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伊萨技术应用文章:创新埋弧焊技术实现生产力提升100%

http://www.weldcut.hc360.com2014年05月29日15:12 来源:中国焊接资讯网T|T
到目前为止,就熔敷率而言,单弧双丝焊始终是最具生产力的单电源埋弧焊(SAW)工艺。单弧双丝焊使用两根焊丝连接至同一电源及同一极性进行焊接作业。
埋弧焊(SAW)的最新技术ICE集成冷丝技术是在同一导电杆上的两根热丝之间放置第三根绝缘的冷丝,并与其平行(该技术正在申请专利)。与热丝不同,冷丝的送丝速度由控制单元内的集成软件单独进行控制,冷丝因两根热丝电弧产生的富余能量而熔化。这项由伊萨开发的技术称为ICE
TM ,与单电源双丝焊相比其熔敷率可增加50%,而与单丝焊接相比增加可达100%。

图片1伊萨ICE™焊枪

图片1伊萨ICETM焊枪


 

引言

额外使用冷丝的埋弧焊工艺并非提升焊接熔敷率的新途径。实际上,冷丝送丝有多种技术解决方案,它们的性能表现各异,应用领域也不相同。这些解决方案大多是将冷丝与热丝呈一定角度从一侧加入工序中。这种方法存在许多难题,而工艺稳定性问题最为突出。比如,如果干伸长发生变化或电弧不够稳定,冷丝熔点就会发生变化,因此会使焊接工艺对影响电弧的任何变化极其敏感。在生产环境中,从一侧添加冷丝的解决方案要求生产条件受到有效的严格控制。经验表明,这些解决方案不适合绝大多数应用。

改善工艺稳定性
将冷丝集成到同一接触夹内并与热丝平行,可增加工艺的稳定性。由于冷丝熔点始终因两个电弧而变化,采用这项技术添加冷丝的效果使电弧和熔池平稳,工艺更稳定,不易受到电弧和干伸长变化的影响。经过改善的稳定性使工艺更易于针对不同接头类型进行调整和适应。
这种稳定的焊接工艺比传统埋弧焊(SAW)拥有更高的参数及焊接速度,从而获得显著的工艺优势。

集成冷丝技术的工艺优势:

提升熔敷率

提高焊接速度 

高生产率打底焊道

减少焊剂消耗 

更易获得平滑的盖面 

热输入降低减少变形  

节省能耗

熔敷率对比

熔敷率对比

保持稳定的焊缝形状及机械性能
与使用相同焊接参数的双丝焊相比,在冷丝送丝速度为热丝送丝速度[cwfr]10-100%的情况下,使用不同数量的冷丝时,焊缝熔深形状不会发生变化。
由于添加冷丝时活动参数不变,焊接特性也不会改变。这意味着与传统双丝埋弧焊相比,熔深和焊缝宽度不会发生变化。焊缝高度或余高的增加确保焊缝金属在焊缝内的均匀分布。张角的增加减少了该区域的双重加热,而晶粒度的减少提高了机械性能。
图片2伊萨ICETM 3*2.5mm 800A 35V 50% cwfr
在热输入相同的情况下,采用集成冷丝技术焊接的接头机械性能与采用传统埋弧焊技术焊接的接头处于同一水平。使用集成冷丝工艺修改熔深形状时,机械性能就会得到改善。

伊萨ICETM

伊萨ICETM3*2.5mm 800A 35V 50% cwfr

 

表1 熔敷率对比

无需增加热量即可提升熔敷率
单电源焊接
单丝4mm
双丝2*2.5毫米
集成冷丝(cwfr70%)3*2.5
mm
双电源焊接
单丝4mm+单丝4mm
单丝4mm+双丝2*2.5mm
双丝2*2.5mm+双丝2*2.5mm
单丝4mm+集成冷丝3*2.5mm
集成冷丝+集成冷丝3*2.5mm
熔敷率 公斤/小时

与其他焊接工艺相同,热输入的因素制约了埋弧焊生产率的提高。母材所能承受的热输入始终限定了生产率的上限。采用集成冷丝技术的情况下,若要增加熔敷率或者获得这项埋弧焊工艺的其他优势,则不需要改变总的热输入值。这项技术利用埋弧焊工艺中的富余能量熔化更多的焊丝,从而提高熔敷率。 当添加不同数量的冷丝时,热输入不会发生变化。因为热输入的计算公式中不用考虑所增加冷丝的数量热输入公式为:
 

公式

大量研究和试验表明,在工艺中添加冷丝不会改变热输入值。此前认为冷丝会造成焊缝"冷却"或产生“散热片”效应的观点不再适用。使用集成冷丝工艺取代单丝焊丝后,熔敷率提升可达100%,在热输入和焊接速度相同的情况下,与双丝焊相比熔敷率可提升50%。这项工艺在单电源上所能达到的最大熔敷率为34公斤/小时。在集成冷丝工艺与两台AC/DC逆变电源并联的情况下,可实现40公斤/小时的熔敷率。表1为不同配置的最大熔敷率(黄色)与常用熔敷率(绿色)极限值的对比。常用熔敷率可被看作是这项工艺的合适区间。表1数据基于类似热输入数值得出。
单电源集成冷丝工艺比单丝串联工艺熔敷得更多。实际上,用集成冷丝取代串联配置的焊枪头可以实现
熔敷率的倍增。

更快的焊接速度
集成冷丝技术的稳定效果能够在保持或减少热输入的同时提升焊接速度。
在传统应用及接头类型情况下,保持热输入和工艺稳定性的同时,焊接速度可提高至1000毫米/分钟以上
。集成冷丝工艺能够将焊接速度提高至1700毫米/分钟。

图片3角焊,焊喉尺寸5毫米,焊接速度1700毫米/分钟,熔敷率24公斤/小时,热输入1.19千焦/毫米

图片3角焊,焊喉尺寸5毫米,焊接速度1700毫米/分钟,熔敷率24公斤/小时,热输入1.19千焦/毫米

图片4 10毫米厚钢板的单侧焊接,焊接速度1400毫米/分钟,熔敷率23.9公斤/小时,热输入2.03千焦/毫米。

图片4 10毫米厚钢板的单侧焊接,焊接速度1400毫米/分钟,熔敷率23.9公斤/小时,热输入2.03千焦/毫米。

打底焊道的高熔敷率
集成冷丝的稳定效果还能实现打底焊道的高生产率焊接。这项工艺在无需清除点焊或打底焊道的情况下
可将熔敷率提升至25公斤/小时以上。

图片5高熔敷打底焊道,30.2公斤/小时,热输入3.2千焦/毫米,钢板厚度25毫米,热输入3千焦/毫米

图片5高熔敷打底焊道,30.2公斤/小时,热输入3.2千焦/毫米,钢板厚度25毫米,热输入3千焦/毫米


在双电源焊接时,用户可利用单根的前丝将熔透情况改变坡口根部的几何形状。后面的集成冷丝工艺将
改变焊缝成形,并改变凝固前沿方向,实现以全新动态方式控制熔深形状。在双电源双丝方案中,这项工艺既可用于单焊道应用,也可用于厚板的第一层焊道。无论是使用高碱性还是低碱性焊剂,焊缝上表面均可形成具有优良脱渣性的凹形光滑表面。

图片6根部焊道的双电源双丝焊接:熔敷率25公斤/小时。焊剂:OK 10.72

图片6根部焊道的双电源双丝焊接:熔敷率25公斤/小时。焊剂:OK 10.72


减少焊剂用量
由于集成冷丝技术提升了焊接生产率,较少焊道就可完成焊接作业,因此焊剂消耗量显著降低。改善的
工艺稳定性也同样降低了焊剂消耗,每公斤熔敷焊丝所需的焊剂更少。
焊枪头采用这项技术的双电源双丝方案与单电源双丝方案相比,在热输入保持相同水平的情况下,焊剂
消耗大约减少20%。采用集成冷丝技术的双电源方案与单丝焊接相比,可节省焊剂消耗达45%。
在焊接速度提高时,焊剂消耗量也减少了。减少量根据具体应用不同有所差别。
另外,采用集成冷丝工艺的优异脱渣性与焊剂碱度无关,并且获得的焊缝上表面比传统埋弧焊平滑得多

图片7 OK 10.72熔渣

图片7 OK 10.72熔渣

图片8焊缝表面

图片8焊缝表面

平滑面控制
FLAT CAP CONTROL
焊缝的平滑盖面并不新奇。然而,采用集成冷丝工艺获得平滑盖面比采用传统焊接工艺容易得多。冷丝
并非活动参数,因此在焊接过程中无需改变工艺能量即可进行调整,满足焊接工艺规程的有效范围要求。
传统情况下,如果焊工在母材正下方进行填充,那么需要增加一层额外焊道。这一额外焊道由于存在填
充过度的风险,且无法满足盖面要求,因此可能需要进行打磨。
焊工可能会因此放慢焊接速度,这将导致热输入变高并且影响机械性能。
采用集成冷丝技术时,在焊接的同时对冷丝数量简单微调即可获得平滑盖面。

图片9平滑盖面控制,0.5毫米,加强高度

图片9平滑盖面控制,0.5毫米,加强高度


降低热输入,减少变形
集成冷丝工艺获得的熔敷率提升再结合其稳定的效果,可在热输入低于双丝或单丝焊接的情况下实现更
快的焊接速度。
当集成冷丝工艺设定为相同的生产率水平时,热输入将减少。冷丝实现了相同生产率水平下采用较低焊
接参数的生产能力。热输入的降低减少了变形,在焊接薄板以及高热输出敏感型母材时,这项优势尤其突出。
热输出较低的焊接具有更多优势。在焊接需要在焊道之间等待工件冷却至适当层间温度的物体时,由于
热输出的降低,冷却时间大大缩短,甚至完全消除。
节省能耗
集成冷丝技术利用埋弧焊工艺中的可用热量熔化更多焊丝。这就意味着对于相同作业而言,与采用传统
方法相比降低了能源消耗和能源成本。
与双丝焊相比,集成冷丝工艺的能源消耗和成本降低可达33%。与单丝焊接相比,在双电源方案(单DC+
集成冷丝AC)中采用集成冷丝技术可实现能耗降低50%。
标准焊丝与焊剂
集成冷丝技术所使用的焊丝和焊剂均为各行业及应用所使用的常规产品。集成冷丝技术对于焊丝和焊剂
组合没有特殊或特定的要求。

显著的综合效益
将采用集成冷丝的双电源方案(4毫米单丝+集成冷丝)与双4毫米焊丝的方案相比,综合效益显而易见:

  • 熔敷率增加150%
    平均熔敷率30公斤/小时
    焊接速度1000毫米/分钟
    焊剂消耗降低可达20%以上
    能耗减少50%
    盖面高度每降低1毫米,所耗用焊丝减少7%

图片10 采用双电源4mm直流DCEP

图片10 采用双电源4mm直流DCEP3*2,5mm集成冷丝AC焊接的40毫米S355NL;热输入3.3千焦/毫米


集成冷丝工艺的稳定效果提升了机械性能要求较高的窄接头焊接的生产率。采用集成冷丝技术的情况下
,能够实现以高生产率焊接坡口角度小到8度的窄接头焊缝,并且熔敷率可达30公斤/小时,同时保持热输入低于3千焦/毫米,且满足 -60°C低温要求。如今许多窄接头均使用单丝或双丝焊接方式。与4毫米单丝相比,采用集成冷丝的串联方案(4毫米单丝+ICETM),在焊接S355G8+M板材、22度坡口角度、热输入限值3.5千焦/毫米的情况下,集成冷丝工艺在填充焊道时显著提高了生产率:

熔敷率增加250%
熔敷率28公斤/小时
焊接速度850毫米/分钟
焊剂消耗量减少45%
能耗减少10%

集成冷丝技术是最具生产力的埋弧焊工艺解决方案,该技术源自单一的合作伙伴,令技术的引入更为方便,并且具备其他埋弧焊工艺无法企及的优势。

链接

凭借优质的性能以及对生产效率的巨大提升,伊萨ICETM(集成冷丝)工艺于2014年法国巴黎工业展期间荣获生产力类“创新奖”殊荣。

该奖项由制造商、学会代表和记者组成的技术专家组对每个类别的优胜者进行评选而出。伊萨从106名参与者中脱颖而出,成为生产力类别的四个提名品牌之一。

“创新奖”于2002年设立,旨在表彰和宣传利用创新理念改变行业,使其更具竞争力、生产力和高质量的企业。展会上展示的最具创新性的方案在环境、技术、生产力和人体工程学四个关键类别均得到认可。

作者:Hannes Raudsepp,理学硕士,国际焊接工程师(IWE),伊萨全球自动化SAW/FSW焊接应用经理

伊萨公司是全球最大的焊接与切割设备及材料制造的领军企业之一。从历史悠久的焊接与切割工艺到机械化切割和自动化的革命性技术,伊萨致力于为全球各地的用户提供包括焊接材料、焊接设备以及配件的解决方案。欲了解更多信息,请访问www.esab.com

责任编辑:罗传毅

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