（材料加工工程专业论文）双丝间接电弧焊电弧特性研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：墨遮墨 日 论文作者签名：量垫妁 日期：超! ! ：墨：兰窆 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：啦导师签名：乏军政日期：垄蛐日 目录 摘要i a b s t r a c t 。i i 缩写及符号说明i v 第一章绪论1 1 1 选题背景和意义1 1 2 间接电弧焊接及其电弧特性的研究现状2 1 2 1原子氢焊及其电弧特性3 1 2 2 串联双丝焊4 1 2 3双熔敷极焊条单弧焊及其电弧特性4 1 2 4t i g m i g 问接电弧焊及其电弧特性6 1 2 5双丝问接电弧气体保护焊的研究7 1 3焊接电弧数值模拟研究现状8 1 4 本文的研究内容一9 第二章试验设备和试验材料1 1 2 1试验设备1 l 2 1 1焊接设备l l ( 1 )焊接电源1 1 ( 2 )自动焊装置。l2 ( 3 )两极送丝系统1 2 2 1 2高速摄像系统13 2 2 试验材料14 2 2 1试验用母材14 2 2 2试验用焊丝。1 4 2 2 3试验用保护气体。15 第三章双丝间接电弧焊保护气体的流态分析及焊枪设计1 7 3 1 引言17 3 2 保护气体的流态及保护作用一1 7 3 3保护气体流场有限元计算模型的建立1 9 3 3 1几何建模和网格划分2 0 3 3 2流场计算的控制方程2 l 3 3 3流场计算的边界条件2 3 3 3 4数值模拟结果分析2 4 3 4基于数值模拟的焊枪保护罩设计2 6 3 4 1保护罩内腔为收缩型的焊枪设计2 6 3 4 2保护罩内腔为变截面型的焊枪设计2 9 3 4 3保护罩尺寸参数的确定3 2 3 5本章小结3 4 第四章双丝间接电弧的数值模拟3 5 4 1 引。言3 5 4 2 双丝间接电弧的几何模型和基本假设3 5 4 3材料的物性参数3 9 4 4控制方程4 l 4 4 1考虑介质运动的电动力学方程组4 l 4 4 2考虑磁场力的流体力学基本方程组4 2 4 5 计算步骤4 3 4 6 边界条件4 4 4 6 1电场边界条件4 4 4 6 2 磁场边界条件一4 4 4 6 3流场边界条件4 5 4 7数值计算结果与分析4 6 4 7 1电弧温度场的分布4 6 4 7 2电弧电势和电流密度分布4 7 4 7 3电弧等离子体速度的分布4 8 4 8 本章小结一4 9 第五章双丝间接电弧形态及其影响因素5 1 5 1 引言51 5 2 双丝间接电弧的产生及其形态5 1 5 3双丝间接电弧形态的成因分析5 l 5 3 1 带电粒子的运动一5 2 5 3 2电磁压缩5 3 5 3 3 流体压缩一5 5 5 4 焊接工艺参数对电弧形态的影响5 6 5 4 1 两焊丝央角的影响一5 6 5 4 2两焊丝交点到工件的距离的影响5 7 5 4 3保护气体成分的影响5 8 5 5 本章小结6 0 第六章结论6 1 参考文献一6 3 致i 射6 7 攻读学位期问发表的学术论文6 8 2 c o n t e n t a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) i a b s t r a c t ( i n e n g l i s h ) i i a b b r e v i a t i o n sa n ds y m b o l se x p l a n a t i o n i v c h a p t e ro n e i n t r o d u c t i o n 1 1 1t h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h et o p i c s 1 1 2t h er e s e a r c hs i t u a t i o no fi n d i r e c ta r cw e l d i n ga n dt h e i ra r cc h a r a c t e r s 2 1 2 1a t o m i ch y d r o g e nw e l d i n ga n di t sa r cc h a r a c t e r 。3 1 2 2t ；m d e md o u b l ew i r ew e l d i n ga n di t sa r cc h a r a c t e r 4 1 2 3 d o u b l e p o l ee l e c t r o d es i n g l ea r cw e l d i n ga n di t sa r cc h a r a c t e r 4 1 2 4t i g m i gi n d i r e c ta r cw e l d i n ga n di t sa r cc h a r a c t e r 6 1 2 5r e s e a r c ho fg a s s h i e l d e dt w i n w i r ei n d i r e c ta r cw e l d i n g 7 1 3t h ec u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no fw e d i n ga r cn u m e r i c a ls i m u l a t i o n 8 1 4r e s e a r c hc o n t e n to f t h i sa r t i c l e 9 c h a p t e rt w oe q u i p m e n t sa n dm a t e r i a l si ne x p e r i m e n t s 11 2 1 e q u i p e m e n ti ne x p e r i m e n t s 1 1 2 1 1 w e l d i n ge q u i p e m e n t s 11 ( 1 ) w e l d i n gs u p p l y 11 ( 2 ) e q u i p m e n to fa u t o m a t i cw e l d i n g 一12 ( 3 ) t w i n w i r ef e e d i n gs y s t e m 12 2 1 2 h i g h s p e e dc a m e r as y s t e m 一13 2 2m a t e r i a l si ne x p e r i m e n t s 14 2 2 1t h ep a r e n tm a t e r i a l 一l4 2 2 2t h ew i r em a t e r i a l 14 2 2 3t h es h i e l d e dg a s 15 c h a p t e rt h r e e f l u i da n a l y s i so fs h i c l e dg a sa n do p t i m i z a t i o nd e s i g ho fw e d i n gg u n i nt w i n w i r ei n d i r e e ta r ：w e l d i n g 17 3 1i n t r o d u c t i o n l7 3 2f l u i ds t a t ea n ds h i e l d i n ge f f e c to fg a s 17 3 3t h ef e me s t i m a t i o no fg a sf l u i d 19 3 3 1g e o m e t r i cm o d e l i n ga n dm e s h i n g ：! ( ) 3 3 2t h ec o n t r o le q u a t i o no f c f d 2 1 3 3 3t h eb o u n d a r yc o n d i t i o n so fc f d 2 3 3 2t h ei n t e r p r e t a t i o no f n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s 2 4 3 4 t h eo p t i m i z a i t o nd e s i g no fs h i e l d e dc a pb a s e do nn u m e r i c a ls i m u l a t i o n 2 6 3 4 1t h es h r i n k a g el u m e no fs h i e l d e dc a p d e s i g n i n g 2 6 3 4 2t h ev a r y i n g - s e c t i o nl u m e no fs h i e l d e dc a pd e s i g n i n g 2 9 3 4 3t h ed i m e n s i o no p t i m i z a t i o no fs h i e l d e dc a p 3 2 3 c o n t e n t 3 2 s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 3 4 c h a p t e rf o u r t h em a t h e m a t i cm o d e lo f t w i n w i r ei n d i r e c ta r c 3 5 4 1i n t r o d u c t i o n 3 1 ； 4 2g e o m e t r i cm o d e la n db a s i ca s s u m p t i o no ft w i w i r ei n d i r e c ta r c 3 5 4 3 t h e r m o p h y s i c a lp a r a m e t e r so ft h em a t e r i a l 3 9 4 4c o n t r o le q u a t i o n z i l 4 4 1 e l e c t r o d y n a m i ce q u a t i o ns y s t e mc o n s i d e r i n gd i e l e c t r i cm o t i o n 4 1 4 4 2 h y d r o m e c h a n i c a le q u a t i o ns y s t e mc o n s i d e r i n gm a g n e t i cf i e l d 4 2 4 5p r o c e d u r e so fc a l c u l a t i o n s 4 3 4 6 b o u n d a r yc o n d i t i o n s 4 4 4 6 1 b o u n d a r yc o n d i t i o n so fe l e c t r i cf i e l d 4 4 4 6 2 b o u n d a r yc o n d i t i o n so fm a g n e t i cf i e l d 1 4 4 6 3 b o u n d a r yc o n d i t i o n so ff l o wf i e l d 4 5 4 7n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y s i s 4 6 4 7 1d i s t r i b u t i o no f t e m p e r a t u r eo f a r c 4 6 4 7 2d i s t r i b u t i o no fa l ev o l t a g ea n dc u r r e n td e n s i t y 4 7 4 7 3 v 烈o c i t yd i s t r i b u t i o no fa r cp l a s m a 4 8 4 8 s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 4 9 c h a p t e rf i v es h a p e sa n dt h e i ri n f u e n c i n gf a c t o r so f t w i n w i r ei n d i r e c ta r c 5 1 5 1i n t r o d u c t i o n 5l 5 2g e n e r a t i o na n ds h a p e so f t w i n w i r ei n d i r e c ta l e 5 1 5 3f o r m a t i o nc a u t i o n so f t w i n w i r ei n d i r e c ta l es h a p e s 5 2 5 3 1 m o t i o no f c h a r g e dp a r t i c l e s ! ；：1 5 3 2 c o m p r e s s i o no fe l e c t r o m a g n e t i s m 5 ：； 5 3 3 c o m p r e s s i o no f f l u i d ! ；! ； 5 4t h ei n f l u e n c e so fw e l d i n gp a r a m e t e r si na l es h a p e s 5 6 5 4 1t h ei n f l u e n c eo fi n c l u d e da n g l e so ft w i n w i r e 一5 6 5 4 2t h ei n f l u e n c eo f d i s t a n c ef r o mt h em e e t i n gp o i n tt ob a s e p i e c e 5 7 5 4 3t h ei n f l u e n c eo fc o m p o n e n t so fs h i e l d e dg a s 5 8 5 5 s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 6 ( ) c h a p t e rs i x c o n c l u s i o n 6 1 r e f e r e n c e 6 ：； s a l u t a r y 6 7 p r e s s e da r t i c l e sl i s ti np e r i o do fs t u d yf o rm a s t e rd e g r e e 6 8 4 摘要 双丝间接电弧气体保护焊是一种新研发的焊接工艺，其接线方式与传统电弧 焊不同，两焊丝分别与电源的正负极相接，工件不接电极；电弧形成并燃烧于互 成一定角度的两焊丝端部，不同于传统焊接方法中电弧存在于工件与电极之间； 该焊接方法具有熔敷系数高、熔合比小、焊接应力和变形小的特点，是一种具有 应用前景的高效焊接工艺。 双丝间接电弧的电弧特性对熔滴过渡、焊缝成形和焊接工艺的稳定有着至关 重要的影响，本文结合已有成果，采用数值模拟与焊接试验相结合，在进一步设 计焊枪结构的基础上，对双丝间接电弧的电弧特性进行了研究，总结了工艺参数 对电弧形态及焊接工艺性能的影响规律。 数值模拟结果表明，采用保护罩内腔形状为圆柱型时，喷嘴附近气体流速很 低，喷出气体的挺度低，保护效果不理想；圆柱型内腔的保护罩还降低了焊枪的 可达性。保护罩内腔的形状改进为收缩型时，喷嘴附近喷出气体流速增大，但气 流紊乱程度变大，导致焊枪气体保护效果没有明显改善。使用变截面的保护罩内 腔形状，可以得到良好的气体保护效果。进一步计算确定，选择变截面内腔中喷 嘴端圆柱型柱面长度为2 0 m m ，收缩处坡度角为4 5 。，保护效果比较理想。 将流体力学和电磁学结合起来( 磁流体动力学) ，遵循流体连续性( 质量守 恒) 、动量守恒与能量守恒的原则以及焊接的实际情况，建立了三维电弧数学模 型来对双丝间接电弧进行数值模拟计算，运用有限元软件a n s y s 电场、磁场和 流场多场耦合来求解焊接电弧的数理方程，得到了双丝间接电弧温度场、电弧电 势、电流密度和等离子体速度场等模拟结果。 双丝间接电弧焊自由扩展的电弧外观形态看起来像气焊时的火焰，是电弧空 间的带电粒子在电磁力和流体压缩力等共同作用下形成的。两焊丝夹角q 、两焊 丝交点到工件的距离d 及选用的保护气体成分等工艺参数对电弧形态具有重要 影响，选择两焊丝央角为2 0 - 3 0 。，两焊丝交点到工件的距离为8 1 0 m m ，保护 气体的成分为7 5 a r + 2 5 c 0 2 ，可以获得综合成形比较好的电弧形态。 关键词：双丝间接电弧，数值模拟，气流状态，电弧形态 a b s t r a c t a b s t r a c t t w i n - w i r ei n d i r e c ta r cg a s s h i e l d e dw e l d i n gi san o v e l t yw e l d i n gm e t h o d ， w h i c hi sd i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a lw e l d i n gp r o c e s s e sa st h et w i n w i r ea r e c o n n e c t e dt ot h en e g a t i v ea n dp o s i t i v ep l a t e so ft h ep o w e rs o u r c er e s p e c t i v e l y i n t h i sp r o c e s s ，t h ea r cb u m sb e t w e e nt h et w i nw i r e s ，a n dt h ew o r k p i e c ei s n tc o n n e c t e d t ot h eu n i t a sa l lo ft h ep e n e t r a t i o nr a t i o ，s t r e s sa n dd e f o r m a t i o na r el o w ，t h e t w i n w i r ei n d i r e c ta r cw e l d i n gw i l lb ed e v e l o p e dw i t hp o s i t i v ef o r e g r o u n d t h ec h a r a c t e r so ft h ei n d i r e c ta r cp l a ya ni m p o r t a n ti n f l u e n c ei nt h ed r o p l e t s t r a n s i t i o n ，t h ef o r m a t i o no fw e l da n dt h es t a b i l i z a t i o no ft h ep r o c e s s b a s e do nt h e e x i s t i n gr e s u l t s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t sa r eb o t hu s e di nt h er e s e a r c h b e s i d e st h es t r u c t u r e so ft h ew e l d i n gg u na r eo p t i m i z e d ，t h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r s i n f l u e n c ei nt h ea r cc h a r a c t e r sa r es t u d i e d t h er e s u l t so fn u m e r i c a ls i m u l a t i o na d i c a t e d ，w h e nt h es h a p eo fs h i e l d e dc a pi s c i r c u l a rc o l u m n ，t h es p e e do f t h eg a sf l o wi st o os l o w ，a n dt h es t i f f n e s so f t h ea r ci si n p o o rc o n d i t i o n ，a sar e s u l t ，t h es h i e l d i n ge f f e c tc h a n g e sl i t t l e b e s i d e s ，t h er e a c h a b i l i t y o ft h ew e l d i n gg u nd e c r e a s e s w h e nt h es h a p eo fn o z z l ei sc h a n g e dt os h r i n k i n g ，t h e s t i f f n e s so ft h ea r ci si nm u c hb e t t e rc o n d i t i o n ，b u t ，t h eg a sf l o wn e a rt h en o z z l ei st o o t u r b u l e n t ，a n dt h es h i e l d i n gr e s u l ti si nl o wd e g r e e a tl a s t ，t h es h a p eo ft h es h i e l d e d c a pi sc h a n g e dt ov a r i a b l ec r o s s - s e c t i o n ，t h es h i e l d i n gr e s u l ti m p r o v e sal o t a f t e r f u r t h e rs t u d y ，w ef o u n dt h a tw h e nt h ec i r c u l a rc o l u m ni nt h ev a r i a b l ec r o s s s e c t i o ni s 2 0 m ml o n ga n dt h eg r a d ea n g l eo ft h es h r i n k i n gp l a c ei s4 5 。，t h ei n t e g r a t e dr e s u l ti s b e a e r f o l l o w i n gt h ec o n t i n u t yo ft h ef l o w ( c o n s e r v a t i o no fm a s s ) ，c o n s e r v a t i o no f m o m e n t u ma n dc o n s e r v a t i o no fe n e r g y ，w ea s s o c i a t et h ef l u i dm e c h a n i c sa n dt h e e l e c t r o m a g n e t i c s ，e s t a b l i s h i n gt h en u m e r i c a lm o d e lo ft w i n - w i r ei n d i r e c ta r ci nt h r e e d i m e n s i o n s t h em a t h e m a t i ce q u a t i o n sa les o l v e di nc o u p l e de l e c t r i cf i e l d ，m a g n e t i c f i e l da n df l o wf i e l du s i n ga n s y s a tl a s t , t h ed i s t r i b u t i o no f t e m p e r a t u r e ，a l ev o l t a g e ， c u r r e n td e n s i t ya n dt h ev e l o c i t yo fa l cp l a s m aw e r eo b t a i n e d n t h es h a p eo ff r e eb u r n i n gt w i n - w i r ei n d i r e c ta rci ss i m i l a rt ot h ef l a m ei nt o r c h w e l d i n g i ti st h er e s u l to ft h em o v e m e n to fc h a r g e dp a r t i c l e si nt h ea le b e c a u s eo f e l e c t r o m a g n e t i cc o m p r e s s i o na n df l o wc o m p r e s s i o n t h ei n c l u d i n ga n g l e q ，t h e d i s t a n c ef r o mt h em e e t i n gp o i n tt ot h eb a s e p i e c eha n dt h ec o m p o n e n t so ft h e s h i e l d i n gg a sp l a yi m p o r t a n tr o l e si nt h ei n f l u e n c eo f t h ea r cs h a p e s i ti sb e t t e rw h e n t h ea n g l eqi s2 0 - 3 0 。，t h ed i s t a n c ehi s8 10 m m ，a n dt h es h i e l d i n gg a si s7 5 a r + 2 5 c 0 2 k e y w o r d s ： t w i n - w i r ei n d i r e c ta r e ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，t h eg a sf l o w ，t h es h a p eo fa r e t w m g 忑k 鼬 t i g m i g i g b t f e m m h d 缩写及符号说明 t w i n w i r ei n d i r e c ta r cw e l d i n g双丝间接电弧焊 g a s - s h i e l d e dt u n g s t e na r cw e l d i n g 钨极气体保护焊 t u n g s t e ni n e r tg a s s h i e l d e dw e l d i n g钨极惰性气体保护焊 m e t a li n e r tg a s s h i e l d e dw e l d i n g熔化极惰性气体保护焊 i n s u l a t e dg a t eb i p o l a rt r a n s i s t o r绝缘三双极型功率管 f i n i t ee l e m e n tm e t h o d有限单元法 m a g n e t o h y d r o d y n a m i c磁流体力学 i v 1 1选题背景和意义 第一章绪论 焊接作为一项蓬勃发展的材料热加工技术，在工业生产、经济发展以及国防 建设中发挥着举足轻重的作用。伴随着现代工业的飞速发展，市场竞争越来越激 烈，各生产厂家为增强市场竞争力，越来越强烈地要求提高生产效率、降低生产 成本；伴随着产品、材料、使用条件的多样化，如何提高电弧焊的生产率，实现 各种材料高质量高效率的焊接，已经成为世界各国焊接工作者在科研和实际生产 中追求的目标【1 2 1 。 从焊条电弧焊发展到气体保护焊是一大进步，自气体保护焊出现以来，就以 高效、节能、操作简单、便于实现机械化和自动化等特点，在实际生产中得到广 泛的应用，发展和扩大气体保护焊的应用领域是非常有意义的工作。双丝焊接具 有焊接速度高、熔敷系数高、焊接质量好等优点，可以提高焊接生产效率，因此 其应用范围也越来越广 2 - s 】。 传统电弧焊，电弧在电极与工件之间燃烧，这种电弧对工件加热速度快、熔 深大，在实际生产中获得了广泛应用。但由于被焊工件作为焊接电弧的一个电极， 导致工件热输入大，母材熔化量大，消耗电能多，熔合比大，焊接应力和变形大， 使电弧焊进一步提高熔敷系数和降低能耗受到了一定限制。因此，合理调整电弧 焊中对母材和焊丝的热输入分配，已成为近年来电弧焊发展中一个新的重要研究 方向【】。双丝间接电弧气体保护焊( g a s s h i e l d e dt w i n w i r ei n d i r e c ta r cw e l d i n g , 以下简称“双丝间接电弧焊 ，简记为t w i a w ，其示意图如图1 1 所示) 是一种 新的优质、高效、节能的电弧焊方法，具有热输入调节范围大、熔合比小、熔敷 速度高、电能利用率高、焊接应力和变形小等特点，具有一定的理论研究价值和 应用前景【7 - 15 1 。 电弧是电弧焊接的热源，电弧特性直接影响焊接工艺过程的稳定、熔滴过渡 和焊缝成形，对焊接效率和质量的提高有显著的作用：电弧等离子体是一个电、 热、光、磁、声、力等共同作用、相互制约的粒子流平衡体，依靠消耗外界的能 量和质量维持其电热转换过程，由于电弧过程还有许多未被认知的领域而受到国 内外研究者的广泛注意。 焊接电弧是一个高温等离 子体，难以通过常规的手 段对其进行观察测量，故 而有必要借助于现代数值 模拟技术对焊接电弧进行 深入的研究和分析。很早 以来，国内外学者就对 g t a w 电弧的等离子流 力、电流密度、电弧压力 及磁场对电弧行为的影响 等进行了系统深入的试验 g 图1 1 双丝间接电弧焊示意图 f i g 1 1s c h e m a t i cp l a no ft w i n w i r ei n d i r e c ta r cw e l d i n g 和理论研究，取得了丰硕的成果【临35 1 。近年来，由于熔化极气体保护焊的发展， 研究人员对其电弧现象也进行了大量实验研究和数值模拟研究。 双丝间接电弧焊的电弧是一种在新条件下产生的电弧，与一般焊接电弧相 比，虽然物理本质都是一种气体放电现象，但电弧的形态及特性行为是不同的， 电弧对工件的加热及电弧力的行为也不相同。这种新型电弧的几何特性、电特性、 磁特性、热特性、力学特性及其伴随的熔滴形成和过渡现象，与工件接电源的电 弧焊电弧有很大的差别。 目前，国内外对双丝间接电弧焊的电弧特性的研究国内外报到甚少，本文将 对双丝间接电弧焊的保护气体流场进行有限元计算，并根据模拟计算结果对焊枪 结构进行设计：建立双丝问接电弧的模型，并对双丝间接电弧的形态和影响因素 进行了分析，这些研究将为双丝间接电弧焊的应用提供技术数据，将为深入研究 焊接电弧理论，系统理解双丝间接电弧焊接过程中的复杂物理现象并进而实现焊 接应用提供重要的基础实用数据。 1 2间接电弧焊接及其电弧特性的研究现状 目前，国内外采用双丝或多丝同时进行焊接的方法很多，如：t a n d e m 焊、 双丝m a g 焊、双丝单弧预热填丝焊、多丝埋弧焊、管线的三丝埋弧焊、窄间隙 2 鼍簟景皇皇葛鼍量! ! 詈! 当兰叁垒叁坠耋- - 耋窑垒二。皇皇曹鲁皇暑鼍一 多丝自动焊等【2 - 5 】。其中有些焊接方法已经相对成熟，并且在实践中也有应用； 但是上述焊接方法工件上都接有电源，而双丝间接电弧焊被焊工件上不接电源， 电弧在两焊丝端部形成间接电弧，工件上不再有极性斑点区。所以，上述这些电 弧焊方法的研究只能为双丝间接电弧焊的研究提供参考。迄今为止，对于间接电 弧焊接的研究相对较少，目前收集到的资料中介绍的间接电弧焊接方法主要有原 子氢焊、串联双丝焊、双熔敷极焊条单弧焊、t i g m i g 间接电弧焊和双丝间接 电弧焊等五种，下面对这五种间接电弧焊接方式及其电弧特性进行简要的介绍。 1 2 1原子氢焊及其电弧特性 原子氢焊是一种比较古老的气体保护焊方法。它是1 9 2 5 年由美国物理学家 朗根姆依尔发明，并由他命名为原子氢焊。若干年后，这种方法传到了德国，德 国工程师利用此种焊接方法焊接齿轮、联轴器、半轴、以及转向装置，修复了 量载重汽车及轻便汽车，一直沿用到前几年才被淘汰【3 6 1 。 ( a ) 原子氢焊m ) 原子氢焊的电弧形态 图1 2 原子氢焊示意图及其电弧 f i g 1 2 s c h e m a t i cp l a no fa t o m i ch y d r o g e nw e l d i n ga n di t sa r c s h a p e 原子氢焊的电弧在两个钨极间燃烧，采用氢气为保护气体。如图1 2 ( a ) 所 示，两钨极间成一锐角，各与电源的一极相连接，一般用交流电焊接，其电弧形 态如图1 2 ( b ) 所示。喷嘴中喷出的分子氢( h 2 ) 在电弧中分解和电离成原子氢 ( 2 h ) ，吸收热量，使电弧最热的部分发生偏离。在焊接区域较冷的区域，即靠 近母材的附近原子氢( 2 h ) 重新结合成分子氢( h 2 ) 。原先吸收的热量又再次以 结合热量的形式释放出来，正好利用在这里释放出的热能熔化母材和焊接填充材 3 料。这种热量传递赋于这种焊接方法高的热效率。 原子氢焊这种古老的制造工艺已基本被淘汰。目前只有极个别特殊的地方还 在应用原子氢焊，如某些碳钢及不锈钢薄板的焊接和刀具的堆焊等。过去由原子 氢焊进行的大部分工作现在已由钨极氩弧焊代替。 1 2 2串联双丝焊 2 0 世纪5 0 年代，焊接 工作者先后在埋弧焊和惰 性气体保护焊中提出过串 联双丝焊( 如图1 3 所示) 的说法【3 7 1 。串联双丝埋弧 焊是指分别接于同一焊接 电源两极的两根焊丝，横 跨接缝两侧，利用焊丝问 的电弧进行埋弧焊的方 法。又有学者提出过串联 电弧堆焊，这种方法采用 交流电源，空载电压 p o w e rs o u r c ：e t i p w i r e a r c w o r k p i e e e 图1 3 串联双丝焊示意图 f i g 1 3s c h e m a t i cp l a no f t w i n - w i r es e r i e sa r cw e l d i n g 1 0 0 v ，电弧在自动送进的焊丝问燃烧，两根焊丝大多成4 5 。角，焊丝平面垂直 于堆焊方向。有一种叫做双丝独立单弧焊的焊接方法与该法一样，只有一台焊机 连两丝形成独立单弧，工件不通电，其目的在于使基体金属熔化量小，适用于高 碳及高合金钢的堆焊。 这种焊接工艺熔敷速度是普通单丝焊的两倍，对母材热输入少，熔深浅，熔 敷金属的稀释率可低于1 0 ，最小可达1 5 ( 普通单丝埋弧焊最小稀释率一般为 2 0 ) ，因此特别适合于在需要耐磨耐蚀的表面堆焊。目l i ，而对其电弧特性研 究甚少，实际应用未见报道。 1 2 3双