中職多熱源焊接

第三章復(fù)合熱源、多絲多弧焊接一.復(fù)合熱源焊接幾個熱源復(fù)合、重疊在一起，作用形式上是一個熱源例：激光-MIG、PA-MIG、如激光-TIG、激光-PAW、PAW-電子束焊、TIG+MIG等典型：激光-電弧焊1.1激光-電弧復(fù)合焊接激光-TIG有同軸、旁軸兩種形式，英國人首先提出激光-PAWLaser+MIG旁軸激光-MIG復(fù)合焊槍Laser+Arc激光-MIG復(fù)合焊,利用MIG的指向性來改善焊接適應(yīng)性,增加熔融金屬的潤濕性,同時由于能夠比較穩(wěn)定地填絲,可以較容易的改善焊縫金屬的微觀組織以及接頭的力學(xué)性能,而且由于激光對電弧的吸引和壓縮作用,整個焊接過程會更加穩(wěn)定。焊接時,熱輸入相對較小,焊縫以及熱影響區(qū)都比較窄,焊后的變形和焊接殘余應(yīng)力也較小。通過調(diào)整電弧電流、高度、角度、電弧與激光束之間的距離、激光的規(guī)范和焊接速度以及激光氣流的大小,可以得到質(zhì)量較好的焊縫。這是由于采用激光加電弧作為焊接熱源時,二者之間相互作用,一方面電弧強化激光,稀釋等離子體，預(yù)熱工件以提高金屬對激光的吸收率;另一方面激光可使弧柱的電阻減小,場強降低,增加電弧的穩(wěn)定性。工藝特點:(1)高效節(jié)能，利用電弧增強激光作用，可用小功率激光器代替大功率激光器；(2)增加熔深，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭，性能提高；(3)在焊接薄件時可進行高速焊；(4)調(diào)節(jié)兩種熱源參數(shù),可改善焊縫成形,熱影響區(qū)?。唬?）可以減少母材端面接口的精度要求；（6）過程穩(wěn)定性。摩托車鋁合金軸的激光-MIG復(fù)合焊接，提高焊接速度和效率50％以上

1.2激光+FSW在該方法中，激光能的主要作用是對旋轉(zhuǎn)工具前方的工件進行局部預(yù)熱，從而使工件產(chǎn)生塑化現(xiàn)象。由于激光的高溫作用使位于旋轉(zhuǎn)頭前方的工件軟化，可以減少夾具對工件的夾持力和焊接變形；此外，由于激光的預(yù)熱作用，在實現(xiàn)高速焊接的同時還降低了對旋轉(zhuǎn)工具的磨耗。實驗證明，采用該技術(shù)進行鋁合金的焊接，可以實現(xiàn)無缺陷的微細結(jié)構(gòu)焊接。該方法設(shè)備復(fù)雜、昂貴，對焊接條件要求較高，要在工業(yè)應(yīng)用中推廣，還有待于進一步的研究與改進。高效雙鎢極氬弧焊接簡介哈爾濱工業(yè)大學(xué)應(yīng)用背景雙鎢極氬弧焊接方法是IHI重工和大阪大學(xué)的Yamada、Kobayashi等研究人員在1998年首先提出的。當(dāng)時用于厚壁結(jié)構(gòu)鋼的全位置焊接，最大焊接厚度達50mm，熔敷率達50g/min。相對于傳統(tǒng)熔化極方法，在具有較高熔敷率的基礎(chǔ)上，更適合全位置焊接；電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫表面成型好，節(jié)約了焊后打磨處理時間應(yīng)用此方法，98年在日本成功地實現(xiàn)了當(dāng)時世界最大的天然氣儲氣罐體（直徑82m）的厚壁結(jié)構(gòu)的高效焊接。在保留TIG原有優(yōu)點的基礎(chǔ)上，極大的提高了焊接效率。高效雙鎢極TIG焊應(yīng)用現(xiàn)場（儲氣罐體全位置焊接）什么是雙鎢極TIG焊仍然使用不熔化的鎢極作為電極，但在同一個焊槍同時放置兩個鎢極，鎢極之間距離很近（一般1mm－4mm），且相互之間完全絕緣。這是相對于傳統(tǒng)TIG焊接方法最大的不同點。因為鎢極之間的距離很近，兩個鎢極各自產(chǎn)生的電弧相互吸引，耦合在一起形成一個大電弧（耦合電?。?，聯(lián)合對工件產(chǎn)生作用。兩個鎢極相互絕緣，可以分別加載不同的電流形式，適用于不同位置的焊接條件。焊槍實物照片雙鎢極氬弧焊槍示意圖雙鎢極氬弧焊槍實物電弧形態(tài)照片雙鎢極TIG焊優(yōu)勢特點傳統(tǒng)TIG焊特點及不足

傳統(tǒng)的TIG焊電弧燃燒穩(wěn)定，易于監(jiān)視和控制；適合全位置焊；可以實現(xiàn)多種金屬的高品質(zhì)焊接；是生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的焊接方法。

TIG焊電極不熔化，承載電流有限，熔化焊絲能力有限；即使可以增大承載電流的上限，在焊接中容易出現(xiàn)咬邊和駝峰等缺陷，限制了其在高效焊接的發(fā)展。相對于MIG等熔化極焊接，不存在熔滴過渡，適合于全位置焊接，但焊接效率較低。雙鎢極TIG焊特點電弧由兩個相互絕緣的鎢極產(chǎn)生的電弧相互作用而成，電弧的性質(zhì)受到這兩個電弧的聯(lián)合影響。電弧壓力相對于TIG電弧來講，分布不同，壓力值下降。在焊接過程中，易于維持熔池穩(wěn)定，避免咬邊駝峰等缺陷的產(chǎn)生。尤其在高速焊時尤為重要。TIG電弧壓力分布雙鎢極TIG電弧壓力分布雙鎢極TIG焊特點相對于傳統(tǒng)的TIG焊，相同的電流由兩個鎢極承載，加載的電流值大幅度提升。兩鎢極中的電流可分別獨立調(diào)控，適合于全位置焊接的技術(shù)要求。平焊位置橫焊位置立焊位置雙鎢極TIG焊為什么高效傳統(tǒng)TIG焊接的局限性鎢極承載電流程度有限在大電流下鎢極燒損嚴重，焊縫容易出現(xiàn)夾鎢等缺陷。有限的焊接電流使填絲的熔敷速度受到限制，熔敷率低。大電流下產(chǎn)生的過大的電弧壓力容易造成熔池的失穩(wěn)，易形成咬邊駝峰等成形缺陷。雙鎢極耦合電弧特點雙鎢極的存在可以承載更大的焊接電流，鎢極不易燒損。耦合電弧壓力遠小于傳統(tǒng)的單弧兩鎢極間絕緣雙鎢極TIG的優(yōu)越性可以承載更大的焊接電流，不易夾鎢，可以提高焊接熔敷率。電弧壓力小，熔池受到的力的作用小，易于維持穩(wěn)定，不易形成成形缺陷。兩電流可分別調(diào)控適于全位置焊高速焊接高熔敷率焊接雙鎢極TIG高熔敷率焊接序號焊接工況材料總焊接電流（A）焊接電壓（V）行走速度（cm/min）熔敷率（g/min）1碳鋼厚板平焊SM49070011-1310902窄間隙平焊SF340A360-50010-111016-343窄間隙橫焊SQV2A300-6009-1210-1617-234窄間隙立向上焊SM490300-60010-11618-271234雙鎢極TIG高速焊接單雙鎢極TIG焊接參數(shù)參數(shù)組別焊接方法焊接電流(A)鎢極間距(mm)焊接速度(mm/min)鎢極直徑(mm)鎢極形狀1雙鎢極150+15026003偏2200+2003偏3單鎢極25060034280353003

焊縫表面成形截面宏觀1組雙鎢極150A＋150A雙鎢極TIG高速焊接

2組雙鎢極200A＋200A3組單鎢極250A4組單鎢極280A5組單鎢極300ATandem雙絲MIG焊接一.Tandem雙絲MIG焊接簡介雙絲焊有Max、Twinarc和Tandem（TIMETWIN）幾種形式。Max法使用一臺焊接電源，兩根焊絲共用一個噴嘴但用兩個獨立的導(dǎo)電嘴；Twinarc法中，兩根焊絲共用一個導(dǎo)電嘴和氣體噴嘴，只需一臺電源。而Tandem法中，兩根焊絲分別使用單獨的導(dǎo)電嘴，但共用一個氣體噴嘴，需要兩臺電源。TwinarcTandem注意：簡單的兩臺焊接電源并聯(lián)是不能形成穩(wěn)定的雙絲焊極過程的，要達到好的焊接效果，必須使用微機控制的數(shù)字化的逆變電源，并帶有雙機通訊功能。MaxMax法：單面單弧填絲焊，利用熔池多余的的熱量熔化另一根焊絲，并利用大電流提高焊接速度。由于填充焊絲吸收了熔池?zé)崃渴沟脽嵊绊憛^(qū)變窄，變形減小，填充焊絲不產(chǎn)生電弧，飛濺少，焊縫成型改善。由于主焊絲和填充絲電流方向相反，在電磁力作用下電弧被吹向前方。這種方法熔化效率和焊接速度大約為普通MIG焊接的2倍。不僅可以用于厚板焊接，也可用于薄板焊接。焊接厚板鋁合金時，在大電流下也不產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。Twinarc:代表性的是日本研究者藤村告史開發(fā)的多絲焊方法的系統(tǒng)。它采用同一個焊槍同時輸送多條焊絲，各焊絲之間相互絕緣，可用藥芯焊絲和100％CO2

保護，也可用實芯焊絲和80％Ar+20％CO2

保護。各焊絲采用同一電源供電，會帶來一系列問題，一是如果電源和送絲系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，則各電弧的電流和電壓會不等，這樣可能會造成電弧失去自調(diào)節(jié)能力，另外，各焊絲上燃燒的電弧之間存在強烈的電磁力，會造成電弧不穩(wěn)，飛濺大，焊縫成形不好，失去多絲焊意義。為解決這一問題，藤村采用了電流相位控制的脈沖焊接方式，電弧在三個焊絲上輪流燃燒，可以保證電弧的挺直性，使焊接過程穩(wěn)定，另外，通過調(diào)節(jié)各焊絲之間的位置關(guān)系及其與焊接方向的夾角，可以改變能量分布，保持熔池平靜，從而減小產(chǎn)生咬邊、駝峰等成形缺陷的傾向。采用這種焊接方法成功地進行了角焊縫的高速焊接，焊接速度達到1.8m／min。Twinarc法主要廠家有德國的SKS、Benzel和Nimark公司，美國的Miller公司。這種方法的焊接規(guī)范參數(shù)十分難調(diào)，兩根焊絲電流同相位，相互干擾，電源負載高，過程不易控制，焊縫成形較差。但由于使用一個導(dǎo)電嘴，焊接操作比較方便。Tandem法的代表廠家有德國Cloos、奧地利Fronius和美國Lincoln公司。這種方法的焊接參數(shù)好調(diào)，使用方便，已被用戶所接受。并較為成功地用于汽車、車輛等行業(yè)。雙絲焊既是高速焊接法，又是高熔敷率焊接法，所以目前許多國家開始研究多絲焊法，且以Tandem雙絲焊較為成熟。CLOOSTANDEM雙絲焊標準配置：2臺基于微機控制的數(shù)字化焊接電源2臺雙送絲機或1個雙送絲裝置1支TANDEM雙絲焊槍；1套焊槍夾持和行走機構(gòu)TANDEM雙絲焊槍該技術(shù)將兩根焊絲按一定的角度放在一個特別設(shè)計的焊槍里，兩根焊絲分別由各自的電源供電，所有的參數(shù)都可以彼此獨立，這樣可以最佳地控制電弧。對于Tandem焊接，兩臺焊機通過特殊的裝置進行通訊，保證兩個電弧之間互不干擾，兩根焊絲可使用不同的脈沖頻率組合的脈沖電弧進行焊接，這就給用戶提供了足夠的條件來使用不同的脈沖頻率焊接。TANDEM工藝在焊接要求控制線能量的低合金高強鋼等材料時是替代埋弧焊的最佳工藝。每根焊絲的規(guī)范參數(shù)可單獨設(shè)定，材質(zhì)、直徑可不同；使用范圍廣，可以焊接碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁等各種金屬材料；兩根焊絲互為加熱充分利用電弧的能量,實現(xiàn)較大的熔敷率,大大提高熔敷效率和焊接速度；焊接2-3mm薄板時，焊接速度可達6m/min，焊接8mm以上厚板時，熔敷效率可達24kg/h，每根焊絲的送絲速度可達30m/min；熔池里有充足的熔融金屬和母材充分熔合,因此焊縫成形美觀在熔敷效率增加時，保持較低的熱輸入，焊接變形??；（單絲焊和雙絲焊的熱輸入分別為8KJ/cm和12KJ/cm）電弧穩(wěn)定，熔滴過渡受控，飛濺??；雙絲焊熔池中的液態(tài)金屬過熱度小，合金元素?zé)龘p較少；雙絲焊的優(yōu)點一前一后兩個電弧,大大加長了熔池的尺寸,

高溫停留時間變長，冷卻速度變慢，熔池中的氣體有充足的時間析出,氣孔傾向極低;同時由于第二脈沖和后絲電弧的攪拌作用，使氣孔傾向明顯降低；與其他快速熔焊技術(shù)比較，無需特殊的氣體（He），耗氣量少；TANDEM雙絲焊時，雙絲峰值電流周期性變化引起的熔池液體強烈的攪拌作用，細化了焊縫組織，提高了焊縫的強度和塑性。焊縫成型美觀，熔透性好，焊接變形小。成本低。

單絲焊和TANDEM熔敷效率比較

用于鋁合金油箱的帶有激光傳感器的傳統(tǒng)MIG焊接，焊接速度為80cm/min同樣的焊接任務(wù)，采用Tandem焊接，焊接速度為280cm/min刮板機中部槽TANDEM雙絲焊

母材為ZG30SiMn和K400板件，試板尺寸為350×150×40mm，中板與槽幫為對接焊縫，坡口形式為K形，角度為40°。封底板與槽幫為角接焊縫，無坡口。焊絲為RM-56，直徑φ=1.6mm，保護氣采用混合氣體（20％CO2＋80％Ar）。以前大部分采用手工半自動CO2氣體保護焊，焊縫成型不美觀，熔深無法保證，焊接效率低，每個焊工一天只能焊接一個半中部槽左右?，F(xiàn)在采用龍門式TANDEM雙槍雙絲焊，效率遠高于手工半自動CO2單絲焊，每天能焊成品10余個，提高效率達6倍以上。雙絲焊的不足由于具有很高的焊接速度，同時由于焊槍較大，所以這種焊接只能在機器人和自動焊接上可以實現(xiàn)；適用于大、長、直焊縫，使用靈活性受到限制。雙絲焊熱輸入較單絲焊接大，焊縫組織晶粒相對較大，沿晶界和枝晶間分布的共晶組織連續(xù)性增加，焊縫金屬強度和塑性有所降低，但在合適的工藝規(guī)范下，能夠滿足焊接接頭性能的要求。要解決這個問題，可采用附加脈沖、擺動焊接等方法。二.鋁合金雙絲MIG焊熔滴過渡Tandem焊接的脈沖波形的幾種不同組合類型：

A）同頻率同相位的

B）同頻率相位差任意可調(diào)

C）不同頻率相位任意(a)同步模式,電流波形見圖a,兩個電弧同時達到最大值,有利于形成較大的熔深,但飛濺較大,一般很少采用;(b)交替模式,電弧的相互作用力只有普通焊接時的四分之一甚至更低,對熔滴過渡的影響較小,特別適合于鋁合金等輕金屬的焊接,能顯著減少焊接飛濺;(c)隨機模式,,既能顯著降低電弧的作用力,減少飛濺,又能實現(xiàn)較大的熔深,