雙弧焊接工藝研究現(xiàn)狀及發(fā)展研究

劉洪斌

摘 要：本文通過(guò)介紹單面，復(fù)合，雙面雙弧等最新焊接工藝現(xiàn)狀，并針對(duì)這些雙弧焊的不同焊接工藝特點(diǎn)以及應(yīng)用現(xiàn)狀展開(kāi)分析，希望能給相關(guān)工作人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：雙弧焊接；工藝；研究；

近年來(lái)，隨著我國(guó)航天航空，交通運(yùn)輸，工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，也進(jìn)一步推動(dòng)了焊接技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，尤其是在雙弧焊接方面發(fā)展比較迅速。隨著社會(huì)對(duì)于焊接產(chǎn)品的高要求，對(duì)于產(chǎn)品的焊接工藝也提出了更高的，要求不斷提高焊接水平和優(yōu)化焊接工藝條件，進(jìn)而提高焊接接觸點(diǎn)的質(zhì)量，減少焊接接觸面，這是提高焊接質(zhì)量的主要因素。對(duì)于雙弧焊接來(lái)說(shuō)主要可以按照電弧的種類和位置進(jìn)行區(qū)分。提高焊接效率，一方面是為了能夠減少焊接成本，焊接效率主要是由單位時(shí)間內(nèi)填充金屬的熔化量也就是熔敷速度來(lái)衡量的，提高熔敷速度意味著要增加熱輸入，對(duì)于單一電弧焊接來(lái)說(shuō)，為了能夠減少熱輸入的增加而導(dǎo)致焊接變形，一般會(huì)通過(guò)采用提高焊接速度的方式，但提高速度也很容易產(chǎn)生未焊接，焊道不連續(xù)，咬邊等缺陷，而應(yīng)用雙弧焊能夠有效避免上述這種缺陷的產(chǎn)生，本次研究，我們主要對(duì)單面呼喊和雙面雙弧焊展開(kāi)論述。

一、單面雙弧焊

單面雙弧焊就是指雙絲焊接，是采用單個(gè)焊槍搭配上填絲或者由雙焊絲和雙焊槍的雙死焊槍。由于使用單面雙弧能夠大大提高焊接速度，減小焊縫成型的熱輸入，進(jìn)而減小熱影響區(qū)域，能夠大大提高接頭力學(xué)性能。目前有關(guān)雙弧焊接的研究國(guó)內(nèi)外主要集中于從雙絲埋弧焊，并在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，之后又在窄間隙焊方面得到應(yīng)用。近幾年對(duì)于雙絲熔化極焊的相關(guān)性研究比較多。1948年雙絲的埋弧焊開(kāi)始應(yīng)用在生產(chǎn)中，雙絲埋弧焊包括串列雙弧和單電源雙絲這兩種，前者的雙絲中每一個(gè)焊絲是由相應(yīng)的電源提供供電的，齊其熔深比較大，熔敷速度也較高，焊縫金屬吸收率接近單絲埋弧焊的特點(diǎn)，進(jìn)而在焊接質(zhì)量和速度方面相比后者來(lái)說(shuō)，能夠以最高的熔敷速度和稀釋率，但相比前者來(lái)說(shuō)，熔透能力較低，僅適用于窄間隙焊。目前的雙絲埋弧焊已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，尤其是采用單電源的雙絲窄間隙埋弧焊已經(jīng)在壓力容器以及一些核動(dòng)力裝置方面得到廣泛運(yùn)用，有效解決過(guò)去兩側(cè)未融合的情況，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。但由于埋弧焊熔池不能準(zhǔn)確判斷，再加上平焊位置的限制，因此這種方法還存在很多限制條件。隨著熔化極氣體保護(hù)焊的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外對(duì)于熔化極氣體保護(hù)相關(guān)性研究也比較早，國(guó)內(nèi)研制的雙焊絲的二化碳?xì)怏w保護(hù)焊接的工藝最初被應(yīng)用于電機(jī)基座的焊接，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)利用這種工藝能夠大大減小焊接變形的情況，提高生產(chǎn)質(zhì)量和焊接效率，能夠從一定程度上節(jié)約焊接材料。

二、復(fù)合雙弧焊

復(fù)合雙弧焊是用不同的電弧或者熱源進(jìn)行有效結(jié)合完成焊接過(guò)程的，目前對(duì)于復(fù)合雙弧的相關(guān)性研究來(lái)看，電弧不僅限于普通的電弧，它包括了電子束，激光等高能束電源。首先，電子束焊接是一種高能束焊接，適用于鋁合金，不銹鋼等有色金屬的焊接，非真空的電子束是由于電子束在大氣中出現(xiàn)能量損失和散射等情況，因而其發(fā)展受到一定程度的限制。哈爾濱焊接研究所提出了非真空新型的電子束焊接，也就是利用電子束-等電子弧的焊接方法，其利用電子束與等離子槍進(jìn)行串聯(lián)起來(lái)完成焊接過(guò)程。電子束可以通過(guò)真空和等離子槍的陰極進(jìn)入大氣之后再通過(guò)等電子弧來(lái)熔化金屬，完成焊接，這樣能夠有效減少能量損失，有助于提高等離子弧的穩(wěn)定性，將使其更好地保護(hù)焊接熔池，并為其提供穩(wěn)定的熱源，進(jìn)而可以以附加熱源的形式起到工件預(yù)熱的作用，有效改善焊縫成形，增加熔深。

其次激光-電弧的焊接是上世紀(jì)七十年代出現(xiàn)的一種焊接方法，它可以利用電弧來(lái)完成預(yù)熱工件，增強(qiáng)工件對(duì)于激光的吸收率，同時(shí)受激光對(duì)電弧的吸引作用，在調(diào)整焊接的情況下能夠獲得穩(wěn)定的電弧，國(guó)內(nèi)對(duì)于激光-電弧的作用機(jī)理也進(jìn)行了不斷地研究，最終獲得的結(jié)論是在處于高速焊接的情況下，激光-電弧能夠獲得穩(wěn)定的電弧，增加熔透，有效改善焊縫成形，進(jìn)而獲得高質(zhì)量的焊接接頭。國(guó)外在研究激光-電弧方面認(rèn)為，激光束可以采用1000瓦的低功率激光電源，將激光束集中于工件的電弧根部，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明利用這種方法能夠顯著提高低電流和弧長(zhǎng)較長(zhǎng)的電弧穩(wěn)定性，以最大的程度增加焊接速度與焊接熔深。日本研究所在進(jìn)行激光-電弧研究時(shí)發(fā)現(xiàn)激光束交點(diǎn)位于最深的熔池時(shí)，此時(shí)電弧力會(huì)將金屬熔化排開(kāi)，形成表面下陷，以獲得最大的熔深。

等離子-電弧焊接汗也是一種常見(jiàn)的復(fù)合電弧焊接的方法，荷蘭在對(duì)等離子弧和電弧焊進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)在電弧焊接過(guò)程中，在焊絲與工件之間會(huì)存在電弧，焊絲，電弧以及熔池可以通過(guò)氦氣，氬氣等其他混合氣體起到保護(hù)的作用，等離子電弧焊的焊絲以及電弧是被電離氣體保衛(wèi)的，其通過(guò)等離子鎢極以及工件之間的電弧而形成。利用這種方法進(jìn)行焊接能夠穩(wěn)定燃燒，使其更好地起到保護(hù)作用，由于氣孔比的傾向小，等離子的陰極霧化能夠減輕生成的氧化膜，并且將熔滴和熔池的前端和空氣隔離，進(jìn)而有助于獲得高質(zhì)量的焊縫，適用于合金的單面焊接以及鋁鎂金屬的焊接。哈爾濱研究所對(duì)于單電源等離子-電弧焊接的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)可以采用單電源，同時(shí)為等離子弧和電弧供電，兩個(gè)電弧可以同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的燃燒條件，采用合適的工藝參數(shù)能夠進(jìn)行薄板高速完全熔透的焊接。最后采用激光-電弧焊接的復(fù)合焊接方法可以用來(lái)焊接一些復(fù)合材料，尤其是在激光和電弧的電流分配過(guò)程中分配得當(dāng)?shù)倪^(guò)程下，熔深要比其他方法小，而且獲得的電弧比較穩(wěn)定。我國(guó)對(duì)于單電源激光-電弧焊接工藝和設(shè)備的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)激光-電弧作為一種前導(dǎo)電弧，能夠起到預(yù)熱的作用，增加焊接的熱輸入，進(jìn)而增加熔深。我國(guó)學(xué)者采用非熔化極和熔化極進(jìn)行鋁活塞的堆焊，雙弧堆焊時(shí)，在非熔化極電弧和熔化極之間進(jìn)行交替燃燒，能夠形成焊接熔池，熔化極電弧形成所需的熔深以及非熔化極電弧運(yùn)用于輔助堆焊層的補(bǔ)充合金化，能夠使堆焊金屬、獲得較小的結(jié)晶組織，且能夠強(qiáng)化金屬間化合物，使其分布均勻?？偠灾?，目前對(duì)于復(fù)合電弧焊接工藝的研究結(jié)果但對(duì)于各種復(fù)合電弧的具體研究機(jī)理還不是很明確，而且復(fù)合電弧的應(yīng)用技術(shù)是不夠成熟，前期的生產(chǎn)成本和設(shè)備的限制因素較多，在生產(chǎn)中還不能做到廣泛運(yùn)用。

三、雙面雙弧焊

雙面雙弧焊接也是一種新型的焊接工藝，利用兩個(gè)同種的電弧或者不同的電弧在工件的兩面進(jìn)行同時(shí)焊接，能夠大大提高焊接生產(chǎn)率，但是這種方法很容易受到焊接位置的影響。首先，南京公司引進(jìn)了雙面雙弧非對(duì)稱的焊接機(jī)器，在焊接過(guò)程中是由兩個(gè)焊工同時(shí)對(duì)工件的兩面進(jìn)行焊接，由上而下完成焊接過(guò)程，兩個(gè)焊槍的間距保持在熔池的長(zhǎng)度范圍，這種方法目前已經(jīng)被廣泛用于各個(gè)大型的工廠中。其次，對(duì)稱式雙面雙弧焊接這種方法能夠從根本上解決過(guò)去焊接時(shí)存在部分位置未焊接的缺陷，同時(shí)在焊接件的表面焊接能夠極大程度減小焊接件變形。我國(guó)著名學(xué)者周大中提出了兩種新型的焊接方法：針對(duì)鉆桿的等離子弧焊和鉆桿的打孔處的焊接方法，雖然這兩種方法存在使用限制，但這兩種方法的焊接效率是所有焊接方法中最高的，因此采用這兩種焊接方法贏得了很多大型工廠的親睞。

小結(jié)

總而言之，雙弧焊接是一種高效，節(jié)約能源，經(jīng)濟(jì)化的新型焊接方法，在實(shí)際生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著我國(guó)焊接技術(shù)的發(fā)展，雙弧焊接技術(shù)不斷進(jìn)行完善和改進(jìn)，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)新型的電弧焊接工藝，使得雙弧焊接的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，并進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)焊接技術(shù)的發(fā)展。

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