中职多热源焊接

第三章复合热源、多丝多弧焊接一.复合热源焊接几个热源复合、重叠在一起，作用形式上是一个热源例：激光-MIG、PA-MIG、如激光-TIG、激光-PAW、PAW-电子束焊、TIG+MIG等典型：激光-电弧焊1.1激光-电弧复合焊接激光-TIG有同轴、旁轴两种形式，英国人首先提出激光-PAWLaser+MIG旁轴激光-MIG复合焊枪Laser+Arc激光-MIG复合焊,利用MIG的指向性来改善焊接适应性,增加熔融金属的润湿性,同时由于能够比较稳定地填丝,可以较容易的改善焊缝金属的微观组织以及接头的力学性能,而且由于激光对电弧的吸引和压缩作用,整个焊接过程会更加稳定。焊接时,热输入相对较小,焊缝以及热影响区都比较窄,焊后的变形和焊接残余应力也较小。通过调整电弧电流、高度、角度、电弧与激光束之间的距离、激光的规范和焊接速度以及激光气流的大小,可以得到质量较好的焊缝。这是由于采用激光加电弧作为焊接热源时,二者之间相互作用,一方面电弧强化激光,稀释等离子体，预热工件以提高金属对激光的吸收率;另一方面激光可使弧柱的电阻减小,场强降低,增加电弧的稳定性。工艺特点:(1)高效节能，利用电弧增强激光作用，可用小功率激光器代替大功率激光器；(2)增加熔深，获得优质焊接接头，性能提高；(3)在焊接薄件时可进行高速焊；(4)调节两种热源参数,可改善焊缝成形,热影响区小；（5）可以减少母材端面接口的精度要求；（6）过程稳定性。摩托车铝合金轴的激光-MIG复合焊接，提高焊接速度和效率50％以上

1.2激光+FSW在该方法中，激光能的主要作用是对旋转工具前方的工件进行局部预热，从而使工件产生塑化现象。由于激光的高温作用使位于旋转头前方的工件软化，可以减少夹具对工件的夹持力和焊接变形；此外，由于激光的预热作用，在实现高速焊接的同时还降低了对旋转工具的磨耗。实验证明，采用该技术进行铝合金的焊接，可以实现无缺陷的微细结构焊接。该方法设备复杂、昂贵，对焊接条件要求较高，要在工业应用中推广，还有待于进一步的研究与改进。高效双钨极氩弧焊接简介哈尔滨工业大学应用背景双钨极氩弧焊接方法是IHI重工和大阪大学的Yamada、Kobayashi等研究人员在1998年首先提出的。当时用于厚壁结构钢的全位置焊接，最大焊接厚度达50mm，熔敷率达50g/min。相对于传统熔化极方法，在具有较高熔敷率的基础上，更适合全位置焊接；电弧燃烧稳定，焊缝表面成型好，节约了焊后打磨处理时间应用此方法，98年在日本成功地实现了当时世界最大的天然气储气罐体（直径82m）的厚壁结构的高效焊接。在保留TIG原有优点的基础上，极大的提高了焊接效率。高效双钨极TIG焊应用现场（储气罐体全位置焊接）什么是双钨极TIG焊仍然使用不熔化的钨极作为电极，但在同一个焊枪同时放置两个钨极，钨极之间距离很近（一般1mm－4mm），且相互之间完全绝缘。这是相对于传统TIG焊接方法最大的不同点。因为钨极之间的距离很近，两个钨极各自产生的电弧相互吸引，耦合在一起形成一个大电弧（耦合电弧），联合对工件产生作用。两个钨极相互绝缘，可以分别加载不同的电流形式，适用于不同位置的焊接条件。焊枪实物照片双钨极氩弧焊枪示意图双钨极氩弧焊枪实物电弧形态照片双钨极TIG焊优势特点传统TIG焊特点及不足

传统的TIG焊电弧燃烧稳定，易于监视和控制；适合全位置焊；可以实现多种金属的高品质焊接；是生产中普遍应用的焊接方法。

TIG焊电极不熔化，承载电流有限，熔化焊丝能力有限；即使可以增大承载电流的上限，在焊接中容易出现咬边和驼峰等缺陷，限制了其在高效焊接的发展。相对于MIG等熔化极焊接，不存在熔滴过渡，适合于全位置焊接，但焊接效率较低。双钨极TIG焊特点电弧由两个相互绝缘的钨极产生的电弧相互作用而成，电弧的性质受到这两个电弧的联合影响。电弧压力相对于TIG电弧来讲，分布不同，压力值下降。在焊接过程中，易于维持熔池稳定，避免咬边驼峰等缺陷的产生。尤其在高速焊时尤为重要。TIG电弧压力分布双钨极TIG电弧压力分布双钨极TIG焊特点相对于传统的TIG焊，相同的电流由两个钨极承载，加载的电流值大幅度提升。两钨极中的电流可分别独立调控，适合于全位置焊接的技术要求。平焊位置横焊位置立焊位置双钨极TIG焊为什么高效传统TIG焊接的局限性钨极承载电流程度有限在大电流下钨极烧损严重，焊缝容易出现夹钨等缺陷。有限的焊接电流使填丝的熔敷速度受到限制，熔敷率低。大电流下产生的过大的电弧压力容易造成熔池的失稳，易形成咬边驼峰等成形缺陷。双钨极耦合电弧特点双钨极的存在可以承载更大的焊接电流，钨极不易烧损。耦合电弧压力远小于传统的单弧两钨极间绝缘双钨极TIG的优越性可以承载更大的焊接电流，不易夹钨，可以提高焊接熔敷率。电弧压力小，熔池受到的力的作用小，易于维持稳定，不易形成成形缺陷。两电流可分别调控适于全位置焊高速焊接高熔敷率焊接双钨极TIG高熔敷率焊接序号焊接工况材料总焊接电流（A）焊接电压（V）行走速度（cm/min）熔敷率（g/min）1碳钢厚板平焊SM49070011-1310902窄间隙平焊SF340A360-50010-111016-343窄间隙横焊SQV2A300-6009-1210-1617-234窄间隙立向上焊SM490300-60010-11618-271234双钨极TIG高速焊接单双钨极TIG焊接参数参数组别焊接方法焊接电流(A)钨极间距(mm)焊接速度(mm/min)钨极直径(mm)钨极形状1双钨极150+15026003偏2200+2003偏3单钨极25060034280353003

焊缝表面成形截面宏观1组双钨极150A＋150A双钨极TIG高速焊接

2组双钨极200A＋200A3组单钨极250A4组单钨极280A5组单钨极300ATandem双丝MIG焊接一.Tandem双丝MIG焊接简介双丝焊有Max、Twinarc和Tandem（TIMETWIN）几种形式。Max法使用一台焊接电源，两根焊丝共用一个喷嘴但用两个独立的导电嘴；Twinarc法中，两根焊丝共用一个导电嘴和气体喷嘴，只需一台电源。而Tandem法中，两根焊丝分别使用单独的导电嘴，但共用一个气体喷嘴，需要两台电源。TwinarcTandem注意：简单的两台焊接电源并联是不能形成稳定的双丝焊极过程的，要达到好的焊接效果，必须使用微机控制的数字化的逆变电源，并带有双机通讯功能。MaxMax法：单面单弧填丝焊，利用熔池多余的的热量熔化另一根焊丝，并利用大电流提高焊接速度。由于填充焊丝吸收了熔池热量使得热影响区变窄，变形减小，填充焊丝不产生电弧，飞溅少，焊缝成型改善。由于主焊丝和填充丝电流方向相反，在电磁力作用下电弧被吹向前方。这种方法熔化效率和焊接速度大约为普通MIG焊接的2倍。不仅可以用于厚板焊接，也可用于薄板焊接。焊接厚板铝合金时，在大电流下也不产生起皱现象。Twinarc:代表性的是日本研究者藤村告史开发的多丝焊方法的系统。它采用同一个焊枪同时输送多条焊丝，各焊丝之间相互绝缘，可用药芯焊丝和100％CO2

保护，也可用实芯焊丝和80％Ar+20％CO2

保护。各焊丝采用同一电源供电，会带来一系列问题，一是如果电源和送丝系统不够稳定，则各电弧的电流和电压会不等，这样可能会造成电弧失去自调节能力，另外，各焊丝上燃烧的电弧之间存在强烈的电磁力，会造成电弧不稳，飞溅大，焊缝成形不好，失去多丝焊意义。为解决这一问题，藤村采用了电流相位控制的脉冲焊接方式，电弧在三个焊丝上轮流燃烧，可以保证电弧的挺直性，使焊接过程稳定，另外，通过调节各焊丝之间的位置关系及其与焊接方向的夹角，可以改变能量分布，保持熔池平静，从而减小产生咬边、驼峰等成形缺陷的倾向。采用这种焊接方法成功地进行了角焊缝的高速焊接，焊接速度达到1.8m／min。Twinarc法主要厂家有德国的SKS、Benzel和Nimark公司，美国的Miller公司。这种方法的焊接规范参数十分难调，两根焊丝电流同相位，相互干扰，电源负载高，过程不易控制，焊缝成形较差。但由于使用一个导电嘴，焊接操作比较方便。Tandem法的代表厂家有德国Cloos、奥地利Fronius和美国Lincoln公司。这种方法的焊接参数好调，使用方便，已被用户所接受。并较为成功地用于汽车、车辆等行业。双丝焊既是高速焊接法，又是高熔敷率焊接法，所以目前许多国家开始研究多丝焊法，且以Tandem双丝焊较为成熟。CLOOSTANDEM双丝焊标准配置：2台基于微机控制的数字化焊接电源2台双送丝机或1个双送丝装置1支TANDEM双丝焊枪；1套焊枪夹持和行走机构TANDEM双丝焊枪该技术将两根焊丝按一定的角度放在一个特别设计的焊枪里，两根焊丝分别由各自的电源供电，所有的参数都可以彼此独立，这样可以最佳地控制电弧。对于Tandem焊接，两台焊机通过特殊的装置进行通讯，保证两个电弧之间互不干扰，两根焊丝可使用不同的脉冲频率组合的脉冲电弧进行焊接，这就给用户提供了足够的条件来使用不同的脉冲频率焊接。TANDEM工艺在焊接要求控制线能量的低合金高强钢等材料时是替代埋弧焊的最佳工艺。每根焊丝的规范参数可单独设定，材质、直径可不同；使用范围广，可以焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、铝等各种金属材料；两根焊丝互为加热充分利用电弧的能量,实现较大的熔敷率,大大提高熔敷效率和焊接速度；焊接2-3mm薄板时，焊接速度可达6m/min，焊接8mm以上厚板时，熔敷效率可达24kg/h，每根焊丝的送丝速度可达30m/min；熔池里有充足的熔融金属和母材充分熔合,因此焊缝成形美观在熔敷效率增加时，保持较低的热输入，焊接变形小；（单丝焊和双丝焊的热输入分别为8KJ/cm和12KJ/cm）电弧稳定，熔滴过渡受控，飞溅小；双丝焊熔池中的液态金属过热度小，合金元素烧损较少；双丝焊的优点一前一后两个电弧,大大加长了熔池的尺寸,

高温停留时间变长，冷却速度变慢，熔池中的气体有充足的时间析出,气孔倾向极低;同时由于第二脉冲和后丝电弧的搅拌作用，使气孔倾向明显降低；与其他快速熔焊技术比较，无需特殊的气体（He），耗气量少；TANDEM双丝焊时，双丝峰值电流周期性变化引起的熔池液体强烈的搅拌作用，细化了焊缝组织，提高了焊缝的强度和塑性。焊缝成型美观，熔透性好，焊接变形小。成本低。

单丝焊和TANDEM熔敷效率比较

用于铝合金油箱的带有激光传感器的传统MIG焊接，焊接速度为80cm/min同样的焊接任务，采用Tandem焊接，焊接速度为280cm/min刮板机中部槽TANDEM双丝焊

母材为ZG30SiMn和K400板件，试板尺寸为350×150×40mm，中板与槽帮为对接焊缝，坡口形式为K形，角度为40°。封底板与槽帮为角接焊缝，无坡口。焊丝为RM-56，直径φ=1.6mm，保护气采用混合气体（20％CO2＋80％Ar）。以前大部分采用手工半自动CO2气体保护焊，焊缝成型不美观，熔深无法保证，焊接效率低，每个焊工一天只能焊接一个半中部槽左右。现在采用龙门式TANDEM双枪双丝焊，效率远高于手工半自动CO2单丝焊，每天能焊成品10余个，提高效率达6倍以上。双丝焊的不足由于具有很高的焊接速度，同时由于焊枪较大，所以这种焊接只能在机器人和自动焊接上可以实现；适用于大、长、直焊缝，使用灵活性受到限制。双丝焊热输入较单丝焊接大，焊缝组织晶粒相对较大，沿晶界和枝晶间分布的共晶组织连续性增加，焊缝金属强度和塑性有所降低，但在合适的工艺规范下，能够满足焊接接头性能的要求。要解决这个问题，可采用附加脉冲、摆动焊接等方法。二.铝合金双丝MIG焊熔滴过渡Tandem焊接的脉冲波形的几种不同组合类型：

A）同频率同相位的

B）同频率相位差任意可调

C）不同频率相位任意(a)同步模式,电流波形见图a,两个电弧同时达到最大值,有利于形成较大的熔深,但飞溅较大,一般很少采用;(b)交替模式,电弧的相互作用力只有普通焊接时的四分之一甚至更低,对熔滴过渡的影响较小,特别适合于铝合金等轻金属的焊接,能显著减少焊接飞溅;(c)随机模式,,既能显著降低电弧的作用力,减少飞溅,又能实现较大的熔深,