双丝高速焊

双丝熔化极气体保护焊韩国明（天津大学材料科学与工程学院 300072）_、八 、-前言 高效化是当前焊接技术的发展方向。要实现高效化焊接，措施之一就是提高焊接速度，由于提高焊接速度易产生未焊透、焊道不连续、咬边等缺陷，因而通常熔化极气体保护焊的焊速只为）.3-0.5m/min；措 施之二是提高焊丝熔敷率，在一般MIG/MAG焊时,往往在提高焊丝熔敷率的同时也意味着热输入的增加， 从而引起焊接变形等问题。实际应用证明，采用双丝熔化极气体保护焊可提高生产效率和焊接质量，减少 焊接变形，节约焊接材料，改善劳动条件，因而双丝熔化极气体保护焊得到了发展及应用。1 双丝MAG焊（MAX法）双丝 MAG 焊是利用熔池过热多余的热量来熔化填充焊丝增加熔敷率并用大电流提高焊接速度。其基本 原理如图 1 所示。烬接m流焊接方向电极丝送丝装童 一，图1双丝MAG焊原理图烬接电流在双丝MAG焊时，前面的焊丝产生电弧，称之熔化 前丝的导电嘴与后丝的导丝嘴平行并且相邻B地配 成的熔池中，以熔池多余的热量来融化填充焊丝 了熔池的热量，使母材热影响区变窄， 流经填充焊丝到地线端而形成回路，使 生的排斥力作用下向前倾斜，电弧被推向前方填充焊丝 使填充焊丝顺利送入到熔池中。此种方法已成功用于铝及铝合金的焊接。它不但可实现高速焊接，并且在大电流下也不产生起皱现象, 而且还可实现薄板的稳定可靠高速焊接该方法具有以下特点：-申代（1）熔敷率高 由于利用熔池多余热量来熔化填焊丝熔敷效率。例如采用直径 2.4mm的熔 焊一倍以上。由于填充焊丝送丝量可根据焊接 择不同的填充焊丝送丝量。基二（2）减少了母材的热输入由于母材的热输入少尹而减少了焊接接头的变形。（3）焊接速度高 当采用直径2.4mm熔化极焊接和直径1.6mm填充焊丝时，焊接板厚10mm的T形接烬接电流亏面的焊丝为填充焊丝，它直接插入熔池。:。填充焊丝插入由熔化极焊丝的电弧所形 接电流和焊接速度的条件下，由于填充焊丝吸收 善了焊缝成形。在焊接过程中，焊接电流一小部分 和填充焊丝的电流方向相反，熔滴在反向电流产 使与熔化极焊丝相邻，也不会产生飞溅，且能送丝装置出功率不变的情况下，大大提高了 丝，焊丝熔化量高出单丝MIG 独立控洌，从而可依据不同接头形式和坡口形状选AZ-riV-rrz头的角焊缝，焊接速度为单丝MIG焊的2倍以上，实现快速焊接。2 T.I.M.E TWIN 和 TANDEM 双丝熔化极气体保护焊近年来欧美纷纷推出一种高速焊接法，即双丝熔化极气体保护焊简称双丝高速焊。奥地利的Fronius 公司的双丝高速焊称为TIME TWIN,德国Cloose公司称为TANDEM双丝高速焊。最初的双丝熔化极气体保护焊的两根焊丝通过一个共用的导电嘴送出，两根焊丝由一个电源或分别由 两个独立的焊接电源供电。由于两根焊丝的电位相同，只是送丝速度不同，无法对两个电弧分别进行控制， 焊接工艺规范难以调节，在焊接时焊接速度并没有达到预期的那样高。20世纪90年代开发出的T.I.M.E TWIN和TANDEM双丝焊技术，将两根焊丝从相互之间绝缘的两个 导电嘴送出，这两个导电嘴被安装在一个焊枪喷嘴内。两根焊丝分别由各自的电源供电。双丝熔化极气体 保护高速焊的基本原理如图2所示。两根焊丝直径、材质以及送丝速度等都可各自不同。工艺参数非常灵 活，彼此独立调节，可以有多种匹配方式。两根焊丝可用或不用脉冲电流，当两个电源都是脉冲方式时， 脉冲电流波形可相差180度，即在某一时刻只有一个电弧燃烧，另一个处于维弧（只有基值电流）状态， 这样可最佳地控制电弧，在保证每个电弧稳定燃烧的前提下，互相不影响。图2双丝高速焊原理图当采用脉冲焊接时，在两个电源间设置一协调器，可实现以下三种脉冲电流波形（图3）：（1）同步脉冲 脉冲电流波形如图3a所示，两个脉冲电流同时达到峰值，有利于形成较大熔深，但 飞溅较大，一般很少采用。（2）交替脉冲 脉冲电流波形如图3b所示，电流波形相差180度，即在某一时刻只有一个电弧处于 燃烧状态。当焊接参数设置最佳时，脉冲电弧无短路、无飞溅、实现一脉一滴，每个熔滴的大小几乎相同， 焊接过程稳定，减少了合金元素的烧损，特别适合于铝及铝合金的焊接，其焊接过程的熔滴过渡的高速摄 影照片如图 4 所示。（3）分立脉冲 脉冲电流波形如图 3c 所示，由于脉冲电流到达峰值的时间不同，能显著降低电弧的 作用力，减少飞溅，可以实现高速焊接。除此之外，每个焊丝可进行单独调节，使之保持短弧。使用短弧 焊接时，熔池体积保持很小，易实现薄板快速焊接。图3双丝高速焊的脉冲电流波形a）同步脉冲b）交替脉冲C）分立脉冲单丝MIG/MAG焊时，焊接速度是很有限的。如果焊接速度较高，母材的热输入小，形成的熔池小， 造成熔池与母材的温度梯度大，熔池凝固快，焊缝增高大，容易产生咬边等缺陷，焊缝形成不好。在双丝熔化极气体保护高速焊中，一般设置前一根焊丝焊接电流稍大些，加热母材金属使之熔化，形 成一定的熔深，紧随其后的第二根焊丝熔化填满熔池。例如，主焊丝电弧电压为33V,电流为320A，焊 丝熔化速度为14m/min；从焊丝电弧电压为32V,电流为300A，焊丝熔化速度为13m/min,两丝的焊接速 度均为90cm/min,可获得满意的焊缝成形。在焊接厚度为23mm薄板时，焊接速度可达6m/min,焊接厚 度为8mm以上厚板时，焊丝熔敷速度可达24kg/h。例如焊接板厚2mm铝的汽车油箱，接头形式为搭接， 焊丝直径为1.0mm+e 1.0mm,焊速高达130cm/min，熔敷效率为1.82kg/h。材料为低合金钢起重臂的焊 接，板厚20mm,接头坡口形式为V形，采用焊丝直径为1.0+0 1.0mm进行双丝高速焊，焊速可达 130cm/min 熔敷效率为 15.17kg/h。由上述可知，双丝熔化极气体保护高速焊具有以下的工艺特点：熔深大焊缝成形好 双丝高速焊时， 前丝焊接电流较大，有利于形成较大熔深，而后丝电流稍小，起到填充盖面作用。由于每根焊丝形成的电 弧相互为另一根焊丝加热，电弧能量得到充分利用，每根焊丝的送丝速度可达30m/min，焊丝熔敷率高。 有前后两个电弧，熔池的尺寸大，有利于气体的析出，气孔倾向减小。熔融金属和母材充分熔合，焊缝成 形美观；电弧稳定，熔滴过渡可控；实现高速焊接焊接速度最大可达6m/min。由于焊接速度大，因而对 母材的热输入小，焊接变形小；电源实现数字化 可与计算机相连，可编程，实现焊接数据监控和管理。双丝熔化极气体保护高速焊用保护气体如表1、表2所示。表1 低碳钢、低合金钢用保护气体一般焊接脉冲焊特点Ar 96% + O 4%2Ar 82% + O218%Ar 90% + CO 10%2Ar 82% + CO218%飞溅小，电弧稳定， 熔透性好表2铝及铝合金用保护气体脉冲焊特点Ar 50% + He 50%电弧稳定，熔透性好， 焊接速度咼焊接不锈钢用气体保护气体为 Ar 97.5% CO22.5%。 在双丝高速焊时，通常气体流量大约 2530L/min。在双丝熔化极气体保护高速焊中，两个电源根据主从原则相互配合，由协调器协调，两个电源均为逆变电源，每个电源的参数调节范围很宽，在负载持续率为100%时，总电流约为900A。焊接规范参数焊前 可预先设定和存储，焊接时按设定的程序进行焊接。根据母材、填充金属和保护气体不同，可选择电源外 特性为恒流或恒压特性。如有需要也可将两个电源分开用做单电源的传统MIG/MAG焊使用。送丝机构通 常配备4轮驱动机构，送丝速度可达30m/min。焊接铝及其合金时，由于铝焊丝比较软，送丝系统常用推 拉式送丝机构，送丝速度可达22m/min。双丝焊机具有多种数字和模拟接口，根据需要可以选配电弧传感 器、PLC控制器，还可以和PC机相连，通过串行接口，利用数字信号或模拟信号实现对电源的网络控制、 焊接监控和管理。焊枪是专门设计的，焊枪结构紧凑，并配备一个非常强大的双循环水冷系统，使导电嘴 及喷嘴得到充分冷却，以适应大功率的焊接，并大大延长了焊枪的使用寿命。两个导电嘴之间的间距为 57mm 左右。双丝熔化极气体保护高速焊可焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢、铝及其合金等多种金属材料，是一种 高速高效的先进焊接技术，已应用于机车，船舶，汽车，压力容器，起重机械，发电设备等工业领域。3 结论 双丝熔化极气体保护高速焊，一方面可采用双丝单电源单弧，利用熔池多余的热量来熔化填充焊丝增 加熔敷率并用大电流提高焊接速度；也可采用双丝双电源或双脉冲电源，在协调器的作用下，实现稳定焊 接，并且可以大幅度的提高焊接速度，实现高效化焊接。参考文献：1王喜春，李颖.TANDEM双丝焊系统的特点及应用.焊接2003(5) 33352 Christoph kamnerhuber. T.I.M.E TWIN -双丝高速焊.高效化焊接国际论坛论文集.中国.北京 中国机械工 程学会 焊接学会 北京工业大学 2002.9 8133 陈强，孙振国. 弧焊技术发展现状. 高效化焊接国际论坛论文集. 中国.北京 中国机械工程学会焊接学会 北京工业大学 2002.91091174 金大成. 双丝焊接法. 电机焊 1992， (4):42435 左电发. 双丝 MAG 焊工艺. 电机焊 2000， 32(7):38396 魏占静.TANDEM高速高效MTG/MAG双丝焊技术. 机械工人 2002(5) 22作者简介：韩国明(1947 年-)，男，天津大学材料科学与工程学院副教授、硕士研究生导师。主要从事焊接过程模拟与仿真 、电子 器件的表面组装钎焊(SMT)和焊接方法及设备的研究与教学工作。采集于现代焊接