冷焊技术的基本原理是通过对焊接过程中焊接电流和电弧电压以及熔滴短路时焊丝脉动送丝的精确控制,在熔滴短路过渡时,迅速降低电流,使过渡在小电流状态下进行。
1.冷焊技术的特点
传统的熔滴短路过渡在电弧重燃时,在熔滴脱落的瞬间,电压急剧上升,以保证电弧重新引燃。由于电路中电感的存在,熔滴脱落后电流缓慢下降,因此在短路后电弧重燃的瞬间,电流和电压值都很高,电弧能量大,在这一瞬间极易出现飞溅或电弧不稳。在一般的薄板焊接中,由于短路过渡中电弧重燃时较高的电弧能量会产生许多不良影响,短弧焊重新燃弧的高能量会将焊件烧穿,在焊接镀锌板时容易破坏表面的镀锌层等。
冷焊是在短路过渡电弧基础上发展的,仍保持短路过渡特征,但电弧能量比传统短路过渡更低。焊接时不仅可减少焊接飞溅,且焊接薄板时,可避免焊穿现象,减少焊件变形。在打底焊时,冷焊技术具有良好的根部成形。焊接熔池易于控制,焊接缺陷少,适于全位置焊接。
冷焊技术作为一种新的焊接技术,能很好地起到节能降耗的作用。该技术在提高焊接质量的同时可降低50%的热输入,在制造中采用冷焊逆变式焊机至少节电30%以上,有效地实现了节能目标。平均电流远低于普通的脉冲MIG焊,显著降低了焊接热输入。利用新的冷焊技术,焊接速度可达2~6m/min,能有效地提高生产率,提高企业能源利用率,实现增效节能。
2.冷焊技术存在的问题
从冷弧焊的工作原理来看,还有许多关键技术问题有待解决,例如系统设备复杂、成本高、送丝结构复杂、价格高。有的冷弧焊接是采用类似于表面张力(STT)过渡技术,主要依靠电子电抗器实现电流的波形控制,在熔滴短路过渡时将主电路中的滤波电感用电子开关进行旁路,使主电路电流急剧下降。这种方法的冷弧时间短且不可控制,效果不好,适用范围窄,并且在送丝控制上没有给予足够的重视。因此以下技术有待提高:(www.daowen.com)
1)精确、可靠的波形协同控制技术,确保在熔滴过渡时电流为零。
2)稳定、兼容性强的送丝方式。针对焊枪上焊丝回抽易导致折断的缺点,必须研制出能够长期稳定、可靠工作,且能兼容各种尺寸焊丝的送丝机。
3)针对冷焊送丝机结构复杂、兼容性差、价格昂贵的缺点,需研制出成本更低、兼容性更强的送丝机。
3.应用
冷焊技术在薄板、轻质、异种材料的焊接上有着广阔的应用前景。冷焊技术突破了现有焊接工艺的限制,可以直接实现异种金属、涂层金属、铝合金、超薄板的焊接,应用于汽车、船舶、航天等重要行业,可满足汽车、航空航天等领域减重、节能的需要。例如,汽车整车质量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车车身约占汽车总质量的30%,空载情况下,约70%的油耗用在车身质量上,如车重减少100kg,每100km可省汽油0.5~0.8L,CO2排放量将相应减少。为了实现轻量化制造,超薄镀锌板以及轻型铝合金材料的应用已非常普遍。由于薄板焊接对母材的热输入有严格的要求,既要保证焊接过程中的稳定,形成优质美观的焊缝,同时对母材要降低热输入,减少热变形。常规的气体保护焊不能满足这类焊件的焊接要求,采用冷焊是最为可行的方法。因此冷焊作为轻质异种金属材料的连接方式,在实现轻量化制造、节能减排方面具有重要的意义。
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