電弧復合焊接技術研究

彭兵

【摘要】單絲為光滑的圓柱狀結構，而多股絞合焊絲為多絲絞合的纜繩狀結構。近幾年來許多焊接工作者對多股絞合焊絲的機理進行了深入研究，同時開展多股絞合焊絲與多種焊接方法相結合的研究。多股絞合焊絲可以將不同成分的實心焊絲、藥芯焊絲或實心焊絲與藥芯焊絲混合絞合在一起，從而達到焊絲成分設計作用，通過成分設計可以實現金屬件化合物和高熵合金的絲材制備，顯著提高焊絲種類。本文以5A06鋁合金和1×3結構的ER5356多股絞合焊絲為研究對象，開展多股絞合焊絲MIG焊工藝特性研究。

【關鍵詞】焊接;多股絞合;鋁合金

引言

“中國制造2025”提出綠色、高效、節能已經成為未來焊接行業的主要發展方向。鋁合金具有較小比重和較高比強度的特點，使其在焊接結構件的應用日益廣泛，在一些領域呈現出替代鋼鐵材料的趨勢。鋁合金具有高導熱性、高導電率和比熱容大等物理特性，使其焊接過程中易產生接頭軟化、氣孔和裂紋等焊接缺陷，使其更適用于采用高能量密度的熱源進行焊接。常用鋁合金焊接方法有MIG焊、激光焊、電子束焊和激光-電弧復合焊等。MIG焊焊接熱輸入大接頭軟化嚴重，焊接效率低;激光焊接反射率高，對工件裝配要求精度高;電子束焊需要在真空條件下進行，焊接成本高。激光-電弧復合焊復合焊接技術兼具激光焊接的高效和電弧焊接的適應性，高速條件下具有高的焊接穩定性，其高質量、高效率、低熱損傷的特點為鋁合金焊接提供了極佳解決方案。

一、多股絞合焊絲與實心焊絲焊縫形貌對比

在相同線能量的條件下，與實心焊絲 MIG 焊相比，多股絞合焊絲 MIG 焊焊縫形貌特點為熔深淺、熔寬寬。

鋁合金多股絞合焊絲MIG和實心焊絲MIG焊焊縫截面參數隨線能量變化規律如圖1所示。如圖1（a）所示，隨線能量增加，多股絞合焊絲MIG焊熔寬大于實心焊絲MIG焊熔寬，多股絞合焊絲MIG焊熔寬比實心焊絲MIG焊熔寬約高7.86～59.41%;當線能量<0.75 kJ/·mm-1時，多股絞合焊絲MIG焊熔深大于實心焊絲MIG焊熔深，當線能量>0.75 kJ/·mm-1時，實心焊絲MIG焊熔深大于多股絞合焊絲MIG焊熔深。如圖1（b）所示，隨線能量增加多股絞合焊絲MIG焊余高隨線能量的增加呈下降趨勢，實心焊絲MIG焊余高在小范圍內波動;隨線能量增加，實心焊絲MIG焊深寬比隨線能量增加的趨勢顯著高于多股絞合焊絲MIG焊。

焊接過程中，電弧產生電磁收縮力和等離子流力等，焊接電弧力對焊縫熔深產生很大的影響，熔池中由于電磁壓力作用下形成熔池凹坑。

二、焊接飛濺分析

當多股絞合焊絲MIG焊為射滴渡時，焊縫兩側出現難以去除的飛濺，為了進一步分析焊接飛濺產生，在不同送絲速度條件下以射滴過渡的形式進行試驗。不同焊接電流條件下焊縫形貌如圖2所示。如圖2所示焊縫熔寬隨焊接電流增大而增大，當焊接電流為120 A時焊縫成形不良，隨焊接電流的增加焊縫成形逐漸改善。在不同焊接電流的條件下，焊縫兩側出現不同程度的飛濺，隨著焊接電流的增大，焊縫兩側的飛濺減少。

焊接過程中，焊接電弧力對焊縫熔滴過渡很大的影響。焊接過程隨焊接電壓增大，電弧高度增大，電弧力降低，電弧力難以幫助熔滴過渡到熔池。作用在熔滴上的電磁力如圖2所示，作用到熔滴上的電磁力可分解為徑向和軸向兩個力，如a-a面電磁力軸向分力Fa向上;b-b面電磁電磁力軸向分力Fb向下，促使熔滴斷開，但是通過上小節對多股絞合焊絲電磁壓力分析可知，多股絞合焊絲電磁壓力低，并且隨焊接電壓增大，電弧高度增加，電弧降低，難以通過電磁力將促進熔滴斷開;隨著熔滴不斷長大熔滴重力不斷增大熔滴與焊絲端部液相橋不斷變細，此時焊接電流通過細液相橋時會在局部加熱，液相橋急劇膨脹，發生類似于“保險絲效應”的爆炸，產生焊接不規則飛濺。隨焊接電流增大，焊縫兩側的飛濺量逐漸減少的原因可能是因為，隨著焊接電流的增大，電弧作用于熔池的面積增大，熔池的面積逐漸增加，產生的飛濺可以更多的落入到熔池中，導致焊縫兩側飛濺減少。

三、結論

多股絞合焊絲電弧自旋轉，增加熔池流速，熔池液態金屬存在渦流型流動，液態金屬的渦流運動促進熔池向兩側快速擴張，增加了熔池與側壁之間的傳熱，使熱量更快的傳遞給側壁，從而保證側壁熔合良好。以5A06鋁合金和1×3結構的ER5356多股絞合焊絲為研究對象，開展多股絞合焊絲MIG焊工藝特性研究。

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作者簡介：彭兵（1990-01），男，漢，陜西勉縣人，大專學歷，焊工高級工，主要研究方向為焊接技術。