雙弧焊接工藝研究現狀及發展

   時間:2014-03-11 14:55:15
雙弧焊接工藝研究現狀及發展簡介
     摘要: 綜合介紹了單面雙弧、複合雙弧、雙面雙弧等焊接工藝的最新發展,並就各自的焊接工藝的特點、應用……
雙弧焊接工藝研究現狀及發展正文
  

摘要: 綜合介紹了單面雙弧、複合雙弧、雙面雙弧等焊接工藝的最新發展,並就各自的焊接工藝的特點、應用情況及發展前景進行了分析與總結。
關鍵詞:雙弧 雙面雙弧焊 雙絲焊 複合電弧
0前言
近年來,航空航天、交通運輸、海洋工程等工業的發展,極大地推動了焊接技術的發展。伴隨著產品、結構、材料、使用條件的多種多樣,對焊接質量的要求越來越高,焊接工作量逐漸上升。據資料統計,我國焊接工作量已達到世界焊接強國的水平[1]。因此,提高焊接生產效率和焊接質量,減少焊接缺陷存在的高效焊接方法成為實際生產的迫切要求。目前,大量高效焊接方法和不同焊接工藝的組合都已應用於各種不同生產的場?lt;[2,3]提高焊接生產效率,一方面是為了降低焊接成本。J Tusek[4]指出,焊接生產效率,從某種角度上講,主要是由單位時間內填充金屬的熔化量-熔敷速度來衡量的。但提高熔敷速度意味著熱輸入的增加,對於採用單一電弧焊接而言,為了防止由於熱輸入增加而引起的焊接變形,一般採用提高焊接速度。但因焊接速度的提高易產生未焊透、焊道不連續、咬邊等缺陷,應用雙弧焊可避免上述缺陷的產生[5]。目前,從國內外對雙弧焊接工藝方法研究的現狀來看,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、複合雙弧焊、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,它包括採用單個焊槍配上填絲或雙焊絲和雙焊槍的雙絲焊接。由於單面雙弧提高了焊接速度,減小了單位時間內焊縫成形的熱輸入,因而熱影響區減小,接頭力學性能提高[6]。對於雙弧焊的研究,國內外都是從雙絲埋弧焊開始的,該技術已經在生產中得到了應用,後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,因而適於窄間隙焊。現在雙絲埋弧焊已經在實際生產中得到了廣泛的應?[8~10],特別是採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,解決了兩側未熔合問題,並且提高了生產效率。但是由於埋弧焊熔池不可見,加之只適於平焊位置,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?[12-14],其最早應用是在1955年[15]。國內研製了雙焊絲的CO2氣體保護焊新工藝,用於電機機座焊接。實際應用證明它可以減小焊接變形,提高焊接質量和生產效率,改善勞動條件,節約焊接材料[16]。加拿大焊接研究所也研製了脈衝雙焊絲GMAW焊接設備用於窄間隙的高強鋼焊接,該系統組成原理圖見圖1,兩電弧分別採用不同的電源供電,利用兩電源脈衝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壁熔合問題&[17]。日本的NKK船廠採用了雙高速旋轉電弧的焊接工藝,用於角焊縫的焊接,它採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複合材料在焊接生產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,是在鎢極的後端加上用於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。這種方法由於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,由於磁控制器改善了焊道的凸起及咬邊現象,提高了焊接效率和焊縫質量。在鋁合金的焊接中,日本還開發了雙絲焊接技術,雙絲焊法的消耗電極焊絲在前,填充焊絲在後,近於平行地配置在噴管內進行焊接。在消耗電極形成的熔池內插入焊絲,再由熔池熱量熔化填充焊絲,這樣焊絲熔化速度得到提高,提高了生產率,並降低了熔池溫度,冷卻速度增加,變形減小。
   總之,現在單面雙弧焊的工藝(包括埋弧焊和氣體保護焊)相對已經比較成熟,在生產中已經得到了較為廣泛的應用。現的單面雙弧焊正朝著多絲弧焊、脈衝協同控制雙弧和設備的輕巧靈活方向發展。
2 複合雙弧焊
複合雙弧是指採用不同種類的電弧或熱源

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