奥太MZ-1250埋弧焊机电气系统分析与维护.pdf

1 第 1 章 绪 论 第 1 . 1 节 引言 一、电弧焊技术的发展历程 1 8 0 1 年，迪威发现了电弧放电碳弧焊现象； 1 9 世纪中叶，提出利用电弧熔化金属惊醒材料连接的思想； 1 8 8 5 年俄国人发明了碳弧焊； 1 8 9 1 年俄国人提出金属电极代替碳电极； 1 9 0 7 年瑞典人发明了焊条； 1 9 1 2 年瑞典人开发出保护性能良好的厚涂层焊条； 1 9 2 0 年，英国的全焊接船下水； 1 9 3 0 年，开发了埋弧焊； 1 9 3 0 年以后，气体保护钨电极电弧； 1 9 4 5 年前后，电弧放电的阴极点具有去除氧化膜的作用。出此 G M A ( G a s M e t a l A r c ) 。 二、我国的电焊业发展 我国电焊机行业经过 40 多年的发展壮大，目前已形成一批有一定规模的企业，其生产 的产品主要包括：手工电弧焊机、电阻焊机、半自动弧焊机、特种焊机以及各类专用成套 焊接设备和焊装生产线，可以基本满足国民经济的需求。 随着我国改革开放和企业与产品结构改革的不断深化，原有的 1500 家电焊机专业和 兼业制造厂、辅机具制造厂中， 停产、半停产、转产以及资产重组的约占 50%；一批电焊 机制造的新兴企业“异军突起”，部分合资和民营企业的业绩尤为突出。 根据我国经济发展的总体趋势,今后几年内我国的年钢总产量及钢材进口量基本保持 稳定,因而以钢产量来核算国内市场对电焊机产品的需求量不会有大的出入。 单市场对产品 的需求将随着焊接技术、工艺的发展和生产的机械化、自动化水平的提高而变化，特别是 各类产品的构成比， 如交流弧焊机的比重明显下降， 自动、 半自动焊机， 特别是 CO2 焊机， 专用成套焊机的需求量有显著的增加。 电焊机产品的进口量将持续增大，其进口总值仍占国内市场总额的 50%左右；国产电 焊机的出口额历年来都不超过生产总值的 6%。随着新产品开发能力和生产水平的提高， 引进产品国产化和规模化的实现，特别是外资、合资企业的发展和民营企业的迅速崛起， 2 不仅其出口量会有较大的增长，而且出口的地域也由目前的中东、南亚和非洲等发展中国 家，扩大到美国、欧洲等工业发达国家。 目前国内电焊机市场总的形式是：产品产量供大于求，竞争激烈，多数企业生产、经 营举步维艰。 在产品构成上，一般通用型焊机供过于求；高可靠性，多功能的自动、半自动焊机和 专用成套焊机、特种焊机市场需求增长快，部分焊机仍需进口；在市场格局上国产与进口 焊机基本上是平分秋色，虽然以台数计国产焊机占绝对优势，而在销售额上进口产品则占 到一半左右。 尽管国产焊机出口形势因产品性能的提高和引进产品国产化的实现，以及合资、外资 企业生产规模的扩大，出口额有所增长，出口产品逐步由交流弧焊机、旋转直流焊机为主 转向自动、半自动焊机和成套焊机，但与进口的同类型产品相比，差距仍很大。 各主要领域需求预测 ： 根据我们对电焊机主要应用领域如汽车工业、造船业、锅炉、工程机械、石油化工、 环保设备制造等行业的调查和“十五”我国钢产量推算，预计十大行业“十五”期间电焊机年 需求量为 20 万台左右。几个主要行业的电焊机需求情况因各主要生产领域的焊接生产机 械化、自动化水平的不同，对使用焊机的品种、功能和性能均有不同的要求。 第 1 . 2 节 焊机分类、特点 电焊机在机械制造等产业中应用非常广泛，根据其不同的特性通常可以分为 1 2 种， 每种电焊机的应用领域不尽相同，简单介绍如下： 一、交流手工弧焊机 主要焊接 2.5MM 上以钢板，重量轻，负载持续率高，可连续焊接，电弧稳定，熔池易 于控制，引弧容易载电压高空载损耗小，效率达到 85%。交流手工弧焊机如下图 1-1 所示： 图 1-1 交流手工弧焊机 3 二、氩弧焊机 焊接 2 M M 以下的合金钢; 焊接时需要通氩气的保护气和水作为冷却焊枪，焊接时弧光 比较大，对人体有一定的影响，主要用于焊接易氧化的有色金属和合金刚。氩弧焊机如下 图 1 - 2 所示： 图 1-2 氩弧焊机 三、直流焊机 焊接生铁和有色金属，直流电源能够提供稳定的电弧和平稳的融滴过度，跟交流相 比，直流焊机电弧能够更加稳定的燃烧，不会熄灭断弧，又因为焊接电流较小，对焊缝 会起一定的润滑作用，所以一般焊接较薄物件。直流焊机如下图 1 - 3 所示： 图 1 - 3 直流焊机 四、二氧化碳保护焊机 焊 2 . 5 M M 以下的薄材料，具有节能、效率高、结构简单、使用方便，可进行全位置焊 接，并且焊后工件变形小，焊缝成形好，无焊渣等优点。二氧化碳保护焊机和机头如下图 1 - 4 所示： 4 图 1-4 二氧化碳保护焊机 五、埋弧焊机 焊接 H 钢、桥架等大型钢材。是电弧在焊剂保护层下进行燃烧焊接的焊接方法，焊接 时没有弧光辐射，大大地减少了对人体的伤害，焊剂在燃烧时使焊缝得到了有效的保护， 使焊缝不产生气孔，焊缝质量较高。埋弧焊机和焊接小车如下图 1 - 5 所示: 图 1 - 5 埋弧焊机 六、对焊机 以焊索链等环型材料为主; 上料、下料所需时间极短，跟普通焊机相比，具有操作简 单，省时省力，快捷高效，美观大方等特点，焊接效率能够提高到两倍，对焊机如下图 1 - 6 所示： 图 1-6 对焊机 5 七、点焊机 以点击方式将二块钢板焊接; 是使焊件组合后利用电极施加压力，利用电流通过接头 的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接。具有生产效率高，底成本，节省材料，易于 自动化等特点。点焊机如下图 1 - 7 所示： 图 1 - 7 点焊机 6 第 2 章 埋弧焊机的概述 第 2 . 1 节 概述 埋弧焊是工业生产中最常用的一种自动电弧焊方法，产生于1935年，到上世纪50年代 在我国开始应用。埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种重要的焊接方法，其固有的 焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、 箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优 质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。从各种熔焊方法的熔敷金属重 量所占份额的角度来看，埋弧焊约占10%左右，且多年来一直变化不大。 一、埋弧焊的工作原理 焊剂由漏斗流出后，均与地洒在装配好的焊件上，焊丝由送丝机构经送丝滚轮和电嘴 送入焊接电弧区。焊接电源的输出端分别接在到点嘴和焊件上。送丝机构、焊剂漏斗和控 制盘通常装在一台小车上，使焊接电弧匀速地向前移动，通过操作控制盘上的开关，就可 以自控制焊接过程。 焊接电弧在焊丝与焊件之间燃烧。 电弧的热量将焊丝端及电弧附近的母材和焊剂熔化， 熔化的金属形成熔池，熔化的焊剂成为熔渣。熔池受熔渣和焊剂的蒸汽的保护，与外界空 气隔离。电弧向前移动式，电弧力将熔池中的液体金属推向熔池的后方，在随后的冷却过 程中，这部分液体金属凝固成焊缝，焊渣则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。熔渣处理对熔池 和焊缝金属起机械保护作用外，焊接工程中还与熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金 属的化学成分。 二、基本分类 埋弧焊机由焊接电源、埋弧焊机和辅助设备构成。其电源可以使用交流、直流或 交直流并用。埋弧焊机分为自动焊机和半自动焊机两大类。 1、 半自动埋弧焊机 半自动埋弧焊机 ； 半自动埋弧焊机是由焊接小车、埋弧焊机组成，焊接小车可 以前后行走，速度可调。半自动埋弧焊机的主要功能是：将焊丝通过软管连续不断地 送入电弧区、传输焊接电流、控制焊接起动和停止、向焊接区铺施焊剂 。 7 因此它主要由送丝机构、控制箱、带软管的焊接手把及焊接电源组成。软管式半 自动埋弧焊机兼有自动埋弧焊的优点及手工电弧焊的机动性。 在难以实现自动焊的工 件上( 例如中心线不规则的焊缝、短焊缝、施焊空间狭小的工件等) ，可用这种焊机进 行焊接。半自动埋弧焊机如下图 2 - 1所示 ： 图 2 - 1 半自动埋弧焊机 2、 自动埋弧焊机 自动埋弧焊机是由埋弧焊机，辅助设备组成， 可以达到自动焊接， 自动埋弧焊机的主要功能是： 连续不断地向焊接区送进焊丝、传输焊接电流、 使电弧沿接缝移动、控制电弧的主要参数、控制 焊接的起动与停止、向焊接区铺施焊剂、焊接前 调节焊丝端位置。 常用的自动埋弧焊机有等速送丝和变速送丝 两种。 它们一般都由机头、 控制箱、 导轨( 或支架) 以及焊接电源组成。等速送丝自动埋弧焊机采用 电弧自身调节系统；变速送丝自动埋弧焊机采用 图 2 - 2 自动埋弧焊机 电弧电压自动调节系统。自动埋弧焊机如右图 2 - 2 所示： 自动埋弧焊机按照工作需要，做成不同的形式。常见的有：焊车式、悬挂式、机 床式、 悬臂式、 门架式等。 使用最普遍的是 M Z 1 0 0 0焊机， 该焊机为焊车式。 M Z 1 0 0 0 焊机采用电弧电压自动调节( 变速送丝) 系统，送丝速度正比于电弧电压。 三、埋弧焊的主要优点 埋弧焊是当今生产效率较高的机械化焊接方法之一， 它的全称是埋弧自动焊,又称焊剂 层下自动电弧焊。 埋弧焊的优点： 8 1、生产效率高，这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因 此电弧 的溶深和焊丝溶敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次溶深可达 20mm）另一方面 由于焊剂和溶渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失,飞溅 也少，虽然用于熔化焊 剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。 2、焊缝质量高，熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对 焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。 3、劳动条件好，除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独 特优点。 埋弧焊的缺陷： 1 、一般只能在水平或倾斜角度不大的位置上进行焊接。其他位置焊接需采用特殊措施以 保护焊剂能覆盖焊接区。 2 、不能直接观察电弧与坡口的相对位置，如果没有采用焊缝自动跟踪装置，焊缝容易焊 偏。 3 、由于埋弧焊的电场强度较大，电流小于 1 0 0 A 时，电弧的稳定性不好，因此焊接薄板较 困难。 四、埋弧焊适用范围 由于埋弧焊熔深大、生产效率高、机械化操作程度高，因而适用于焊接中厚结构的长 焊缝。在造船、桥梁、锅炉与压力容器、工程机械、矿上冶金、铁路车辆等制造部门有着 广泛的应用，时当今焊接生产中最普遍适用的一种焊接方法之一。 埋弧焊除了用于金属结构中构建的连接外，还用在基体金属表面堆焊耐磨、耐腐蚀等 合金层，以提高这些结构的使用寿命。 随着焊接冶金技术与焊接材料生产技术的发展，埋弧焊能焊接的材料从碳素结构钢到 低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属，如镍基合金、钛合金、铜合金等 五、国内外生产发展趋势 在焊接领域，埋弧焊技术相对其他自动焊技术是比较成熟的技术。作为工程技术的一 个应用分支，它的发展同样受到社会进步、科学技术、工程技术的发展水平、国家政策等 因素的制约和影响。 这些因素近期对我国该技术领域有如下的影响。 随着冶金技术的进步， 新的、不易产生焊接裂纹并可以采用大热量输入焊接加工的材料不断涌现，全力追求焊接 自动化和高效焊接的气候将在目前传统焊接技术框架内形成。这就减少了对埋弧焊这类高 电流密度、大热输入焊接方法的使用制约，为埋弧焊的应用范围得以拓宽提供了机会。而 且随着我国的钢材消耗量的增加以及焊接技术的成熟与发展，以焊带铸的趋势