等離子復(fù)合焊接

當(dāng)前各種復(fù)合熱源的焊接工藝方法越來越成為焊接技術(shù)研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)，美國(guó)焊接學(xué)會(huì)將“復(fù)合焊接”定義為：將兩種明顯不同的焊接工藝方法組合為一種焊接工藝方法。本文主要介紹等離子-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接工藝方法，也稱之為SUPER-MIG/MAG。

SUPER-MIG是把等離子和 MIG/MAG這兩種通用的焊接工藝方法組合成一種復(fù)合熱源焊接工藝。這種新的焊接技術(shù)，能夠代替或改善絕大多數(shù)常規(guī) MIG、MAG、TIG、埋弧焊、等離子焊等焊接工藝，并且還可用于連續(xù)搭接焊、縫焊/點(diǎn)焊組合等，適合多種金屬材料焊接。

SUPER-MIG/MAG將MIG/MAG和等離子結(jié)合在一把焊槍內(nèi)，系統(tǒng)兼容現(xiàn)有的MIG/MAG焊接系統(tǒng)，適合于自動(dòng)化（機(jī)器人）焊接，圖1為典型的SUPER-MIG/MAG機(jī)器人焊接系統(tǒng)。主要包括：一體化焊槍、控制主機(jī)（包括等離子電源）、常規(guī) MIG/MAG 電源和送絲裝置、焊槍自動(dòng)清理裝置及焊接機(jī)器人。

等離子-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接技術(shù)是將等離子弧與MIG/MAG電弧有機(jī)復(fù)合形成的一種高效優(yōu)質(zhì)、低成本的焊接新技術(shù)。一體化的焊槍及等離子電源可以與目前常用的MIG/MAG電源簡(jiǎn)單組合使該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。本文介紹了等離子-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接技術(shù)的技術(shù)原理、工藝與裝備特點(diǎn)及其工業(yè)應(yīng)用。

SUPER-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng) MIG/MAG焊接技術(shù)具有以下主要特點(diǎn)：

--焊接速度快，是傳統(tǒng)MIG/MAG焊的2-3倍。

--與常規(guī)MIG/MAG相比，熔深更大。

--因焊接熱輸入較低，熱影響區(qū)較窄，不易造成零部件變形。

--焊接飛濺顯著減少。

--SUPER-MIG/MAG的焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良。

--可將等離子電源與傳統(tǒng)MIG/MAG電源有機(jī)組合，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，使等離子-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接技術(shù)成為傳統(tǒng)MIG/MAG的升級(jí)改造。

表1為一個(gè)汽車零件的SUPER-MAG與MAG焊接工藝參數(shù)。從表1可以看出在其它參數(shù)相同的條件下，SUPER-MAG焊的速度較與傳統(tǒng)MAG焊提高一倍。

圖3為采用SUPER-MAG焊完成的對(duì)接與丁字接頭，其中10mm厚板僅需焊接兩道，角接頭的熔深明顯大于傳統(tǒng)的MAG焊。表2 為1.6mm、2.0mm 和 3.0mm 鋼板在在確保焊透的情況下，MAG焊和SUPER-MAG焊兩種工藝方法焊接速度與焊接熱輸入對(duì)比。由此可見SUPER-MAG焊的優(yōu)勢(shì)。圖4為采用MAG和SUPER-MAG焊接6mm碳鋼板時(shí)的焊接溫度場(chǎng)對(duì)比，從等溫曲線可以看出，SUPER-MAG的能量更加集中，這預(yù)示著焊接變形小，焊接效率高。大功率SUPER-MIG的開發(fā)，將常規(guī)MIG的焊接能力大幅度提高。

（1）等離子-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接技術(shù)是一種高效優(yōu)質(zhì)的焊接新技術(shù)，與傳統(tǒng)的MIG/MAG焊接技術(shù)相比，焊接速度提高1-2倍。

（2）該工藝方法可以實(shí)現(xiàn)低熱輸入的優(yōu)質(zhì)焊接，有利降低焊接變形。

（3）該工藝方法與常規(guī)MIG/MAG相比，熔深更大，質(zhì)量更好。

（4）該焊接系統(tǒng)采用一體化的焊槍，并可將等離子電源與傳統(tǒng)MIG/MAG電源有機(jī)組合，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，使等離子-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接技術(shù)成為傳統(tǒng)MIG/MAG的升級(jí)改造，有利于降低新技術(shù)應(yīng)用成本。

Investigation andapplication of plasma-MIG/MAG hybrid welding technology

DuBing Harbin Welding Institute, Harbin150080, China

Wang Changchun Beijing Golden BridgeMetallurgical Equipment Technology Ltd.

Beijing 100054,China

Abstract Plasma-MIG/MAG hybrid welding is high efficient,quality and low cost welding process which integrates Plasma and MIG/MAG intoone new welding technology. The feature of integrated welding gun andcombination of plasma power source with normal MIG/MAG power source makes itwide application. The paper presents the technical principle, equipment andindustrial application.

Keywords: plasma, hybrid power source, SUPER-MIG/MAG, Welding system

SUPER-MIG/MAG焊接系統(tǒng)的焊槍是MIG/MAG焊槍與等離子焊槍的一體化設(shè)計(jì)，焊槍內(nèi)包含等離子電極，該電極在焊接前緣位置形成等離子弧，并在母材內(nèi)生成匙孔，MIG/MAG電弧與等離子弧形成復(fù)合熱源，焊絲連續(xù)熔化并填充熔池。因此，這種等離子-MIG/MAG復(fù)合熱源焊接工藝方法不僅擁有等離子焊熔深大的特點(diǎn)，而且還具備 MIG/MAG焊接熔敷效率較高的特點(diǎn)。圖1 SUPER-MIG/MAG機(jī)器人焊接系統(tǒng)

在焊接過程中，在等離子弧和MIG/MAG電弧的作用下，焊絲加熱并熔化，形成金屬熔滴進(jìn)入熔池。在SUPER-MIG/MAG技術(shù)中等離子弧為負(fù)極和 MIG/MAG為 正極，電流通過兩個(gè)電極相互作用產(chǎn)生電磁力 F（見圖2所示），電磁力 F 牽引等離子弧向焊接熔池前方移動(dòng)，而且等離子弧在高速焊接過程中尾隨焊槍軸線。增加了等離子弧的剛度和穩(wěn)定性，進(jìn)而大幅提升了焊接熔深和焊接速度，飛濺也得到控制。

SUPER-MIG/MAG技術(shù)還應(yīng)用了獲得專利的SoftStart(TM) 引弧技術(shù)，消除了在引弧過程中所產(chǎn)生的電磁干擾，大大增加了等離子電極的壽命。圖2 SUPER-MIG/MAG焊接原理示意圖

1–工件、2–等離子流、3–等離子噴嘴、4–熔融金屬、5–等離子弧中心、6–焊絲中心、7 –電極之間的夾角、8 - 鎢極、9–焊絲、10–MIG 焊弧、11 - 等離子、12–焊絲電流（Iw）方向、13–等離子電流（Ip）方向、14–施加在等離子焊弧上的電磁力（F）、15–施加在 MIG/MAG 電弧上的電磁力（F）

1、在美國(guó)康明斯公司的排氣管自動(dòng)焊車間，全面使用了SUPER-MAG，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。 2、美國(guó)Babcock Power公司采用SUPER-MIG焊替代了原有的TIG焊，在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，管子對(duì)接焊的效率提高了10倍。他們采用的SUPER-MIG對(duì)焊系統(tǒng)，可以將常規(guī)立式電弧堆焊效率提高1倍以上，堆焊速度30磅/小時(shí)。

3、目前，大功率的SUPER-MIG/MAG配合專門用于角焊縫的T型焊槍，正在20-50mm厚鋼板的焊接中推廣應(yīng)用。在風(fēng)力發(fā)電的塔柱焊接、大型船舶焊接、大型輸氣輸油管道焊接等方面，大功率的SUPER-MIG/MAG將更加體現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。4、SUPER-MIG使用了變極性等離子電源開發(fā)的鋁合金復(fù)合焊接系統(tǒng)，是一種低變形焊接技術(shù)，與常規(guī)MIG相比，焊接變形減小85%。