高速電弧焊工藝的發展應用研究

在過去，熔化氣體保護焊（GMAW）在進行高速焊接過程中常常出現“咬邊”現象，在焊速不斷加大的情況下，焊縫連貫性缺乏問題衍生出來。GMAW 焊接速度多數為1m/min，這與高速焊接之間存在一定差距，而在工業實踐中，焊速大多數被管控在0.5m/min。為了使焊接效果有所保障，與此同時落實高速焊接這一目標，眾多科研人員積極對多樣化電弧焊工藝技術進行研究。在、智能化技術的協助下，很多高速焊接工藝技術先后被研制出來，并取得了良好的應用效果，基于此本文展開論述。

1、雙絲電弧焊

雙絲焊之所以能夠優化生產效率，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性，應用頻率zui高的是以熔化極焊接方法為基點的手工電弧焊工藝。通常情況下，雙絲焊分為兩種類型，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中的應用，可以大幅度強化生產效率，并且借助節省電量的方式降低了生產成本，焊縫塑造質量有所保障的同時，高速焊接目標也順利實現了。分離電弧法實效性的發揮，有賴于電流的輔助，在小電流輔佐下電弧前端產生淺熔深與預熱現象，而大電流雖然不產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、物質組成成分上可以存在差異性。并列雙絲焊憑借應用之時能夠獲得優良焊縫、操作程序簡單等特色，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，焊接自動化目標的實現指日可待。

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 焊的優良性質整合在一起，從而在優化焊接質量、提高焊接速率方面體現出實效性。激光焊是近幾年開發出來的新興焊接方式，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程中，會出現激光- 電弧形態，其和普通的激光焊相比較，對接頭高尺寸性沒有提出苛刻的要求，并借助填補金屬物質的形式，更深程度優化了生產效率。此外，基于電焊物體自體蒸發的實況，激光的發射率便會得到有效的管控，此時激光-MIG 電弧焊利用效率進一步提升。雖然該電弧焊工藝在投入使用過程中，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效率，所以在船舶等制造行業得到廣泛的應用。

雙焊炬組合焊接工藝的類型是多樣化的，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教授張裕明提出來的。該電弧焊工藝在在傳統GMAW 焊槍基礎上發展起來的，具體是將一個等離子弧焊（PAW）焊槍安置上去。在該類焊接工藝體系內，電流有兩個流動方向，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 電源構成一個回路；焊絲、母材與GMAW 電源組成另一個回路?？梢?，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，并且單位長度焊縫熔敷金屬量處于恒定水平，而母材電流（Ia）、流經PAW 焊槍電流（Ib）、焊絲電流（Ic）三者存在如下的關系，即Ic=Ia+Ib。因為焊絲電流Ic 值長期處于較高水平，所以焊絲的熔化速率才有所保障，同時zui大限度的壓縮了高速焊接過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應用率并不高。

3、多元混合氣體保護焊

因為焊接過程中旋轉射流過渡區域、熔滴過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常常產生較多的飛濺量，此時焊縫塑型質量也無法得到保障，電弧焊工藝的實效性大大折扣。上述問題的出現，主要是因為缺乏穩定性的熔滴過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發與應用，具體是借助保護氣體去實現調整焊接電弧形狀這一目標，從而使熔滴的受力形態發生一定改變，此時旋轉射流過渡進程也體現出穩定性。多元混合氣體保護焊這一手工電弧焊工藝在生產制造行業領域中的應用，發揮的實效性是巨大的，具體是在以下兩個方面體現出來：一是優化了焊接質量；二是使焊絲熔敷效率提高2 ～ 3 倍。相關資料記載，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。