高速電弧焊工藝的發(fā)展及應(yīng)用實(shí)踐微探

摘 要：文章主要對(duì)高速電弧焊工藝的發(fā)展及應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行探究。具體是從雙絲電弧焊、雙焊炬組合焊接工藝以及多元混合氣體保護(hù)焊三大方面展開論述的，希望高速電弧焊工藝技術(shù)在日后將會(huì)獲得更大的發(fā)展與應(yīng)用空間，并為我國制造業(yè)創(chuàng)造更多的效益。

關(guān)鍵詞：電弧焊；雙絲電弧焊；多元混合氣體保護(hù)焊；制造業(yè)；實(shí)踐應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.042

在過去，熔化氣體保護(hù)焊（GMAW）在進(jìn)行高速焊接過程中常常出現(xiàn)“咬邊”現(xiàn)象，在焊速不斷加大的情況下，焊縫連貫性缺乏問題衍生出來[1]。GMAW焊接速度多數(shù)為1m/min，這與高速焊接之間存在一定差距，而在工業(yè)實(shí)踐中，焊速大多數(shù)被管控在0.5m/min。為了使焊接效果有所保障，與此同時(shí)落實(shí)高速焊接這一目標(biāo)，眾多科研人員積極對(duì)多樣化電弧焊工藝技術(shù)進(jìn)行研究。在高端、智能化技術(shù)的協(xié)助下，很多高速焊接工藝技術(shù)先后被研制出來，并取得了良好的應(yīng)用效果，基于此本文展開論述。

1 雙絲電弧焊

雙絲焊之所以能夠優(yōu)化生產(chǎn)效率，主要是因?yàn)槠淠軌蛱嵘鄯笮剩喾N弧焊工藝程序?qū)ζ浔憩F(xiàn)出強(qiáng)烈的依賴性，應(yīng)用頻率最高的是以熔化極焊接方法為基點(diǎn)的手工電弧焊工藝。通常情況下，雙絲焊分為兩種類型，即串列雙絲焊與并列雙絲焊，以下本文對(duì)這兩種電弧焊接方式進(jìn)行分析。

串列雙絲焊體系中焊絲之間在電能獲取上體現(xiàn)出獨(dú)立性。相鄰兩根焊絲距離不同，焊接方法又被細(xì)分為共熔池法與分離電弧法[2]。共熔池法在制造行業(yè)中的應(yīng)用，可以大幅度強(qiáng)化生產(chǎn)效率，并且借助節(jié)省電量的方式降低了生產(chǎn)成本，焊縫塑造質(zhì)量有所保障的同時(shí)，高速焊接目標(biāo)也順利實(shí)現(xiàn)了。分離電弧法實(shí)效性的發(fā)揮，有賴于電流的輔助，在小電流輔佐下電弧前端產(chǎn)生淺熔深與預(yù)熱現(xiàn)象，而大電流雖然不產(chǎn)生淺熔深與預(yù)熱現(xiàn)象，但是卻能夠?qū)κ讓悠鸬街厝叟c熱處理作用。

并列雙絲焊體系內(nèi)兩焊絲共同應(yīng)用一個(gè)電源與導(dǎo)電嘴，在導(dǎo)電嘴構(gòu)件中同步運(yùn)行。在并列雙絲焊體系中，兩條焊絲在半徑、物質(zhì)組成成分上可以存在差異性。并列雙絲焊憑借應(yīng)用之時(shí)能夠獲得優(yōu)良焊縫、操作程序簡單等特色，擁有較高應(yīng)用率，尤其是氣體保護(hù)并列雙絲焊（TWIN ARC雙絲焊）。作為一種效率高、速率高的MIG焊接方式，雙絲焊接熔敷率可高達(dá)20㎏/h，焊接速度為5m/min，焊接自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)指日可待。

2 雙焊炬組合焊接工藝

雙焊炬組合焊接工藝為復(fù)合焊接工藝，其之所以能夠在達(dá)到提高焊接速度這一目標(biāo)，主要是借助復(fù)合熱源這一優(yōu)勢(shì)。最具代表的是激光-MIG復(fù)合熱源焊接工藝，其將激光焊與MIG焊的優(yōu)良性質(zhì)整合在一起，從而在優(yōu)化焊接質(zhì)量、提高焊接速率方面體現(xiàn)出實(shí)效性。激光焊是近幾年開發(fā)出來的新興焊接方式，憑借激光束能夠聚集高密度能能量這一特性，從而使熔敷深度有所保證而寬度不受到干擾，此時(shí)熱處理區(qū)域與熱變形量均被控制在一定水平上[3]。激光-MIG電弧焊工藝在應(yīng)用過程中，會(huì)出現(xiàn)激光-電弧形態(tài)，其和普通的激光焊相比較，對(duì)接頭高尺寸精準(zhǔn)性沒有提出苛刻的要求，并借助填補(bǔ)金屬物質(zhì)的形式，更深程度優(yōu)化了生產(chǎn)效率。此外，基于電焊物體自體蒸發(fā)的實(shí)況，激光的發(fā)射率便會(huì)得到有效的管控，此時(shí)激光-MIG電弧焊利用效率進(jìn)一步提升。雖然該電弧焊工藝在投入使用過程中，耗費(fèi)成本處于相當(dāng)高的水平，但是因?yàn)槠淠軌虼蠓忍岣呱a(chǎn)效率，所以在船舶等制造行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

雙焊炬組合焊接工藝的類型是多樣化的，除了上文提及的激光-MIG復(fù)合熱源焊接工藝以外，還有可減少母材熱輸入的雙焊炬組合焊接工藝，其是由美國肯塔基大學(xué)教授張?jiān)Ｃ魈岢鰜淼摹Ｔ撾娀『腹に囋谠趥鹘y(tǒng)GMAW焊槍基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具體是將一個(gè)等離子弧焊（PAW）焊槍安置上去。在該類焊接工藝體系內(nèi)，電流有兩個(gè)流動(dòng)方向，一部分借助母材回到GMAW電源負(fù)極；另一部分借助PAW焊槍回歸PAW電源負(fù)極。正因如此，焊絲、PAW焊槍與PAW電源構(gòu)成一個(gè)回路；焊絲、母材與GMAW電源組成另一個(gè)回路。可見，PAW焊槍構(gòu)成的通路對(duì)電流起到分流作用，從而使焊絲的高速率熔化有所保障，并且單位長度焊縫熔敷金屬量處于恒定水平，而母材電流（Ia）、流經(jīng)PAW焊槍電流（Ib）、焊絲電流（Ic）三者存在如下的關(guān)系，即Ic=Ia+Ib。因?yàn)楹附z電流Ic值長期處于較高水平，所以焊絲的熔化速率才有所保障，同時(shí)最大限度的壓縮了高速焊接過程中焊縫缺陷出現(xiàn)率。因?yàn)樵撌止る娀『腹に噾?yīng)用了兩套電源，且PAW體積較大，所以目前其在制造行業(yè)應(yīng)用率并不高。

3 多元混合氣體保護(hù)焊

因?yàn)楹附舆^程中旋轉(zhuǎn)射流過渡區(qū)域、熔滴過渡區(qū)域穩(wěn)定性處于極低水平，所以手工電弧焊工藝應(yīng)用之時(shí)常常產(chǎn)生較多的飛濺量，此時(shí)焊縫塑型質(zhì)量也無法得到保障，電弧焊工藝的實(shí)效性大大折扣。上述問題的出現(xiàn)，主要是因?yàn)槿狈Ψ€(wěn)定性的熔滴過渡方式對(duì)焊接應(yīng)用電流上限起到制約性作用。

TIME、LINFAST等多元混合氣體保護(hù)焊接工藝的開發(fā)與應(yīng)用，具體是借助保護(hù)氣體去實(shí)現(xiàn)調(diào)整焊接電弧形狀這一目標(biāo)，從而使熔滴的受力形態(tài)發(fā)生一定改變，此時(shí)旋轉(zhuǎn)射流過渡進(jìn)程也體現(xiàn)出穩(wěn)定性。多元混合氣體保護(hù)焊這一手工電弧焊工藝在生產(chǎn)制造行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，發(fā)揮的實(shí)效性是巨大的，具體是在以下兩個(gè)方面體現(xiàn)出來：一是優(yōu)化了焊接質(zhì)量；二是使焊絲熔敷效率提高2～3倍。相關(guān)資料記載，多元混合氣體保護(hù)焊的送速高達(dá)28～50m/min，熔敷率的最大值為430g/min。

4 結(jié)束語

綜合全文論述的內(nèi)容，對(duì)雙絲電弧焊、激光-MIG復(fù)合熱源焊接工藝、多元混合氣體保護(hù)焊等手工電弧焊工藝有更加深入的了解。并且可以推測(cè)的是在焊接技術(shù)發(fā)展的歷程中，高速M(fèi)IG焊接技術(shù)將會(huì)獲得更大的發(fā)展與應(yīng)用空間這一結(jié)論，科研人員也會(huì)不斷對(duì)焊縫缺陷成因進(jìn)行研究，從而使更多高端、高速焊接工藝技術(shù)涌現(xiàn)出來。

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作者簡介：王振（1985-），男，黑龍江哈爾濱人，本科，助理工程師，研究方向：電焊機(jī)操作、控制、焊接工藝。