淺析等離子—MAG復合焊接薄板焊接工藝

李冬艷　羅竟濤　鄭宏良　沈永飛　劉吉念

摘要：文章介紹了等離子-MAG復合焊接的特點，兩種焊接技術的結合改善了焊接工藝性，通過對等離子、MAG參數的合理設置，減少焊接變形，提高對安裝誤差的包容性，改善了單面焊接雙面成型的焊接質量，是一種有著廣泛發展前景的焊接方法。

關鍵詞：等離子-MAG復合焊接；薄板焊接工藝；單面焊接雙面成型；焊接變形；焊接結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG456 文章編號：1009-2374（2015）15-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.033

隨著制造業的發展，尤其是汽車制造行業，焊接結構復雜化、多樣化對焊接技術提出了新的需求，復合式的焊接技術應運而生；隨著輕量化的提出，不同材料、不同板厚對焊接也提出了更高的要求。等離子-MAG復合焊接技術將兩種不同的焊接工藝方法組合為一種焊接工藝方法，充分利用等離子挺度好、熔深大、焊接速度快、MAG熔敷率高、焊縫成型性好的優點，本文就等離子-MAG焊接技術在薄板焊接的工藝性進行闡述。

1 等離子-MAG復合焊接原理

色列激光等離子技術有限公司研制的SUPER-MAG焊接系統是將焊槍是MAG焊槍與等離子焊槍的一體化設計，焊槍內包含等離子電極，該電極在焊接前緣位置形成等離子弧，并在母材內生成匙孔，MAG電弧與等離子弧形成復合熱源，焊絲連續熔化并填充熔池。因此，這種等離子弧-MAG復合熱源焊接工藝方法不僅擁有等離子弧焊熔深大的特點，而且還具備MAG焊熔敷效率較高的特點。在焊接過程中，在等離子弧和MAG電弧的作用下，焊絲加熱并熔化。形成金屬熔滴進入熔池。在SUPER-MAG技術中等離子弧為負極，MAG為正極，電流通過兩個電極相互作用產生電磁力F，如圖1所示，電磁力F牽引等離子弧向焊接熔池前方移動，而且等離子弧在高速焊接過程中尾隨焊槍軸線。增加了等離子弧的剛度和穩定性，進而大幅提升了焊接熔深和焊接速度，飛濺也得到控制。

圖1 等離子 MIG/MAG焊接原理示意圖

2 等離子-MAG復合焊接設備的組成及工藝試驗

SUPER-MAG將-MAG和等離子弧結合在一把焊槍內，系統兼容現有的MAG焊接系統，適合于自動化（機器人）焊接，圖2為典型的SUPER-MAG機器人焊接系統。主要包括一體化焊槍、控制主機（包括等離子電源）、常規MAG電源和送絲裝置、焊槍自動清理裝置及焊接機器人。該系統中，復合焊槍等離子采用正接法，MAG采用反接法。

圖2 等離子-MAG焊接設備組成示意圖 圖3 夾具原理示意圖

第一，等離子-MAG基本工藝參數設置：焊接速度、送絲速度、等離子電流、等離子氣流、磁場控制，由于MAG的電流和電壓受到焊接速度的影響，暫時不作為單獨因素。

第二，自制實驗夾具，如圖3所示，需要盡量接近實車時的夾具狀態，同時為便于找到合理的夾持狀態指導實車焊接，夾具需位置可調，夾具可以調節位置和多層板厚夾緊，保證實驗過程中調節夾具的位置和板材間的間隙。

第三，板材的選擇，根據車身選用最多的板材為BLD，實驗前不作特別處理，以便最接近實車焊接

條件。

3 實驗結果與分析

通過大量針對性實驗，找出等離子-MAG單面焊接雙面成型焊接薄板時，在不同焊接條件下，不同規范參數，焊接變形問題，焊接形式對焊接效果的影響。

等離子-MAG復合焊接實際是在等離子現行預熱的情況下與MAG復合焊接，與傳統單獨MAG相比，初始條件變為等離子的預熱，且對焊件有初次焊接的作用，因此在兩種熱源的作用下焊接的過程更加復雜。

薄板焊接溫度場函數為二維溫度場，該模式下，焊接前進的方向、溫度分布在熱源前方溫度梯度較大，在后方溫度梯度較小，因此在焊接完成后，缺陷容易在收弧處產生。與單獨MAG相比，等離子-MAG復合焊接整個過程為等離子預熱焊接后，隨其后的MAG類似第二道焊接，可以為等離子進行熱處理，而MAG在完成焊接后，通過對等離子的弧延時收弧，可以延緩焊點/焊縫的冷卻速度，改善焊接效果，使焊接成型良好。

單面焊接雙面成型薄板焊接時，由于熱傳遞從上層板傳遞給下層板，隨著上層板厚越厚，熔透需要的熱量就越大，因此，在其他條件相同時，隨著上層板厚的增加，熔透上層板的熱量需求越大，等離子、MAG的電流隨著上層板厚的增加電流呈增大趨勢。在參數選擇時，要以上層板為主導板選擇合理的參數。

從上而下的熱傳導方式，使得薄板焊接對裝配間隙非常敏感。單獨MAG焊接時使用大的電流，大量熱量聚集在上層板，直到上層板熔穿后才能向下層板傳遞熱量，進行焊絲填充，才能完成焊接，這樣容易產生焊接缺陷，即上層板焊穿，下層板卻還未熔透，且在薄板焊中，由于熱量大量輸入，板材變形嚴重。

等離子-MIG/MAG復合焊接時，即使有間隙存在，可通過增大等離子的電流，利用等離子熱量集中，熔深大的優點，對上層板加熱形成小孔，熔化金屬可以起到很好的搭橋效果，在此基礎上，MAG以適當的電流進行焊絲的填充，不僅降低了裝配的要求，也減少了焊接

變形。

單獨MAG焊接和等離子-MAG焊接效果的對比，宏觀上即可看出復合焊接對焊接效果的改善。

在焊接形式的改變后，焊接后的殘余應力的不同，引起板材變形，改變焊接形式后，減少焊接應力造成的變形，相同條件下，焊接形式不同，焊接厚度整體效果對比，焊接在橫向上的形變量基本在3～5mm，在縱向方向上形變基本在2～3mm。圖4采用的是點焊的方式焊接，在焊點距離達到大于等于40mm時，焊件在各個方向基本沒有變形，因此通過焊接形式的改變可以很好地改善焊接變形問題。

圖4 點焊形式的變形情況

薄板焊接雙面成型時，在等離子的預熱作用下，焊點中心較普通MAG焊接的問題有很大提高，上層板焊點中心區域最先熔化，熔化的母材、焊絲沿著該點深度方向熔融體起到了很好的搭橋作用，在間隙存在的情況下，母材的材料和等離子預熱時間以及所用的MAG焊絲對搭橋作用都有較大的影響。

4 結語

通過大量的實驗和分析不難發現等離子-MAG復合在薄板焊接上提供了一種新的焊接方法，改善了單獨MAG的焊接效果。同時，等離子預熱焊接起到的搭橋作用，提高了等離子-MIG/MAG焊接的對裝配間隙的包容性。值得注意的是，等離子-MAG單面焊雙面成型時，需要根據主導板厚選擇焊接參數。通過對焊接形式（縫焊、點焊等）、焊接約束的改變，可以有效改善薄板焊接后的變形問題。等離子-MAG焊接工藝不僅可以在焊接上實現全位置焊接，應用范圍廣，還提高了焊接效率。

參考文獻

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作者簡介：李冬艷（1986-），女，廣西桂林人，上汽通用五菱汽車股份有限公司助理工程師，研究方向：汽車工藝設計，新型焊接設備、工藝的分析、研究與應用推廣。

（責任編輯：秦遜玉）endprint