高速電弧焊工藝的發(fā)展及應用實踐微探

摘 要：文章主要對高速電弧焊工藝的發(fā)展及應用實踐進行探究。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焊三大方面展開論述的，希望高速電弧焊工藝技術在日后將會獲得更大的發(fā)展與應用空間，并為我國制造業(yè)創(chuàng)造更多的效益。

關鍵詞：電弧焊；雙絲電弧焊；多元混合氣體保護焊；制造業(yè)；實踐應用

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

在過去，熔化氣體保護焊（GMAW）在進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，與此同時落實高速焊接這一目標，眾多科研人員積極對多樣化電弧焊工藝技術進行研究。在高端、智能化技術的協(xié)助下，很多高速焊接工藝技術先后被研制出來，并取得了良好的應用效果，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)化生產效率，主要是因為其能夠提升熔敷效率，多種弧焊工藝程序對其表現(xiàn)出強烈的依賴性，應用頻率最高的是以熔化極焊接方法為基點的手工電弧焊工藝。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，以下本文對這兩種電弧焊接方式進行分析。

串列雙絲焊體系中焊絲之間在電能獲取上體現(xiàn)出獨立性。相鄰兩根焊絲距離不同，焊接方法又被細分為共熔池法與分離電弧法[2]。共熔池法在制造行業(yè)中的應用，可以大幅度強化生產效率，并且借助節(jié)省電量的方式降低了生產成本，焊縫塑造質量有所保障的同時，高速焊接目標也順利實現(xiàn)了。分離電弧法實效性的發(fā)揮，有賴于電流的輔助，在小電流輔佐下電弧前端產生淺熔深與預熱現(xiàn)象，而大電流雖然不產生淺熔深與預熱現(xiàn)象，但是卻能夠對首層起到重熔與熱處理作用。

并列雙絲焊體系內兩焊絲共同應用一個電源與導電嘴，在導電嘴構件中同步運行。在并列雙絲焊體系中，兩條焊絲在半徑、物質組成成分上可以存在差異性。并列雙絲焊憑借應用之時能夠獲得優(yōu)良焊縫、操作程序簡單等特色，擁有較高應用率，尤其是氣體保護并列雙絲焊（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20㎏/h，焊接速度為5m/min，焊接自動化目標的實現(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合焊接工藝，其之所以能夠在達到提高焊接速度這一目標，主要是借助復合熱源這一優(yōu)勢。最具代表的是激光-MIG復合熱源焊接工藝，其將激光焊與MIG焊的優(yōu)良性質整合在一起，從而在優(yōu)化焊接質量、提高焊接速率方面體現(xiàn)出實效性。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電弧焊工藝在應用過程中，會出現(xiàn)激光-電弧形態(tài)，其和普通的激光焊相比較，對接頭高尺寸精準性沒有提出苛刻的要求，并借助填補金屬物質的形式，更深程度優(yōu)化了生產效率。此外，基于電焊物體自體蒸發(fā)的實況，激光的發(fā)射率便會得到有效的管控，此時激光-MIG電弧焊利用效率進一步提升。雖然該電弧焊工藝在投入使用過程中，耗費成本處于相當高的水平，但是因為其能夠大幅度提高生產效率，所以在船舶等制造行業(yè)得到廣泛的應用。

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教授張裕明提出來的。該電弧焊工藝在在傳統(tǒng)GMAW焊槍基礎上發(fā)展起來的，具體是將一個等離子弧焊（PAW）焊槍安置上去。在該類焊接工藝體系內，電流有兩個流動方向，一部分借助母材回到GMAW電源負極；另一部分借助PAW焊槍回歸PAW電源負極。正因如此，焊絲、PAW焊槍與PAW電源構成一個回路；焊絲、母材與GMAW電源組成另一個回路。可見，PAW焊槍構成的通路對電流起到分流作用，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PAW焊槍電流（Ib）、焊絲電流（Ic）三者存在如下的關系，即Ic=Ia+Ib。因為焊絲電流Ic值長期處于較高水平，所以焊絲的熔化速率才有所保障，同時最大限度的壓縮了高速焊接過程中焊縫缺陷出現(xiàn)率。因為該手工電弧焊工藝應用了兩套電源，且PAW體積較大，所以目前其在制造行業(yè)應用率并不高。

3 多元混合氣體保護焊

因為焊接過程中旋轉射流過渡區(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用之時常常產生較多的飛濺量，此時焊縫塑型質量也無法得到保障，電弧焊工藝的實效性大大折扣。上述問題的出現(xiàn)，主要是因為缺乏穩(wěn)定性的熔滴過渡方式對焊接應用電流上限起到制約性作用。

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

4 結束語

綜合全文論述的內容，對雙絲電弧焊、激光-MIG復合熱源焊接工藝、多元混合氣體保護焊等手工電弧焊工藝有更加深入的了解。并且可以推測的是在焊接技術發(fā)展的歷程中，高速MIG焊接技術將會獲得更大的發(fā)展與應用空間這一結論，科研人員也會不斷對焊縫缺陷成因進行研究，從而使更多高端、高速焊接工藝技術涌現(xiàn)出來。

參考文獻：

[1]武傳松，王林，陳姬，楊豐兆，高進強.高速GMAW駝峰焊道的產生機理與抑制技術[J].焊接，2016（07）：4-13+69.

[2]毛駿，王順花.壓力容器中的幾種堆焊技術[J]. 裝備制造技術，2016（04）：146-148+153.

[3]耿正，魏占靜，韓雪飛，汪清華，王巍，邱光.高熔敷率低熱輸入的Tri-Arc雙絲電弧焊接方法[J].金屬加工（熱加工），2014（22）：36-39+42.

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：電焊機操作、控制、焊接工藝。