單電源雙絲焊接應(yīng)用及其工藝分析

王興陽(yáng)，韓麗營(yíng)，蘇帥，魏玉程

摘要：介紹和分析了單電源雙絲系統(tǒng)（DeepenTwin）構(gòu)成、焊接應(yīng)用價(jià)值、焊接工藝試驗(yàn)以及實(shí)際焊接應(yīng)用。單電源雙絲焊接系統(tǒng)由焊接電源、雙絲送絲機(jī)以及雙絲焊槍組成，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便于操作，既可用于手工焊也可用于專機(jī)和機(jī)器人的自動(dòng)焊接。單電源雙絲焊接系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單雙絲的自由切換，既能進(jìn)行單絲的打底焊接也能進(jìn)行雙絲大電流高熔覆率的焊接，最高熔覆效率較單絲焊接可提升50%。由于兩根焊絲形成了較寬的單一電弧，電弧熱量分布更均勻，焊縫不易咬邊，并且不存在電弧干擾的問題，焊接飛濺低成形好，可獲得比單絲焊接質(zhì)量更高的焊縫，是一種新型的高速高效焊接解決方案。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)坞娫措p絲;應(yīng)用價(jià)值;焊接工藝;高速高效

中圖分類號(hào)：TG434? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-2003（2021）10-0131-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.10.22

0? ? 前言

隨著電弧焊接技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)于高速高效、高熔覆率、高質(zhì)量的焊接技術(shù)的需求日益增加。提高熔覆效率最為傳統(tǒng)和簡(jiǎn)單的方法是增大焊接電流、焊接電壓和送絲速度，然而在傳統(tǒng)的MIG/MAG焊接工藝條件下，送絲速度大于15 m/min時(shí)，電弧狀態(tài)會(huì)變差，進(jìn)而影響焊縫成形和力學(xué)性能[1-4]。鑒于單絲焊接在大電流焊接上的局限性，多絲焊接技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是雙絲焊接技術(shù)，例如雙電源雙絲焊接、單電源雙絲焊接、雙電源三絲焊接等[5]。文中重點(diǎn)介紹和分析松下單電源雙絲焊接技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成、工藝價(jià)值、焊接工藝試驗(yàn)及其實(shí)際焊接應(yīng)用。

1 單電源雙絲焊接系統(tǒng)

單電源雙絲焊接系統(tǒng)（DeepenTwin）是由一臺(tái)搭載雙絲焊軟件的全數(shù)字逆變焊接電源、一臺(tái)單電源雙絲送絲機(jī)以及一把雙絲焊槍構(gòu)成，如圖1、圖2所示。單電源雙絲系統(tǒng)既可以進(jìn)行手工焊接又可以進(jìn)行專機(jī)、機(jī)器人的自動(dòng)焊接。在單電源雙絲焊接系統(tǒng)中，兩根焊絲共用一個(gè)導(dǎo)電嘴，分別穿過一個(gè)導(dǎo)電嘴的兩個(gè)孔徑進(jìn)行送絲，兩根焊絲之間形成單一焊接電弧，與單絲焊接電弧相比，由于雙絲之間形成穩(wěn)定的“ 液橋 ”，并以一個(gè)較大熔滴的形式進(jìn)行過渡，從而形成單一的較寬電弧進(jìn)行焊接，如圖3所示。

2 單電源雙絲焊接的應(yīng)用價(jià)值分析

（1）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，容易操作。由于單電源雙絲焊接系統(tǒng)僅由一臺(tái)焊接電源和一套送絲機(jī)構(gòu)、一把雙絲焊槍構(gòu)成，系統(tǒng)簡(jiǎn)單且便于掌握操作，操作與單絲焊接完全相同。

（2）形成單一電弧，不存在電弧干擾，焊接飛濺小，焊縫成形好。由于兩根焊絲共同通過一個(gè)導(dǎo)電嘴，且焊絲間的距離約0～1 mm，兩根焊絲之間形成單一電弧，焊絲之間熔化形成穩(wěn)定的液態(tài)小橋，熔滴以一個(gè)大熔滴的形式進(jìn)行過渡，如圖4所示，不存在電弧干擾的問題，飛濺更低，焊縫成形更佳。而雙電源雙絲焊接存在電弧干擾問題，焊接飛濺較大，如圖5所示。

（3）熔覆效率高，最大熔覆量可提升50%。與單絲焊接相比，在相同送絲量下，單電源雙絲焊接的填充量是單絲焊接的2倍。在相同額定功率的焊接電源下，單電源雙絲焊接系統(tǒng)可以大幅度提升單絲的電流使用域度，例如，單絲φ1.2 mm脈沖焊接在15 m/min時(shí)的焊接電流可達(dá)350 A，常用最佳電流域度為180～350 A，單電源雙絲φ1.2 mm的最佳電流域度可以擴(kuò)展到300～650 A，如圖6所示，其最高熔覆量較單絲焊接可提升50%。

（4）焊槍指向性更靈活，不受焊接位置的限制。雙電源雙絲焊接系統(tǒng)的焊槍噴嘴呈扁平狀，兩根焊絲間的距離通常在8～15 mm，如圖7所示，一些焊接“ 死角 ”位置難以抵達(dá)。與雙電源雙絲焊接相比，由于單電源雙絲的兩根焊絲共用一個(gè)導(dǎo)電嘴的特殊結(jié)構(gòu)，兩根焊絲之間的距離僅為0～1 mm，使用的噴嘴尺寸較小，焊槍指向更靈活，沒有特殊的焊接位置限制，如圖8所示。

（5）可以進(jìn)行“ 單雙絲切換 ”焊接。單電源雙絲系統(tǒng)獨(dú)有的特殊設(shè)計(jì)使其在無(wú)需更換導(dǎo)電嘴、送絲輪和焊絲盤的情況下可實(shí)現(xiàn)單雙絲的自由切換，便于用戶達(dá)到單絲小電流焊接、雙絲大電流焊接的目的，提高單電源雙絲焊的應(yīng)用價(jià)值。

3 單電源雙絲焊接工藝試驗(yàn)

為了驗(yàn)證單電源雙絲焊接后的焊縫質(zhì)量，設(shè)計(jì)了單電源雙絲φ1.2 mm脈沖焊接和單絲φ1.2 mm脈沖焊接的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)采用板厚14 mm的Q355B鋼板，對(duì)接接頭形式，對(duì)接坡口角度為60°，預(yù)留1 mm鈍邊，對(duì)接接頭背面加陶瓷襯墊。焊接工藝規(guī)范如表1所示。

焊接后對(duì)焊縫做沖擊和焊接接頭的拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2650-2008 《焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法》和GB/T 2651-2008 《焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法》，檢測(cè)結(jié)果分別如表2、表3所示。由表2可知，單絲焊最大抗拉強(qiáng)度為430 MPa，雙絲焊最大抗拉強(qiáng)度為422 MPa，斷裂位置均在母材處，這表明單電源雙絲焊接與單絲焊接的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)，且焊縫強(qiáng)度高于母材，達(dá)到焊接要求。

表3中試樣尺寸均為10 mm×10 mm×55 mm，由表3可知，單電源雙絲焊接的焊縫平均沖擊功為150 J，明顯大于單絲焊接的焊縫平均沖擊功91 J。焊縫熔深形貌和組織如圖9所示，可以看出，單電源雙絲焊蓋面層的晶粒尺寸明顯大于單絲焊的，但是打底層晶粒尺寸比單絲焊晶粒尺寸細(xì)小，而打底焊縫晶粒尺寸的細(xì)化是單電源雙絲焊沖擊功顯著高于單絲焊的主要原因。單電源雙絲焊接打底層晶粒細(xì)化與表1的打底焊道熱輸量低相關(guān)。

4 單電源雙絲焊接實(shí)際應(yīng)用與分析

目前，單電源雙絲焊接系統(tǒng)已經(jīng)在中厚板碳鋼的焊接上得到了應(yīng)用和推廣，無(wú)論是手工焊或是自動(dòng)焊，均體現(xiàn)出其高效高熔覆率的特點(diǎn)，在保證焊縫質(zhì)量的前提下，極大地提高了焊接生產(chǎn)效率。

（1）單電源雙絲手工焊接實(shí)際應(yīng)用。

單電源雙絲φ1.0 mm手工焊接實(shí)際應(yīng)用如圖10所示。

焊接要求：打底焊接實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形，填充層和蓋面層實(shí)現(xiàn)高效高熔覆率焊接，減少填充次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，焊接后超聲波探傷合格。

焊接過程：采用單電源雙絲焊接系統(tǒng)中的“ 單雙絲切換 ”功能，無(wú)需更換焊絲和導(dǎo)電嘴即可進(jìn)行單絲φ1.0 mm小電流打底焊接，確保焊縫根部能夠單面焊雙面自由成形，打底焊結(jié)束后清渣處理，而后采用單電源雙絲φ1.0 mm的填充和蓋面焊接。焊接過程中，每焊完一道焊縫均需要進(jìn)行清渣處理。

焊接結(jié)果：每種焊接接頭的焊縫超聲探傷均合格，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，與常規(guī)的單絲焊接相比，焊接生產(chǎn)效率提高10%～20%。

（2）單電源雙絲自動(dòng)焊實(shí)際應(yīng)用。

利用單電源雙絲φ1.2 mm自動(dòng)焊焊接16 mm碳鋼方形梁，50°單邊V型坡口，焊接接頭背面加永久性襯墊，如圖11所示。

焊接要求：焊縫無(wú)缺陷，超聲波探傷合格，實(shí)現(xiàn)高效高熔覆率焊接。

焊接過程：采用單電源雙絲φ1.2 mm打底焊接，打底規(guī)范為焊接電流400 A、焊接電壓32 V、焊接速度0.4～0.6 m/min，填充和蓋面焊接電流540 A、焊接電壓36 V、焊接速度0.4～0.6 m/min，打底、填充和蓋面共計(jì)3層。

焊接結(jié)果：超聲探傷合格。與傳統(tǒng)單絲φ1.2 mm焊接相比，采用單電源雙絲焊接方形梁，焊縫總層數(shù)減少1層，生產(chǎn)效率提高約30%。

單電源雙絲焊接系統(tǒng)適合在大電流域下進(jìn)行填充和蓋面焊接，可大幅提升焊接熔覆效率。由于單電源雙絲焊的電流較大，對(duì)于有襯墊的焊接接頭，可以直接進(jìn)行打底焊接;對(duì)于沒有襯墊的焊接接頭，可以采用“ 單雙絲切換 ”功能，無(wú)需更換焊絲和導(dǎo)電嘴即可進(jìn)行單絲打底焊接。目前，單電源雙絲焊可以使用雙絲φ1.0 mm和雙絲φ1.2 mm的焊絲，均能進(jìn)行手工焊和自動(dòng)焊接，雙絲φ1.2 mm可使用電流域會(huì)更大，最大可達(dá)700 A，更適合自動(dòng)焊焊接。

5 結(jié)論

（1）單電源雙絲焊接系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作容易，適合于中厚板高熔覆率的焊接，最大熔覆效率較單絲焊接可提升50%，獨(dú)有的電弧特點(diǎn)使其形成單一電弧，沒有電弧干擾問題，焊接飛濺低、焊縫成形好，既可進(jìn)行手工焊又可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊，在確保焊接質(zhì)量的前提下，大幅度提高了焊接生產(chǎn)效率，是一種新型的高速高效焊接解決方案。

（2）單電源雙絲焊接方法與單絲焊接方法相比，兩者的焊接接頭的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)，且焊縫強(qiáng)度高于母材，均能夠達(dá)到焊接質(zhì)量要求。單電源雙絲焊接的焊縫沖擊功高于單絲焊接的，表明單電源雙絲能獲得質(zhì)量更佳的焊縫。

（2）目前，單電源雙絲焊接系統(tǒng)正在推廣和應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、橋梁、造船等領(lǐng)域，能夠大幅度提升焊接生產(chǎn)效率，由于其在大電流下的高品質(zhì)焊接質(zhì)量，具備廣闊的應(yīng)用前景。

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