雙絲三弧焊焊接工藝研究

馬明豪 張佳明 王海東 劉轉(zhuǎn)超 劉曉多

摘 ? 要：雙絲三弧焊（Tri-Arc）技術(shù)是一種新型高效的電弧焊接方法，因雙絲間有額外的M弧，降低了通過工件的電流，顯著降低了焊縫的焊接熱輸入，提升力學(xué)性能，但存在飛濺較大且電弧穩(wěn)定性差的情況，易產(chǎn)生焊接缺陷。本文通過試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)焊接坡口、提高加工精度、優(yōu)化工藝參數(shù)等過程，減少了焊接缺陷，提升了焊接質(zhì)量，力學(xué)性能滿足RCC-M 2007的要求。

關(guān)鍵詞：雙絲三弧焊 ?缺陷 ?工藝 ?RCC-M 2007

中圖分類號：TG444 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0101-02

雙絲三弧焊（Tri-Arc）技術(shù)是一種新型高效的電弧焊接方法，這種焊接技術(shù)能將高熔敷率和低熱輸入完美結(jié)合，它不但在兩根焊絲與焊接工件間分別產(chǎn)生電弧[1-2]，而且在兩根焊絲之間也產(chǎn)生一個電弧，因此被稱為雙絲三弧焊。傳統(tǒng)電弧焊隨著電弧功率的增加焊接效率增加，焊接工件的熱輸入也增加;而Tri-Arc技術(shù)突破了傳統(tǒng)電弧焊規(guī)律[3-4]，電弧功率增大的同時焊接效率增加，但工件的熱輸入可以不增加甚至可以降低，電弧功率和焊接熱輸入不再是正比關(guān)系，在高效施工的同時保證了焊縫的強(qiáng)度和低溫韌性[5]。但焊接過程中存在飛濺較大且焊接過程不穩(wěn)定的情況，本文利用雙絲三弧焊機(jī)進(jìn)行對接焊，重點(diǎn)研究如何優(yōu)化焊接工藝，減少焊接缺陷。

1 ?設(shè)備及材料信息

本文焊接電源采用深圳瑞凌公司出產(chǎn)的Tri-Arc 1200 焊接電源，Tri-ARC雙絲三弧焊接采用全新的雙絲電弧焊接方法，在焊接過程中，在L弧和R弧的基礎(chǔ)上，引入第三電弧M弧，通過增加M弧的電流，可在相同的熔敷率條件下顯著降低焊接熱輸入。設(shè)備原理如圖1所示，圖（a）中VPPS為可變極性電源，PPS1和PPS2為兩直流脈沖電源，通過控制上述三電源的極性和脈沖相位關(guān)系，可以在焊絲E1與焊接工件之間建立第一電弧A1，在焊絲E2與焊接工件之間建立第二電弧A2，在焊絲E1與E2之間建立第三電弧M弧。

Tri—Arc雙絲三弧焊接基本工作過程可以看作是兩個相互對稱的旁路電弧焊接過程的組合，這樣組合即有旁路電弧焊接方法原有的高熔敷效率，降低熱輸入的特點(diǎn)，而且該組合還解決了旁路電弧穩(wěn)定性差的問題（見圖1）。

焊接母材選擇S355J2，采購標(biāo)準(zhǔn)為EX100251990，規(guī)格為350mm×150mm×10mm;焊材選擇ER70S-6，采購標(biāo)準(zhǔn)為AWS/A5.18，規(guī)格為Φ1.2mm;保護(hù)氣為混合氣20% CO2/80% Ar。按照RCC-M 2007 S Class 1 級別要求進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)。母材及焊材化學(xué)成分見表1。

2 ?工藝優(yōu)化方案

2.1 焊接缺陷

由于雙絲三弧焊飛濺較大且電弧穩(wěn)定性差，給焊接工藝開發(fā)造成了極大的困難。試驗(yàn)過程中的焊接缺陷主要有：弧坑、燒穿、未焊透、夾渣。雙絲間交替燃弧，雙絲間還有M弧存在，尤其是在熄弧過程中，焊接電流驟降，M弧來不及反應(yīng)，導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定，產(chǎn)生熄弧弧坑。燒穿、未焊透：雙絲三弧焊接過程中，因M弧的存在，L、R弧焊接電流波動較大，波動值約為50A，導(dǎo)致焊縫擊穿或未焊透。夾渣：雙絲三弧焊縫，射線探傷最常見的缺陷之一。因雙絲三弧焊電弧不穩(wěn)定，飛濺較大，常出現(xiàn)夾渣缺陷。

2.2 解決措施

針對起弧熄弧過程M弧不穩(wěn)定，易產(chǎn)生弧坑的現(xiàn)象，在焊道外增加引弧板和熄弧板，增強(qiáng)了焊接過程的穩(wěn)定性。合理設(shè)計(jì)坡口形式，結(jié)合工藝開發(fā)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了Y型坡口，鈍邊厚度為1.5mm，嚴(yán)格控制機(jī)加工精度，保障鈍邊加工質(zhì)量，增強(qiáng)電弧容錯率，有效降低了燒穿、未焊透缺陷的出現(xiàn)。層間對焊縫進(jìn)行清潔，減少夾渣。

參數(shù)調(diào)節(jié)時，需要注意增加M弧后的影響，當(dāng)僅增大M弧電流時，L弧的電流會減小，此時工件的熱輸入量會減小;當(dāng) M 弧電流降低時，L弧的電流會增大，工件的熱輸入量加大。工藝開發(fā)過程，保證L弧電流一定時，加大M弧電流的同時應(yīng)該加大送絲速度。當(dāng)出現(xiàn)未熔透時，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)小M弧的電流來增大流經(jīng)工件的實(shí)際電流值。若出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，則可適當(dāng)調(diào)大M弧的電流值來減小L弧及R弧的電流值，使得焊接工件的電流值變小。

2.3 工藝試驗(yàn)結(jié)果

將焊后試板進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，測定材料的抗拉強(qiáng)度，用以確定產(chǎn)品的伸長量、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度等拉伸性能指標(biāo)件表2。依據(jù)RCC-M 2007標(biāo)準(zhǔn)要求抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于470MPa，試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且斷裂位置均位于母材，表面焊縫區(qū)域抗拉強(qiáng)度較高。焊縫進(jìn)行面彎、背彎試驗(yàn)，試件彎曲180°，經(jīng)檢測彎曲段未出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，彎曲試驗(yàn)合格。

根據(jù)宏觀金相可以看出，雙絲三弧焊接試件所得焊縫顯示融合良好，未發(fā)現(xiàn)有焊接缺陷存在。根據(jù)試驗(yàn)得微觀金相照片對比常規(guī)二保焊焊縫發(fā)現(xiàn)，雙絲三弧焊焊縫區(qū)域組織更加均勻，主要由鐵素體組成，還存在少量珠光體，主要是由于M弧的存在，導(dǎo)致相同熔敷量熱量降低，從而使金相組織更加細(xì)小均勻。

3 ?結(jié)語

本文通過使用深圳瑞凌的Tri-Arc 1200 自動焊機(jī)，實(shí)現(xiàn)了雙絲三弧焊技術(shù)在核電行業(yè)的應(yīng)用，通過試驗(yàn)證明針對S355J2這一材質(zhì)，可使用雙絲三弧這一新型焊接方法，使力學(xué)性能達(dá)到RCC-M 2007 Class 1級的標(biāo)準(zhǔn)，從而驗(yàn)證了雙絲三弧這一焊接方法在工程實(shí)體應(yīng)用的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭佳.雙絲三弧焊熔滴過渡行為分析及焊縫成形機(jī)理研究[D].天津工業(yè)大學(xué)，2019.

[2] 鄭佳，王天琪，侯仰強(qiáng)，等.雙絲電弧焊技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].焊接，2018（54）：15-20，65-66.

[3] 孫傳陽.多電弧復(fù)合中厚板焊接工藝及組織性能研究[D].大連理工大學(xué)，2018.