淺談焊接方法與設備的發展現狀

趙晶

（遼寧軌道交通職業學院，遼寧 沈陽 110023）

焊接在工業生產中是一種重要的加工方法，隨著中國經濟和科技的高速發展，焊接方法與設備也得到了快速發展。本文將簡要介紹目前焊接方法與設備發展的現狀。

1 熔化極氣體保護焊的發展

熔化極氣體保護焊目前主要有MIG、MAG 和CO2氣體保護焊等。

1.1 MIG/MAG 焊

1.1.1 MIG/MAG 冷弧焊

1.1.1.1 CP 技術

CP 技術采用變極性焊機，與傳統的短弧焊接相比熱輸入要低，這是因為CP 技術通過DSP 技術與數字化控制的融合能夠精確地控制熔滴過渡，它能在較短的周期內改變焊絲的極性，不僅降低了焊接過程的輸入還保證了電弧的平穩性和焊縫的均勻性，這種技術適用于熱敏感材料的焊接，能夠有效地解決薄板焊接的問題[1]。

1.1.1.2 CMT 焊接技術

CMT 焊接技術采用的是短路過渡，其主要是通過數字化控制協調送絲運動的變化，當熔滴過渡中發生短路時，焊機的電壓與電流反饋檢測系統能夠探尋到短路信號，系統會將收回焊絲的指令發送給自動送絲機，迫使焊絲與熔滴分離來實現主動的短路過渡。這種熔滴過渡形式與傳統的短路過渡這種焊接方法能夠精確的控制熱輸入，適用于異種材料焊接、超薄板和鍍層金屬焊[2]。

1.1.2 復合熱源

復合熱源MIG/MAG 焊接系統是將熔化極氣體保護焊和等離子焊有機結合起來的一種焊接技術，這種焊接技術既能夠在提升焊接速度的情況下保證熔化極氣體保護焊的熔透能力，又能保持其熔敷效率，飛濺低，還具備突出的保護效果，適用于氧化性較強的金屬進行焊接[3]。

1.2 高速熔化極氣體保護焊

降低熔化極氣體保護焊設備的成本，并能保障焊接生產的效率和質量，是目前工業發展對設備技術的發展要求，高效熔化極氣體保護焊的發展是必然的。

電流是影響焊接效率的一個因素，提升焊接效率需要相應的電流隨著焊接設備功率的增大而同步提升。焊接速度是影響焊接效率的另一個因素，盲目提升焊接速度會影響焊縫質量，例如會出現咬邊缺陷和駝峰問題，速度提升會受到焊縫的制約[4-5]。

因此想要提升焊接效率就要增大焊接電流和焊接速度，在大電流電弧運行時，可能會出現集中現象，焊接工藝的穩定性就會受到影響，因此在大電流、低電壓下穩定工作的焊接電源就是高速熔化極氣體保護焊研究的重點之一。

1.2.1 單絲焊接技術的發展

根據高速焊接對單絲焊接設備功能的需求，CO2短路過渡焊接工藝和低飛濺CO2焊機設備被研發出來。經過實驗證明這種設備能有效地提升生產效率，在焊接過程中，快速焊接下能保證較大的熔寬，較小的金屬飛濺，其最低焊接速度可達到150 cm/min，最高可達300 cm/min，可根據焊接需求進行選擇，在施焊過程中，焊機能夠使熔滴快速緊縮但不產生劇烈的爆斷沖擊力，電流波動小，熔池受到的擾動也小，能夠保證焊接工藝的穩定性。

1.2.2 雙絲焊接技術的發展

單絲焊接設備在焊接過程中所承受的電弧力是有限的，因此焊接速度會受到制約，焊接效率的提升也是有限的。為了分擔電弧力，研究人員研發了雙絲高效焊接技術，這是一種較為新型的焊接技術，其電弧力傳輸運行被分為兩路從而降低了對熔池的擾動，增強了焊接工藝的穩定性，因此能夠進一步提升焊接速度。同時，雙絲之間的熱量是可以互相傳遞的，熱效率比原來增加了1 倍，熔敷速度進一步得到了提升。很多焊接設備公司經過多年研究開發了雙絲新型設備，從保護氣體、焊接材料、焊接電源等多個方面進行了調整，提升焊接設備的焊接質量和生產效率。

1.2.2.1 RAPID MELT 工藝

這是一家瑞典公司開發的，稱之為RAPID ARC 接法，其適用于較薄板的焊接。首先，該項技術改變了保護氣體，采用了MISON8，在提升了焊接設備的送絲速度，增大焊絲干伸長，仍能夠保證焊接工藝平穩。其焊縫成型質量較高，外形平整，很好地控制了焊接結構形變問題。

1.2.2.2 MIX-1PS 新型焊絲

這是由一家日本公司研發的新型專用焊絲，這種焊絲能夠使焊接速度得到很大提升，因為在傳統焊絲中加入合金元素后其熔滴的表面張力和黏度降低。

1.2.2.3 TWIN ARC 雙絲技術

相互不隔離的兩根焊絲從同一個導電嘴伸出，稱之為TWIN ARC。這種雙絲技術與TAN DEM 技術相比簡易便捷，但是存在一定弊端，導電嘴無法對兩根焊絲同時控制，很容易出現導電不均，一根短路，一根已經熄滅的現象。

1.2.2.4 TAN DEM 雙絲技術

兩根焊絲相互隔離從不同的導電嘴伸出，稱之為TAN DEM。這種焊接技術應用比較廣泛，在中國交通制造業中得到了廣泛應用，跟TWIN ARC 技術相比，其焊接穩定性好，焊絲和焊接電源都獨立運行互不干擾，具有比較高的焊接工藝靈活性，成型工藝良好，可以有效控制咬邊問題。

2 激光焊的發展

激光焊屬于高能束焊，利用高能量密度熱源對材料進行焊接的一項加工技術，其具有高效、高精度的焊接優勢，可適用材料范圍廣，在裝備結構輕量化制造中成為不可或缺的技術之一，這項新型技術成為各國制造業關注的熱點之一。

激光焊是薄板焊接最佳的焊接方法之一，近年來隨著光譜技術和激光功率的提高，激光技術也開始被用于厚板窄間隙的焊接，本文就從薄板激光焊的發展和厚板激光焊的發展兩方面來進行闡述。

2.1 薄板激光焊接技術

2.1.1 激光復合技術

目前的激光復合技術有：激光-MAG 焊電弧復合技術，激光-等離子電弧焊接技術，激光-滾軋復合技術。

目前出現了很多新工藝的研究，具體為以下幾個方面。

熱軋鋼端焊縫和異種金屬的焊接成型，采用了激光-MAG 焊電弧復合技術，利用調節激光和電弧的各項焊接參數來獲得良好的焊縫成型，這種焊接技術具有比較好的前景，很多研究學者投入研究。例如：3 mmSAPH440 汽車熱軋鋼端焊縫、50CrV/SPHE 異種鋼的焊接。

鋼鋁異種金屬焊接采用激光-滾軋復合技術，這是異種復合熔釬焊焊接，采用Φ1.2 mm 的AlSi3Mn 焊絲焊接1.27 mm 厚Al2024 鋁合金與 1.0 mm 厚 DP780 高強鋼。

激光-等離子電弧焊接技術在焊接平板時能夠更加適應間隙和錯邊量。

2.1.2 光束軌跡控制技術

光束軌跡激光控制技術在解決薄板激光焊的穩定性、缺陷問題和接頭力學性能不均勻問題上提出了可能性。

德國BIAS的SCHULTZ博士開發了激光填絲焊接工藝，使激光束在垂直于焊接方向能夠做橫向擺動，這種填絲技術“Buttonhole”，它是基于激光利用分析穩定的“小孔效應”來改善焊縫成型工藝。

德國RADEL 博士針對鋁合金焊接熱裂紋問題研究了YAG 激光焊，通過采用正弦震蕩來避免低熔點共晶物在焊縫中心產生熱裂紋的傾向。針對鋁合金熱敏感性問題，韓國學者KANG 等人研究發現在振動模式和頻率下，鋁合金焊縫均產生了熱裂紋，反而增加了裂紋敏感性，在熱裂紋敏感性問題上還需要進一步的研究。

2.2 厚板激光焊接技術

采用大功率激光是解決厚板激光焊接熔深問題的一個可行方式，中外學者分別利用10 kW、30 kW 的光纖激光器對不同板厚的高強度鋼進行焊接，通過多層焊能夠獲得較好的焊縫，在焊接過程中發現激光的焦點位置變化會影響熔深的問題。采用局部真空也是解決厚板熔深問題的方法之一，通過研究發現大氣壓是影響熔深的一個因素，當大氣壓降低時發現熔深增加，大氣壓降低的越多熔深增加越明顯，局部真空還有利于減少焊縫氣孔。

3 其他焊接方法的發展

3.1 超聲波釬焊技術

目前新能源已經成為中國制造業重點發展對象之一，新能源在交通工具上的應用將越來越普遍，在新能源電動車和汽車，電子器件所占比例越來越大，傳統的釬焊工藝已經無法解決其核心部件的焊接問題，超聲波釬焊解決了電子變壓器銅包鋁的焊接問題。

3.2 焊接快速成型技術

焊接快速成型技術起源于埋弧焊堆焊技術，通過計算機軟件的輔助焊接成型工藝來實現金屬零件的直接成型，目前此項技術所采用的熱源主要是高能束及電弧，主要是基于氣體保護焊和等離子弧焊技術的一種新型焊接方法。

最新型的快速成型方法是在以上焊接方法的進展之上進行的，比如冷金屬過渡也就是CMT 技術，來實現高熔敷效率、無飛濺和低熱輸入，這種技術可用于復雜零件的制造當中。

本文簡要介紹了不同焊接方法的一些發展現狀，焊接方法和設備還在不斷發展，以求能夠提高生產效率，降低成本，并且能夠跟上材料的發展對焊接工藝的需求。