4130氩弧焊接教程

4130氩弧焊接教程

翻译草稿,部分内容尚未校核

预加热

有一个老生常谈的问题,铬钼钢结构件在焊接前必须通过氧乙炔火焰枪预加热,这完全是误导。

这样做只会破坏铬钼钢结构件,首先专家说厚度小于1/4寸也就是6.35mm的结构件不需要预加热。另外一个原因就是你拿着火焰枪加热的时候根本就不知道到底加热到了多少度,温度差异估计在100到1000华氏度(37-537摄氏度)之间,这根本没有焊接雨燕的预加热的效果。还有一个原因就是即使你预加热了,但是你的焊接还没完成五分之一,整个工件就冷却到了室温的状态,也就是你对钢管结构件的预加热没有起到任何作用,而且暴露在空气中直接用火烤着预加热很有可能破坏钢管的强度。

冬天在冷如冰窖的厂房里焊接4130不是个好主意,环境温度最好可以维持在75-95华氏度(23-35摄氏度)之间,也就是可以穿长袖的温度比较适宜。如果做不到那就买台加热器,温度太低不易焊接。

配合和表面处理

第三章主要是讲焊接零件之间的配合,焊接的零件一定要贴合,一点缝隙都没有的配合肯定比能伸进手指头的缝隙更容易焊接。焊接加热到的位置最好都清理干净,焊丝也别忘了清理。氩弧焊焊接的结构件都是机器里保护驾乘人员的关键部件,比如飞机的引擎支架,时速200英里的赛车的前悬挂。

氩弧焊焊机设置

比如你在焊接7/8英寸(22.23mm)外径,壁厚0.049寸(1.25mm)的4130N钢管,焊机建议这样设置。

  • 水冷焊枪,WP-10的型号
  • 8号磁嘴
  • 1/16寸(1.6mm)的钨针,红头含钍钨针
  • 氩气,调至20cfh(国内氩气减压表一般都是以lmp为单位,1cfh=0.47lpm,20cfh=9.4lpm)
  • 前吹时间调到0.5秒
  • 后吹时间10秒
  • 电流75,百分比75
  • 直流
  • 起弧高频
  • 钨针磨成铅笔头的形状
  • 钨针伸出来1/8寸
  • 脚踏板准备好起弧(一般脚踏板都需要单独配)

磁嘴大小

氩弧焊焊接普通碳钢或者不锈钢最佳选择是8号磁嘴,因为这个尺寸的磁嘴出气量能够很好的覆盖焊接点,还不影响观察焊接熔池。焊接钢管结构的部件用8号磁嘴有些位置可能比较紧张,这时候就要换6号或者4号的磁嘴,如果空间允许还是要换回8号甚至是10号磁嘴。小规格磁嘴的问题是不如大规格磁嘴导气现货好。如果存在焊缝被空气污染的问题,那多半是因为使用的磁嘴过小造成的。

常用瓷嘴的型号及尺寸:

型号 型号 出气口径 长度
10N50 4号 6.5 47
10N49 5号 8.0 47
10N48 6号 9.5 47
10N47 7号 11.0 47
10N46 8号 12.5 47

钨针伸出的长度

最理想的情况下钨针应该在氩气的完全包围下,当然你可以把钨针伸出来半英寸,但是很容易受到空气的污染,你的焊点也会被污染。

保险的做法是钨针伸出来的长度不超过磁嘴口径的一半,比如你用的磁嘴口径是半寸,钨针伸出的长度最好在1/4寸以内。

有的角落只有用很小的4号磁嘴才能够的到,而且钨针也需要伸出来很长,但是这就很容易污染钨针,因为焊丝容易搭上去,或者容易点到焊接熔池里。所以不管在任何情况下最好都用8号磁嘴和1/16寸的钨针。

焊接应力消除

之前我就提到在敞开或者封闭的空间里用氧气乙炔火焰枪烤4130的焊接件很难消除应力。

要消除4130焊接件里的应力,比如引擎支架或者赛车的后悬架部件,是专业的热处理工艺,一般至少需要6个小时才能做好。整个部件需要慢慢加热至1150华氏度(621摄氏度),保温几分钟到几个小时不等,然后慢慢的降温,这个工艺是很难在焊接店里拿着火焰枪烤出来的。

AEROSTAR的引擎支架

在AEROSTAR飞机工厂8年时间里我们做了800多架飞机,双引擎的飞机上都有两个引擎支架,也就是说我们做了1600多个氩弧焊的引擎支架,这些支架都没有去应力。我最近打电话到联邦航空局和飞机所有者与驾驶员协会查询AEROSTAR的保养情况和故障报告,没有一个支架在使用中出现问题。

有个螺旋桨的叶片松掉把引擎从翅膀上扯出来,引擎支架的焊接依然没有什么问题。每个引擎支架焊接好我们都会做磁力探伤,看是不是有裂痕,气孔等焊接缺陷,这1600个支架都没有查出来什么问题。

AEROSTAR引擎支架用的是4130-N的钢管,直流正极,氩弧焊焊接,并且用的是顶级的4130专用焊丝,线径1/16寸,光丝,表面没有镀铜,焊接之前工件都仔细清理并且用丙酮清洗过。

焊接完成后每个支架都做了喷砂处理,然后磁力探伤。支架里面先灌进去braycoat的油,静置等油流出来,灌油孔用铆钉封死。表面处理之后先是涂一层绿色的锌黄底漆,然后是银色的环氧树脂。如果你也是这样处理4130焊接件,应该不会有什么问题。

钨针的规格

敷钍钨比较适合焊接钢或者是不锈钢(钨针通常都通过颜色区分用途,这种钍钨一般是红头钨针)钨针的线径规格很多,细的有0.02寸(0.51mm)的,粗的有3/16寸(4.76mm)的。钨针选择的原则是使用和你焊接的母材厚度接近的线径。比如你要焊接0.049寸(1.25mm)的4130工件,那就可以用1/16(1.6mm)线径的钨极。

钨针长度

标准的钨针长度分7寸(177.8mm)和3.5寸(88.9mm)两种,买7寸的,然后切开用短枪尾比较实惠,直接用7寸长的加长枪尾会很不方便,长枪尾总会碍手碍脚,因此尽量避免用长枪尾。

钨针打磨

氩弧焊用的钨针磨的形状分两种,铅笔形状和蜡笔形状,铅笔形状用来焊接钢材和不锈钢材,蜡笔形状的钨针用来焊接铝合金。

打磨钨针的方式会直接影响电弧的形状,钨针磨的是歪的,电弧就会是歪的。钨针如果磨不好电弧还会从侧面出来,钨针旋转着磨,电弧就会沿着钨针上的磨痕旋转着出来。

磨好的钨针应该是标准的圆锥造型,没有磨痕。附录A里列出来的一家公司就是专业提供打磨钨针的钻石工具,他们的工具可以把钨针打磨的表面光洁度至6-8RMS,手工打磨的光洁度一般只能达到75RMS。

好的焊接店都会使用400目的砂轮专门磨钨针,如果也磨别的金属,就有这些金属的碎屑沾到钨针上,钨针也就被污染了。要做高品质的焊接,正确的打磨钨针只是很多注意事项中的一条。

氩弧焊焊枪的水管

如果你比较小心从来不把焊枪管搭在刚焊接好的工件上,即使用几个月,焊枪管也不会被烫坏或者烫穿。

一个错误的做法是在焊枪管上套一层皮的或者布的保护套,这个套的重量会影响你焊接的精度。我焊接了400个引擎支架,用了两年多时间,只有一次不小心在焊枪水管烫出来一个洞。

焊枪和相关的管路越轻你焊接的时候就越不容易累,握着一把只有几盎司的焊枪比重几磅的套皮焊枪要轻松的多。

氩弧焊焊枪的尺寸

做小飞机或者赛车应该使用结构紧凑的水冷焊枪,能使用0.375寸(9.5mm)的连接体和瓷嘴。重型空冷和水冷焊枪一般用在核电站或者输油管路的制造上。干什么活用什么样的工具,最好准备两到三种型号的焊枪备用。

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氩弧焊枪配件,从左到右,长枪尾,短枪尾,5号瓷嘴,连接体,钨针夹,这些都是可以更换的耗材。

在不方便装水箱用水冷焊枪的地方空冷焊枪就派上用场了,虽然在大部分情况下水冷焊枪都比空冷焊枪有用,第二章我们也讲到了要买什么样的焊枪。

氩弧焊接真空室

应力消除

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