高速電弧焊工藝的發展及應用實踐微探

摘 要：文章主要對高速電弧焊工藝的發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展與應用空間，并為我國制造業創造更多的效益。

關鍵詞：電弧焊；雙絲電弧焊；多元混合氣體保護焊；制造業；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“咬邊”現象，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焊接速度多數為1m/min，這與高速焊接之間存在一定差距，而在工業實踐中，焊速大多數被管控在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中的應用，可以大幅度強化生產效率，并且借助節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了。分離電弧法實效性的發揮，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象，而大電流雖然不產生淺熔深與預熱現象，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焊的優良性質整合在一起，從而在優化焊接質量、提高焊接速率方面體現出實效性。激光焊是近幾年開發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，會出現激光-電弧形態，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，更深程度優化了生產效率。此外，基于電焊物體自體蒸發的實況，激光的發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GMAW焊槍基礎上發展起來的，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域、熔滴過渡區域穩定性處于極低水平，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，主要是因為缺乏穩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與應用，具體是借助保護氣體去實現調整焊接電弧形狀這一目標，從而使熔滴的受力形態發生一定改變，此時旋轉射流過渡進程也體現出穩定性。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領域中的應用，發揮的實效性是巨大的，具體是在以下兩個方面體現出來：一是優化了焊接質量；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展的歷程中，高速MIG焊接技術將會獲得更大的發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。