焊接技術工作總結(jié)

焊接技術工作總結(jié)

近年來，航空航天、交通運輸、海洋工程等工業(yè)的發(fā)展，極大地推動了焊接技術的發(fā)展。伴隨著產(chǎn)品、結(jié)構、材料、使用條件的多種多樣，對焊接質(zhì)量的要求越來越高，焊接工作量逐漸上升。據(jù)資料統(tǒng)計，我國焊接工作量已達到世界焊接強國的水平[1]。因此，提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，減少焊接缺陷存在的高效焊接方法成為實際生產(chǎn)的迫切要求。目前，大量高效焊接方法和不同焊接工藝的組合都已應用于各種不同生產(chǎn)的場?lt;sup>[2,3]

提高焊接生產(chǎn)效率，一方面是為了降低焊接成本。JTusek[4]指出，焊接生產(chǎn)效率，從某種角度上講，主要是由單位時間內(nèi)填充金屬的熔化量-熔敷速度來衡量的。但提高熔敷速度意味著熱輸入的增加，對于采用單一電弧焊接而言，為了防止由于熱輸入增加而引起的焊接變形，一般采用提高焊接速度。但因焊接速度的提高易產(chǎn)生未焊透、焊道不連續(xù)、咬邊等缺陷，應用雙弧焊可避免上述缺陷的產(chǎn)生[5]。目前，從國內(nèi)外對雙弧焊接工藝方法研究的現(xiàn)狀來看，按電弧的種類與位置來分，其研究主要集中在三個方面：單面雙弧焊、復合雙弧焊、雙面雙弧焊。本文將分別對這三個方面進行綜合論述與分析。1單面雙弧焊

單面雙弧焊一般而言就是指雙絲焊接，它包括采用單個焊槍配上填絲或雙焊絲和雙焊槍的雙絲焊接。由于單面雙弧提高了焊接速度，減小了單位時間內(nèi)焊縫成形的熱輸入，因而熱影響區(qū)減小，接頭力學性能提高[6]。對于雙弧焊的研究，國內(nèi)外都是從雙絲埋弧焊開始的，該技術已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了應用，后來又在窄間隙焊上得到了應用，近幾年來對雙絲熔化極焊研究的相對比較多。

雙絲埋弧焊的最早應用在1948年。雙絲埋弧焊包括單電源雙絲和串列雙弧兩種。串列雙弧中雙絲的每一根焊絲由一個電源獨立供電，它具有熔深最大、熔敷速度較高、焊縫金屬稀釋率接近單絲埋弧焊的特點，因而提高了焊接速度與焊接質(zhì)量。單電源則可以獲得較高的熔敷速度和稀釋率，但熔透能力比單絲埋弧焊低，因而適于窄間隙焊�，F(xiàn)在雙絲埋弧焊已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到了廣泛的應?lt;sup>[8~10],特別是采用單電源的雙絲窄間隙埋弧焊在壓力容器及核動力裝置得到了應用，解決了兩側(cè)未熔合問題，并且提高了生產(chǎn)效率。但是由于埋弧焊熔池不可見，加之只適于平焊位置，因此這種方法有較多限制。隨著熔化極氣體保護焊的應用普及，對熔化極氣體保護雙弧焊的研究也比

較?lt;sup>[12-14]，其最早應用是在1955年[15]。國內(nèi)研制了雙焊絲的CO2氣體保護焊新工藝，用于電機機座焊接。實際應用證明它可以減小焊接變形，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改善勞動條件，節(jié)約焊接材料[16]。加拿大焊接研究所也研制了脈沖雙焊絲GMAW焊接設備用于窄間隙的高強鋼焊接，該系統(tǒng)組成原理圖見圖1，兩電弧分別采用不同的電源供電，利用兩電源脈沖峰值的相移來控制雙絲的焊接，解決電磁場的相互干擾問題，成功地解決了窄間隙側(cè)壁熔合問題[17]。日本的NKK船廠采用了雙高速旋轉(zhuǎn)電弧的焊接工藝，用于角焊縫的焊接，它采用了富氬氣體作為保護氣體，一個為引導焊槍，另一個為訓練焊槍。奧地利弗尼斯公司成功開發(fā)了單槍雙絲MIG焊技術，該技術焊接效率高，焊接變形小，焊槍小巧可達焊件任何位置。

近幾年來，鋁合金等有色金屬及復合材料在焊接生產(chǎn)中的應用越來越廣泛，因此鋁合金的雙弧焊研究也比較廣泛[7]。在日本開發(fā)了TIG-2Y/G（TIG雙絲磁控法）和MIG-1Y（MIG單絲磁控法），見圖2。TIG-2Y/G焊接方法，是在鎢極的后端加上用于控制電弧的磁控制器，兩根絲同時送進，間距為2mm。這種方法與普通TIG焊相比，在相同的電流情況下，具有較高的的熔敷金屬和淺的熔池。MIG-1Y/G焊接方法，是由MIG焊槍、磁控裝置及填絲裝置組成。這種方法由于電極焊絲和填充焊絲同時熔化，在相同的焊接電流條件下比通常的MIG焊熔敷金屬量提高1.5倍。同時，由于磁控制器改善了焊道的凸起及咬邊現(xiàn)象，提高了焊接效率和焊縫質(zhì)量。在鋁合金的焊接中，日本還開發(fā)了雙絲焊接技術，雙絲焊法的消耗電極焊絲在前，填充焊絲在后，近于平行地配置在噴管內(nèi)進行焊接。在消耗電極形成的熔池內(nèi)插入焊絲，再由熔池熱量熔化填充焊絲，這樣焊絲熔化速度得到提高，提高了生產(chǎn)率，并降低了熔池溫度，冷卻速度增加，變形減小。

總之，現(xiàn)在單面雙弧焊的工藝（包括埋弧焊和氣體保護焊）相對已經(jīng)比較成熟，在生產(chǎn)中已經(jīng)得到了較為廣泛的應用�，F(xiàn)的單面雙弧焊正朝著多絲弧焊、脈沖協(xié)同控制雙弧和設備的輕巧靈活方向發(fā)展。2復合雙弧焊

復合雙弧是指采用不同種類的電弧或熱源相結(jié)合進行焊接的方法。對于復合雙弧的研究，電弧并不限于普通意義的電弧概念，它也包括了電子束、激光等高能束熱源。2．1電子束-等離子弧（PA）

電子束焊接是一種高能束焊接方法，適合于不銹鋼、鋁合金等其它有色金屬及高強合金鋼的焊接。非真空電子束由于電子束在大氣中散射、能量損失等原因，因而發(fā)展比較緩慢。哈爾濱焊接研究所提出了新型非真空電子束焊接方法，即電子束-等離子弧焊接（圖3）它采用電子束與等離子弧相串聯(lián)，疊加起來進行焊接，電子束通過真空和等離子槍的陰極進入大氣，穿過等離子弧以后熔化金屬，進行焊接。這樣可以減小電子束能量損失，也有助于等離子弧穩(wěn)定，等離子弧可以很好的保護焊接熔池，并作為附加熱源，可預熱工件，有助于改善焊縫成形，增加熔深。

2．2激光-電�。═IG,MIG，PA）

激光-電弧焊接法是在20世紀70年代末出現(xiàn)的一種新型焊接方法。它利用電弧對工件進行預熱，以增強工件對激光的吸收率，同時電弧被激光吸引，在調(diào)整焊接條件下得到穩(wěn)定電弧。

天津大學對激光-電弧的作用機理進行了研究，得出結(jié)論認為在高速焊接條件下，激光-TIG焊可以得到穩(wěn)定電弧，增加熔透，改善焊縫成形，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭[11]。德國JWendelftorf等對激光-TIG弧（圖4）進行了研究，激光束采用0.1~1KW的低功率激光電源，激光集中于工件表面的電弧根部，實驗證明能夠明顯提高低電流和弧長較長時的電弧穩(wěn)定性，可以最大限度的增加焊接速度與焊接熔深。

日本四國工業(yè)技術研究所在對激光-MIG焊進行研究時，發(fā)現(xiàn)激光束焦點置于熔池最深處時，電弧力將熔化金屬排開，形成表面下陷低坑，以獲得最大熔深。

英國Convertry大學高級連接技術研究中心對等離子弧-激光焊接（PALW）進行了研究，其實驗裝置見圖5。實驗中采用400WCO2激光器，等離子弧電流為60A，用于焊接0.5~1mm的薄板，實現(xiàn)了全熔透，增強了單位面積的熱輸入，即增加了熔深或提高了焊接速度。并且等離子弧吸收了激光光子，增強了激光的效率及電弧的穩(wěn)定性。PALW焊接方法的優(yōu)點就是顯著提高了焊接速度，在焊接鋁合金時不用預先清理等，并適合于焊接不銹鋼、Ti合金等其它有色金屬。

2．3等離子-MIG焊（PA-MIG）等離子-MIG焊是20世紀70年代出現(xiàn)的一種復合電弧焊接方法。荷蘭菲力浦公司焊接研究所對等離子弧-MIG焊進行了深入的研究，在MIG焊中，電弧存在于焊絲與工件之間，焊絲、電弧和熔池用氬氣、氦氣或其混合氣體來保護。等離子-MIG焊焊絲和MIG電弧被電離氣體所包圍，它是由通過等離子鎢極與工件之間電弧形成的，其系統(tǒng)原理圖見圖6。該方法電弧燃燒穩(wěn)定，保護效果好，因而氣孔傾向比MIG焊小，等離子體的陰極霧化清除了氧化膜，并且將熔滴和熔池的前端與空氣隔離，因而有助于獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，適合于Al、Mg及其合金的單面焊接。哈爾濱焊接研究所對單電源等離子-MIG焊進行了研究，它采用單電源同時為等離子弧和MIG弧供電，兩個電弧可以同時穩(wěn)定燃燒。采用合適的工藝參數(shù)可以進行薄板高速完全熔透的焊接。

2．4TIG-MIG焊

日本小林秀雄等對TIG-MIG復合電弧法進行了研究（圖7），并用來焊接復合材料，其特點是在TIG和MIG電弧電流分配得當時，熔深比其它方法小得多，而且電弧非常穩(wěn)定。我國的吳志強等也對單電源TIG-MIG串聯(lián)電弧工藝及設備進行了研究，TIG電弧作為前導電弧，有預熱作用，增加了焊接熱輸入，熔深也相應的增加。俄國的ОрлапнМ等采用非熔化極與熔化極來進行Al活塞的堆焊，雙弧堆焊過程是在非熔化極和熔化極交替燃燒中，形成一個焊接熔池。熔化極電弧形成所需的熔深，非熔化極電弧用于輔助堆焊層的補充合金化，它能使堆焊金屬獲得細的結(jié)晶組織，且使強化的金屬間化合物強化相分布均勻。

總之，對復合電弧焊接工藝的研究雖較廣泛，但對于各種復合電弧作用的機理研究仍然不夠深入，復合電弧的應用技術還不夠成熟，且由于其成本較高及設備的復雜程度的限制，在生產(chǎn)中的應用還不夠廣泛。3雙面雙弧焊

雙面電弧焊接（DSAW）是一種新近發(fā)展的新工藝，是指采用兩個同種電弧或不同的電弧在工件的兩面同時操作的焊接工藝。它的應用極大地促進了焊接生產(chǎn)率的提高，但它易受焊接位置限制。

3．1雙面雙弧非對稱焊

對于雙面雙弧非對稱焊的研究相對而言較少，在公開的報道中，哈爾濱鍋爐廠和東方鍋爐廠于1993年從日本三菱重工公司引進了雙MIG氣體保護自動焊，使其生產(chǎn)能力大幅提高，其工藝特點是采用雙電源而且上下兩槍一前一后。南京晨光機器廠開展了雙面TIG焊的研究，它是從聯(lián)邦德國引進的一種特殊焊接技術（圖8），是由兩名焊工分別在工件的正反面自上而下的同時進行垂直的手工鎢極氬弧焊，兩槍間距保持一個熔池長度。利用電弧作用力和氬氣吹力形成一個向上的托力，并與熔池的表面張力對熔池起著支撐作用，從而防止了熔池金屬下淌而獲得完美的焊縫，接口間隙大，焊接性好，減小了夾渣和氣孔傾向，同時提高了生產(chǎn)效率。

3．2雙面雙弧對稱焊

雙面雙弧對稱焊技術可徹底消除未焊透缺陷，最大限度地降低焊接變形。周大中等根據(jù)繩索取芯鉆桿焊縫內(nèi)表面不得有余高的要求，提出了鉆桿外等離子弧焊（PAW）和鉆桿孔內(nèi)鎢極氬弧焊（TIG）同時進行的PAW-TIG聯(lián)焊方法，盡管該工藝的適用范圍很窄，但其焊接生產(chǎn)效率卻非�？捎^。哈爾濱工業(yè)大學的高洪明等對雙TIG電弧雙面對稱焊進行了研究，取得一定的研究成果。大慶石油化工總廠機修廠在鋁料倉的縱、環(huán)縫焊接中，采用了MIG-MIG電弧內(nèi)外側(cè)同步焊的技術，實踐證明采用熔化極內(nèi)外側(cè)同步半自動氬弧焊的焊接方法，提高了生產(chǎn)效率，保證了焊接質(zhì)量，節(jié)省了焊接材料。

美國Kentucky大學張裕明等人在傳統(tǒng)雙面電弧焊接基礎上進行了進一步研究，采用單電源的等離子�。≒A）和鎢極氬弧（TIG）對焊縫正反面同時施焊（圖9），通過TIG弧擴大了等離子弧的小孔效應，顯著提高了焊接生產(chǎn)效率，提高了熔合比，增加了熔深，減小了熱影響區(qū)及焊接變形，能夠得到滿意的力學性能，適合于中厚焊接。美國同時也開展了對雙TIG弧雙面對稱焊的研究，并已成功地應用于201*T6鋁合金火箭發(fā)動機圓柱筒體的焊接。

目前，對雙面電弧焊（DSAW）的研究尚不夠深入、也不夠成熟，但其工藝的應用顯著提高了焊接生產(chǎn)效率，減小焊接變形，改善了焊縫質(zhì)量。雖然存在焊接位置的限制，但雙面電弧焊仍不失為一種高效焊接方法，具有較好的發(fā)展前景。4結(jié)語

雙弧焊接作為一種高效節(jié)能、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟的焊接工藝方法，在實際生產(chǎn)中具有良好的應用前景。隨著焊接技術的發(fā)展，雙弧焊接技術必將得以完善和發(fā)展，同時還會出現(xiàn)新的電弧組合焊接工藝方法。雙弧焊接的應用范圍也將擴大，并促進焊接技術的更大發(fā)展。

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近年來，航空航天、交通運輸、海洋工程等工業(yè)的發(fā)展，極大地推動了焊接技術的發(fā)展。伴隨著產(chǎn)品、結(jié)構、材料、使用條件的多種多樣，對焊接質(zhì)量的要求越來越高，焊接工作量逐漸上升。據(jù)資料統(tǒng)計，我國焊接工作量已達到世界焊接強國的水平。因此，提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，減少焊接缺陷存在的高效焊接方法成為實際生產(chǎn)的迫切要求。目前，大量高效焊接方法和不同焊接工藝的組合都已應用于各種不同生產(chǎn)工藝中。

提高焊接生產(chǎn)效率，一方面是為了降低焊接成本，提高焊接生產(chǎn)效率，從某種角度上講，主要是由單位時間內(nèi)填充金屬的熔化量-熔敷速度來衡量的。但提高熔敷速度意味著熱輸入的增加，對于采用單一電弧焊接而言，為了防止由于熱輸入增加而引起的焊接變形，一般采用提高焊接速度。但因焊接速度的提高易產(chǎn)生未焊透、焊道不連續(xù)、咬邊等缺陷，應用雙弧焊可避免上述缺陷的產(chǎn)生。目前，從國內(nèi)外對雙弧焊接工藝方法研究的現(xiàn)狀來看，按電弧的種類與位置來分，其研究主要集中在三個方面：單面雙弧焊、復合雙弧焊、雙面雙弧焊。1、單面雙弧焊

單面雙弧焊一般而言就是指雙絲焊接，它包括采用單個焊槍配上填絲或雙焊絲和雙焊槍的雙絲焊接。由于單面雙弧提高了焊接速度，減小了單位時間內(nèi)焊縫成形的熱輸入，因而熱影響區(qū)減小，接頭力學性能提高。對于雙弧焊的研究，國內(nèi)外都是從雙絲埋弧焊開始的，該技術已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了應用，后來又在窄間隙焊上得到了應用，近幾年來對雙絲熔化極焊研究的相對比較多。2、復合雙弧焊

復合雙弧是指采用不同種類的電弧或熱源相結(jié)合進行焊接的方法。對于復合雙弧的研究，電弧并不限于普通意義的電弧概念，它也包括了電子束、激光等高能束熱源。3雙面雙弧焊

雙面電弧焊接（DSAW）是一種新近發(fā)展的新工藝，是指采用兩個同種電弧或不同的電弧在工件的兩面同時操作的焊接工藝。它的應用極大地促進了焊接生產(chǎn)率的提高，但它易受焊接位置限制。3．1雙面雙弧非對稱焊由兩名焊工分別在工件的正反面自上而下的同時進行垂直的手工鎢極氬弧焊，兩槍間距保持一個熔池長度。利用電弧作用力和氬氣吹力形成一個向上的托力，并與熔池的表面張力對熔池起著支撐作用，從而防止了熔池金屬下淌而獲得完美的焊縫，接口間隙大，焊接性好，減小了夾渣和氣孔傾向，同時提高了生產(chǎn)效率。

3．2雙面雙弧對稱焊

雙面雙弧對稱焊技術可徹底消除未焊透缺陷，最大限度地降低焊接變形。周大中等根據(jù)繩索取芯鉆桿焊縫內(nèi)表面不得有余高的要求，提出了鉆桿外等離子弧焊（PAW）和鉆桿孔內(nèi)鎢極氬弧焊（TIG）同時進行的PAW-TIG聯(lián)焊方法，盡管該工藝的適用范圍很窄，但其焊接生產(chǎn)效率卻非�？捎^。實踐證明采用熔化極內(nèi)外側(cè)同步半自動氬弧焊的焊接方法，提高了生產(chǎn)效率，保證了焊接質(zhì)量，節(jié)省了焊接材料。4結(jié)語

雙弧焊接作為一種高效節(jié)能、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟的焊接工藝方法，在實際生產(chǎn)中具有良好的應用前景。隨著焊接技術的發(fā)展，雙弧焊接技術必將得以完善和發(fā)展，同時還會出現(xiàn)新的電弧組合焊接工藝方法。雙弧焊接的應用范圍也將擴大，并促進焊接技術的更大發(fā)展。

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