導讀:傳(chuan) 統中厚板行業(ye) 具有焊接量大、焊接工藝複雜、質量穩定性差、自動化程度低等特點。各方麵的因素很大程度上限製了焊接效率的提升，因此高速高效焊接工藝在中厚板行業(ye) 若能得到廣泛應用，將會(hui) 對提升整體(ti) 行業(ye) 的生產(chan) 效率起到重要的作用。本文主要介紹了鬆下作為(wei) 焊接設備生產(chan) 製造及應用廠商，針對在中厚板行業(ye) 的焊接課題，從(cong) 打底焊、深熔焊以及填充蓋麵焊接等不同方向出發，開發與(yu) 之相對應的高速高效焊接設備及相關(guan) 工藝，解決(jue) 用戶實際生產(chan) 課題，推動中厚板焊接行業(ye) 向高效焊接的方向發展。

前言

隨著全球製造業(ye) 高速發展，以鋼鐵工業(ye) 為(wei) 主導的建築、鋼結構、工程機械、壓力容器等行業(ye) 在國民經濟中將會(hui) 占據越來越重要的地位。世界鋼鐵協會(hui) 和國家統計局發布的數據顯示，國內(nei) 粗鋼產(chan) 量占到全球產(chan) 量的50%以上，而鋼產(chan) 量的40%～60%需要通過焊接加工實現其應用。並且在建築、鋼結構、工程機械及壓力容器等行業(ye) ，中厚板材料的應用非常普遍，據不完全統計其用量已經超過60%。由於(yu) 中厚板用量占有相當大的比重，且其焊接工作是行業(ye) 生產(chan) 的重要環節，故提升中厚板焊接效率對行業(ye) 整體(ti) 生產(chan) 效率的提升具有重大意義(yi) 。

中厚板焊接量大、對焊接質量要求高，通常涉及打底、填充和蓋麵不同的焊接工藝，焊接工藝相對複雜。因此，發展高效、優(you) 質、低成本的中厚板焊接工藝仍然是當前製造業(ye) 迫切需要解決(jue) 的課題。根據不同行業(ye) 中厚板焊接麵臨(lin) 的課題與(yu) 挑戰，可以從(cong) 以下兩(liang) 方麵考慮來提升焊接效率。一方麵是增加打底焊的熔覆效率或者是熔深，以減小後續焊接所需的工作量；另一方麵是提升填充和蓋麵的熔覆效率，提高焊接速度及焊接效率。

高效打底焊接工藝

非熔化極氣體(ti) 保護焊（TIG焊接）具有穩定性高、焊接接頭質量高的特點，因此經常被用於(yu) 重要產(chan) 品的打底焊接。但是由於(yu) 受到電弧功率的限製，傳(chuan) 統的TIG焊接電弧穿透力不足，而且TIG焊接速度慢，焊接效率較低。因此，如果可以提高TIG焊的焊接速度，中厚板打底焊接的效率將會(hui) 大幅提升。

熔化極氣體(ti) 保護焊（MIG／MAG焊接）具有穩定性較高、焊接效率高的特點，經常用於(yu) 一般情況下的打底、填充和蓋麵焊接。然而針對要求全熔透的焊接接頭，例如V形坡口和K形坡口的焊接，如果采用普通的熔化極氣保焊進行打底焊接，會(hui) 由於(yu) 電弧的穿透能力有限而無法實現焊接接頭的全熔透。因此，如果可以在熔化極氣體(ti) 保護焊的基礎上提升電弧的穿透能力，實現深熔弧、大熔深的焊接，就能減少全熔透形式焊接接頭背麵清根工序，大幅度提升焊接生產(chan) 效率。

高效TIG焊接

⑴高效TIG焊接原理

高效TIG焊是在傳(chuan) 統TIG焊基礎上發展的一種高效的熱絲(si) TIG焊接方法。與(yu) 傳(chuan) 統的熱絲(si) TIG焊接相比較，高效TIG焊添加了帶高頻線性振動的送絲(si) 機構，通過焊絲(si) 的高頻線性振動，一方麵促使熔滴主動脫離焊絲(si) 進入熔池，提升焊接速度；另一方麵通過熔滴的傳(chuan) 遞，對熔池進行強力攪拌，震蕩熔池，增加熔池流動性，有利於(yu) 熔池中氣體(ti) 和夾雜的排出，增加結晶過程中液態金屬的運動，從(cong) 而有效的提高焊接速率和減少焊縫缺陷，提高了焊縫質量。高效TIG焊接設備如圖1所示。

圖1 高效TIG焊接設備

⑵高效TIG焊接特點

高效TIG焊接工藝通過硬件裝置和軟件控製的結合，可以實現熱絲(si) 、振動熱絲(si) 等不同功能，其具有以下性能優(you) 勢：

1)可實現優(you) 異的全位置焊接性能，滿足全位置焊接需求。

2)熱輸入和焊後變形量較低，具有較高的焊接質量。

3)焊接速率較高，焊速可達0.7m/min。

4)不同焊接材料均采用氬氣保護，降低了焊接成本，還避免了混合氣配比的影響。

5)可實現窄間隙焊接(高效TIG的送絲(si) 速度與(yu) 焊接電流是獨立控製的）。

⑶高效TIG焊接應用

針對雙相不鏽鋼、鎳合金、鈦合金、鋁合金、銅合金、高強鋼等焊接難度較大、焊接質量要求高的特種焊接領域，采用高效TIG焊接一方麵可以保證焊接接頭質量，另一方麵還可以大幅度提升焊接效率。

圖2為(wei) 采用高效TIG焊接工藝進行的管道的打底及填充焊接。打底焊能夠實現單麵焊雙麵成形，且焊縫成形均勻一致。填充以及蓋麵焊接可以增大熱絲(si) 電流並提高填絲(si) 速度，焊接速度較普通TIG焊接速度提升1倍以上。

圖2 高效TIG焊接管道

圖3為(wei) 采用高效TIG焊接工藝進行純Ti的焊接。角焊縫表麵呈金黃色，熱輸入量低，有助於(yu) 控製焊接接頭的氧化情況。由於(yu) 高效TIG焊接速度快，可以更加容易地控製焊接過程中線能量，確保焊接純Ti的焊接接頭的焊縫成形及內(nei) 部焊接質量。多層多道焊接純Ti，焊接接頭滿足無損檢測要求，同時各項力學性能測試也符合標準要求。

圖3 高效TIG焊接純Ti

深透弧焊接

⑴深透弧技術原理

深透弧技術，是指在普通熔化極氣體(ti) 保護焊的基礎上通過特殊波形控製，疊加高頻脈衝(chong) ，起到壓縮電弧的作用，從(cong) 而實現大熔深焊接效果。與(yu) 此同時，深透弧可以通過調節電弧特性功能改變電弧的集中以及發散程度。

⑵深透弧焊接應用

1)單V形坡口T形接頭單麵焊雙麵成形

針對板厚10～22mm的T形接頭，一般情況下開單V形坡口，坡口角度40°～50°。采用傳(chuan) 統焊接方式想實現單麵焊雙麵成形，就需要預留組對間隙，但是在實際生產(chan) 過程中很難滿足要求。采用深透弧模式進行焊接，可以滿足在鈍邊0～2mm，間隙0～1mm的條件下實現單麵焊雙麵成形，提升焊接接頭質量，深透弧不同形態及熔深圖如圖4所示，焊縫成形如圖5所示。深透弧的深熔模式，可以增大焊縫坡口根部熔深，達到熔透效果。機器人焊接使用擺動功能，在提升了電弧對組對間隙的適應性，改善了焊縫背部成形的均勻性、一致性的同時，增加電弧跟蹤功能，通過監測擺動過程中電流的變化情況，實時反饋焊縫中心位置變化，達到實時補償(chang) 的焊接效果，保證焊縫成形穩定。

圖4 深透弧不同形態及熔深圖

圖5 深透弧單麵焊雙麵成形

2)K形坡口全熔透焊接

針對板厚20mm以上的T形接頭，一般情況開K形坡口，坡口角度40°～50°。使用傳(chuan) 統的焊接方式，要想保證接頭的全熔透，首先需要進行正麵打底焊，在背麵清根後進行反麵打底焊，從(cong) 而保證接頭的全熔透。目前，背麵清根一般采用碳弧氣刨的方式，不僅(jin) 操作工工作強度大，而且對環境汙染較大。采用深透弧深熔模式，可以滿足在鈍邊0～3mm，組對間隙0～1mm的條件下，實現K形坡口雙麵焊全熔透的焊接效果，如圖6所示，滿足UT探傷(shang) 檢測要求，減少背麵清根工序工作量。

圖6 K形坡口全熔透焊接

高效填充、蓋麵焊接工藝

填充和蓋麵焊接一般采用熔化極氣體(ti) 保護焊（MIG／MAG焊），提升焊接效率需要從(cong) 提高焊接速度和焊絲(si) 熔覆率兩(liang) 方麵考慮，即高速和高效，但這兩(liang) 方麵最終都歸結於(yu) 受焊接電流大幅提高的影響。然而當電流超過第二臨(lin) 界電流時，熔滴過渡方式會(hui) 轉變為(wei) 旋轉射流過渡，此時電弧不穩定、飛濺大、焊縫成形差，反而不利於(yu) 焊接。因此，如果能在保證大電流的前提下實現穩定的熔滴過渡，將大大提高填充、蓋麵焊接的效率。鬆下針對高速、高效的填充、蓋麵焊接，開發了包括TANDEM串列雙絲(si) 、DeepenTwin單電雙絲(si) ，以及單絲(si) 大電流脈衝(chong) 焊接等不同模式，可以適應於(yu) 不同的焊接需求。

TANDEM串列雙絲(si) 焊接

⑴TANDEM串列雙絲(si) 原理

TANDEM串列雙絲(si) 是目前應用最多的雙絲(si) 焊接係統，由兩(liang) 台數字逆變焊機、兩(liang) 台送絲(si) 機以及一把焊槍組成。兩(liang) 根焊絲(si) 分別由各自的送絲(si) 機構和兩(liang) 個(ge) 相互絕緣的導電嘴送絲(si) ，並且由兩(liang) 台電源單獨供電，在焊絲(si) 與(yu) 工件之間形成兩(liang) 個(ge) 共熔池的獨立電弧。TANDEM串列雙絲(si) 焊接特點不同於(yu) 傳(chuan) 統的單電弧焊接，是前後串列形成兩(liang) 個(ge) 電弧進行加熱，形成了長橢圓狀熔池，改變了熔池熱量分布狀態並降低其周圍的溫度梯度，因此TANDEM串列雙絲(si) 焊既降低了咬邊傾(qing) 向，又實現了高速焊接。同時，由於(yu) 兩(liang) 個(ge) 電弧交替燃燒，實現了對熔池的攪拌作用，改善了熔池的結晶過程，有利於(yu) 熔池中氣體(ti) 的逸出，從(cong) 而提升了焊接接頭質量。TANDEM串列雙絲(si) 原理及高速攝影如圖7所示。

圖7 TANDEM串列雙絲(si) 原理及高速攝影

⑵鬆下TANDEM串列雙絲(si) 工藝特點

1)脈衝(chong) 相位調整，相位0～270°可調，可以調整熔滴脫落時機，優(you) 化焊縫質量和表麵成形，降低飛濺。

2)脈衝(chong) 比調整，主從(cong) 機脈衝(chong) 比1～3可調，實現更寬的主從(cong) 機電流匹配範圍，從(cong) 而實現焊縫熔深可調。

3)單絲(si) 起收弧控製，實現單絲(si) 延遲起收弧控製，可以解決(jue) 起弧過程中電弧幹擾以及單絲(si) 收弧填充弧坑，避免火口裂紋。

4)單雙絲(si) 切換控製，實現焊接過程中單弧和雙弧焊接切換。

5)主從(cong) 機切換控製，解決(jue) 更改焊接方向後的主從(cong) 機切換。

6)由於(yu) 焊槍形狀及尺寸限製，適合長直焊縫焊接，不太適合短焊縫及空間幹涉較多的情況焊接。

⑶鬆下TANDEM串列雙絲(si) 焊接應用

1)鬆下TANDEM串列雙絲(si) 高速焊接

汽車衡（U形肋）焊接，板厚6～14mm，要求8mm以上的焊腳尺寸。傳(chuan) 統的單絲(si) 焊接，在滿足8mm焊腳尺寸要求的前提下，焊接速度一般為(wei) 0.4～0.5m/min之間。使用鬆下TANDEM串列雙絲(si) 高速焊，通過硬件配置與(yu) 軟件的協同控製，在滿足8mm焊腳尺寸的基礎上，焊接速度可以提升到1.2～1.5m/min，同時焊接過程中電弧穩定，飛濺小，生產(chan) 效率提升了2倍以上。

2)鬆下TANDEM串列雙絲(si) 高效焊接

重卡車橋的焊接一般主要分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 部分，一是車橋縱縫的焊接，另一個(ge) 是車橋加強圈環縫焊接。縱縫為(wei) 開坡口的對接焊縫，傳(chuan) 統的焊接方式采用單絲(si) 焊接，焊接速度為(wei) 0.25～0.3m/min，而采用鬆下TANDEM串列雙絲(si) 焊接，焊接速度可以達到0.6～0.7m/min，焊接效率提升一倍以上，綜合生產(chan) 效率提升30%以上。圖8是TANDEM串列雙絲(si) 高速焊U形肋，圖9和圖10分別為(wei) 采用鬆下TANDEM串列雙絲(si) 焊接車橋縱縫和環縫的焊縫外觀成形，焊縫成形均勻一致，無氣孔、咬邊等焊接缺陷，工件焊縫周圍飛濺附著量少，減少了後續打磨工作量。

圖8 TANDEM串列雙絲(si) 高速焊U形肋

圖9 車橋縱縫焊接

圖10 車橋加強圈環縫焊接

DeepenTwin單電雙絲(si) 焊接

⑴DeepenTwin單電雙絲(si) 焊原理

DeepenTwin單電雙絲(si) 係統是由一台數字逆變脈衝(chong) 電源，一台送絲(si) 機以及一把焊槍構成的。其特點是兩(liang) 根焊絲(si) 分別通過一個(ge) 導電嘴的兩(liang) 個(ge) 孔進行送絲(si) ，兩(liang) 根焊絲(si) 共同形成一個(ge) 焊接電弧。圖11所示是DeepenTwin單電雙絲(si) 熔滴過渡，與(yu) 單絲(si) 熔滴相比，雙絲(si) 之間是以“液橋”的形式連接，形成一個(ge) 較大熔滴和單一的電弧。比起單絲(si) 電弧，雙絲(si) 焊具有更寬的弧柱區，電弧熱分布更均勻，有利於(yu) 降低咬邊和裂紋傾(qing) 向。DeepenTwin打破了單絲(si) 最高電流域的限製，在額定輸出功率下，最高熔覆率可提高50%。單電雙絲(si) 與(yu) 單絲(si) 熔覆率對比如圖12所示。

圖11 DeepenTwin單電雙絲(si) 熔滴過渡

圖12 DeepenTwin單電雙絲(si) 與(yu) 單絲(si) 熔覆率對比

⑵DeepenTwin單電雙絲(si) 焊工藝特點

1)係統簡單，容易操作。

2)單一電弧，不存在電弧幹擾，飛濺小。

3)焊接效率高，最大熔覆率提升50%。

4)焊槍指向性更靈活，沒有焊接位置限製。

5)雙孔導電嘴可以旋轉調節焊絲(si) 的方向，操作更方便。

6)適用於(yu) 手工焊、專(zhuan) 機、機器人自動焊接。

⑶DeepenTwin單電雙絲(si) 焊應用

DeepenTwin單電雙絲(si) 適用於(yu) 有高熔覆率焊接需求的工況，既適用於(yu) 專(zhuan) 機和機器人等自動化條件焊接，同樣也適用於(yu) 手工焊接。圖13為(wei) 采用DeepenTwin單電雙絲(si) 進行管板焊接，DeepenTwin單電雙絲(si) 可以使用兩(liang) 根直徑1.0mm的焊絲(si) ，在400A電流下仍然可以獲得穩定的焊接效果，焊縫成形好，飛濺低。使用DeepenTwin可以提升適用電流閾值，焊接效率較使用單絲(si) 焊接提升大約30%。

圖13 DeepenTwin單電雙絲(si) 焊接

單絲(si) 大電流焊接

⑴單絲(si) 大電流焊接難點

在450A以上的電流範圍內(nei) ，大量焦耳熱的產(chan) 生使得焊絲(si) 尖端熔化，並在電磁力的作用下發生旋轉，形成我們(men) 常說的旋轉電弧。此狀態下，電弧弧長長，熔滴過渡狀態不穩定，形成大顆粒飛濺，無法保證穩定的焊接過程，如圖14所示。針對粗絲(si) 大電流焊接存在的焊接問題，鬆下大電流焊機通過特殊脈衝(chong) 波形控製達到穩定的脈衝(chong) 射滴過渡狀態，由旋轉過渡方式向1脈1滴過渡方式轉變，因為(wei) 這種特殊的短弧脈衝(chong) 可以抑製電磁力的影響。

圖14 大電流熔滴過渡形式示意圖

⑵單絲(si) 大電流焊接特點

1)高性能焊機，100%負載持續率時焊接電流為(wei) 700A。

2)高精度高速送絲(si) 係統，最大送絲(si) 速度35m/min。

3)大熔覆率，最大熔覆率18kg/h。

4)焊槍指向性靈活，沒有焊接位置限製。

5)適合專(zhuan) 機、機器人自動焊接，焊接位置以船形焊為(wei) 主。

⑶單絲(si) 大電流焊接應用

工程機械、鋼結構等行業(ye) 中厚板的焊接，大部分角焊縫對焊角尺寸有嚴(yan) 格的要求。傳(chuan) 統焊接方式要想實現大焊角尺寸的焊接，需要采用多層多道焊的方式進行焊接，效率較低。采用鬆下單絲(si) 大電流焊機，使用直徑1.4/1.6mm焊絲(si) ，最大輸出電流可以達到700A，如圖15所示，可以實現船形焊位置，焊角16mm焊縫一次成形，同時角焊縫單側(ce) 熔深可達5mm以上，提升接頭質量以及焊接效率。

圖15 單絲(si) 大電流船形焊焊縫成形及熔深

結束語

⑴目前鬆下的高速高效焊接工藝在中厚板的打底、填充以及蓋麵焊接方麵已經應用於(yu) 實際生產(chan) ，取得了較好的經濟效益。

⑵針對中厚板不同的材料、接頭形式、裝備精度以及不同的焊接要求，選擇適應性強的焊接技術可以減少焊前準備及焊後清理工作，降低焊後返修工作量，這樣可以大幅度提升生產(chan) 效率。

⑶不同的高效焊接工藝均有其優(you) 勢和不足，因此，針對實際生產(chan) 中的需求選擇最適合的工藝，會(hui) 為(wei) 用戶帶來最佳的經濟價(jia) 值。