雙絲雙弧焊在中厚板焊接的應用

羅強　甘躍　劉春明

摘要：針對雙絲雙弧焊的工藝要求，以某公司雙絲雙弧焊設備的特點及其應用為例，通過焊接試驗得出，雙絲雙弧焊在焊接20 mm及以下厚度鋼板時，可以不開坡口雙面焊接，前置焊絲直流保證熔深，后置焊絲交流保證熔敷，可在較高的焊速下獲得良好的焊縫成形和焊接質(zhì)量，適用于普通碳鋼及高強度鋼中厚板的焊接。

關鍵詞：雙絲雙弧焊;高效焊接;中厚板

中圖分類號：TG434文獻標志碼：B文章編號：1001-2303（2020）05-0114-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.24

0 前言

高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的焊接不僅是現(xiàn)代制造業(yè)對中厚板焊接提出的迫切需求，也是現(xiàn)代化焊接技術發(fā)展的方向[1]。傳統(tǒng)的單絲單弧焊越來越不能滿足高效焊接的需求。雙絲雙弧焊以其高效率、大熔深、高焊縫質(zhì)量逐漸被越來越多的企業(yè)使用，是一種較為先進的高效焊接方法[2]。

一般認為，雙絲的目的是增加熔敷金屬量從而提高效率，即原單絲單弧焊需要焊接4層，采用雙絲雙弧后僅需焊接2層。實際上并非如此，單絲單弧焊雖然可以通過加大焊接電流和電弧電壓、增加焊絲填充量來提高焊接效率，但是熱輸入量大會導致焊縫金屬組織粗大，沖擊性能降低，并且熔化金屬可能來不及攤開造成焊縫成形差。而雙絲雙弧焊主要通過提高焊接速度來提高效率，即增加的熔化金屬被快速分攤到較長的焊縫里，降低了線能量，避免因熱輸入量過大出現(xiàn)焊接缺陷。據(jù)相關文獻介紹：對于對接接頭坡口焊縫，雙絲雙弧焊的熔敷率比一般的單絲單弧焊高40%以上，其焊接速度比單絲單弧焊高25%以上，而對于厚板焊件則可提高50%～70%[3]。

1 雙絲雙弧焊的原理

雙絲雙弧焊是雙焊絲（電極），雙電弧共熔池，前置焊絲為直流，后置焊絲為交流。采用縱列式焊接方法，即兩根焊絲沿焊接方向順序排列，如圖1所示[4]。前導電弧為直流，采用大電流低電壓，充分發(fā)揮直流電弧的穿透力，獲得大熔深，后續(xù)電弧為交流，采用小電流大電壓增加焊縫熔寬，克服前道大電流可能形成的熔化金屬堆積，配合高速度焊接，從而獲得美觀的焊縫成形。因此，可得到滿意的焊縫熔深和焊縫熔寬，焊接效率顯著提高[5]，焊縫不易產(chǎn)生熱裂紋[6]。且由于前道電弧給后道焊接提供了預熱功能，還可以大幅度降低電力消耗。

2 前期準備

2.1 焊接設備

雙絲雙弧焊需要直流、交流兩臺電源，采用成都華遠電器設備有限公司生產(chǎn)的ZD7-1250IGBT逆變式多功能弧焊電源、ZDE-1250交直流方波弧焊電源，配套MZS-1250型數(shù)字化雙絲雙弧焊小車，如圖2所示。

ZD7-1250IGBT逆變式多功能弧焊電源主電路采用IGBT逆變技術。三相交流電源經(jīng)工頻三相整流后，供給IGBT逆變器，逆變成中頻（20 kHz）交流，然后進行中頻降壓及整流，再經(jīng)過濾波和電流負反饋控制，輸出能滿足焊接需要且可連續(xù)調(diào)節(jié)的電流。

ZDE-1250交直流方波弧焊電源主電路采用晶閘管整流技術，三相交流電源經(jīng)主變壓器降壓后供給晶閘管整流，利用電抗器電感換流，通過電流負反饋控制，輸出能滿足焊接需要且可連續(xù)調(diào)節(jié)的交流。

MZS-1250型數(shù)字化雙絲雙弧焊小車控制系統(tǒng)采用單片機控制技術，提供10個通道用于焊接參數(shù)的存儲和調(diào)用，焊絲和工件接觸后，自動停止送絲，焊絲不會將小車機頭頂起;焊接參數(shù)均可預置，調(diào)節(jié)方便，操作簡單。

2.2 焊接材料

焊接母材為Q235A鋼板，厚度分別為20 mm、30 mm;焊絲H08A φ4.0，焊劑 SJ101;將焊劑在300～350 ℃烘烤 1～2 h，使用時盡量保持干燥無雜物。焊絲、焊劑按照GB5293《埋弧用碳鋼焊絲和焊劑》驗收。

2.3 焊縫坡口

（1）當鋼板厚度為20 mm時，不開坡口、無需清根，雙面單道焊接，對接示意如圖3所示。

（2）當鋼板厚度為30 mm時，鈍邊3 mm，開X型對稱60°坡口，對接示意如圖4所示。

（3）焊前將接頭周圍坡口兩側(cè)各20 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等雜質(zhì)清除干凈。

3 焊接試驗

焊接試驗在埋弧焊工藝實驗室進行，環(huán)境溫度26 ℃，相對濕度76%。前后焊絲調(diào)整為：直流、交流焊絲保證在同一直線上，焊絲伸出導電嘴長度25～40 mm，兩絲接觸工件后焊絲端部間距15～25 mm。前焊絲直流前傾0°～10°，后焊絲交流后傾15°，兩焊絲之間的角度控制在15°～25°[5];調(diào)整形式如圖5～圖7所示。

厚度分別為20 mm、30 mm試件的焊接工藝參數(shù)分別如表1、表2 所示。

4 試驗結(jié)果

（1）焊縫外觀成形如圖8所示。焊縫外觀成形良好，無裂紋、氣孔、夾渣、未熔合及其他缺陷。

（2）橫斷面金相圖片如圖9、圖10所示。焊縫內(nèi)部熔合良好，無夾渣、未熔合、未焊透及其他缺陷。

5 結(jié)論

雙絲雙弧焊是一種先進的焊接方法。在焊接不大于20 mm厚度的鋼板時，可以不開坡口雙面焊接，實現(xiàn)全滲透，提高了焊接效率，降低了成本。由于采用前置焊絲直流保證熔深，后置焊絲交流保證熔敷，有利于保證焊縫質(zhì)量和外觀成形。雙絲雙弧焊特別適用于普通碳鋼及高強度鋼中厚板的焊接。現(xiàn)已被國內(nèi)多家大型風電企業(yè)所采用，客戶反映良好。

參考文獻：

[1] 關橋，林尚楊. 熔焊新技術及應用研討會文集[C]. 北京：中國焊接學會，2003.

[2] 劉海清. 雙絲埋弧焊在造船業(yè)的應用和探索[J]. 電焊機，2012，42（8）：11-16.

[3] 陳祝年. 焊接工程師手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[4] 蔡立民. MZS-1250型雙弧雙絲埋弧焊設備及工藝[J]. 電焊機，2006，36（4）：29-31.

[5] 孫國君. 埋弧自動焊技術入門與提高[M]. 北京：化工工業(yè)出版社，2009.

[6] 韓國明. 焊接工藝理論與技術（第2版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.