高速電弧焊工藝的發(fā)展應用研究

在過(guò)去，熔化氣體保護焊（GMAW）在進(jìn)行高速焊接過(guò)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(wèn)題衍生出來(lái)。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(yè)實(shí)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(shí)落實(shí)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(shù)進(jìn)行研究。在、智能化技術(shù)的協(xié)助下，很多高速焊接工藝技術(shù)先后被研制出來(lái)，并取得了良好的應用效果，基于此本文展開(kāi)論述。

1、雙絲電弧焊

雙絲焊之所以能夠優(yōu)化生產(chǎn)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(lài)性，應用頻率zui高的是以熔化極焊接方法為基點(diǎn)的手工電弧焊工藝。通常情況下，雙絲焊分為兩種類(lèi)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(jìn)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。共熔池法在制造行業(yè)中的應用，可以大幅度強化生產(chǎn)效率，并且借助節省電量的方式降低了生產(chǎn)成本，焊縫塑造質(zhì)量有所保障的同時(shí)，高速焊接目標也順利實(shí)現了。分離電弧法實(shí)效性的發(fā)揮，有賴(lài)于電流的輔助，在小電流輔佐下電弧前端產(chǎn)生淺熔深與預熱現象，而大電流雖然不產(chǎn)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(gè)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(zhì)組成成分上可以存在差異性。并列雙絲焊憑借應用之時(shí)能夠獲得優(yōu)良焊縫、操作程序簡(jiǎn)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(dòng)化目標的實(shí)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(yōu)勢。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(yōu)良性質(zhì)整合在一起，從而在優(yōu)化焊接質(zhì)量、提高焊接速率方面體現出實(shí)效性。激光焊是近幾年開(kāi)發(fā)出來(lái)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(shí)熱處理區域與熱變形量均被控制在一定水平上。激光-MIG 電弧焊工藝在應用過(guò)程中，會(huì )出現激光- 電弧形態(tài)，其和普通的激光焊相比較，對接頭高尺寸性沒(méi)有提出苛刻的要求，并借助填補金屬物質(zhì)的形式，更深程度優(yōu)化了生產(chǎn)效率。此外，基于電焊物體自體蒸發(fā)的實(shí)況，激光的發(fā)射率便會(huì )得到有效的管控，此時(shí)激光-MIG 電弧焊利用效率進(jìn)一步提升。雖然該電弧焊工藝在投入使用過(guò)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(chǎn)效率，所以在船舶等制造行業(yè)得到廣泛的應用。

雙焊炬組合焊接工藝的類(lèi)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(xué)教授張裕明提出來(lái)的。該電弧焊工藝在在傳統GMAW 焊槍基礎上發(fā)展起來(lái)的，具體是將一個(gè)等離子弧焊（PAW）焊槍安置上去。在該類(lèi)焊接工藝體系內，電流有兩個(gè)流動(dòng)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(gè)回路；焊絲、母材與GMAW 電源組成另一個(gè)回路?？梢?jiàn)，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(cháng)度焊縫熔敷金屬量處于恒定水平，而母材電流（Ia）、流經(jīng)PAW 焊槍電流（Ib）、焊絲電流（Ic）三者存在如下的關(guān)系，即Ic=Ia+Ib。因為焊絲電流Ic 值長(cháng)期處于較高水平，所以焊絲的熔化速率才有所保障，同時(shí)zui大限度的壓縮了高速焊接過(guò)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(yè)應用率并不高。

3、多元混合氣體保護焊

因為焊接過(guò)程中旋轉射流過(guò)渡區域、熔滴過(guò)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(shí)常常產(chǎn)生較多的飛濺量，此時(shí)焊縫塑型質(zhì)量也無(wú)法得到保障，電弧焊工藝的實(shí)效性大大折扣。上述問(wèn)題的出現，主要是因為缺乏穩定性的熔滴過(guò)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(kāi)發(fā)與應用，具體是借助保護氣體去實(shí)現調整焊接電弧形狀這一目標，從而使熔滴的受力形態(tài)發(fā)生一定改變，此時(shí)旋轉射流過(guò)渡進(jìn)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(chǎn)制造行業(yè)領(lǐng)域中的應用，發(fā)揮的實(shí)效性是巨大的，具體是在以下兩個(gè)方面體現出來(lái)：一是優(yōu)化了焊接質(zhì)量；二是使焊絲熔敷效率提高2 ～ 3 倍。相關(guān)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zui大值為430g/min。