淺談高效焊接工藝研究現(xiàn)狀

付金紅

【摘 要】本文對高校焊接工藝的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的研究，闡述了高校焊接工藝的應(yīng)用范圍、特點和原理，并對雙面電弧焊接工藝進(jìn)行了重點研究，在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】DSAW工藝；高效焊接；熔深

0.前言

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，海洋、交通、航空事業(yè)都得到了飛速的發(fā)展，使得焊接技術(shù)有了一個質(zhì)的飛躍，使得焊接工作的量有了很大的突破。現(xiàn)在，在世界焊接強(qiáng)國中我國的焊接工作量領(lǐng)先于各個國家，但是就焊接的質(zhì)量和效率來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界發(fā)達(dá)國家。這是有很多因素在里面的，首先自動化程度不夠廣泛，再次，高效焊接方法沒有得到廣泛的應(yīng)用。所以應(yīng)該加強(qiáng)高效焊接工藝的推廣和研究，使得真正廣泛應(yīng)用與實際生產(chǎn)中。

1.提高熔敷率焊接

1.1熱絲TIG/MIG工藝

常規(guī)TIG焊接熔敷率具有很多缺點，熱絲焊接工藝針對其缺點由此誕生，這種工藝在后來的熔化極氣體保護(hù)焊接和埋弧焊中都得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有很好的作用。此種工藝主要是運(yùn)用焊絲在電流經(jīng)過時產(chǎn)生的電阻熱，焊絲如果溫度升高到一定的溫度，會轉(zhuǎn)移到電弧區(qū)，使得熔敷率有所增加，并且使焊絲的熔化速率也有所提高，最終使得焊接的效率有很大的提高。附加電源可以給預(yù)熱焊絲提供專門的電流，如果不使用附加電源的話，可以采用焊接電源的方式。如果將熱絲被送絲結(jié)構(gòu)的附加填充滿的話，可以將原來的焊絲進(jìn)行一定的預(yù)熱。

1.2添加金屬粉TIG/MIG工藝

將金屬粉末在焊接的過程中加入，可以靈活的用于熔化極氣體保護(hù)焊接和埋弧焊接兩種工藝中。如果電弧能量不能增加的話，可以添加一定量的金屬粉，這樣能夠使高熔敷率升高百分之三十到百分之五十。但是在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，埋弧焊工藝多是采用的金屬粉末的添加和多絲埋弧焊相結(jié)合的工藝。

此種工藝，最重要的一定要控制好金屬粉末的大小。一開始人們多是采用的切斷的焊絲，而且顆粒很大，應(yīng)用與實際生產(chǎn)中收到的效果并不十分顯著。但是自將金屬粉末的直徑采取了減小的手段之后，人們逐漸認(rèn)識到了這種工藝的好處。外國有家公司，研究出了一種直徑很小的金屬粉末顆粒，他們可以借助電弧的吹力被吹到電弧的周圍，使得金屬粉末在焊接的過程中，既能夠在四周熔化也能夠在電弧下熔化，從而使電弧的能量得到了高效的利用，并且使得熔敷率有了很大的提高。于此同時，要想更加有效的使焊接的缺陷得以避免，可以將合金化類型的元素加到金屬粉中，從而使冶金反應(yīng)更加迅速的發(fā)生。

2.活性劑焊接

2.1 A-TIG工藝

TIG既有優(yōu)點又有缺點，這種工藝總的來說，焊接的質(zhì)量比較高，并且電弧的燃燒非常的穩(wěn)定，但是不可忽略其缺點，這種工藝生產(chǎn)的效率很低，對于焊接材料的成分很敏感，如果是單道焊接的東西的厚度會很小。A-TIG這種工藝將其在待焊區(qū)固定，并且在其上抹上一種活性助焊劑，這種助焊劑厚度很薄，可以使焊縫的熔深有所提高。這種工藝會使截面出現(xiàn)一種比較特殊的花生外表，使得接頭的強(qiáng)度有很大的提高。這種工藝借助活性焊機(jī)通過如下幾個作用使得焊接的效率有所提高。

（1）陽極斑點收縮：助焊劑在電弧的中心能夠發(fā)生一定的電離，并且產(chǎn)生一些正離子和電子，但是在周邊則會蒸發(fā)一些物質(zhì)，這些物質(zhì)還是以解離的原子或者分子的形式存在于自然中，并且會將電子俘獲，最終形成負(fù)電荷，進(jìn)而使得電弧周邊的載流子不斷的減少。電弧要想達(dá)到一種新的平衡，必須使等離子體區(qū)和陽極的電流密度有很大程度的增加。這種現(xiàn)象會使得陽極的斑點不斷收縮，并且使得離子體弧柱的直徑也有很大的減小。

（2）電弧力：隨著電弧徑向力和弧壓的不斷增大，使得陽極的根部出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象，進(jìn)而使得熔池金屬的流動受到一定的障礙，最后使得熔深有很大程度的增加。

（3）表面張力：熔池中的過渡活性元素使得其表面的張力梯度有了一些改變，這種張力使得流動的液體金屬由周邊向中心匯集，并且流向下部，最后將熱量送到熔池底端，然后形成一種深而窄的焊接縫隙。

2.2 A-Laser工藝

受A-TIG工藝啟發(fā)，將活性劑引入激光焊接?；钚詣┎捎眉{米級超細(xì)化學(xué)粉末，主要成分包括SiO2、NaF、TiO2、Cr2O3、TiC等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：添加活性劑可以使焊縫形狀由“釘頭”變?yōu)椤爸鶢睢?，同等功率條件下，焊縫熔深增加33%。分析認(rèn)為：溫度較低的光致等離子體周邊區(qū)域含有大量Si-2、Cr-2、Ti-2等元素的大顆粒分子，極易吸附中心區(qū)域自由運(yùn)動的電子，因此，激光作用的中心區(qū)域粒子密度趨于減少；同時，鹵族元素化合物對電子有很強(qiáng)的親和力，并且有很好的吸熱能力，使工件得到更多的入射激光能量，最終導(dǎo)致焊接熔深增加，焊接效率提高。

3.雙面電弧焊接工藝

雙面電弧焊接有別于單面雙?。p絲）焊接，它是采用單個或者2個電源供電的2個電弧，從工件兩側(cè)同時對同一焊縫位置施焊的一種新型焊接工藝，它可以增大熔深，減少缺陷，降低變形，優(yōu)越性明顯。目前研究多集中于以下幾個方面。

電弧收縮效應(yīng)。

Kentaky大學(xué)的研究者首先觀察到單電源DSAW工藝中的電弧收縮現(xiàn)象（ContractiveEffect）。在VPPAW電源、PAW+TIG組合DSAW工藝試驗中，等離子弧在EN（electrode negative）周期產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，與常規(guī)等離子?。℅-PAW）形貌明顯不同。電弧收縮效應(yīng)使電弧能量集中，熱源能量密度提高，增大熔深能力。

等離子弧的收縮效應(yīng)可以用流經(jīng)工件的焊接電流和由電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場來解釋。在常規(guī)等離子焊中，焊接電流主要通過母材表面流失，只有等離子射流直接透過熔池匙孔（Keyhole），而電弧本身并沒有穿過匙孔，因而熔深能力有限。DSAW工藝中，焊接回路為：電源電極I-PAW焊槍-焊接工件-TIG焊槍-電源電極Ⅱ，通過在母材的另一側(cè)放置TIG焊槍導(dǎo)引焊接電弧直接穿過匙孔，形成“匙孔效應(yīng)”，大大提高電弧的熔透能力。同時，由于大部分焊接電流通過焊槍穿過工件，沿電流方向產(chǎn)生感應(yīng)磁場，在感應(yīng)磁場作用下，電弧產(chǎn)生收縮效應(yīng)，能量密度集中，增大熔深。

目前對DSAW工藝的研究工作還剛剛起步，對2個電弧間的作用機(jī)理還沒有獲得規(guī)律性的認(rèn)識，TIG電弧對等離子弧的吸引、拉伸作用，水平位置施焊時上下熔池的非對稱性以及雙弧共同作用下工件內(nèi)部的傳熱機(jī)制、穿透機(jī)制等內(nèi)容是下一步研究的重點。

4.復(fù)合雙弧焊

復(fù)合雙弧焊是指采用不同種類的電弧或熱源相結(jié)合進(jìn)行焊接的方法，電弧并不局限于普通意義的電弧概念，也包括了激光束、電子束、等離子束等高能束熱源。

5.結(jié)語

要想節(jié)約能源，要想使焊接的效率得到一定程度的提高，必須使得高效焊接工藝得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，世界各國都在著手高效焊接的推廣和研究，德國和美國在這方面具有很好說服力。對于我國來說，為了使我國的焊接技術(shù)水平能夠有一個質(zhì)的飛躍，應(yīng)該加強(qiáng)高效焊接工藝的研究和新的工藝的推廣，使其得到廣泛的應(yīng)用。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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