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[关键词]焊接电源微束等离子薄板焊接
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)24-0001-01
随着电子、电力、航空等工业的发展,薄件的焊接量增多,而薄件的焊接主要问题是电弧能量不集中,因此造成成型不佳及起弧、收弧不稳定造成的危害。因此就需要焊机能提供稳定性较强、能量密度较大以及相应的引弧、熄弧方法,因为高频电弧有较好的电弧稳定性及较强的自收缩作用,因此本文研制了高频双极性微束等离子弧焊电源。
一、电路的设计
本文设计的弧焊电源由直流电源电路、控制电路、脉冲电路等部分组成。
1.直流电源电路
本文所用到的高频高压脉冲偏压电源的前端直流部分的最高供电电压50V,最大功率6 kW。电源采用恒流闭环控制,以此来保证在不同负载的条件下,输出脉冲电流的恒定。具体参数指标如下:
(1)输入:单相220V;
(2)输出功率:0-6 kw;
(3)输出电压:DC0-50 V;
(4)输出电流:DC0-30 A;
(5)电压纹波小于1V。
1.1 直流电源总体设计方案
电源总体的设计方案如下:电源电路的结构包括两部分:主电路部分和控制电路部分,如(图1)所示。主电路包括:工频整理滤波、高频逆变、变压器和高频整流滤波等组成;控制电路包括:逆变器驱动电路、电流的测量电路和反馈控制电路等。
1.2 直流电源主电路设计
主电路部分采用交流220 V输入,经整流滤波以后,经逆变电路将直流转变交流(逆变器半导体的开关为IGBT),再由变压器将其升压,最后经高频整流滤波输出给负载。
2.控制电路设计
控制电路主要由逆变桥驱动电路、过流过载保护电路、电流检测电路组成。驱动电路的控制芯片采用了美国通用半导体公司(Silicon General)推出的SG3525芯片。
2.1 恒流控制
恒流是指在工作过程中维持电流的幅值不变,电压在低于最大电压范围内随着负载的变化而变化,恒流则需要通过闭环反馈电路来进行控制。
恒流部分主要由5个环节所构成:电流给定环节、PI调节器、整流滞后环节、LC滤波环节、电流采样环节。
2.2 过流保护电路
保护电路利用磁环采集逆变变压器的原端电路,当电流超过所给定值时,比较器动作触发脉冲,脉冲经过了延迟隔离以后封锁SG3525的脉冲。以此来实现过流保护的功能。
3.脉冲部分电路设计
本课题所研制的电源目标要获得双极性输出,因此设计电路时选择使用对称的两组电路,通过控制开关的通断来实现双极性输出及占空比的控制,以此来达到双极性脉冲的目的。
二、性能测试
2.1 技术参数
高频双极性微束等离子弧焊电源的主要技术参数如下:
输入:单相220V;输出功率:0-6 kw;空载电压:250 V;输出电流:DC0-30 A;工作电压0-50V;陡降特性;恒流闭环控制,高频双极性输出。
2.2 电源输出特性测试
启动电源进行焊接后,利用示波器测试各个工作区域,得到的数据利用Origin软件画出波形图如(图2)所示:
由以上所绘制的波形图可知,电源输出具有陡降特性,电流电压波形稳定,能很好的满足高频双极性微束等离子弧焊对电源特性的要求。
三、结论
本文研制的电源,输入:单相220V;输出功率:0-6 kw;空载电压:250 V;输出电流:DC0-30 A;工作电压0-50V;陡降特性;恒流闭环控制,高频双极性输出。电源输出为高频脉冲电流,波形稳定,能提高微束等离子弧的稳定性。采用电流反馈控制方式,能够减少温升对晶体管的输出电流的影响,保证其实现恒流输出。可以采用高频引弧等措施,来降低对操作者要求,有利于进一步提高焊接质量以及工作效率。实践证明,由此方案设计的高频双极性微束等离子弧焊电源性能可靠,使用简单方便,焊接良好。
参考文献
[1] 周玉生,新型微束等离子弧焊接电源的研制,材料科学与工艺,1999
【关键词】高频加热;电磁屏蔽
1.概述
高频加热具有速度快、节能、效率高、易实现自动化和机械化、操作简便、易于维修、安全可靠等优点,在机械制造领域应用越来越广泛,然而,高频电磁场潜在的危害性也是巨大的。一方面,高频电磁场危害人体健康,由于人本身是一个有机体,也是导电体,当人体处于高频电磁场包围时,其细胞和组织液会吸收一定的电磁能而使人体发生生物学热作用,从而导致人体发生某些不良反应,主要临床症状为神经衰弱综合症、头昏头痛、口干舌燥、记忆力减退、消瘦和脱发、心律失常等[1];另一方面,高频电磁场对周围无线电广播及电视信号会产生干扰,大功率高频电磁场还会干扰航空通讯指挥。为防护高频磁场的影响,最直接有效的措施就是电磁屏蔽。
机械工厂热处理车间中应用比较广泛高频设备主要是高频淬火机床,频率主要在100kHz至500kHz范围内。近年来高频淬火机床设备自身的电磁屏蔽已得到加强,但一些电子管类高频电源仍需要设置在屏蔽间内。目前,热处理车间电磁屏蔽间在常规的土建设计中,根据屏蔽效能的要求不同选择相适应的屏蔽材料和结构形式的屏蔽层,并增加门窗、管道等特殊部位的做法,以达到屏蔽效果,相比整体式全金属屏蔽室造价大大降低。
2.屏蔽间做法
在机械工厂中屏蔽间一般应设在建筑物的底层,如有特殊要求需设在楼层上时,应防止接地引线的天线效应。被屏蔽的设备距离屏蔽室内壁净距离宜为2-3m,考虑屏蔽间尺寸时还应考虑高频设备附属的循环冷却设备、控制柜、工人操作位置等对空间的影响,留出足够间距;大门尺寸要考虑最大工件进出要求以及设备安装及维修需要;高度上还要考虑是否需要设置平衡吊或者起重机,保证起重机的维修预留高度以及工件的起吊高度满足生产需要。在不影响工艺流程的前提下,尽量设置在厂房端头位置,使屏蔽间不影响厂房吊车吊运工件,而且要复核屏蔽间高度是否与吊车驾驶室干涉。屏蔽间的设计应满足防震、防火及不均匀沉陷的要求,变形缝不应穿越屏蔽间。
在高频屏蔽间的四周墙体、屋顶、地面以及门窗上,用射钉或膨胀螺栓将钢丝网或钢板网固定敷设,构成一个六面体的网笼式的屏蔽间[3]。采用网式结构的屏蔽层,其拼缝搭接宽度宜为50-100mm。当选用钢板网做屏蔽层时,拼缝搭接处宜用二氧化碳保护焊或气焊点焊,焊接时应采用中性焊药,当采用酸性焊药时,必须将残留的焊药擦净并刷防锈漆,焊缝不应有虚焊、假焊及烧穿的现象。当选用铜丝网做屏蔽层时,拼缝搭接处宜用锡点焊。屏蔽层与房间围护结构的接触面,应用绝缘材料隔离。
在采用钢板网做屏蔽层时,宜将屏蔽层直接钉于墙面的粉刷层内;地面的屏蔽层应直接铺设在混凝土垫层内,其垫层下应设防潮层;采用水磨石地面时,宜采用铜条分格,其分格铜条的交叉点应焊接并与地坪内的屏蔽网焊接,焊点间距不应大于3.0m。当高频屏蔽间内工件较重,需要通入平板车运送工件时,需要通入平板车轨道,其轨道应在进门口处断开10-20mm,断口中间应填塞绝缘材料。
3.屏蔽材料与结构形式的选择
由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波,因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同,在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。在设计中要达到所需的屏蔽性能,则需首先确定辐射源,明确频率范围,再根据各个频段的典型泄漏结构,确定控制要素,进而选择恰当的屏蔽材料,设计屏蔽壳体。
屏蔽体一般做成板或网状,可用铜、铝或铁质材料制成,必要时可采用双层屏蔽。如制成网状,数目数愈大、金属丝愈粗屏蔽效果愈好。在生产工艺条件允许的情况下,应适当加大屏蔽体至场源之间的距离,这样既不影响高频设备的正常运行,又能提高屏蔽效果。屏蔽体的边角要圆滑,避免尖端效应。当在屏蔽体上开孔或开缝时,孔洞尺寸应小于波长的五分之一,缝隙宽度应小于十分之一[2]。
屏蔽材料应具备良好的耐腐蚀性能,较高的机械强度,易于加工,网式屏蔽间的屏蔽材料应选用钢板网,其梗丝厚度不宜小于1.5mm,除要求较高的小型屏蔽室及门窗的接缝处以外,不宜选用铜材。热处理车间高频间的频率范围一般在100kHz至500kHz范围内,根据屏蔽效能要求不同,按下表选择相应屏蔽层:
4.门窗、管道等处理方法
高频屏蔽间的门宜采用屏蔽效果好的钢板门,当要求选用木门时,应用一级松木,木材含水率应小于15%。屏蔽间不宜设窗,如果通风采光需要必须设窗时,在窗洞部位应有良好的屏蔽措施。屏蔽间的窗宜采用内开窗或推拉窗,在其外侧应加设屏蔽层;采用外开窗方式时,外侧应加设屏蔽罩;当采用金属板式屏蔽窗时,窗扇与窗框之间的缝隙应通过加设弹性铜片等措施保证可靠的电气连接。屏蔽间门窗应设有压紧装置,门窗框的屏蔽层必须与墙面的屏蔽层焊接,门窗所选用的屏蔽材料及门窗缝隙的屏蔽效能不应低于屏蔽层的屏蔽效能。
当屏蔽效能要求大于40dB时,通风、给排水等管道在穿越屏蔽层处需设置铜网屏蔽或波导滤波器,采用机械通风时,波导滤波器与室外风管的连接处应插入一段非金属柔性绝缘管,插入段的长度应为管径的1.5-2倍。给排水管在引入屏蔽间前应接入一段绝缘管,绝缘管的长度应为管径的1.5-2倍。暖气管道不得穿越屏蔽层,当必须穿过时,应加设屏蔽罩。屏蔽效能低于40dB时,通风及给排水管道可不进行处理。
引入屏蔽间的电源线应设滤波器,滤波器应设在屏蔽间的外侧,滤波器的外壳与屏蔽层应有良好的电气连接,进入屏蔽间的导线不得再引出。屏蔽层应有接地,其接地电阻不应大于4Ω。
5.结论
以上简单介绍了热处理车间高频屏蔽间的一般做法,在机械工厂设计中应根据高频设备本身的辐射功率及工作频率、厂区周围环境对防电磁辐射的要求以及经济性等方面进行合理选择设计,在不影响屏蔽效果的情况下,外观、门窗的布置设计方案可以通过设计单位与业主互相沟通后确定。除此之外需要注意的是,处于高频屏蔽间内的工作人员还是会受到电磁辐射的影响,还需要采用多种方法共同防护,如对高频设备的外壳做接地保护,并且对设备辐射源进行局部屏蔽,在实现屏蔽有困难的场合,作业人员应穿戴特制的金属服、金属头盔和金属眼镜等防护装备,在最大程度上减少高频电磁辐射的危害。
参考文献
[1] 李宗白.浅谈高频电磁场的危害及其防护方法.《技术改造》[J].1999年第12期
[2] JBJ7-96《机械工厂建筑设计规范》[M].北京:机械工业出版社,1996
[3] 苏德建.高频电磁场对人体的危害及防护.《健康电子》[J].2006年第19期
关键词:脉冲TIG弧;热力学特性;研究现状
Abstract: This paper summarizes and discusses the research status of the pulse TIG arc thermodynamic properties, considering that at present we have a clear understanding of the foundation and subjects of pulse TIG arc thermodynamic properties, with the research content focusing on the internal particle distribution, composition, density, temperature of the pulse TIG arc, and the relaxation phenomenon of zero passage.
Key words: pulse TIG arc; thermodynamic properties; research status
中图分类号:O414.1 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
脉冲TIG焊
脉冲TIG焊在工艺上的主要特点在于采用可控的脉冲电流来加热工件,其电弧线能量低,适于焊接薄板或者超薄板;电脉冲规范调整参数多,有利于精确控制焊接能量及其分布。
脉冲TIG焊按照直交流划分为直流脉冲TIG焊和交流脉冲TIG焊。
脉冲TIG焊使用的脉冲频率范围目前主要有两个区域:一个区域是0.5~10Hz,是应用最广泛的一种,称为低频TIG焊,另一个区域是10KHz~30KHz,称为高频TIG焊。其中,在10Hz~10KHz范围内,由于电弧的闪烁和噪声而应用很少。
2、脉冲TIG弧热力学特性研究现状
焊接电弧等离子体是一种极其复杂的物理现象,它同时伴随着力、热、电、磁、光辐射等各种物理效应。在焊接电弧等离子体中存在的粒子成分复杂,并伴随着各种粒子解离、复合、能级跃迁等状态变化。同时电弧等离子体中各种热力学状态参数(如热力学温度、电子数密度、电离度等)的空间变化梯度很大,且这些热力学性质与电极和工件的物理状态密不可分。以上这些因素,都导致了焊接电弧等离子体现象研究的复杂性,因此在电弧等离子体现象的研究中对于很多问题的物理本质,如阴极现象、近电极区的电位分布、电弧等离子体光学“薄”和局部热力学平衡性质(LTE)的适用范围、微电弧行为特征以及近年来新型复合热源的作用机理等等,人们的认识至今仍然是相当欠缺的。由于观测手段以及实验设备的影响,国内外众多学者主要针对TIG电弧等离子体进行了探讨。
早在1969年,徳国Kiel大学Richter, J.等研究了6~9A小电流氩电弧在大气中的燃烧,研究发现由于电弧中的中性铁蒸汽的存在,使电弧的热力学状态大大偏离了沙哈平衡。
1974年,前苏联Polak, L.S.等对大气中的4~5A的小电流氩弧物理参数的径向分布作了系统的研究。他们在纯氩气电弧中加入可控的适量示踪分子气体(氢气或者氮气),结果发现:等离子体不处于热力学平衡(TE)状态,电子温度大大高于气体重粒子的温度,并且电子密度和受激原子的密度与用沙哈方程和波尔兹曼方程计算得出的平衡值也不一致。
英国Carter, A. W.等对小电流交流TIG焊的再引燃稳定性进行了研究。发现在使用开路电压为160V的小电流焊接电源时,当焊接电流小于20A时,交流电弧不能稳定工作。进一步研究表明,焊接电弧电流越小,所需电源的空载电压越高,当焊接电流为5A~10A时,电源开路电压需要高达至少250V。还指出对于小电流氩弧的工作特性的深入研究对于设计出合适的交流脉冲TIG焊接电源具有重要意义。
德国汉诺威大学Reiche, J.等对在大气中自由燃烧的0.3A~25A的小电流氩弧阴极区进行了研究。采用发射光谱方法测量了电弧等离子体的密度和温度空间分布;采用汤姆逊散射方法测量了电子的温度和密度的空间分布;采用瑞利散射的方法测量了载气粒子的温度分布,确定了等离子体中粒子温度和密度的轴向分布和径向分布。
国内的焊接这方面的研究工作始于二十世纪八十年代,取得了重要的研究成果,尤其是在电弧等离子体的发射光谱诊断方面。
李俊岳、宋永伦等利用等离子体物理学和光谱学的现有理论,组织了12个物理方程的方程组,作为电弧光谱信息的基本理论,反映了连续光谱与电弧等离子体中的电子密度、粒子密度、电子温度等之间的关系。表明电弧光谱信息是电弧状态和状态变化的反映,指出这种方法能反映电弧过程的丰富信息,明确了电弧光谱信息测控的基本原理和应用方向。
通过光谱辐射量与电弧等离子体内部各热力学状态参数之间的定量关系,建立了光谱多线解析法数学模型,即通过一次光谱测量,可同时获得多种诊断参量。基于焊接电弧“光学薄”的性质和局部热力学平衡条件,应用经典的热力学状态方程,如波尔兹曼方程、沙哈方程、平衡状态方程等,研究了焊接电弧的辐射性质、平衡性质以及热力学方面的性质,并计算出电弧等离子体的某些热力学状态参数以及空间分布,例如电子密度、电子温度等等。证实了在大电流条件下(大于100A),LTE可以存在于电弧轴线周围的大部分区域,而当电流减小时,LTE存在空间区域会显著减小。对直流TIG电弧,实际满足LTE存在条件的电子密度应大于1022m-3。
关键词:高频电子线路 课程设计 教学方法 综合实训 任务式教学 multisim仿真
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)11(a)-0162-01
高频电子线路是电子信息类专业的一门重要的专业课程,有很强的理论性和实践性。该课程以模拟通信系统为主干,主要研究高频信号的发射与接收过程,讲解用于高频电路的器件、网络及功能电路的分析与设计方法,内容包括高频小信号放大器、高频谐振功率放大器、正弦振荡器、幅度调制与解调、角度调制与解调、变频电路及反馈控制电路等。通过对高频电子线路的学习,使学生掌握高频电子线路的基本知识,具备对高频电子线路的各种基本单元电路具有初步设计、安装和调试的能力,同时培养学生掌握科学的研究方法和迅速学习新技术的能力。
1 课程设计改革
本文根据电子信息类学生毕业后面对实际工作岗位以及相应岗位必须完成的实际工作任务,结合学生要达到的知识目标和能力目标,以无线通信系统收发信机组装与设计作为项目训练载体,对高频电子线路做了如下设计。
1.1 学生面对的实际工作岗位
电子电子产品设计测试工程师、生产管理员和电子产品检测维修员等。
1.2 相应岗位要完成的任务
电子产品设计测试工程师的任务有提出产品技术指标和电路框图;整机单元电路试验与调试;设计工装设备。生产管理员的任务有制定电子元器件的测试指标;制定产品出厂检验规程;生产过程品质管理。电子产品检测维修员的任务有找到产品故障并进行维修;进行产品的各项指标测试;记录检测、维修结果。
1.3 课程设计流程
一共五个流程,分别为振荡器的设计;倍频器和混频器的设计;调制、解调电路的设计;放大器电路的设计;反馈控制电路的设计。
2 课程教学方法改革
本文紧密结合实际,根据岗位、任务、课程相结合的课程设计改革,从激发学生学习兴趣和提高学生实际动手能力入手,采用了任务式教学、multisim实验仿真和学生综合实训相结合的教学模式。
2.1 任务式的教学
联系课程知识点,每个流程设置2~3个子任务,过程采用教师讲授,示范,布置任务;学生分组讨论,完成任务;教师答疑,点评的教学方法与手段。如流程一可以设置电容三点式振荡器的设计;电感三点式振荡器的设计和改进型振荡器的设计三个子任务。
2.2 multisim实验仿真
对任务中涉及到的设计项目,先画电路图,然后采用multisim10.0实验仿真软件进行模拟仿真,如二极管包络检波器的仿真原理图如图1。
2.3 学生综合实训
通过校企合作项目,考虑到高频电子线路的实际应用,采用调幅调频收音机的安装与调试作为学生综合实训项目。整个实训任务分三部分:(1)通过阅读相关资料了解CD1691CB各引脚的作用;插件,焊接,装配。(2)调试电路并用示波器观察电路波形,检测振荡频率及输出信号幅度。其中调试分AM、FM;音量;AM频率覆盖和灵敏度;FM频率覆盖和灵敏度四部分。(3)测试评分,考核分焊接,整机,收台,考勤,实训报告五部分。通过学生综合实训,有效地做到了理论与实践相结合,克服了学生对高频电子线路的畏难心理,提高了学生的实际动手能力。
3 结语
本文根据高频电子线路理论知识多,实践性强的特点,从课程设计和教学方法改革两方面对高频电子线路进行了研究,提出了将任务式教学,multisim实验仿真和学生综合实训相结合的教学模式。实际教学表明,该方法激发了学生的学习兴趣,提高了学生实际动手能力,同时培养了学生的职业素质和团队合作精神。
参考文献
[1] 王长龙,马晓琳,刘兵.“高频电子线路”课程教学改革与实践[J].中国电力教育CEPE,2010(25):114-115.
关键词 焊接危害 预防措施 自我防护
中图分类号:G718.1 文献标识码:A 文章编号:1002-7661(2016)09-0015-02
焊工在工作过程中经常接触电、易燃易爆介质、有毒有害介质,焊接过程中还会产生许多危害人体健康的有害因素,主要包含弧光辐射、烟尘、有毒气体、噪声、高频电磁场、射线、灼伤等。这些危害的严重程度主要与焊接方法、基本金属化学成分、焊接材料和焊接参数等有关。本文阐述了我校在上焊接实训课时的主要焊接危害和预防措施。
一、焊接危害的种类
1.弧光辐射
(1)紫外线
皮肤受强烈紫外线的作用,会引起皮炎、弥漫性红斑,甚至出现水泡,蜕皮,严重时会头痛头晕、发热、失眠;还会引起眼睛角膜性发炎,称为电光性眼炎,表现为两眼羞明、流泪继而有异物感、刺痛。另外,紫外线辐射还可以破坏棉织品纤维,降低使用寿命。
(2)可见光
强烈可见光会使眼睛发花,甚至疼痛,长期作用会引起视力减退。
(3)红外线
红外线的危害主要是肌体的热作用,会强烈灼伤眼睛,引起闪光。长期接触可引起红外线水晶体白内障眼病,减退视力,严重时导致失明,此外,还会造成视网膜灼伤。
2.电焊烟尘
(1)焊工尘肺
焊工尘肺一般多在接触电焊烟尘10年以上,主要症状是气短、咳嗽、咯痰、胸闷、胸痛,少数表现为乏力、食欲减退及精神衰弱等。
(2)锰中毒
电焊烟尘中的氧化锰通过消化道和呼吸道侵入人体,一部分可以排出体外,但仍有一部分进入血液循环,积累在脑、肝、肾等部位,引起锰中毒。锰中毒症状为疲劳乏力、失眠、记忆力减退及神经功能紊乱等,严重时会影响正常的行走等动作功能。
(3)焊工金属热
焊工金属热主要是由于焊工工作场所的高温、高热引起的。症状为发烧、恶心、食欲不振、口内金属味。
3.有毒气体
(1)臭氧
臭氧具有刺激性气味,呈淡兰色,含量较高时会发出腥臭味,对肺和呼吸道有强烈刺激作用,会引起咳嗽、头晕、食欲不振等,严重时引起支气管炎。
(2)氮氧化物
氮氧化物是具有刺激性的有毒气体,毒性很大,会对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用。会引起精神衰弱、失眠、支气管炎,严重时症状为强烈咳嗽,出现肺水肿、呼吸困难、虚脱。
(3)一氧化碳
一氧化碳是一种无色、无味、无刺激的气体。一氧化碳由呼吸道吸入后从肺泡吸收进入血液,会显著降低血液中含氧量,导致人体组织缺氧坏死,特别是脑细胞。表现为全身无力、呕吐、神志不清,严重时会昏迷,甚至死亡。
(4)氟化氢
氟化氢是剧毒性气体。由呼吸道和皮肤吸收产生毒性作用,对呼吸道、咽部、气管和肺产生刺激作用,诱发支气管炎和肺炎。
4.噪声
噪声是焊接设备和辅助设备在工作时或者是焊工在操作时产生的,是不可避免的。长期受噪声影响,会使听觉迟钝并引起耳聋、耳鸣、失眠、神经过敏、幻听症等,还会作用于中枢神经,会使神经紧张、烦躁,并引起血管紧张、血压增高、心跳及脉搏改变等。
5.高频电磁场
高频电磁场一般是由一些特殊设备的高频引弧装置引起的。人体在高频电磁场中可吸收一定的辐射能量,产生生物学效应影响健康,会引起头晕、心悸、神经衰弱及植物神经功能紊乱,严重者血压升高或下降,并出现心律不齐等症状。
6.射线
射线是由一些焊接方法中使用的特殊材料放射出来的。长期被射线照射会造成中枢神经系统、造血器官和消化系统疾病,严重时会破坏人体造血机能,使白细胞下降破坏人体免疫功能,对眼晶状体和皮肤也有严重损伤。
7.灼伤
灼伤是在焊接过程中被焊接火花、药渣和液态金属烫伤。一般在焊接时都会发生灼伤,特别是在焊较难的焊接位置时会烧坏衣物,甚至烧伤人体。
二、焊接危害的预防措施
1.改善劳动条件
(1)通风排尘
通风排尘是防止电焊烟尘和焊接有害气体对人体危害的最重要措施。焊工实训车间的设计和设备、工艺配置应注意通风、排尘和除尘。首先应该考虑最节省成本的自然通风,然后再配合其他方式使用。最后还要注意加强个人防护,以防止焊接空间聚集有害、有毒或窒息性气体对人体的危害。
(2)选择优质焊材
优质焊材是焊接质量的保证,也能最大限度地把对焊工身体的危害降到最低。在选择焊接材料时,应该优先选择使用低尘、低毒、少烟的焊条、焊剂和焊丝。
(3)采用少烟尘的焊接方法
少烟尘的焊接方法是指工艺参数的选择上在充分保证焊接质量的前提下,尽量采用小线能量以减少母材和电极的蒸发,这样一来,很大程度降低了烟尘的产生,烟尘少了,自然对我们焊工身体的危害就小了。
2.加强个人防护
(1)正确穿戴劳保用品
劳保用品是每个学生实训时都必须穿戴的,实训的学生在焊接作业前必须按要求穿好工作服、戴好工作帽、电焊手套、面罩及绝缘鞋等劳保用品,不得穿戴破损或潮湿的工作服和手套;焊接作业时,要确保工作服的袖口及领口纽扣扣紧;焊接作业结束后,不得随意堆放焊件,清渣时一定要配戴眼镜,防止药渣烫伤眼睛。
(2)完备的防护用具
在进行一些噪声和烟尘比较大的焊接作业时,可配戴一些专门的防护用具。像在进行碳弧气刨作业时,会产生较大的噪声和较大的烟尘,可配戴护耳器或耳塞,另外还要配戴口罩,加装抽风、送风设备,有效地进行防护。
(3)合理的场地布置
首先从学习技能方面来说,一个新生由不会到会,再由会到熟练,学校设备及场地的布置,要遵照从初级工实训工位到中级工实训工位,再到高级工实训工位,处处看得出循序渐进、由浅入深的思路;再从安全防护方面来说,我校实训车间的布置由外至里是手弧焊,到二氧化碳气体保护焊,最后到钨极氩弧焊。手弧焊的焊接危害是最小的,它产生的烟尘较少,弧光辐射不强烈,布置在整个实训车间的最外面;二氧化碳气体保护焊不但会产生烟尘和强烈的弧光,还会产生有毒气体,布置在整个实训车间的中部;钨极氩弧焊会产生有害气体,有放射性元素,并且产生强烈的弧光辐射,在这三种焊接方法中危害最大,因此布置在实训车间的最里面。
(4)规范的安全培训
规范的安全培训是上好实训课的重要保证。通过安全培训使同学们知道在焊接过程中会产生什么样的危害,应该怎样进行有效防护,提高自我防范意识,做到既保护好自己,又不伤害别人。
参考文献:
[1]周震.锅炉压力容器培训考核教材-焊工[M].北京:中国标准出版社,2004.
关键词:鼓包 高频电阻焊 缺陷
对于高频电阻焊,直接影响其生产质量、生产速度的则是调型的过程。如果调型不好则会出现很多质量上的问题,而鼓包就是其中之一。在焊管成型过程中,由于带钢各部分的纵向拉伸变形不均,容易沿纵向边缘出现折皱(即焊缝处的“鼓包”),这不仅大大降低焊管生产的成材率,而且“鼓包”缺陷过大还会损坏高频焊线圈等辅助设备,因此“鼓包”是焊管生产过程中的主要缺陷之一。
1、原因分析
产生“鼓包”缺陷的原因是多方面的,根据在生产中实际过程的研究与分析,对鼓包的产生原因进行了一下分析和总结。具体包括以下几方面:材质、板材的规格、成型段各部分变形过程受力的不均匀、成型段各部分变形中受力的跳跃性以及在感应焊接时,感应圈的位置不当以及热输入量的控制。
1.1材质
材质方面主要是材料的韧塑性的影响,如果韧塑性比较好,在加工过程中变形后产生的应力集中就会比较小,否则应力集中就比较严重则在焊接过程中沿板带纵向边缘产生鼓包。对于碳素钢而言韧性塑性都比较好,即使发生变形,产生的应力集中相对于低合金高强度结构钢要低的多。在实际过程中Q235B等材质生产ERW焊接钢管的时候就很少出现鼓包,然而在用X52材质生产时就很容易出现。由于两种材料的韧塑性的差异。所以对于材质较软的,再发生变形时产生的应力集中小而材质较硬的在发生变形后产生的应力集中比较大。且不容易消散,当达到一个极限时则出现鼓包。所以在选择材质时要注意其各项指标的要求,尽量避免在生产时产生不必要的缺陷。
1.2板材的规格
可能对于材料的规格并不是关注的要点,一般情况下,如果在整个工艺过程中设备的性能,人员的配合以及工艺的可行性都比较不错,那么对于材料的规格并不会有太严格的要求的,如果设备性能以及人员能力都不是很好的话那么材料的规格则会影响产品的合格率了,并且对于人员的能力要求将会更高。在实际生产过程中一般壁厚在8以上的确实不容易产生鼓包,然而在壁厚比较薄的情况下就容易产生比如6.9厚的。同一种材质对于壁厚较薄的板材则容易变形,尤其是板边的变形,并且应力集中就发生在板边的部位,板边发生变形直接影响焊接过程,鼓包则是最常见的一种。所以对于设备能力或者工艺过程不过关的厂来说,在遇到板材的比较薄的情况下,一定要对加工过程给予高度的重视,并且要找经验很丰富的调型师傅,才能解决焊接时产生鼓包的问题。
1.3成型段各部分变形过程受力的不均匀和跳跃性
1.3.1成型段受力不均匀
有人说:“通过焊管生产及试验得出,焊管时产生鼓包的主要原因是成型机组对薄带钢的不适应性等,提出选择排辊成型机组生产薄壁管是避免带钢成型边缘“鼓包”的较好途径。”然而在我们厂中就使用的是排辊成型,然而鼓包仍然还是发生。分析原因由于调型主要发生在成型阶段,也就是板材变形的过程,这个过程也就决定了钢管的规格、形状、质量。而这里也是问题的多发带,当材质与板材规格定了,那么质量的关键就在这里了,当这里两边的力度不均匀时,则板边的受力不均匀,变形也不一致,或者对中不好,则很容易出现鼓包等缺陷。所以即便是有了可以避免产生鼓包的成型方法,也不能一定保证完全不会再出现缺陷,一定要注意成型过程中的每一个细节。
1.3.2成型段各部分变形中受力的跳跃性
当然成型段除了调型时两边力度的均匀及两边的变形量外,还有各部分总的变形量的平滑过渡,如果在上一段的变形很小,而在下一段的又很大,则会产生非常大的应力集中,则直接产生鼓包,所以不仅是两边的变形量要一致,各段的变形量在工艺设计时也应该是一个平滑过渡的情况,这样可以减少应力集中,有利于变形并且有利于焊接。
1.4在感应焊接时,感应圈的位置不当以及热输入量的控制
焊接时,热输入量也会影响焊接的质量,当板边已经发生轻微鼓包时,如果给以适量的热输入量,不仅可以达到焊接的目的又可以消除应力集中以消除鼓包,如果没有发生鼓包,而热输入量不当,也会使板边发生变形而产生鼓包,而对于热输入量,其焊接的电流,电压等不易发生改变的则要调整感应圈的位置,尽量与钢管的焊缝对中并与钢管的距离达到适合。这些都需要在长期的实践当中去积累,并且结合现在科学技术的发展来不断改进和具体化。让大家很容易掌握和操作。
【关键词】不锈钢薄板;手工钨极氩弧焊
随着现代制造业的不断发展,不锈钢薄板在国防、航空、化工、电子等行业应用十分广泛,1~3mm不锈钢薄板的焊接也越来越多, 因此,掌握好不锈钢薄板焊接的工艺要领十分必要。
钨极氩弧焊(TIG)应用了脉冲电弧,它具有热输入低、热量集中、热影响区小、焊接变形小、热输入均匀,能较好地控制线能量等特点;焊接时保护气流具有冷却作用,可降低熔池表面温度,提高熔池表面张力;TIG便于操作,容易观察熔池状态, 焊缝致密,机械性能好,表面成形美观。目前TIG广泛应用于各行业,尤其是在不锈钢薄板的焊接中应用较广。
1.钨极氩弧焊的工艺技术要领
1.1钨极氩弧焊机及电源极性的选用
TIG可分直流和交流脉冲,直流脉冲TIG主要用于焊接钢、软钢、耐热钢等,交流脉冲TIG主要用于焊接铝、镁、铜及其合金等轻金属。交、直流两种脉冲都采用陡降特性电源,TIG焊接不锈钢薄板通常采用直流正接法。
1.2手工钨极氩弧焊技术要领
1.2.1引弧
引弧形式有非接触式和接触式短路引弧两种。前者电极不与工件接触,既适于直流也适于交流焊接、后者仅适于直流焊接。若采用短路方法引弧,不应在焊件上直接起弧,因易产生夹钨或与工件粘接,电弧也不能立即稳定,电弧容易击穿母材,所以应采用引弧板,在引弧点旁放一块紫铜板,先在其上引弧,待钨极头加热至一定温度后再移至待焊部位,在实际生产中,TIG常用引弧器引弧,在高频电流或高压脉冲电流的作用下,使氩气电离而引然电弧。
1.2.2定位焊
定位焊时,焊丝应比常用焊丝细,因点焊时温度低、冷却快,电弧停留时间较长,故容易烧穿,进行点固定位焊时,应把焊丝放在点焊部位,电弧稳定后再移到焊丝处,待焊丝熔化并与两侧母材熔合后迅速停弧。
1.2.3正常焊接
用普通TIG进行不锈钢薄板焊接时,电流均取较小值,但是当电流小于20A时,易产生电弧漂移,阴极斑点温度很高,会使焊接区域产生发热烧损和发射电子条件变差,致使阴极斑点不断跳动,很难维持正常焊接。而采用脉冲TIG时,峰值电流可使电弧稳定,指向性好,易使母材熔化成形,并循环交替,确保焊接过程的顺利进行,能得到性能良好、外观漂亮、形成熔池互相搭接的焊缝。
(a)正常焊接时先在定位点起弧,待焊点熔化并与工件两侧熔合后再送入焊丝,焊丝始终跟随熔池,焊枪的喷嘴与焊件表面构成80度左右夹角,焊丝与焊件表面夹角为10度左右,在不妨碍视线情况下,尽量采用短弧焊接以增强氩气保护效果,应注意观察熔池的大小,焊速应先稍慢后快,焊枪通常不摆动、焊速和焊丝应根据具体情况密切配合,尽量减少接头、焊缝长度一次性不宜过长,否则会因过热而形成塌陷甚至烧穿,就算补焊完整,Cr、Ni等元素大量烧损,对材料耐蚀性非常不利。
(b)焊接结束时,如果收弧方法不正确,在收弧时易产生弧坑、裂纹、气孔以及烧穿等缺陷。因此,最好使用引出板,焊后将引出板切除掉,如没有引出板或没有采用电流自动衰减装置的焊机,收弧时要多向熔池送丝,填满弧坑,然后缓慢收弧。
(c)焊后变形是精密焊件的一个重要指标,其变形程度与所选的工艺参数、夹具、散热装置有很大关系。条件许可时采用精确的工装夹具,保证焊缝两侧受力均匀,避免焊缝开裂、变形,尽量减小热输入,从而减少焊接热影响区,必要时可采取跳跃式焊接和远距离降温法等方式。焊后可用耐高温塑料锤(或木锤) 进行现场适当的敲击,以达到变形小,外观质量好的效果。
2.不锈钢薄板的焊接性分析
不锈钢薄板的物理特性和板形直接影响焊缝质量。不锈钢薄板导热系数小,线膨胀系数较大,当焊接温度变化较快时,产生的热应力大,很容易出现烧穿、咬边和波浪变形。不锈钢薄板焊接多采用平板对接焊,熔池主要受到电弧作用力、熔池金属重力和熔池金属表面张力的作用,当熔池金属体积、质量和熔宽一定时,熔池深度取决于电弧的大小,熔深和电弧力又与焊接电流相关,熔宽由电弧电压决定。熔池体积越大,表面张力也越大,当表面张力不能平衡电弧作用力和熔池金属重力时,会造成熔池烧穿,而且在焊接过程中局部受到加热和冷却作用,使焊件产生不均匀的应力和应变,当焊缝的纵向缩短对薄板边缘产生的应力超过一定值时,会产生较严重的波浪变形,影响工件的外形质量。在相同的焊接方法和工艺参数下,采用不同形状的钨极,减少焊接接头上的热输入量,可以解决焊缝烧穿和工件变形等问题。
3.手工钨极氩弧焊在不锈钢薄板焊接中的应用
3.1焊接原理
钨极氩弧焊是一种明弧焊,电弧稳定,热量比较集中,在惰性气体(氩气)的保护下,焊接熔池纯净,焊缝质量较好。但是在焊接不锈钢,特别是奥氏体不锈钢时,焊缝背面也需要进行保护,否则将产生严重的氧化,影响焊缝成型和焊接性能。
3.2焊接特点
不锈钢薄板的焊接有以下特点:
(1)不锈钢薄板的导热性差,容易直接烧穿。
(2)焊接时不需要焊丝,母材直接熔合。
因此,不锈钢薄板焊接的质量与操作者、设备、材料、施工方法、焊接时的外部环境及检测等因素息息相关。
3.3 焊接的质量控制
3.3.1人员的选择
焊工需要熟练掌握手工氩弧焊的焊接,上岗前必须培训考试合格。
3.3.2焊接设备的选择
使用高频逆变氩弧焊机,并要求焊机稳定性好。
3.3.3材料的选择
在不锈钢薄板的焊接过程中,不需要焊材,但是对以下材料要求比较高:
一是氩气的纯度、流量大小及通氩时间,二是钨极。
(1)氩气。
氩气属于惰性气体,不易和其它金属材料、气体发生反应。由于其气流有冷却作用,焊缝热影响区小,焊件变形小,是钨极氩弧焊最理想的保护气体。氩气的纯度必须大于99.99%以上。氩气主要是对熔池进行有效的保护,在焊接过程中防止空气对熔池侵蚀而引起氧化,同时对焊缝区域进行有效的空气隔离,使焊缝区域得到保护,提高焊接性能。
(2)钨极。
钨极表面要光滑,端部一定要磨尖,且同心度好。这样焊接时高频引弧好、电弧稳定性好,熔深深,熔池能保持稳定,焊缝成形好,焊接质量好。如果钨极表面烧坏或表面有污染物、裂纹、缩孔等缺陷时,这样焊接时高频引弧困难,电弧不稳定,电弧有漂移现象,熔池分散,表面扩大,熔深浅,焊缝成形差,焊接质量差。
3.3.4施工环境
在焊接氩弧焊时,主要是防风、防潮,在焊接时如果有风,将会影响焊接质量。此外,温度低于零下5℃也禁止施焊。
4.结论
(1)钨极氩弧焊稳定性好,不同钨极形状对不锈钢薄板焊接质量有较大影响。
(2)平顶锥端头钨极焊接可提高单面焊双面成形率,减小焊接热影响区,焊缝成形美观,综合力学性能较好。
(3)采用正确的焊接方法可有效预防焊接缺陷。 [科]
【参考文献】
[1]张立新,周天锡.复合钢板加工中常见裂纹及解决方法探讨[J].中国化工装备,2003(3):25.
[2]中国机械工程学会焊接分会.焊接手册[M].北京:机械工业出版社,1992.
关键词:氩弧焊 熔化极 非熔化极 直流反接 直流正接
1.氩弧焊的基本原理
1.1.氩弧焊就是在电弧焊的周围通上氩弧保护性气体,将空气隔离在焊区之外,防止焊区氧化。按电极不同分为熔化极和非熔化极氩弧焊两种,通常手工焊接采用非熔化极氩弧焊。
1.2.非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件之间燃烧,在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(常常用氩气),形成一个保护气罩,使钨极端头,电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触,能防止氧化和吸收有害气体。从而形成致密的焊接接头,其力学性能非常好。氩气是一种化学性质非常不活泼的气体,即使在高温下也不和金属发生化学反应,从而没有了合金元素氧化烧损及由此带来的一系列问题。
2.焊接程序及技术控制
2.1.焊前准备。检查电源线路、气路等是否正常。钨极氩弧焊通常采用直径0.5~3.0毫米的钍钨极,顶部磨成圆锥形,其顶部稍留0.~1.0毫米直径的小圆台为宜。电极的外伸长度约为3~5毫米,工件的被焊处应按规定开成坡口。两侧距坡口边缘25~30毫米处及焊丝用丙酮擦拭,引弧应提前5~10秒钟输送氩气,借以排除管中及工件被焊处的空气,并调节减压器到所需流量值,若不用流量计,则可凭经验把喷嘴对准脸部或手心确定气体流量。焊前应进行定位焊,在被焊工件上暂焊起弧板及引出板。必须对被焊工件的接头附近及填充丝进行焊前清理,去除金属表面的氧化膜、油脂、湿气等,以保证焊接接头质量。清理后的工件及填充丝必须保持清洁,严禁再粘上油污,且清理后马上焊接。
2.2.钨极直径的选择。一定的钨极直径具有一定的极限电流,若超过此极限电流值,则钨极强烈发热、融化和蒸发,引起电弧不稳,焊缝夹钨等问题。当选用不同极性时,钨极的许用电流也随着变化。直流正接时,可采用较大的焊接电流,交流焊接时,采用较小的焊接电流,而直流反接时,则采用更小的焊接电流。
2.3.焊接电源和极性的选择。
2.3.1.直流反接,即工件负接;钨棒接正时氩气电离后形成大量正离子,由于阴极区电场的加速作用;使正离子高速冲击到熔池和他周围的表面,使熔池和他周围表面难熔的金属氧化物破坏分解,这就是所谓的“阴极雾化”作用。此现象在焊接氧化膜难以去除的金属,例如铝及其合金,具有清除氧化膜的作用。然而由于直流反接时阴极斑点在工件表面上活动范围较大,散热强,电子发射能力减弱,故电流稳定性差,同时钨极为正极时的发热量大使钨极烧损严重,故使用电流较小。因此,一般情况下钨极氩弧焊时不用直流反接法,只在熔化极氩弧焊时才采用。
2.3.2.直流正接,即工件接正,钨极接负,此时阴极斑点在钨极上较稳定,电子发射能力强,电弧稳定,可采用较大许用电流且钨极烧损少,适用于焊接熔点较高或导电性较好的金属,如不锈钢和铜及铜合金等。但此接法无“阴极雾化”作用。故不宜焊接铝及铝合金。
2.4.起弧方式。起弧有两种:一种是借高频振荡器引弧,一种是钨极与工件接触引弧,或在炭块上引弧。最好不要采用后一种引弧方法。以防止钨极在引弧时烧损。
2.5.焊接过程的技术掌握。手工氩弧焊焊接时,在不妨碍视线的情况下,应尽量采用短弧,以增强保护效果,同时减少热影响区宽度和防止工件变形。焊嘴应尽量垂直或保持与工件表面较大夹角,以加强气体的保护效果,焊接时焊嘴与工件表面的距离不超过10毫米,最多不超过15~18毫米。焊接方法可采用左向焊、右向焊。为了得到必要的角度,焊枪除了作直线运动外,允许作横向摆动。焊丝直径不超过3~4毫米,焊丝直径太粗会产生夹渣和焊不透现象。焊丝是往复的加入熔池,同时应注意在熔池前面成熔滴状加入,填充焊丝要均匀,不要扰乱氩气流。焊丝头部应始终放在氩气保护区内,以免氧化。焊接终了时,应多加些焊丝,然后缓慢拉开,防止产生过深的弧坑。根据被焊材料与结构的不同,若必须预热,则可用普通气焊炬进行预热。对较大工件,可在工件背面预热。
2.6.熄弧。焊接完毕,切断焊接电源后,不应立即将焊炬抬起,必须在3~5秒钟内继续送出保护气体,直到钨极及熔池区稍稍冷却后,保护气体才停止并抬起焊炬。若电磁阀关闭过早,则引起赤热的钨极外伸部分及焊缝表面的氧化。
3.氩弧焊的劳动保护
3.1.弧光的危害及其防护。手工氩弧焊,由于弧柱集中,电流密度大,弧温高,紫外线辐射强,容易引起电光性眼炎及皮肤露出部分脱皮,出现红斑等症状。必须采取保护措施,以避免这些可能出现的危害。
3.2.高频的危害及其防护。采用以下方法:
3.2.1.工件良好的接地,接地点离工件越近越好。
3.2.2.焊炬和焊接电缆用金属编织线屏蔽;减少高频电作用时间,使高频只在引弧瞬时通过。
3.3.钍钨极的危害及其防护。钍具有一定放射性,实验测得,一根钍钨极棒的放射剂量很小,对人体影响不大;若大量存放或运输时,放在铅盒中为宜。在磨削钍钨极棒时,所产生的粉末进入人体是不利的,必须注意防护。
4.结束语
氩弧焊具有普通电弧焊所不具有的众多优点,在今后必将得到更广泛的应用。不断改进的焊接方式、方法,不断研发的焊接设备的应用都将为各行业的焊接发展带来更可靠的技术保障。从事焊接的技术人员就要不断更新知识,跟上技术的发展要求。
参考文献