表面张力过渡技术

表面张力过渡技术简介

摘要：介绍了一种新型焊接技术——表面张力过渡分析了它与通常CO2焊接工艺的不同之处论述了这一技术的优点和不足。最后对其应用领域的前景进行了探讨。

关键词：焊接；表面张力过渡；CO2焊接；飞溅

SURFACE TENSION TRANSITION TECHNOLOGY

INTRODUCTION

Abstract: this paper introduces a new type welding technology surface tension with the transition analysisit usually CO2 welding process of different theory

Keywords: welding; Surface tension transition; CO2 welding; splash

1、前言

CO2气体保护焊的优点有: 生产效率高; 焊接成本低, 能耗低; 适用范围广可进行全位置的焊接; 抗锈能力较强, 焊缝含氢量低, 抗裂性好; 便于实现焊接过程的机械化和自动化等。但同时仍存在许多不足。其缺点主要有: 一是运用CO2气体保护焊进行根焊, 实现单面焊双面成形, 其条件是在较小电流范围内产生短路过渡形式, 而短路过渡特点是电压低, 电流小, 总体热输入量小, 在一定程度上抑制了CO2气体保护焊效率的发挥; 二是采用短路过渡方式进行根焊焊接时, 根部较易出现内凹、未焊透、内咬边等缺陷; 三是由于CO2 气体保护焊焊接过程中金属飞溅是CO2气体保护焊中较为突出的问题。

针对在CO2气体保护焊中所出现的一系列问题,美国林肯电气公司研制出一种新的专利技术——表面张力过渡(surface tension transfer．简称STT)技术并成为CO2焊接领域的较大突破。自从该公司的Stava高级工程师首次提出以来，迅速引起了世界焊接界的关注。目前．这一新型工艺已经成熟，已在工业生产中获得了应用。

2、技术原理

CO2气体保护焊最大的缺陷是飞溅, 而飞溅形成的原因是由于CO2 气体保

护焊在焊接时其熔滴过渡的方式是短路过渡, 当焊丝与熔池金属之间形成液态金属“小桥”时, 较大的短路电流流过逐渐变细的“小桥”, 产生较大的电阻热, 电爆破理论认为短路过程中形成的液态“小桥”被急剧加热, 过量的能量积累导致液态“小桥”气化爆断, 引起飞溅。爆炸的能量为液态小桥中所积聚的总的汽化热能PT:

PT=πRB2Lq

式中: RB为爆炸时液态小桥的半径; L为液态小桥的长度; q为金属的汽化热。根据电爆破理论, 电爆破能量主要由在液态“小桥”爆破前100～150 μs内的短路电流所决定的。所以, 控制飞溅也就是主要将液态小桥爆破前150 μs内的短路电流迅速减下来。又由于CO2 气体保护焊的过渡频率在每秒几十次, 这种积累的飞溅量很大, 焊缝成型也受到破坏。STT控制的焊接方法就是从根本上解决了液态“小桥”气化爆断的问题, 其核心在形成短路“小桥”后焊接电流瞬间减小, 在表面张力、重力和电磁力的作用下, 拉断金属“小桥”, 使熔滴由短路过渡转变为自由过渡。这种方法其实质就是利用电弧本身作为传感器来检测电弧电压, 根据电压来判断熔滴过渡的瞬时形态, 从而根据检测到的电弧电压的变化, 按照STT的要求控制瞬时电弧电流的变化, 利用表面张力的作用达到熔滴平稳过渡的目的。

3、技术特点

表面张力过渡技术从本质上来说是一种计算机控制的脉冲CO2：短路过渡焊接技术。它采用CO2气体保护焊接熔池，但其与普通CO2焊接的本质区别在于电弧理论上。表面张力过渡的原理是根据短路过渡理论．按照电弧的瞬问需求来供给电弧能量的．它是一种具有较宽脉冲宽度的多频脉冲电流控制的短路过渡CO2焊接技术。其主要特点是完成一个熔滴过渡的力主要是表面张力，这也是这一技术

名称的由来。从表面张力过渡的过渡过程中可以看出，STT技术与以往的CO2焊接技术的区别在于：它能根据短路小桥和缩颈小桥的状态改变电流．精确供给电弧能量，而通常的CO2焊接的电弧状态和能量供给没有很好地对应，电弧能量供给并不精确，从而产生了大量飞溅。通过试验验证，STT技术的飞溅率为1％左右，通常的CO2焊接飞溅率为10％左右。可以看出，STT技术与普通CO2焊接相比，其飞溅率降低了9倍。而且，焊接质量明显优于普通CO2焊接。

4、应用与发展

结合资料与试验,STT应用于焊接时, 其施焊对象厚度下限为0.6 mm。受STT 电源功率的限制,对于4.0 mm板材以1.0 mm 焊丝施焊时, 无论间隙大小, 均不能将板材焊透。此时可以通过改变焊接结构来解决。试验表明, 对4.0 mm Q235钢板, 开钝边为零, 60°, V 形坡口, 完全可以采用3.0 mm板材不开坡口的焊接工艺焊接, 效果良好。

目前STT技术在国内的应用很少．处于起步阶段。这一技术在国外则应用较多．已经应用于电厂部件的修复上。美国某电厂利用大修机会采用STT 工艺技术焊接修复了烟气脱硫装置上的吸收器壳体内不锈钢衬板。衬板的厚度仅为1／16英寸(1．6mm)和1／18英寸(3.2mm)，材质为316L和317LMN不锈钢。吸收器壳体直径60英尺(18.3m)，高160英尺(48.8m)。由于高温烟气中的SO X 腐蚀作用很强，吸收器壳体衬板每隔7—9年就要更换一次。他们使用技术焊接了全部衬板．由于其焊接速度与气体保护焊相当，均为150英尺／工作日．但是STT的焊接热输入较小，仅为GMAW的1／4左右。因此，它很少产生烧穿、咬边等焊接缺陷．焊缝台格率在99％以上，并且衬板的挠曲变形非常小．焊后不需清理，节约了焊接清理和校正衬板焊接变形的人工费用+经济效益显著。STT技术可用于火电厂水冷壁鳍片的焊接，除尘器壳体、厂房房体、给水管道的焊接，以及叶片的补焊、汽缸的补焊修复等场合。

STT技术可以焊接包括低合金钢、不锈钢、耐热钢、铸钢等材质的部件，其应用领域非常广阔。因此，这一新型焊接技术必将得到广泛应用和快速推广。