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譯自 Welding Robot BJ080735 張東平 2012 年 2 月焊接機(jī)器人1介紹這種氣體鎢弧焊（氬弧焊）的過(guò)程是基于電弧之間建立的非消耗鎢電極和工作電極片的融合。由電弧產(chǎn)生的熱量部分被添加到工件，推動(dòng)建立熔池的形成。熔池受到混合惰性氣體流的保護(hù)（氬或氦） 。1.1 介紹這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)為鎢極氬弧焊（TIG） ，雖然少量非惰性氣體可用于屏蔽混合物，如氫氣或氮。GWAT 焊接（無(wú)釬料）本身用于薄片的邊緣部分(2mm), 而 V和 X 型邊緣的準(zhǔn)備工作需要較厚部分。在這種情況下，就要增加釬料。這個(gè)過(guò)程廣泛用于焊接不銹鋼，鋁薄元件，鎂和鈦的合金，碳鋼和低合金鋼件。氬弧焊熱輸入不依賴(lài)于填充材料率。因此，該過(guò)程需要精確的加熱控制和優(yōu)越的焊接質(zhì)量產(chǎn)品以及低失真和不飛濺。這相對(duì)其他的消費(fèi)電弧焊接工藝是不經(jīng)濟(jì)的，由于其較低的沉積速率和由于不能保護(hù)熔池而對(duì)有風(fēng)環(huán)境敏感。此外，它也不能受到其他基本金屬的干擾。1.1.1 焊接設(shè)備在這部分，相關(guān)方面有關(guān)的焊接設(shè)備使用 GATW 流程進(jìn)行審查，并探索機(jī)器人自動(dòng)焊接的影響。1.1.2動(dòng)力來(lái)源對(duì)鎢極氬弧焊電源都普遍包括了恒定電流型伏安靜態(tài)曲線，目前使輕晶體管直流電源。比起老的晶閘管通用控制單元更加穩(wěn)定，糾正了整流逆變電源的輸入交流電流，然后通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換交流高頻率電流。然后高壓交流電傳輸?shù)降碗妷旱慕涣麟娏鱽?lái)焊接，通過(guò)變頻器來(lái)校正，目的是增加當(dāng)前頻率來(lái)降低變頻器和其他部分來(lái)源的重量，比如電感和電容。1.1.3焊槍焊槍持有是的非消耗電極，保證了電極和保護(hù)氣體對(duì)焊接熔池流動(dòng)。焊槍在焊接時(shí)制度氣冷時(shí)高達(dá) 200A，而在水冷的情況下連續(xù)工作會(huì)達(dá)到 200 到500A。1.1.4非消耗電極非消耗電極由純鎢或鎢合金組成。純鎢電極可用于直流，但更易被干擾，使用壽命較低。這些電極可用于交流電下焊接鋁鎂合金。釷鎢（2％ThO2）電極由于其優(yōu)良的耐干擾性，起弧穩(wěn)定的電氣弧而被廣泛鍋爐膜式壁管屏雙頭自動(dòng)氣割機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（控制）——英文翻譯 1 2用于工業(yè)應(yīng)用。出于對(duì)安全的考慮，因?yàn)檠趸Q放射性，導(dǎo)致其他電極所包含的小比例（大約 2%）稀有的元素如鑭，釔和鈰，甚至混合元素。這些電極比起釷電極有較好的運(yùn)作特點(diǎn)，可用在焊接碳鋼，不銹鋼，鎳和鈦的合金使用。由于其良好的起弧，高抗干擾以及穩(wěn)定，電極純鎢電極非常適合交流。1.1.5引弧技術(shù)電弧的啟動(dòng)在手工氬弧焊時(shí)受人關(guān)注，但是這種技術(shù)對(duì)鎢污染非常敏感，極大的影響了電極的使用壽命。目前高頻，高電壓（例如 3 千伏 5 兆赫）在人工鎢極氬弧焊系統(tǒng)中穩(wěn)定的供應(yīng)使用的引弧和交流電。這起弧方法通常會(huì)在電子設(shè)備在電源附近產(chǎn)生干擾。在自動(dòng)發(fā)展系統(tǒng)中，程序控制的觸摸是另一種引人注目的技術(shù)。在這種技術(shù)中，當(dāng)電極觸碰到工件時(shí)電流和電壓必須被限制來(lái)防止電極干擾。盡管一個(gè)復(fù)雜的焊炬是必須的，但一項(xiàng)對(duì)起弧的實(shí)驗(yàn)也可以用來(lái)啟動(dòng)主電弧。1.1.6保護(hù)氣穩(wěn)定器該穩(wěn)壓器是用于減少氣體的壓力源來(lái)恒定工作壓力，將壓力源變化獨(dú)立的裝置。壓力在一個(gè)或兩個(gè)階段內(nèi)減少。穩(wěn)壓器一般分兩個(gè)階段給予較穩(wěn)定輸出流量。1.2 工藝參數(shù)在本節(jié)中的鎢極氬弧焊工藝的有關(guān)參數(shù)將在提出的目標(biāo)下被復(fù)查，表明他們一定可以用于自動(dòng)化的焊接機(jī)器人。1.2.1電流電流直接影響焊縫的形狀，焊接速度和質(zhì)量。鎢極氬弧焊焊接采用最直接的電流負(fù)電極（直流正接）（直極性），因?yàn)樗绕痣姌O陽(yáng)性（DCEP）（反向極性）能產(chǎn)生較高的焊接深度和更高運(yùn)動(dòng)速度。此外，反向極性會(huì)生產(chǎn)快速加熱和電極尖端退化，因?yàn)殛?yáng)極比天然氣鎢陰極電弧更高溫。反向極性的產(chǎn)生可能是在焊接鋁合金時(shí)清理工件負(fù)極產(chǎn)生的，即移除耐火材料氧化鋁層時(shí)。但是交流電更好地適應(yīng)以鋁，鎂合金焊接，因?yàn)樗梢云胶怆姌O加熱和工件的清洗的影響。焊接滲透的深度包含交流電在 DCEP 和直流正接之間的深度。1.2.2焊接速度在相同的電流和電壓下降低熱量輸入會(huì)增加焊接速度。焊接速度不受電磁力和電弧壓力影響，因?yàn)樗麄兪茈娏鞯挠绊?，焊接速度的提高?huì)降低焊縫面積，因此穿透深度（D）和焊縫寬度（W）也減少，但 D/W 比率對(duì)運(yùn)行速度產(chǎn)生不大鍋爐膜式壁管屏雙頭自動(dòng)氣割機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（控制）——英文翻譯 1 3的影響。這些結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)速度并不影響機(jī)制所包含的溶池形成，它只影響金屬材料的體積。普通焊接速度從 100 到 500 毫米/分鐘，目前取決于電流，材料類(lèi)型和板的厚度。1.2.3弧長(zhǎng)電弧長(zhǎng)度就是電極尖端到工件的距離。電弧在氬弧焊長(zhǎng)度通常是從 2 到 5毫米。如果增加了弧長(zhǎng)，為了保持穩(wěn)定，就要加大電壓，但由于弧柱的輻射損失，就要降低輸入工件的熱量。因此，焊接的滲透和熔化材料的截面部分隨著弧長(zhǎng)降低。1.2.4保護(hù)氣體保護(hù)氣體用于氬弧焊，以防止大氣對(duì)焊縫金屬的污染。這種污染會(huì)產(chǎn)生孔隙，焊縫開(kāi)裂，縮放甚至改變了熔化材料的化學(xué)成分。除了能保護(hù)氣對(duì)電弧的穩(wěn)定也有很大的影響。氣體低電離能促進(jìn)電弧點(diǎn)火并且低的導(dǎo)熱系數(shù)往往會(huì)增加電弧穩(wěn)定性。氬是最常用的鎢極氬弧焊保護(hù)氣體。它具有低電離潛力，比空氣重，提供了一個(gè)極好的熔池屏蔽。另外，在保護(hù)氣體的使用中它比氦以及其他惰性氣體便宜。氬用于焊接碳和不銹鋼和低厚度鋁合金組件。適用于焊接厚鋁工件和其他高導(dǎo)電材料，如銅合金，氦。因?yàn)樗葰鍤饩哂休^高的電離，需要更高的電弧啟動(dòng)和維護(hù)，但會(huì)產(chǎn)生更高的熱量輸入。氦或氦/氬氣（30-80％赫）混合物能提高焊接速度和改進(jìn)的過(guò)程。氬混合高達(dá) 5％的氫氣常用于焊接奧氏體不銹鋼。提高氫電弧電壓，使熱量輸入，提高普及程度和焊縫焊接運(yùn)行速度，以及改善焊接外觀。氬氣/氫氣混合物也被用于焊接銅鎳合金。氬氣也可以用作回保護(hù)氣體方面，主要是在不銹鋼焊接，鋁合金和活性金屬。保護(hù)氣體流率依賴(lài)于焊接厚度，為 4-10 升/分鐘的氬和 10-15 升/分鐘的氦，因?yàn)樗禽p于氬氣，因此在保護(hù)的功效上不佳。大部分金屬區(qū)域以 99.995％純度的氣體用于焊接，盡管象鈦這樣的活性材料污染要求在百萬(wàn)分之 50 以下。1.2.5釬料釬料一般用于板材厚度 2 毫米以上，有化學(xué)組成的類(lèi)似父材料。料直徑范圍為 1.6 和 3.2 毫米，而通常是自動(dòng)系統(tǒng)添加。1.2.6電極頂角非消耗電極的角度影響熔深和焊縫形狀。在 30 度和 120 度之間電極使用。小角度會(huì)增加電弧壓力和穿頭深度，但會(huì)有很高的形狀破壞。電極角度從 60 度角到 120 度并給予適當(dāng)?shù)拇┩干疃群缚p與寬度的比例。1.2.7鑄造的鑄態(tài)變化鍋爐膜式壁管屏雙頭自動(dòng)氣割機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（控制）——英文翻譯 1 4鑄造的鑄態(tài)變化是指觀察焊接生產(chǎn)滲透在對(duì)奧氏體不銹鋼幾批相同的焊接條件以及相同的成分下的變化。在焊縫形狀中，這些變化取決于無(wú)量物質(zhì)硫，鈣和氧氣的比例。微量元素的變化似乎影響表面的緊湊度。熔池形狀還受電磁力，電弧壓力和熱力的影響。為了盡量減少此類(lèi)問(wèn)題，可以采取諸如使用更高的電流或脈沖電流的方法，給使用保護(hù)氣體來(lái)給表面填加活性成分的涂料。1.3 過(guò)程變量氬弧焊被認(rèn)為是高品質(zhì)的焊接過(guò)程，其使用低薄金屬運(yùn)行速度和電極沉積率低，需要高技能人才手工焊接。發(fā)達(dá)國(guó)家尋求提高生產(chǎn)力，主要是沉積速率，穿透深度和焊接速度。這些能應(yīng)用于自動(dòng)或機(jī)器人系統(tǒng)。灌裝線電阻加熱接近熔點(diǎn)主要利用交流電源技術(shù)，以盡量減少電弧磁場(chǎng)干擾。沉積率需要高達(dá) 14 公斤/小時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。它被用于制造厚壁，保持較高的聯(lián)合完整性。雙屏蔽鎢極氬弧焊技術(shù)增加同心氣體保護(hù)增加電弧剛度，可用于提高焊接速度和深度利用?；∈湛s是由于外部寒冷氣流進(jìn)入而降低輸出部分弧的溫度，減少電弧截面的電流，因此從而需要提高電流密度和溫度。電極氣體和環(huán)行氣體作用于相同外部零件的不同成分，如加上 5%氬氣，氫氣，氬氣時(shí)對(duì)外部奧氏體不銹鋼焊接。這種技術(shù)也傾向于降低風(fēng)險(xiǎn)。高電流（I>300A）也可用于傳統(tǒng)的的自動(dòng)化鎢極氬弧焊工藝來(lái)提高穿透深度,但也可能在超過(guò) 500A 后變的不穩(wěn)定?？啄Ｊ降闹饕?dú)怏w鎢極電弧焊焊接工藝是在幾年前開(kāi)發(fā)的，它適用于黑色金屬和有色金屬材料 3 至 12 毫米的范圍內(nèi)。然而，這種鎖孔的技術(shù)對(duì)電弧是極奇敏感的，可能會(huì)發(fā)生材料從通風(fēng)孔損失的情況。