1.2焊接技术自动化智能化 随着机器人技术的不断发展，在各个行业的应用也越来越广，而在焊接技术的发展中，焊接机器人成为了其中自动化和智能化的带动技术。其运用原理是在电脑上对相关操作进行编程，在焊接机器人的机械臂上安装上焊接机具，并按照电脑编程进行重复动作，从而达到自动化和智能化焊接，使焊接效率得到了整体提高，还有效避免了焊接时产生的有毒有害物质对焊接工人身体造成损伤等。而目前情况下，有几种焊接技术智能化的代表，例如焊接跟踪、熔滴过渡控制、焊接成型控制等方面，在国内外都有许多技术通过智能化自动化等进行控制与代替。不仅如此，还将数字化概念带到焊接过程中，国外在数字化迅速发展的情况下，比中国提早一步将数字化与焊接技术相结合，发现这种结合可以达到控制精准度高、稳定性好、操作方便等优点和好处。 2焊接技温度控制策略 2.1控制设备 用于焊接残余应力的温度梯度测量控制装置由基础滑动固定板，硅碳棒固定板，硅碳棒下固定板，热电偶，应变花，圆柱销，螺母，螺杆，张力块和控制系统组成。其中，滑动固定板可以在基座上滑动。 圆柱销与下部固定板和硅碳棒的滑动固定板连接，固定板在硅碳棒下方延伸一段距离，用于固定试件。将硅碳棒上的固定板和硅碳棒的下固定板压在试件上，并通过安装在固定板上的硅碳棒加热试件。应变花形检测焊接过程中的材料应力变化，并在内应力导致试件变形时准确收集数据，便于后续数据处理。 硅碳棒是非金属电加热元件，电阻率随温度的升高而缓慢增加。电阻率越高，温度越高。硅碳棒的电阻测量是通过特殊的电气测试设备测量的，不在室温下测量。如果用万用表测量仪器，则误差非常大，因此碳化硅棒在低温（20摄氏度）下具有不确定的电阻率。热电偶广泛应用于具有加热和温控功能的加热设备中，是一种非常重要的温度控制元件。热电偶可以完成温度信号向电信号的转换，以使设备获得实时的温度信息。由于需要，各种热电偶的形状往往差别很大，但它们的基本结构大致相同，通常由热电极，绝缘套管保护管和接线盒等组成，通常带显示仪表，记录仪表和电子调节设备一起使用。 2.2测量 ①首先要对试样进行材料加工以使材料具有一定的大小，还要对试样进行表面处理，使其表面光滑，判断标准是可以看到试样表面光亮。②第二步是选择应变花的黏贴位置，为了确定应变花的位置需要画线。③而后将要进行残余应力测量的材料放于基座上，找到合适的部位以使基座和材料进行对接时匹配良好，通过操作夹紧块使得需要焊接的两块材料稳固贴合，使材料被拉紧以保证焊接过程中两块材料不发生错位，正式焊接之前需要对两块材料进行预焊，长度控制在5毫米左右，当5毫米的预焊缝形成之后即可以移走偏心夹，通过焊缝的约束力足以使两块材料不发生相对移动。④根据上述步骤中确定的画线位置，对应力片进行粘贴固定操作，一块材料上粘贴4片应变花。而后将应变仪进行归零操作，继而对两块材料进行焊接。⑤焊接基础数据的获得是由两部分组成的，一部分是焊接过程中的应力-应变曲线，另一部分是温度曲线。第一个部分可以借助于应变片来完成，第二个部分可以借助热电偶来完成。⑥残余应力基础数据的获得是通过在应变片周围5毫米处打孔测量来实现，孔德通径控制为5毫米。⑦重复前4个步骤，随后对焊接材料进行加热操作，加热源是硅碳棒，温度控制在100℃。重复⑤-⑥步骤，分别在100、200、300、400和500℃的温度下重复。⑧根据温度梯度预测该焊接材料的焊接结构的焊接残余应力。⑨根据上述分析通过对温度梯度预测即可对相同材料焊接结构的焊接残余应力的预测。 2.3避免因热处理时间不足造成焊评不能覆盖 低于下转变温度的焊后热处理，就是温度低于A1线的热处理，即常说的焊后消除焊接应力热处理（SR）。试件的热处理时间一般按规范中要求的根据材料厚度进行确定。当焊件厚度较厚或焊件焊缝经多次返修并进行低于下转变温度的焊后热处理时，使得焊件热处理时间要比试件的热处理时间长得多，就会出现试件的保温时间少于焊件在制造过程中累计保温时间的80%”，此时试件的焊评不再适用于此焊件，需进行试件热处理保温时间较长的焊评。例如压力容器上的小接管壁厚小于12mm时，可使用6mm试件合格的焊评来支持，但一般6mm 厚试件焊评中热处理时间不会太长，当该压力容器进行焊后整体消除应力热处理（SR）时，接管上的焊缝就要与较厚的筒体焊缝一样经过保温时间较长的下转变温度热处理，这时可能造成试焊评中件的热处理时间达不到容器接管的热处理时间的80%，则容器接管焊缝的焊接工艺不能再使用此试件的焊评，而需另做一个保温时间更长的试件焊评。为避免此现象的发生，拟定焊接工艺规程时，对于壁厚小于或等
焊接工艺参数 1．4 焊接工艺参数 焊接工艺参数是指焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量 ( 例如：焊接电流、电弧电压、焊接速度、热输入等 ) 的总称。焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度和预热温度等。 1．4．1 焊条直径 焊条直径是根据焊件厚度、焊接位置、接头形式、焊接层数等进行选择的。 厚度较大的焊件，搭接和 T 形接头的焊缝应选用直径较大的焊条。对于小坡口焊件，为了保证底层的熔透，宜采用较细直径的焊条，如打底焊时一般选用Φ2.5m m 或Φ3.2mm 焊条。不同的焊接位置，选用的焊条直径也不同，通常平焊时选用较粗的Φ～mm 的焊条，立焊和仰焊时选用Φ～mm 的焊条；横焊时选用Φ～mm 的焊条。对于特殊钢材，需要小工艺参数焊接时可选用小直径焊条。 根据工件厚度选择时，可参考表3-20。对于重要结构应根据规定的焊接电流范围 ( 根据热输入确定 )参照表3—21焊接电流与焊条直径的关系来决定焊条直径。 1．4．2 焊接电流 焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，焊工在操作过程中需要调节的只有焊接电流，而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的。焊接电流的选择直接影响着焊接质量和劳动生产率。 焊接电流越大，熔深越大，焊条熔化快，焊接效率也高，但是焊接电流太大时，飞溅和烟雾大，焊条尾部易发红，部分涂层要失效或崩落，而且容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷，增大焊件变形，还会使接头热影响区晶粒粗大，焊接接头的韧性降低；焊接电流太小，则引弧困难，焊条容易粘连在工件上，电弧不稳定，易产生未焊透、未熔合、气孔和夹渣等缺陷，且生产率低。 因此，选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊缝位置及焊接层数来综合考虑。首先应保证焊接质量，其次应尽量采用较大的电流，以提高生产效率。板厚较的，T 形接头和搭接头，在施焊环境温度低时，由于导热较快，所以焊接电流要大一些。但主要考虑焊条直径、焊接位置和焊道层次等因素。 1) 考虑焊条直径焊条直径越粗，熔化焊条所需的热量越大，必须增大焊接电流，每种焊条都有一个最合适电流范围，表3-21是常用的各种直径焊条合适的焊接电流参考值。 当使用碳钢焊条焊接时，还可以根据选定的焊条直径，用下面的经验公式计算焊接电流： I=dK 式中：I 一一焊接电流 (A) ： d——焊条直径 (mm) ： K——经验系数 (A／cra) ，见表 3-20。 表 3-20 焊接电流经验系数与焊条直径的关系 [9] 焊条直径 d24
塑料激光焊接工艺 1．激光的波长 在金属材料的激光焊接工艺中，一般采用YAG或者CO2激光作为光源，塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展，半导体激光作为光源也渐渐得到了应用。 三者之中，由于易于获得较大功率，前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍；而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高，但对可控性和易操作性要求较高，因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地。 CO2、Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、最大功率、最小聚焦直径等参数的典型值如下所列： 1．CO2激光：波长较长，为10.6微米，属远红外波段，一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好。目前最大输出功率达50kW，转化效率约10％，最小聚焦直径约0.2～0.7mm。焊接塑料时热作用区深度较深，适合于需要焊接较厚的塑料材料。CO2激光不能用光纤传输，只能$&* 透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光路，从而影响激光头的操作性。 2．Nd:YAG激光：波长较短，为1.06微米，属近红外区波长，不易被塑料吸收。最大输出功率6kW，转化效率为3％，最小聚焦直径0.1～0.5mm。Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小，可以方便地通过光纤传输来构建光路，可将激光头装到机器人手臂上，实现焊接过程的数控和精密自动化；另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料，到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收，从而实现焊接。 3．半导体激光：波长0.8～1.0微米，最大输出功率6kW，转化效率30％，最小聚焦直径0.5mm。由于其输出输出功率较小，适用于焊接激光功率要求较低的场合,如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转化效率高,易于实现激光器的小型化和便携化。 2．塑料材料 能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上，所有热塑性塑料都能够被激光焊接。 塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为：在热作用区内的材料，要求对激光光波的吸收性好；不属于热作用区部分的材料，则要求对光波的透过性好，尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括： PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂（有机玻璃），PC塑料，ABS塑料, LDPE－低密度聚乙烯塑料，HDPE－高密度聚乙烯塑料，PVC－聚氯乙稀塑料，Nylon 6－尼龙6，Nylon 66－尼龙66，PS－PS树脂，等等。 上述各种塑料制成的塑料件，如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊接的对象。由于激光焊接具有传统焊接不具备的热作用区小、控制精确容易的特点，因此上述各种单体材料之间也可以进行焊接。 3．吸收剂 吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述，塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化，随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸