淺談焊接方法與設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

趙晶

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110023）

焊接在工業(yè)生產(chǎn)中是一種重要的加工方法，隨著中國經(jīng)濟和科技的高速發(fā)展，焊接方法與設(shè)備也得到了快速發(fā)展。本文將簡要介紹目前焊接方法與設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀。

1 熔化極氣體保護焊的發(fā)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(shù)

CP 技術(shù)采用變極性焊機，與傳統(tǒng)的短弧焊接相比熱輸入要低，這是因為CP 技術(shù)通過DSP 技術(shù)與數(shù)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(nèi)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(wěn)性和焊縫的均勻性，這種技術(shù)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(shù)

CMT 焊接技術(shù)采用的是短路過渡，其主要是通過數(shù)字化控制協(xié)調(diào)送絲運動的變化，當(dāng)熔滴過渡中發(fā)生短路時，焊機的電壓與電流反饋檢測系統(tǒng)能夠探尋到短路信號，系統(tǒng)會將收回焊絲的指令發(fā)送給自動送絲機，迫使焊絲與熔滴分離來實現(xiàn)主動的短路過渡。這種熔滴過渡形式與傳統(tǒng)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(fù)合熱源

復(fù)合熱源MIG/MAG 焊接系統(tǒng)是將熔化極氣體保護焊和等離子焊有機結(jié)合起來的一種焊接技術(shù)，這種焊接技術(shù)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(shè)備的成本，并能保障焊接生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，是目前工業(yè)發(fā)展對設(shè)備技術(shù)的發(fā)展要求，高效熔化極氣體保護焊的發(fā)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(yīng)的電流隨著焊接設(shè)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(zhì)量，例如會出現(xiàn)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(xiàn)集中現(xiàn)象，焊接工藝的穩(wěn)定性就會受到影響，因此在大電流、低電壓下穩(wěn)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(shù)的發(fā)展

根據(jù)高速焊接對單絲焊接設(shè)備功能的需求，CO2短路過渡焊接工藝和低飛濺CO2焊機設(shè)備被研發(fā)出來。經(jīng)過實驗證明這種設(shè)備能有效地提升生產(chǎn)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(dá)到150 cm/min，最高可達(dá)300 cm/min，可根據(jù)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(chǎn)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(wěn)定性。

1.2.2 雙絲焊接技術(shù)的發(fā)展

單絲焊接設(shè)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(dān)電弧力，研究人員研發(fā)了雙絲高效焊接技術(shù)，這是一種較為新型的焊接技術(shù)，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(wěn)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(shè)備公司經(jīng)過多年研究開發(fā)了雙絲新型設(shè)備，從保護氣體、焊接材料、焊接電源等多個方面進行了調(diào)整，提升焊接設(shè)備的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1.2.2.1 RAPID MELT 工藝

這是一家瑞典公司開發(fā)的，稱之為RAPID ARC 接法，其適用于較薄板的焊接。首先，該項技術(shù)改變了保護氣體，采用了MISON8，在提升了焊接設(shè)備的送絲速度，增大焊絲干伸長，仍能夠保證焊接工藝平穩(wěn)。其焊縫成型質(zhì)量較高，外形平整，很好地控制了焊接結(jié)構(gòu)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(fā)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(tǒng)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(shù)

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

1.2.2.4 TAN DEM 雙絲技術(shù)

兩根焊絲相互隔離從不同的導(dǎo)電嘴伸出，稱之為TAN DEM。這種焊接技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，在中國交通制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，跟TWIN ARC 技術(shù)相比，其焊接穩(wěn)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(fā)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(shù)，其具有高效、高精度的焊接優(yōu)勢，可適用材料范圍廣，在裝備結(jié)構(gòu)輕量化制造中成為不可或缺的技術(shù)之一，這項新型技術(shù)成為各國制造業(yè)關(guān)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(shù)和激光功率的提高，激光技術(shù)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(fā)展和厚板激光焊的發(fā)展兩方面來進行闡述。

2.1 薄板激光焊接技術(shù)

2.1.1 激光復(fù)合技術(shù)

目前的激光復(fù)合技術(shù)有：激光-MAG 焊電弧復(fù)合技術(shù)，激光-等離子電弧焊接技術(shù)，激光-滾軋復(fù)合技術(shù)。

目前出現(xiàn)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(fù)合技術(shù)，利用調(diào)節(jié)激光和電弧的各項焊接參數(shù)來獲得良好的焊縫成型，這種焊接技術(shù)具有比較好的前景，很多研究學(xué)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(fù)合技術(shù)，這是異種復(fù)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(shù)在焊接平板時能夠更加適應(yīng)間隙和錯邊量。

2.1.2 光束軌跡控制技術(shù)

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

德國BIAS的SCHULTZ博士開發(fā)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(shù)“Buttonhole”，它是基于激光利用分析穩(wěn)定的“小孔效應(yīng)”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(chǎn)生熱裂紋的傾向。針對鋁合金熱敏感性問題，韓國學(xué)者KANG 等人研究發(fā)現(xiàn)在振動模式和頻率下，鋁合金焊縫均產(chǎn)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(shù)

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(xué)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)大氣壓是影響熔深的一個因素，當(dāng)大氣壓降低時發(fā)現(xiàn)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(fā)展

3.1 超聲波釬焊技術(shù)

目前新能源已經(jīng)成為中國制造業(yè)重點發(fā)展對象之一，新能源在交通工具上的應(yīng)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(tǒng)的釬焊工藝已經(jīng)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(shù)

焊接快速成型技術(shù)起源于埋弧焊堆焊技術(shù)，通過計算機軟件的輔助焊接成型工藝來實現(xiàn)金屬零件的直接成型，目前此項技術(shù)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(shù)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(shù)，來實現(xiàn)高熔敷效率、無飛濺和低熱輸入，這種技術(shù)可用于復(fù)雜零件的制造當(dāng)中。

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