浅谈高效焊接工艺研究现状

发布时间：2022-10-19 18:20:06 浏览数：次

摘要：焊接技术是工业工程和材料科学发展中的一种很关键的技术。随着材料学的发展和焊接条件要求的提高，传统的焊接技术已经逐渐不能满足现代化的焊接需求。本文对高校焊接工艺的国内外现状进行了详细的研究，阐述了高校焊接工艺的应用范围、特点和原理，并对双面电弧焊接工艺进行了重点研究，在此基础上对其进行了展望。

关键词：DSAW工艺；高效焊接；熔深

前言

在经济高速发展的今天，海洋、交通、航空事业都得到了飞速的发展，使得焊接技术有了一个质的飞跃，使得焊接工作的量有了很大的突破。现在，在世界焊接强国中我国的焊接工作量领先于各个国家，但是就焊接的质量和效率来说，远远落后于世界发达国家。这是有很多因素在里面的，首先自动化程度不够广泛，再次，高效焊接方法没有得到广泛的应用。所以应该加强高效焊接工艺的推广和研究，使得真正广泛应用与实际生产中。

1.提高熔敷率焊接

1.1热丝TIG/MIG工艺

常规TIG焊接熔敷率具有很多缺点，热丝焊接工艺针对其缺点由此诞生，这种工艺在后来的熔化极气体保护焊接和埋弧焊中都得到了广泛的应用，并且具有很好的作用。此种工艺主要是运用焊丝在电流经过时产生的电阻热，焊丝如果温度升高到一定的温度，会转移到电弧区，使得熔敷率有所增加，并且使焊丝的熔化速率也有所提高，最终使得焊接的效率有很大的提高。附加电源可以给预热焊丝提供专门的电流，如果不使用附加电源的话，可以采用焊接电源的方式。如果将热丝被送丝结构的附加填充满的话，可以将原来的焊丝进行一定的预热。

1.2添加金属粉TIG/MIG工艺

将金属粉末在焊接的过程中加入，可以灵活的用于熔化极气体保护焊接和埋弧焊接两种工艺中。如果电弧能量不能增加的话，可以添加一定量的金属粉，这样能够使高熔敷率升高百分之三十到百分之五十。但是在实际生产应用中，埋弧焊工艺多是采用的金属粉末的添加和多丝埋弧焊相结合的工艺。

此种工艺，最重要的一定要控制好金属粉末的大小。一开始人们多是采用的切断的焊丝，而且颗粒很大，应用与实际生产中收到的效果并不十分显著。外国有家公司，研究出了一种直径很小的金属粉末颗粒，他们可以借助电弧的吹力被吹到电弧的周围，使得金属粉末在焊接的过程中，既能够在四周熔化也能够在电弧下熔化，从而使电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。于此同时，要想更加有效的使焊接的缺陷得以避免，可以将合金化类型的元素加到金属粉中，从而使冶金反应更加迅速的发生。

2.活性剂焊接

2.1 A-TIG工艺

TIG既有优点又有缺点，这种工艺总的来说，焊接的质量比较高，并且电弧的燃烧非常的稳定，但是不可忽略其缺点，这种工艺生产的效率很低，对于焊接材料的成分很敏感，如果是单道焊接的东西的厚度会很小。A-TIG这种工艺将其在待焊区固定，并且在其上抹上一种活性助焊剂，这种助焊剂厚度很薄，可以使焊缝的熔深有所提高。这种工艺会使截面出现一种比较特殊的花生外表，使得接头的强度有很大的提高。这种工艺借助活性焊机通过如下几个作用使得焊接的效率有所提高。

（1）阳极斑点收缩：助焊剂在电弧的中心能够发生一定的电离，并且产生一些正离子和电子，但是在周边则会蒸发一些物质，这些物质还是以解离的原子或者分子的形式存在于自然中，并且会将电子俘获，最终形成负电荷，进而使得电弧周边的载流子不断的减少。电弧要想达到一种新的平衡，必须使等离子体区和阳极的电流密度有很大程度的增加。这种现象会使得阳极的斑点不断收缩，并且使得离子体弧柱的直径也有很大的减小。

（2）电弧力：随着电弧径向力和弧压的不断增大，使得阳极的根部出现收缩的现象，进而使得熔池金属的流动受到一定的障碍，最后使得熔深有很大程度的增加。

2.2 A-Laser工艺

受A-TIG工艺启发，将活性剂引入激光焊接。活性剂采用纳米级超细化学粉末，主要成分包括SiO2、NaF、TiO2、Cr2O3、TiC等，结果发现：添加活性剂可以使焊缝形状由“钉头”变为“柱状”，同等功率条件下，焊缝熔深增加33%。分析认为：温度较低的光致等离子体周边区域含有大量Si-2、Cr-2、Ti-2等元素的大颗粒分子，极易吸附中心区域自由运动的电子，因此，激光作用的中心区域粒子密度趋于减少；同时，卤族元素化合物对电子有很强的亲和力，并且有很好的吸热能力，使工件得到更多的入射激光能量，最终导致焊接熔深增加，焊接效率提高。

3.双面电弧焊接工艺

双面电弧焊接有别于单面双弧（双丝）焊接，它是采用单个或者2个电源供电的2个电弧，从工件两侧同时对同一焊缝位置施焊的一种新型焊接工艺，它可以增大熔深，减少缺陷，降低变形，优越性明显。目前研究多集中于以下几个方面。

电弧收缩效应。

Kentaky大学的研究者首先观察到单电源DSAW工艺中的电弧收缩现象（ContractiveEffect）。在VPPAW电源、PAW+TIG组合DSAW工艺试验中，等离子弧在EN（electrode negative）周期产生收缩现象，与常规等离子弧（G-PAW）形貌明显不同。电弧收缩效应使电弧能量集中，热源能量密度提高，增大熔深能力。

等离子弧的收缩效应可以用流经工件的焊接电流和由电流产生的感应磁场来解释。在常规等离子焊中，焊接电流主要通过母材表面流失，只有等离子射流直接透过熔池匙孔（Keyhole），而电弧本身并没有穿过匙孔，因而熔深能力有限。DSAW工艺中，焊接回路为：电源电极I-PAW焊枪-焊接工件-TIG焊枪-电源电极Ⅱ，通过在母材的另一侧放置TIG焊枪导引焊接电弧直接穿过匙孔，形成“匙孔效应”，大大提高电弧的熔透能力。同时，由于大部分焊接电流通过焊枪穿过工件，沿电流方向产生感应磁场，在感应磁场作用下，电弧产生收缩效应，能量密度集中，增大熔深。

4.复合双弧焊

复合双弧焊是指采用不同种类的电弧或热源相结合进行焊接的方法，电弧并不局限于普通意义的电弧概念，也包括了激光束、电子束、等离子束等高能束热源。

5.结语

未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。

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