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铍铜的钎接

当要求金属的接头强度而又耐高温时通常采取钎焊连接金属,铍铜的钎接是比较简单,成本不高更重要的是,铍铜固有的强化机理使其完成钎接后,不会有合金永久性有弱化,诸如锡磷青铜或者锌白铜等合金,是通过冷作硬化强化,在钎焊以后,产生永久性的软化。

钎焊是以其连接的过程而下的定义,在连接过程中,填料或钎料金属在425度以上熔化,通过毛细管作用填充到缝隙中,钎焊的温度介于锡焊和熔焊之间,对于铍铜合金,其典型的钎焊温度是在时效硬化温度以上,近似等于固溶退火温度。

铍铜冶金学
根据使用的要求,铍铜以两种合金级别来提供,高强度的(C17000,C17200C17300)和高导的(C17410,C17500,C17510)两种都是通过热处理强化。

首先,合金必须进行溶解退火,使铍溶解到固溶体内,其后参与时效硬化阶段,固溶退火始终是以快冷的方式冷却到室温,最常用的是水淬,但是薄截面的工件可以用强迫气冷,淬火之后, 工件是在退火或A状态。在这种条件下,工件是软的,易于成型,也具备较低的导电率。如果火淬后,合金予以冷加工则称之为硬态或H态,合金的固溶退火及淬火步骤通常由合金生产厂家完成。

第二步骤是时效硬化(常常称之为热处理或时效)工艺。此时,在低于固溶温度下合金的基体内,形成了硬的,显微的富铍质点。硬质点的数量的分布状态取决于时效的温度和时间,并由此造成合金的高强度。退火合金经时效硬化后,其强度及导电率提高,而延展性和成型性下降,其状态的表示方法为AT或HT.
钎焊过程中,如工件受热的温度在时效硬化温度之上,但又在退火温度之下,工件刚将过时效,而使强度开始下降,依据工件受热的温度和时间,由于过时效使其强度损失可能极明显—高达50%。

提高钎焊的温度,进入固溶退火的温度区间,使工件退火或软化,如果就从这一温度下,使工件快速冷却,则工件仍可以时效感化。倘若不能施行快冷,则工件在完成锡焊后,重新退火和时效。在这种情况下,必须十分小心。固溶退火的温度不得超过钎料金属的熔点。

钎焊前后有清洗
表面的清洗对于获得致密的钎焊接头是至关重要的。磨光的表面应当没有脏物,油脂污斑的氧化物。钎焊过程中使用焊剂提供了保护作用,但它代替不了恰当的表面制备,使用溶剂或者蒸发脱脂法对于解决有机物污染是有效的,但还需要用磨刷或酸洗来撤除工件的氧化皮.

元件应当在清洗后立即实行钎焊,否则在保护的条件下储存起来,当不可避免地要延长搁置的时间,则在工作必须镀上金,银或镍,镀层厚度至少为0.013mm。预先复上锡,软钎料或者锌,都不可能提供充分的保护时间,因为它们在低于钎焊的温度下熔化。

为防止钎锡后的腐蚀问题,必须用热水清除残渣,并且充分地刷干净,有些残渣需要用温热的和稀梳酸溶液清洗,应当小心使用,避免基体金属过度腐蚀。

钎料合金
填料金属的选择,除了考虑所用的铍铜合金及其零件的形状以外,还取决于诸如耐蚀性、强度、外观、导电率、流动性和价格等因素。黄金和铜基钎料合金,由于其高熔点,通常不宜采用。表2列出了建议用于铍铜的钎料合金。表面中的某些合金,在一定温度区间熔化,这公差严格的钎接,含有诸如锌或镉的挥发物的合金,不适宜用于真空钎接。

钎料合金的价格很在程度取决于其很的含量。铜-磷钎料合金,虽然其强度不及常用的高银合金,但它占据了成本低的优势,铍铜与钢钎接时其中的铍会扩散到钎料合金,导致与钢界面失去浸润性。为避免这一问题,应当使用诸如Bag-3的含镍的填料.

焊剂
对高强铍铜的自身钎接,或铍铜与其它铜合金的钎接,建议使用一碱性、硼氟酸类助焊剂,定名为AWS3A,它在315度开始熔化,并溶解氧化物,在590度时全熔,在620-870度,温度区间使用。当铍铜与铝青铜钎接时,建议使用含氯盐的助焊剂AWS4A,高温钎焊工艺,使用镍-银填充时,需要用硼改良的AWS5A焊剂,它在870度以上有效果。

钎焊步骤
对钎焊铍铜合金,根据其操作的温度分为两种常用的方法,低温操作建议用于连接尺寸近似相等的小零件、快速加热并且钎焊的温度下少于一分钟的时间内冷却下来,这是获得良好结合的关键。只在连接的面积上加热,随后用强迫气冷或水冷。如果小心操作,避免了过热,在未重新时效时,其硬度读数即在低的RB超始点。 高温钎焊用于大工件,或者尺寸不相近的工件,可以采用传统的加热方法,热源的选择取决于要求的加热速度,工件的形状、生产量、和成本核算,为加快加热速度经常先用火焰加热和感应加热。当然,对于导热率不同金属必须认真操作,以保证所有的接合表面均匀受热,工件从钎接温度下快速冷却,以使合金经时效硬化,达到最高的机械性能

对于高导铍铜合金的高温钎焊,要求填料金属在900—950度温度区间流动。对于AT或HT状态高导铍铜,采用熔点为620度的填料钎接时,其硬度RB下降10-15点,如延长钎焊时间,则下降更多。

对于高强铍铜的高温钎焊,钎料应在760度以上熔化,AWS Bag—8符合这一要求,组织装件应当加热到790度,以保证填料可以流动。在水淬前夕,被焊的组件装件应当冷却到730-745度,随后在315时效硬化。

对于高导铍铜合金的高温钎焊,要求填料金属在900—950度温度区间流动。对于AT或HT状态高导铍铜,采用熔点为620度的填料钎接时,其硬度RB下降10-15点,如延长钎焊时间,则下降更多。

炉内钎焊效果更好,在工件装炉之前,炉妇先到温,使用还原性气氛,例如分解氨,减少了氧化,但是仍需使用焊剂,以保证填料金属充分浸润。

电阻钎焊利用了铍铜高导电拉萨市优点,把热时集中到接合处的低导电填充金属,这一技术广泛用于贵金属触点与铍铜簧片的钎接,简单的形状产生均匀的电流密度,而均匀的温度是良好的结合所必须的。

感应加热钎焊时,必须精心设计线圈,保证所有接合的表面感应均匀的温度。注意,高导合金在较低的速度下加热。

钎焊的清洁工作应当在排风良好的环境下进行,妨止工人暴露在有粉尘粒子的空间。铍铜钎焊接合的设计与其它铜合金没有区别,普通的观念占优势,包含在少数的几条常规中。恰当的接合间隙始终在二者之间折衷,一是要允许焊剂流走,二是要保证填充金属的毛细吸入,间隙必须是均匀的,最好是0.04-0.08mm之间,由于钎料金属填充之,可能的话,通过工件的轻微滑动或者振动,帮助填料的流动,为保证在钎焊的温度下有恰当的间隙,应当计算间隙遥尺寸随温度的变化。

连接热膨胀系数不同的金属时,应考虑其热应变,在钎接区间,铍铜膨胀系数为18.0×10-6/摄氏度,大约与其它铜合金和填料金属相同,把铍铜连接到钢板上时,需要用延展性的填料,以调节热应变。

表1.铍铜合金的性能

合金UNSBrush%Be时效温差固溶温差熔化温差种类牌号合金高强C170001651.60-1.80290-370760-800890铍铜C1720025.1901.80-2.00290-370760-800870C17300M251.80-2.00290-370760-800870高导C174101740.20-0.50455-510900-9801025铍铜C17500100.40-0.70455-510900-9501000C1751030.20-0.60455-510900-9551000

表2.铍铜钎焊建议使用的合金填料和焊剂

AWS

牌号

成分

(%)

熔点

(C)

钎焊温度

(C)

导电率

%IACS

焊剂备注B Ag-1

Ag45,Cd24,

Zn16,Cu15

607-620620-76028

AWS3A

AWS4

用于铝青铜

用于高强或高导Be-Cu的低温钎接,短时间加热,加速冷却

B Ag-8Ag77 Cu23780780-84077AWS3A高强Be-Cu的钎焊的固溶退火的结合。保温时间尽可能短,否则由于Cu溶进共晶体而降低流动性B Ag-3

Ag50,Cd16,Zn16,

Cu15,Ni3

630-690690-81018AWS3A用于钎接Be-Cu和钢,趋于液化,在其溶点区间加速加热,炉内钎焊时填料予先置人RBcu-Zn-17

Cu48

Zn42

Ni10

910-915940-9805AWS-5高导Be-Cu的钎焊和固溶退火的结合,依其使用脱氧剂,熔点略有变化B Cu P-2Cu93.P7710-790730-8404

AWS3B

或4

用于高强和高导Be-Cu与其铜合金(不含Ni或Fe)的钎接,可能有接头气孔问题B Au-4Au82.Ni18950950-9806无成本高用于高温真空钎焊,无需焊剂

钛合金活性焊剂焊接技术

钛合金材料以其优良的机械性能、耐腐蚀性能以及密度小等优点越来越广泛地应用于航空、航天、石油、化工及舰船等行业。钨极氩弧焊是上述各行业中大量应用的钛合金焊接结构最常使用的焊接方法之一。该方法具有工艺裕度大、工艺适应性强、焊缝质量优良等特点,但也存在电弧能量密度较低、穿透能力较差、焊接时的热输入较大、对材料的热损伤大、焊接应力变形较大等不足;特别是在钛合金焊接时,易产生气孔等缺陷,直接影响焊接构件的使用性能。

  目前,新型飞机的研制对钛合金焊接结构件的要求越来越高,急需开发新型、优质、高效的焊接方法,以满足先进航空发动机、飞机的高效率、高性能及高可靠性的结构设计对先进制造技术长寿命、低成本的要求。活性焊剂钨极氩弧焊(A-TIG)技术就是适应这一要求而发展起来的。该技术不仅能解决上述常规TIG焊接存在的技术不足,而且在相同的工艺条件下,能提高构件的焊接质量和使用寿命[1-3],为钨极氩弧焊技术开拓新的应用前景。

  钛合金A-TIG焊接技及特点

  A-TIG焊接技术是焊接前在待焊接工件上表面涂一层活性焊剂,然后沿焊剂层进行TIG焊的工艺方法。与常规TIG焊接工艺相比,钛合金A-TIG焊接电弧的穿透能力显著增强,热输入量、焊接变形及应力减小。在焊接相同规格的产品构件时,在相同的焊接电流条件下,可以实现不开坡口单道焊接或使堆焊层数明显减少,从而提高焊接生产率和产品质量,成倍降低成本。

  另外,活性焊剂能够大大减少氩弧焊过程中产生的焊缝气孔缺陷,从而直接改善焊接接头及焊接结构的疲劳性能。试验表明,TC4钛合金A-TIG焊对接接头的疲劳极限比常规TIG焊提高16%,可达到母材的90%。目前钛合金活性焊剂氩弧焊技术已经发展成为一种为保证武器装备提高质量、提高加工效率和降低成本的新型先进连接制造技术。

  钛合金A-TIG焊接技术的基本原理

  薄膜的存在限制了电弧的导通截面,从而使电弧收缩;其次,由于焊接前钛合金材料表面覆盖活性焊剂层,在电弧导通过程中,只有电弧热先将活性焊剂和钛金属熔融,并实现液态钛把焊剂薄膜的成功挤走,才能实现电弧的成功导通和稳定燃烧。由于熔融的活性焊剂与液态钛之间有较好的浸润性,因此,焊剂薄膜又不容易被挤走。其被挤走的越少,焊缝也就越窄,电弧的热流量也就越集中,熔透的深度越深;第三,A-TIG焊接时,活性焊剂分子蒸汽进入电弧气氛,增加了弧柱中等离子的导热性,从而使电弧收缩;第四,电弧热使活性焊剂分解电离并进入到电弧外围空间,焊剂离子捕获电弧外围电子形成负离子,降低了弧柱外围空间的电压,从而使电弧收缩。正是由于上述几个方面的协同作用,使A-TIG焊接过程中焊接电弧发生明显收缩,弧柱电流密度增加,致使焊接熔深增加。

  国外技术发展现状

  活性焊剂最先是由乌克兰巴顿焊接研究所于60年代研制出来的。其最初的研制目的是为了通过在焊缝区添加卤化物以改善钛合金TIG焊时焊缝中的气孔问题。试验结果表明,添加的卤化物在抑制钛合金焊缝气孔的同时,还影响了焊缝的成形:在其他条件等同的情况下,焊缝熔深(h)增加,熔宽(b)减小,焊缝形状系数(ψ=b/h)也相应减小。此外,焊接时热输入(q/V)也相应降低。鉴于添加卤化物所带来的一系列积极效果,巴顿所于1964年开发了第一种多元活性焊剂产品——AHT-9A,用于钛合金焊接。目前,其A-TIG焊工艺已通过试验确认,并用于俄罗斯航空、航天、化工、压力容器、电力设备、核电设施等领域。美国在氩弧焊用活性焊剂的研究方面比乌克兰相对落后。但目前美国已利用开发出的不锈钢与碳钢氩弧焊用活性焊剂进行双体船壳体、油轮、核反应容器、压力容器等的建造;海军方面正使用该焊剂焊接舰船及潜艇用管道系统和某些零部件。

用四点弯曲试验确定焊接接头的薄弱区

钱维平 李刚 马建坡

摘 要  通过全厚度的四点弯曲试验确定了14MnNbq钢焊接接头的薄弱区,该方法简单直观,其结果得到了冲击试验的验证。
关键词  弯曲试验 焊接接头 桥梁钢
分类号:TG407  文献标识码:A
文章编号:1003-1545(2000)02-0023-03

Determination of the Weakness Zone of Welding Joint by doing Four-Point Bend Testing

Qian Weiping Li Gang Ma Jianpo
(Luoyang Ship Material Research Institute,Luoyang 471039,China)

Abstract  The weakness zone of welding joint of 14MnNbq steel is determined by doing four-points bend testing with full thickness samples. The results of the testing which is simple and visual are further verified by Charpy impact test.
Keywords  Bending test Welding joint Bridge steel

  
  焊接接头区域涉及到焊缝、热影响区及熔合线,其组织结构复杂,具有组织和性能的不均匀性。焊接接头3区的力学性能和断裂行为各不相同,在进行断裂或疲劳试验时,缺口位置不同的焊接接头必然得到不同的结果。而在防断分析或寿命估算时,通常选取焊接接头的最薄弱区作为分析对象。在本文中,通过四点弯曲试验确定了14MnNbq钢焊接接头的最薄弱区,该方法简单直观,并且还能进行全厚度试验。

1 试验材料及试样的制备

  考虑到14MnNbq钢的厚度范围为16~50mm,我们选用了16mm和44mm两种规格的钢板, 并按该钢种的焊接工艺进行了施焊。
  四点弯曲试样的外形尺寸见图1。对每个试样采用线切割的加工工艺,加工出两条平行缺口(缺口的宽度≤0.15mm)。16mm和44mm试样的缺口深度分别为12mm和22mm,缺口部位分别设在焊缝(位置定在焊缝中心线处,以符号A表示)、熔合线(距焊缝中心线最近的熔合线处,以符号B表示)以及热影响区(距焊缝中心最近和最远的熔合线之间的1/2处,以符号C表示)。这样,试样的缺口共有3种位置的组合方式,即A-B、A-C、B-C。试样的缺口部位见图2。

图1 四点弯曲试样外形尺寸

图2 四点弯曲试样缺口部位示意图

2 试验方法及试验结果

  试验在普通的材料试验机上进行,试样的加载情况如图3所示。

图3 四点弯曲试样加载示意图

  由于试样在上图所示的120mm的范围内受到相同的纯弯曲加载,可以认为两条等长的线切割缺口处于相同裂纹驱动力条件下。本试验是以缺口开裂为判据的,若某部位的缺口先开裂,则意味着它所在的区域比别的区域薄弱。考虑到试验结果是一个随机量,既具有规律性,又具有波动性,所以我们采用如下的判定方法确定薄弱区:选取两个试验温度,分别为-40℃和-20℃,在每个试验温度下,对不同的缺口组合(A-B、A-C、B-C)各进行5个试样的试验,记录每个试样的开裂部位。然后,累计各区在不同的试验温度下的断裂试样数量N,N值越大,则表明该区越薄弱,由此确定最薄弱区。表1给出了两个温度下各缺口部位的断裂次数NA、NB和NC。

表1 四点弯曲试验各区的断裂次数

温度/℃NA:NB:NC

16mm

44mm-408:5:28:5:2-206:6:35:6:4

  由表1可以看出,16mm试样在-40℃时,焊缝处(A处)的断裂次数最多,其薄弱程度很明显,-20℃时A和B处的断裂次数相同,表明其薄弱程度相当。对于44mm试样,-40℃时A处的断裂几率也同样高于B、C两处的,-20℃时3个位置的断裂几率则趋于一致。
  温度降低时,A处的薄弱趋势更明显,考虑到后续的其他断裂试验的温度大多是在-30℃~ -90℃之间,因此我们把A处(即焊缝处)定为焊接接头的薄弱区。
  这个结果在14MnNbq钢的冲击试验中得到了证实。表2给出了各种厚度规格的焊接接头试样在-20℃和-40℃时的冲击吸收功。由表2可知,以-20℃和-40℃的冲击吸收功为参考值,焊接接头3个区(焊缝、熔合线和热影响区)韧性最低区的个数之比分别为4:4:2和6:2:2。可见,接头3个区的韧性最低区也是焊缝。

表2 14MnNbq钢焊接接头的韧性最低区1)

编号厚度/mm温度/℃Ak/J韧性最低区焊缝熔合线热影响区11~1316-20
-4040
2583
3768
38焊缝
焊缝21~2316-20
-4054
2964
3387
74焊缝
焊缝31~3324-20
-4094
4572
4782
57熔合线
焊缝41~4324-20
-40106
37148
102194
91焊缝
焊缝51~5332-20
-40129
7477
62148
35熔合线
热影响区61~6332-20
-4065
51115
24126
65焊缝
熔合线71~7344-20
-40104
67128
5357
35热影响区
热影响区81~8344-20
-40110
8791
94115
124熔合线
焊缝91~9350-20
-40120
83144
62115
107热影响区
熔合线101~10350-20
-40120
92103
100155
100熔合线
焊缝
     注:1)每个编号有6个试样,分-20℃和-40℃两组,每组3个样。每个数据均为9个样的平均值。
3 结论

  (1)用四点弯曲试验确定焊接接头薄弱区的方法简单直观,且可以用板材全厚度试样进行试验,更贴近工程实际。
  (2)从总体情况看,14MnNbq钢焊缝是接头区域的最薄弱区,且薄板的这个特征比厚板的更加明显,建议在进行其他断裂试验时,对于30mm以下的板材,将缺口定在焊缝上。厚板的情况有待进一步考察。

钱维平(洛阳船舶材料研究所 洛阳 471039)
李刚(洛阳船舶材料研究所 洛阳 471039)
马建坡(洛阳船舶材料研究所 洛阳 471039)

手工碳弧焊接大型紫铜工件技术


1997年舞阳钢铁公司进口设备上的结晶器损坏了,结晶器是冶炼钢炉上的必需零件。该工件长800mm.宽400mm,高200mm,呈长方形,重达600Kg左右,质量要求铸造以后,还得经过锻造成型。经其较低致密的金属组织来保证在单位面积上通过高密度.大电流的技术要求。该结晶器应用的环境条件都都比较恶劣,运行时高温状态下,需用循环水进行冷却。为了节省外汇,使结晶器配件国产化,该公司决定自已制造生产。在克服了需在该工件的体积内顺长方向加5条直径30毫米的水道,横向加工两条同径的水道的困难以后,又遇到了7条水道的确良14个端部密封焊接的难题。因为该工件是纯紫铜的材质,其导热系数高出黑色金属的8至10倍,抟热速度太快,工件的体积太大,焊接时温度场非常不容易建立,使密封水道端头的焊接非常屈难,经过多次采用不同焊接工艺的试验,焊后对结晶器‘做水压试验,均有不同程度的泄漏,后经采用碳棒焊接成功地焊接了3台结晶器。

具体的工艺措施如下:将工件水道端部加工坡口,把圆孔的周边用铣订加工成单边V型坡口,角度60左右,坡口深8至10毫米。14个圆堵头的材质要求与工件相同,厚度30毫米,坡口若悬河形状尺寸与工件相同,要求圆堵的机加工精度与水道是紧密配合。工件的预热温度700℃焊接电源采用直流正板性,以提高工件的温度。先用直径6毫米的碳棒,焊接电流250A。焊钳采用自制的水冷式焊钳。焊接材料选用,焊丝直径3毫米。

因为该工件的体积较大,散热速度快,在施焊过程中,要注意保温。我们虽然采取了保温箱的措施,但仍控制不了热量的不断散失。所以,在焊接时我们采用两把大号焊炬同时对工件加热,以弥补散失的热量。同盟时在操作过程中还要注意热辐射的灼伤和工件翻身,起吊时的安全问题。

施焊时,第一层打底层,不加焊丝,直接将母材和堵头熔化。第二层施焊再加焊丝。紫铜高温下氧化速度非常快。要求施焊的动作速度要快,层间的间隔时间越短越好,层间要用钢丝刷或钢丝砂轮清除焊缝的氧化皮。焊接时紫铜极易产生气孔,操作时应注意观察熔池流动的情况和形状,熔池应一真都在弧焰的保护下,避免外来空气的侵入。若不慎产生气孔,应产即回焊,回焊的速度,应是在熔池淌未凝固之前完成。焊后产即用手锤轻击焊缝,使其组织致密,随后保温缓冷。

结晶器的焊接成功,不仅给国家节约了大量的外汇,结束了进口设备的零配件——结晶器必须依靠进口的历史,还为舞钢公司引进洋设备、吸收、消化、改进国产化的道路,提供了有力的技术保障。


弧焊机器人本体探究

弧焊机器人在汽车制造业中发挥着越来越重要的作用,而其本体又是其重要的组成部分,对机器人的性能有着极其重要的影响。

  弧焊机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程的机电一体化自动化生产设备,在汽车制造业高质高效的焊接生产中发挥了极其重要的作用。弧焊机器人本体是影响弧焊机器人性能的关键部分之一,随着弧焊机器人在汽车制造业的广泛应用,掌握弧焊机器人的机械结构和工作原理,可为以后的应用研发和二次开发做好铺垫。

  现场应用

  奇瑞公司车型种类多、品种复杂,在以往手工生产线上,如果需要混线生产同一型号不同种类的车型,人工焊接速度因工件、工具的差别而大大降低,生产的汽车产品质量也随之呈现出不稳定性。因此,奇瑞公司采用弧焊机器人代替人工操作,稳定和提高了焊接质量,改善了工人的劳动条件,提高劳动生产率,明确了产品周期。

  下面以底盘弧焊机器人系统为例,来介绍机器人的应用。

  该系统由弧焊焊机器人、回转夹具及PLC 集中控制系统等组成。

  弧焊机器人负责焊接工作,由配套的控制系统进行焊接控制;回转夹具作为机器人的外围设备,通过工位变换(工作台的工位为0°、180° 、360°)传递加工工件,采用人工上下料;PLC作为上位机协调控制回转夹具并与机器人控制系统进行实时信息互换,控制整个弧焊系统的正常工作。

  采用弧焊机器人后,只需预先编制好适应不同车型生产所需的若干套不同的运动与焊接程序,机器人将根据工作指令,自动调用相应的工作程序与不同车体焊接所需的工具,即能自动适应车型的复杂变化。弧焊机器人的广泛应用,为奇瑞公司的汽车制造实现柔性自动化生产带来了前所未有的生机。

  目前,很多汽车制造企业都采用了弧焊机器人进行自动化生产,但是,弧焊机器人的采购费用很高,并且一些现场应用效果不是很好。在弧焊机器人施焊的过程中,如果焊接条件基本稳定,则机器人能够保证焊接质量。但是,由于各种因素的影响,实际的焊接条件经常发生变化。

  由于强烈的弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等影响会使焊枪偏离焊缝,从而造成焊接质量下降甚至失败。

  在工艺设计中,对设备选型没有深入研究,以为机器人是“万能”的。选择的焊件、焊缝分布复杂,机器人难以适应。一个焊件,几十道甚至百道焊道,即使机器人具有起始点寻找和跟踪功能,由于待焊焊道的偏差,机器人在完成焊接20%~30%,多者40%~50%焊接以后,夹持的焊枪就可能偏离焊道了。

  本体分析

  企业的竞争一方面要装备机器人,提高产品质量;另一方面要减少设备投资,降低产品成本。另外,从技术方面考虑,购置机器人不能脱离应用现场,一旦达不到现场应用要求,就会导致机器人应用失败。因此只有加强人才培养,进一步了解机器人本身,才可以正确选型,合理应用。 MOTOMAN弧焊机器人是极具代表性的一款机器人,其中MOTOMAN-YR-K6型弧焊机器人末端负载为15kg,具有6个自由度,其机械本体主要由机座(1轴)、手臂(2、3轴)、手腕(4、5、6轴)组成,由驱动系统通过传动机构带动,实现机器人末端执行器在空间中所要求的位置和姿态。

  1.机座和手臂

  机器人的手臂由动力关节和连接杆件构成,用以支撑和调整手腕和末端执行器的位置。手臂部件一般具有2~3个自由度,包括驱动装置、传动机构、支撑连接件等。机器人手臂安装在机座上,由机座实现手臂的整体回转或升降。

MOTOMAN-YR-K6型机器人机座部分根据整个机器人本体所受全部重量和工作载荷,采用了回转机座的结构,实现了机器人本体的整体回转,作为一种特殊的手臂,采用高强度材料,保证了足够的刚度、强度和承载能力。 而手臂部分根据其自由度数、运动形式、承受的载荷和运动精度要求,将小臂驱动电机和减速机安装在大臂上,通过平行四连杆机构将运动和动力传递到小臂上。这种设计的优点是将小臂驱动安装在大臂下端,减轻了小臂重量,也就减轻了大臂负载重量,机器人的运动灵活性同时也得到提高,但是这种结构限制了机器人的工作范围。目前,主流的机器人本体已经采用开链结构,从而大大提高了机器人在空间运动的灵活性。该机器人机座、手臂部分通过加装缓冲和限位装置提高了定位精度,通过可靠的连接,保证了运动精确性和运动刚度,减少了机座与手臂间的运动误差(如图1)。


图1 弧焊机器人
1—回转机座;2、3—交流伺服电机;4—大臂;5—连杆;6—小臂

工作原理:一般交流伺服电机都串接减速器,制动器及编码器,以增大扭矩、提高位姿精度及控制性能。图1中,回转机座1内的伺服电机驱动整个机座进行回转运动,使各手臂随机座回转,伺服电机3驱动大臂4进行前后摆动,伺服电机2直接驱动连杆5,根据四杆原理间接驱动小臂6进行俯仰运动。

2.手腕

机器人的手腕是连接手臂和末端执行器的部件,其主要功能是当手臂和机座实现了末端执行器在作业空间的三个位置坐标后,再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态坐标,即实现三个旋转自由度。通过机械接口,联接并支撑末端执行器。

MOTOMAN-YR-K6型机器人手腕回转轴部分根据整个手腕所受载荷和结构的特点,采用了空心薄壁矩形框体的结构,提高了抗弯刚度和抗扭刚度,减轻了自身的重量。而摆动轴部分根据手腕处的负载和动作灵活性,采用分离传动,将伺服电机安置在手腕回转轴空心结构的内部,减少了自身的重量和体积。整个手腕部分选用高强度、轻质合金材料,提高了传动刚度,减小了转动惯量。由于整个手腕部分结构紧凑,减少了因间隙引起的运动误差,提高了手腕动作的精确性(如图2)。


图2 具有三个旋转自由度(4,5,6轴)的手腕结构
1、3、4—伺服电机;2、5—传动带;
6、7—谐波减速器;8—手腕壳体;9、13—回转轴;10—带轮;11—摆动轴;12—圆锥齿轮

工作原理:伺服电机1通过装在手腕壳体8上的减速器2,带动回转轴9进行回转运动(4轴运动);伺服电机3、4实现手腕回转,伺服电机4通过带轮,传动带5及减速器6,带动摆动轴11进行往复摆动,实现手腕摆动(5轴运动);伺服电机3通过带轮10,传动带,圆锥齿轮12,减速器7,带动回转13进行回转运动,实现手腕扭转(6轴运动)。

通过对MOTOMAN-YR-K6型机器人本体的分析,了解到其在本体设计及选型应用时遵循以下几个原则:

(1)最小运动惯量原则:由于机器人本体运动部件较多,运动状态经常改变,必然产生冲击和振动。采用最小运动惯量原则,尽量减小运动部件的质量,可增加本体运动平稳性,提高本体动力学特性。

(2)尺寸优化原则:当设计要求满足一定工作空间要求时,通过尺寸优化以选定最小的臂杆尺寸,这将有利于本体刚度的提高,使运动惯量进一步降低。

(3)高强度材料选用原则:由于机器人本体从手腕、小臂、大臂到机座是依次作为负载起作用的,选用高强度材料以减轻零部件的质量,减少运转的动载荷与冲击,减小驱动装置的负载,提高运动部件的响应速度是十分必要的。

(4)刚度设计的原则:要使刚度最大,必须恰当地选择杆件截面形状和尺寸,提高支承刚度和接触刚度,合理地安排作用在臂杆上的力和力矩,尽量减少杆件的弯曲变形。

(5)可靠性原则:机器人本体因机构复杂、环节较多,可靠性问题显得尤为重要。一般来说,元器件的可靠性应高于部件的可靠性,而部件的可靠性应高于整机的可靠性。

(6)工艺性原则:机器人本体是一种高精度、高集成度的自动机械系统,良好的加工和装配工艺性是设计时要体现的重要原则之一。

弧焊机器人在国内和国外的应用场合较多,在奇瑞汽车有限公司也应用广泛,像车身焊装,底盘焊装等均用到弧焊机器人。通过对MOTOMAN-YR-K6型机器人本体的分析,深入了解机器人的机械结构和工作原理,为以后的应用研发和二次开发做好铺垫,并为掌握机器人技术提供帮助。

逆变直流电阻点焊机的技术优势

一、与工频交流点焊机比较

1、 焊接质量

工频交流焊机的调节周期较长,对50Hz的电网,焊接时间调节分辨率为20ms。逆变直流点焊机时间调节分辨率可达0.25ms(4kHz逆变频率),控制精度高。逆变焊机的反馈控制的响应速度明显加快,输出稳定性好。

工频交流焊机由于电流过零的影响,热效率低,用晶闸管调节电流,当电流百分比偏小时,过零时间长,影响更大;逆变直流点焊机输出电流为脉动直流,在回路电感的作用下为连续直流输出,热效率高,焊接热输入稳定。

2、 焊接速度

工频交流焊机由于电流过零的影响,加热时间相对较长。逆变电阻点焊机为直流输出,加热集中,焊接时间缩短。

3、 节能效果

工频交流点焊机工作在50Hz,变压器损耗大,焊机功率因素低,回路损耗大。逆变焊机变压器工作在较高的频率(1-4kHz),损耗很小,直流输出改善功率因素,节能效果明显。

4、 设备体积与重量

工频交流焊机的变压器铁心较大,同样功率条件下设备较笨重。逆变直流电阻点焊机变压器大大减小,设备较轻巧。

二、 与电容贮能点焊机比较

1、 焊接质量

电容贮能焊机将电容中储存的能量一次性释放给焊接回路,输出能量调节靠控制电容的充电能量完成,通常有调节充电电压和电容容量两种方法,输出电流为脉冲电流,时间不能通过电子控制来调节。逆变直流焊机为较平稳的直流,电流通过逆变脉宽调节,时间通过逆变周期数调节,焊接能量可由电流和时间精确控制。

2、 焊接速度

电容贮能焊机需要合理的电容充电过程(否则电容易损坏),降低了生产速度。逆变电阻点焊机没有这一过程,焊接速度高。

3、 节能效果

电容贮能焊机的变压器实际工作在更低的频率,为防止饱和,变压器铁心更大,损耗加大;电容充电回路也增加损耗。逆变焊机变压器工作在较高的频率(1-4kHz),损耗很小,直流输出改善功率因素,节能效果明显。

4、 设备体积与重量

电容贮能焊机的变压器铁心大,储能电容也占据相当的空间,设备笨重。逆变直流电阻点焊机变压器小、没有庞大的电容器组,设备较轻巧。

三、 与次级整流点焊机比较

1、 焊接质量

次级整流焊机也是直流输出,工艺性方面有直流的优势;从控制的角度,它仍然是基于工频频率的控制,时间调节分辨率仍为20ms,当焊机为三相输入时,反馈控制响应速度可以比单相工频交流稍高,但仍有限。相比较,逆变直流焊机的控制精确性有明显的优势,焊接质量更稳定。

2、 焊接速度

两种焊机焊接速度相当,但次级整流焊机时间参数调节分辨率较低。

3、 节能效果

次级整流焊机变压器与工频交流相当,变压器损耗也相同。逆变直流焊机变压器损耗小得多,节能效果相对较明显。

4、 设备体积与重量

次级整流焊机变压器与工频交流相当,次级整流使设备有所加重,相同功率的逆变直流焊机轻得多。

四、 与中频交流点焊机比较

1、 焊接质量

中频交流点焊机是将工频(50Hz)交流变换为中频(数百Hz)交流输出,时间分辨率比工频提高,控制精度提高,但由于输出回路电感的影响,频率受到限制;逆变直流点焊机的逆变频率较高,控制精度更高。中频交流点焊机输出电流受次级输出回路变化影响大,逆变直流电阻点焊机不受影响。中频交流点焊机热效率较低,逆变直流电阻点焊机热效率高。中频交流点焊机输出功率较小(受频率限制),逆变直流点焊机输出功率可以很大。综合比较,逆变直流焊机的控制精确性和焊接工艺性仍然有优势,焊接质量更好。

2、 焊接速度

两种焊机焊接速度接近,但由于热效率的不同,逆变直流电阻点焊机要快些。在焊接电流要求较大的场合,首推逆变直流电阻点焊机。

3、 节能效果

中频交流点焊机变压器损耗较工频交流点焊机大大降低,接近逆变直流,没有次级整流损耗,但回路电感的无功损耗很大,不适合于回路大的场合。

4、 设备体积与重量

中频交流点焊机的体积与重量比逆变直流电阻点焊机小,成本较低。

世界著名焊接设备制造商CEO的圆桌会议

供稿:上海市焊接学会 丁福保 翻译:江亚筠 校对:冯大成

1 世界焊接市场的展望

2010年日本国际焊接展(JIWS)的第一天(即2010年4月21日),部分世界顶尖级焊接设备制造商的CEO们, 应邀在日本东京港区(Minato-ku)的东京日航大酒店(Hotel Nikko)参加了圆桌晚餐会议。

来自海外的与会者有:林肯电气(Lincoln)股份有限公司董事长兼总裁约翰·斯特洛比(John Stropki),伊萨(ESAB)集团股份有限公司(北美)总裁安德鲁·马斯特曼(Andrew Masterman)和Weldaid 股份有限公司总裁史蒂芬·史密斯(Steven Smith)。

日本境内的与会者有:神户制钢(Kobe)有限公司常务董事长兼神钢焊接公司总裁粕谷刚(Tsuyoshi Ka-suya);大阪变压器(Daihen)集团高级执行副总裁,董事会成员,兼大阪变压器集团下属“焊接设备公司”总裁清原裕二(Yuji Kiyohara);以及松下焊接系统(Panasonic)有限公司主席马赛晃一郎(Koichiro Masai)。

此次会议旨在就当前全球焊接市场形势,以及焊接技术未来发展的方向,进行磋商交流。会议由Sanpo出版有限公司总裁晃巴巴(Akira Baba)主持。

巴巴先生:欢迎大家到东京来参加日本国际焊接展(JIWS),感谢你们出席此次会议。作为世界顶尖级焊接产品生产商的代表,欢迎大家各抒己见。

首先,让我们来谈谈各国主要商业中心和世界各地区的市场环境。有请粕谷刚先生发言。

粕谷先生:我想谈谈主要市场由神户制钢所控制的,日本以及其它东盟国家(ASEAN)的焊接材料市场的需求趋势。

2008年初,日本焊接材料年需求量高达350,000吨,但第2年下降了30%, 仅为250,000吨。这主要是钢结构需求急剧下降和日本经济不景气所致。

我担心,如果日本市场经济继续衰退,加上造船业务继续下跌,那么焊接材料的需求可能不会超越2008年70%的水平。

但另一方面,神户制钢也在泰国和新加坡生产销售焊材,泰国和新加坡似乎已经从“雷曼(Lehman)冲击”中迅速恢复,并达到危机前的水平。目前印度尼西亚的经济特别活跃,得益于印尼人对两轮和四轮交通工具的需求,故经济有望逐年稳步增长。

斯特洛比先生:2009年焊接行业处境十分艰难。多亏了中国,2009年下半年境况才有所改善。但我想说的是,与焊接相关行业的总产出会下降30%。即使2010年下半年有所好转,但我认为,行业销量仍会下降约20%。

下周,林肯将公布第一季度的结果,从第一季度数据中能看出中国大部分行业业绩上升,焊材销量骤增。中国政府正在采取措施,刺激基础设施的发展,我们行业也因此受益。总之,我对2010年持乐观态度,当然我希望永远不要再经历一次2009年!

日前,ITW公布了第一季度的数据, 该数据表明他们焊接部门销售额逐年下降2%。令我惊讶的是,北美销售额略高于其他国家,而中国的销售额却相当低。

目前,中国的船舶行业还未恢复, 因此任何主要面向造船行业的公司都会受到明显的不利影响。

我认为,任何情况下,重工业或汽车市场要恢复到2007年的水平,都需要一年左右的时间。当然,印度尼西亚、巴西和中国等国家除外。

巴巴先生:对于刚才所谈的两个话题,有没有疑问或要补充的?我想大家都有过类似的经历。

马塞先生:首先,对于ITW在北美市场取得如此好的结果,我感到很惊喜。

斯特洛比先生:虽然没有预期的那么多,但仍比其它地区好。

马塞先生:如果总的销售额下降2%,而在中国的销售业绩较低的话, 那么北美的销量必定上升。

摘自《现代焊接》杂志2011年第5期

现代尾浦造船承造7艘货船

现代尾浦造船26日公布,向中东船主公司承接3023亿韩元规模的7艘散货船。以美元标准换算,船价共为2亿9200万美元,每艘4200万美元,从船价推测船舶大小约为3万4千~3万7千dwt级,而交付期为2012年是5月。该船型的市场中,船价目前为3千8百~4千万美元。现代尾浦造船此次承接的船舶中有相当部分将在越南的现代Vinashin造船厂建造,此次承接船价有望刷新历史最高价

俄罗斯莫斯科五金展

会展名称: 2008俄罗斯莫斯科五金展

会展类别: 展会

所在省市: AF.莫斯科Crocus展览中心.莫斯科Crocus展览中心

详细地址: 莫斯科Crocus展览中心

布展时间: ~

展出时间: 2008-09-30~2008-10-03

撤展时间: ~

展会周期: 0

展馆名称: 莫斯科Crocus展览中心

涉及行业: 商务服务|

主办单位: 励展公司

展会简介: 2008俄罗斯莫斯科五金展(袁丽)INTERTOOL

2008年俄罗斯国际五金工具展览会

INTERTOOL MOSCOW 2008

一、展览会时间:2008年9月30日-10月3日

二、展览会地点:俄罗斯 莫斯科Crocus展览中心

三、展览会频次:一年一次

四、展会规模:

展出面积:16,300平方米 参展商:来自21个国家共533家公司

五、展会简介:

该展览会创始于1998年,由励展公司创建,每年举办一届,是俄罗斯最大的专业五金工具展,也是欧洲最具影响力的五金博览会之一。为了更大的提高展会水平,2008年励展公司收回主办权,并对该展会进行多项改进。展会日期调整为更适合俄罗斯商业季节,符合国际展会日程的时间;展会地点移至莫斯科最现代、设施最先进的Crocus展览中心举行;励展公司将与俄罗斯最强大的展会公司ITE强强联合,以发挥最大的协作优势。此外,为了吸引更多优质观众,展会将转变为展览与研讨会并重,与包括中国展商在内的国际展商的合作将得到根本改进。励展公司将花费40多万美元投资展会营销,致力于在2008年的InterTool上展示最佳产品及方案,并聚集所有重要买家、专业人士及商界及学术界的行业领头人物参观展会。

六、展品内容:

电动手工具;木工工具;园艺工具;DIY产品;装配工具;焊接设备;发电机;液压和气压工具及设备;建筑工具;精密工具;汽车维修工具及设备;金属处理及防锈;工业清洁;标准和质量控制;控制和测量、测试工具;珠宝加工工具;油漆工工具;水管工工具;人员保护器具;激光切割机械;金属、石材、玻璃、陶瓷、塑料等产品的加工工具和机械;金刚石及硬质合金工具。

我司相关展会计划:

2008德国科隆国际五金工具展览会(大年)2008年3月9日 — 12日

美国拉斯维加斯国际五金工具展览会2008年5月6日 —8日

巴西圣保罗五金及工具展览会2008年5月15日 —17日

迪拜国际五金、工具展览会2008年5月25日 —27日

2008年土耳其国际五金工具及紧固件展览会2008年6月12日 — 15日

日本东京国际五金及DIY展览会2008年8月23日--25日

008德国科隆国际体育用品、露营设备及园林生活国际园艺博览会2008年8月31日-9月2日

墨西哥国际五金博览会2008年9月12日-14日

2008俄罗斯五金展2008年9月30日至2008年10月3日

印度国际五金工具展览会2008年12月

联系方法: 中国区授权代理机构:欧意达国际展览(北京)有限公司

Beijing ouyida international commerce exhibition service co., Ltd

联系地址:北京朝阳区甘露园南里25号国际创展中心808室

邮编:100025

电 话:010-85592022、52057788转106

传真:85592080

欧盟新发布“电弧焊接设备—第3部分”等标准

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CLC/TC 215

2007-12-10

EN 60115-1:2001/A11:2007

Fixed resistors for use in electronic equipment — Part 1: Generic specification

电子设备用固定电阻器—第1部分:总规范

CLC/TC 40XB

2007-12-07

EN 60976:2007

Medical electrical equipment – Medical electron accelerators – Functional performance characteristics

医用电子设备―医用电子加速器-功能性能特征

CLC/TC 62