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摘 要：硅钢片作为变压器铁芯中主要的原材料,常常因为不能满足铁芯在加工过程中的尺寸要求,被当做废品处理,这样往往就会造成资源的浪费.本文将从微束等离子弧焊接的工艺特点出发,介绍一种名为硅钢片微束等离子弧焊接的工艺技术研究,并对其进行实验论证.本文通过试验结果证明：焊接后的硅钢片还能继续使用,且对接焊缝表面平整度很好,不存在咬边,缺陷等现象,也能为企业节省材料,降低成本.
关 键 词：硅钢片微束等离子弧焊接工艺
等离子弧焊接是利用等离子弧作为热源的焊接方法.气体经过电弧加热而产生离解,在高速通过水冷喷嘴的过程中受到压缩,从而增加了能量密度和离解度,而形成了等离子弧.等离子弧焊接的稳定性和发热量以及温度都比一般的电弧高,因此具有很大的熔透力以及焊接速度.等离子弧形成的气体以及其周围的保护气体通常使用为氩气.但也可根据各种不同工件的材料性质,使用氦气或氩氦气以及氩氢气等混合气体.目前我国应用最广泛的高能束流焊接就是等离子弧焊接方法.由于其良好的电弧稳定性、高密度的能量,加上快速的焊接,尤其在进行电流较小的焊接时,电弧的工作十分稳定.
硅钢片英文名称是siliconsteelsheets,它是一种含碳量极低的硅铁软磁合金,硅含量一般为0.5～4.5%.硅钢片的磁性很好但质地脆弱,故常用于制作铁芯,而在铁芯的加工过程中,硅钢片常常会因为尺寸不满足要求而被作为废材处理,造成资源浪费.而硅钢片自身硅含量很高,而且具有薄、脆和焊接不易等特点,笔者本想打算使用激光进行焊接,无奈激光焊接的成本过高,且耗电量惊人,故此放弃了这一研究.目前,我国微束等离子弧焊接的技术含量在逐步提高,其用电成本也在不断降低,在现实生活中的应用也相当广泛,随后也渐渐地被大量运用到了硅钢片的焊接中.
由于变压器铁芯自身的特殊性,致使硅钢片在焊接时必须采用对接的连接方式进行连接,再对接焊接完成后要确保焊缝表面无凸起、无凹陷等现象,要保证面板无波浪性缺陷,要保持面板的平整光滑,因此,在焊接的时候,要根据焊接工艺要求进行严格的控制.下面本文就4种宽度一样但厚度不同的硅钢片分别进行试验,而从焊接试验的结果来看是可喜的.
一、焊前准备
(一)选用焊接设备
电源采用30A微束等离子弧焊接,因为焊接电流会受到微束等离子弧焊尺寸大小和钨极内缩的尺寸大小影响,而且在进行焊接的时候不能直接调节,因此,在进行焊接之前要根据实际的电流情况来确定试验焊的尺寸,在这个试验选取直径φ等于0.8mm的焊,选用直径φ等于1.2mm的钨极,钨极内缩量为2.0mm.
(二)准备焊接装置
焊接过程中,采用PLC对硅钢片进行自动焊接控制,装置的配置要求为：焊接速度为0-3m/min,可以采用无极调节,而对压板离焊缝的距离可进行调节,在此过程中,要必须确保硅钢片的水平对接.工件越薄的时候,压板的间距应越小,如果压板的间距太大,在焊接的时候就会造成工件变形甚至烧穿；与此同时,压板的间距于不能过小,间距过小的时候,会导致喷嘴不能靠近熔池,达不到氩气保护的效果.笔者多次试验之后发现,压板的间距在8-10mm之间的时候,焊接效果能达到最好.压板和夹具的材料必须是无磁性不锈钢,目的是要能有效避免焊接时,电流产生磁场从而导致电弧不稳定.垫板要使用纯铜材料,以便于散热,防治工件在焊接的时候产生变形.
(三)焊接样片的准备
准备焊接样片干块若干,200mm宽,厚度分别为0.19、0.24、0.28、0.36mm.干块要求平直,没有卷边和毛刺等缺陷,并清理好待焊位置的油污.
二、选择焊接工艺参数
焊接电流以及焊接速度热源大小与焊接电流电压有关,电流和电压越大,热源就越大,而焊接速度就越小.而在焊接过程中,当一定板厚的硅钢片在焊接速度不变时,焊接电流太大,会导致熔池过烧；而电流过小时,会出现背面没焊透的缺陷,从而达不到预期的效果.同理,在焊接电流确定的情况下,焊接速度太快,热源过小,也会发生未焊透的缺陷,达不到单面焊双面的效果；当速度太慢,热源过大,会致使熔池过烧乃至烧穿.由试验可知,硅钢片热输入在100-170J/cm的范围时,在一定的对焊速度下,存在一定焊接电流能够形成良好的等离子弧的穿透焊,随着焊接速度的加快,焊接电流也要随之增加.
离子气流量在焊接速度一定的情况下,等离子气流量越大,焊接所需的电流越小.而且等离子气流量的加大会使焊缝变窄,当等离子气流量过大时,焊缝金属将会被吹落,使焊接不能继续进行.
气体流量的保护根据相关资料的说明,当等离子焊接在一定条件下进行时,喷嘴的直径和保护气流量之间存在一个很好的匹配范围,也就是说,在一定直径的喷嘴条件下,保护气流量和气流挺度过小,对空气的排除能力越低,保护效果越差；而当保护气流量太大的时候,会容易引起紊流,而将外界的空气卷进,这样一来同样达不到保护的效果,而造成浪费.经过试验得知,焊接之时,气流量的选择在2-4L/min为宜.
(四)试验结果
经过多个样片的多次焊接试验之后,试验得到的样件经检查发现,样片焊缝表面光滑平整,无凹凸现象,且硅钢片的变形幅度很小,各项指标均能满足要求.
结束语：
微束等离子弧焊接工艺的应用研究能很好地解决硅钢片的材料浪费问题,而且焊接对接的问题也处理得很好,严格控制住了其焊接变形,令得到的焊缝表面光滑平整.硅钢片微束等离子弧焊接技术使得材料在得到充分利用的同时,也减少了资源浪费,为企业节约了很多材料费用.