單電源雙絲焊接應用及其工藝分析

王興陽，韓麗營，蘇帥，魏玉程

摘要：介紹和分析了單電源雙絲系統(tǒng)（DeepenTwin）構(gòu)成、焊接應用價值、焊接工藝試驗以及實際焊接應用。單電源雙絲焊接系統(tǒng)由焊接電源、雙絲送絲機以及雙絲焊槍組成，系統(tǒng)簡單，便于操作，既可用于手工焊也可用于專機和機器人的自動焊接。單電源雙絲焊接系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單雙絲的自由切換，既能進行單絲的打底焊接也能進行雙絲大電流高熔覆率的焊接，最高熔覆效率較單絲焊接可提升50%。由于兩根焊絲形成了較寬的單一電弧，電弧熱量分布更均勻，焊縫不易咬邊，并且不存在電弧干擾的問題，焊接飛濺低成形好，可獲得比單絲焊接質(zhì)量更高的焊縫，是一種新型的高速高效焊接解決方案。

關(guān)鍵詞：單電源雙絲;應用價值;焊接工藝;高速高效

中圖分類號：TG434? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ?文章編號：1001-2003（2021）10-0131-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.10.22

0? ? 前言

隨著電弧焊接技術(shù)的發(fā)展，用戶對于高速高效、高熔覆率、高質(zhì)量的焊接技術(shù)的需求日益增加。提高熔覆效率最為傳統(tǒng)和簡單的方法是增大焊接電流、焊接電壓和送絲速度，然而在傳統(tǒng)的MIG/MAG焊接工藝條件下，送絲速度大于15 m/min時，電弧狀態(tài)會變差，進而影響焊縫成形和力學性能[1-4]。鑒于單絲焊接在大電流焊接上的局限性，多絲焊接技術(shù)得到了廣泛的研究和應用，尤其是雙絲焊接技術(shù)，例如雙電源雙絲焊接、單電源雙絲焊接、雙電源三絲焊接等[5]。文中重點介紹和分析松下單電源雙絲焊接技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成、工藝價值、焊接工藝試驗及其實際焊接應用。

1 單電源雙絲焊接系統(tǒng)

單電源雙絲焊接系統(tǒng)（DeepenTwin）是由一臺搭載雙絲焊軟件的全數(shù)字逆變焊接電源、一臺單電源雙絲送絲機以及一把雙絲焊槍構(gòu)成，如圖1、圖2所示。單電源雙絲系統(tǒng)既可以進行手工焊接又可以進行專機、機器人的自動焊接。在單電源雙絲焊接系統(tǒng)中，兩根焊絲共用一個導電嘴，分別穿過一個導電嘴的兩個孔徑進行送絲，兩根焊絲之間形成單一焊接電弧，與單絲焊接電弧相比，由于雙絲之間形成穩(wěn)定的“ 液橋 ”，并以一個較大熔滴的形式進行過渡，從而形成單一的較寬電弧進行焊接，如圖3所示。

2 單電源雙絲焊接的應用價值分析

（1）系統(tǒng)簡單，容易操作。由于單電源雙絲焊接系統(tǒng)僅由一臺焊接電源和一套送絲機構(gòu)、一把雙絲焊槍構(gòu)成，系統(tǒng)簡單且便于掌握操作，操作與單絲焊接完全相同。

（2）形成單一電弧，不存在電弧干擾，焊接飛濺小，焊縫成形好。由于兩根焊絲共同通過一個導電嘴，且焊絲間的距離約0～1 mm，兩根焊絲之間形成單一電弧，焊絲之間熔化形成穩(wěn)定的液態(tài)小橋，熔滴以一個大熔滴的形式進行過渡，如圖4所示，不存在電弧干擾的問題，飛濺更低，焊縫成形更佳。而雙電源雙絲焊接存在電弧干擾問題，焊接飛濺較大，如圖5所示。

（3）熔覆效率高，最大熔覆量可提升50%。與單絲焊接相比，在相同送絲量下，單電源雙絲焊接的填充量是單絲焊接的2倍。在相同額定功率的焊接電源下，單電源雙絲焊接系統(tǒng)可以大幅度提升單絲的電流使用域度，例如，單絲φ1.2 mm脈沖焊接在15 m/min時的焊接電流可達350 A，常用最佳電流域度為180～350 A，單電源雙絲φ1.2 mm的最佳電流域度可以擴展到300～650 A，如圖6所示，其最高熔覆量較單絲焊接可提升50%。

（4）焊槍指向性更靈活，不受焊接位置的限制。雙電源雙絲焊接系統(tǒng)的焊槍噴嘴呈扁平狀，兩根焊絲間的距離通常在8～15 mm，如圖7所示，一些焊接“ 死角 ”位置難以抵達。與雙電源雙絲焊接相比，由于單電源雙絲的兩根焊絲共用一個導電嘴的特殊結(jié)構(gòu)，兩根焊絲之間的距離僅為0～1 mm，使用的噴嘴尺寸較小，焊槍指向更靈活，沒有特殊的焊接位置限制，如圖8所示。

（5）可以進行“ 單雙絲切換 ”焊接。單電源雙絲系統(tǒng)獨有的特殊設計使其在無需更換導電嘴、送絲輪和焊絲盤的情況下可實現(xiàn)單雙絲的自由切換，便于用戶達到單絲小電流焊接、雙絲大電流焊接的目的，提高單電源雙絲焊的應用價值。

3 單電源雙絲焊接工藝試驗

為了驗證單電源雙絲焊接后的焊縫質(zhì)量，設計了單電源雙絲φ1.2 mm脈沖焊接和單絲φ1.2 mm脈沖焊接的對比試驗。試驗采用板厚14 mm的Q355B鋼板，對接接頭形式，對接坡口角度為60°，預留1 mm鈍邊，對接接頭背面加陶瓷襯墊。焊接工藝規(guī)范如表1所示。

焊接后對焊縫做沖擊和焊接接頭的拉伸強度實驗，檢測標準為GB/T 2650-2008 《焊接接頭沖擊試驗方法》和GB/T 2651-2008 《焊接接頭拉伸試驗方法》，檢測結(jié)果分別如表2、表3所示。由表2可知，單絲焊最大抗拉強度為430 MPa，雙絲焊最大抗拉強度為422 MPa，斷裂位置均在母材處，這表明單電源雙絲焊接與單絲焊接的抗拉強度相當，且焊縫強度高于母材，達到焊接要求。

表3中試樣尺寸均為10 mm×10 mm×55 mm，由表3可知，單電源雙絲焊接的焊縫平均沖擊功為150 J，明顯大于單絲焊接的焊縫平均沖擊功91 J。焊縫熔深形貌和組織如圖9所示，可以看出，單電源雙絲焊蓋面層的晶粒尺寸明顯大于單絲焊的，但是打底層晶粒尺寸比單絲焊晶粒尺寸細小，而打底焊縫晶粒尺寸的細化是單電源雙絲焊沖擊功顯著高于單絲焊的主要原因。單電源雙絲焊接打底層晶粒細化與表1的打底焊道熱輸量低相關(guān)。

4 單電源雙絲焊接實際應用與分析

目前，單電源雙絲焊接系統(tǒng)已經(jīng)在中厚板碳鋼的焊接上得到了應用和推廣，無論是手工焊或是自動焊，均體現(xiàn)出其高效高熔覆率的特點，在保證焊縫質(zhì)量的前提下，極大地提高了焊接生產(chǎn)效率。

（1）單電源雙絲手工焊接實際應用。

單電源雙絲φ1.0 mm手工焊接實際應用如圖10所示。

焊接要求：打底焊接實現(xiàn)單面焊雙面成形，填充層和蓋面層實現(xiàn)高效高熔覆率焊接，減少填充次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，焊接后超聲波探傷合格。

焊接過程：采用單電源雙絲焊接系統(tǒng)中的“ 單雙絲切換 ”功能，無需更換焊絲和導電嘴即可進行單絲φ1.0 mm小電流打底焊接，確保焊縫根部能夠單面焊雙面自由成形，打底焊結(jié)束后清渣處理，而后采用單電源雙絲φ1.0 mm的填充和蓋面焊接。焊接過程中，每焊完一道焊縫均需要進行清渣處理。

焊接結(jié)果：每種焊接接頭的焊縫超聲探傷均合格，經(jīng)現(xiàn)場測試，與常規(guī)的單絲焊接相比，焊接生產(chǎn)效率提高10%～20%。

（2）單電源雙絲自動焊實際應用。

利用單電源雙絲φ1.2 mm自動焊焊接16 mm碳鋼方形梁，50°單邊V型坡口，焊接接頭背面加永久性襯墊，如圖11所示。

焊接要求：焊縫無缺陷，超聲波探傷合格，實現(xiàn)高效高熔覆率焊接。

焊接過程：采用單電源雙絲φ1.2 mm打底焊接，打底規(guī)范為焊接電流400 A、焊接電壓32 V、焊接速度0.4～0.6 m/min，填充和蓋面焊接電流540 A、焊接電壓36 V、焊接速度0.4～0.6 m/min，打底、填充和蓋面共計3層。

焊接結(jié)果：超聲探傷合格。與傳統(tǒng)單絲φ1.2 mm焊接相比，采用單電源雙絲焊接方形梁，焊縫總層數(shù)減少1層，生產(chǎn)效率提高約30%。

單電源雙絲焊接系統(tǒng)適合在大電流域下進行填充和蓋面焊接，可大幅提升焊接熔覆效率。由于單電源雙絲焊的電流較大，對于有襯墊的焊接接頭，可以直接進行打底焊接;對于沒有襯墊的焊接接頭，可以采用“ 單雙絲切換 ”功能，無需更換焊絲和導電嘴即可進行單絲打底焊接。目前，單電源雙絲焊可以使用雙絲φ1.0 mm和雙絲φ1.2 mm的焊絲，均能進行手工焊和自動焊接，雙絲φ1.2 mm可使用電流域會更大，最大可達700 A，更適合自動焊焊接。

5 結(jié)論

（1）單電源雙絲焊接系統(tǒng)簡單，操作容易，適合于中厚板高熔覆率的焊接，最大熔覆效率較單絲焊接可提升50%，獨有的電弧特點使其形成單一電弧，沒有電弧干擾問題，焊接飛濺低、焊縫成形好，既可進行手工焊又可實現(xiàn)自動焊，在確保焊接質(zhì)量的前提下，大幅度提高了焊接生產(chǎn)效率，是一種新型的高速高效焊接解決方案。

（2）單電源雙絲焊接方法與單絲焊接方法相比，兩者的焊接接頭的抗拉強度相當，且焊縫強度高于母材，均能夠達到焊接質(zhì)量要求。單電源雙絲焊接的焊縫沖擊功高于單絲焊接的，表明單電源雙絲能獲得質(zhì)量更佳的焊縫。

（2）目前，單電源雙絲焊接系統(tǒng)正在推廣和應用，可廣泛應用于工程機械、橋梁、造船等領域，能夠大幅度提升焊接生產(chǎn)效率，由于其在大電流下的高品質(zhì)焊接質(zhì)量，具備廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]Lahnsteiner R. The T.I.M.E. Processan innovative MAG welding process[J]. Welding Review International，1992，11（1）：17-20.

[2]鄭鎖峰.雙絲電弧焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展研究[J].裝備制造，2014，10（S1）：112-126.

[3]羅強，甘躍，劉春明.雙絲雙弧焊在中厚板焊接的應用[J]. 電焊機，2020，50（5）：114-117.

[4]鐘蒲，李亮玉，柴俊逸.雙絲焊接技術(shù)及雙絲三電弧焊接穩(wěn)定性研究進展[J]. 焊接，2020（6）：38-46，63.

[5]賴一楠，武傳松，李宏偉，等.焊接與連接領域科學基金資助淺析與發(fā)展趨勢[J]. 焊接學報，2019，40（2）：1-7.