杜晶晶，杜 鵬，徐 釗

（衡水學(xué)院，河北 衡水 053000）

隨著工業(yè)制造業(yè)中焊接工藝運(yùn)用的范圍日益增多，對此研究焊縫正反兩面同時(shí)施焊，研究擴(kuò)展得到雙面雙弧焊接。近些年來得到了越來越多的關(guān)注，雙面雙弧焊與單弧焊相比具有很多優(yōu)點(diǎn)。為此對鋁合金激光-電弧雙面焊接中“雙弧”展開詳細(xì)分析。為今后各行各業(yè)焊接工藝技術(shù)提供參考。

1 鋁合金激光焊接技術(shù)概述

1.1 鋁合金激光焊接發(fā)展現(xiàn)狀

鋁合金激光焊接有諸多優(yōu)勢，焊接變形小、成形好等，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但相比較傳統(tǒng)的鋁合金方法來說，鋁合金激光焊接想高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)并不簡單，激光焊接鋁合金很容易出現(xiàn)下塌和孔洞等缺陷。國內(nèi)外焊接工作者對此技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使這種焊接工藝得到了進(jìn)步。提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本方面，激光焊是行之有效的技術(shù)方法。激光焊接技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，焊接的速度快、效率高、工件熱影響區(qū)小、變形小，質(zhì)量也好。焊接條件可以在特殊環(huán)境或者溫室環(huán)境。相對不同的結(jié)構(gòu)或和材料來說，具有較高的適應(yīng)性，能微型焊接。準(zhǔn)確獲得很小的光斑后，可以精密的定位，可以焊接接觸不到或難以接觸的部位，靈活性強(qiáng)。比較電子束焊技術(shù)，焊接質(zhì)量差別不大，激光焊不需要真空環(huán)境和保護(hù)氣成分。

1.2 鋁合金激光焊接方法

在多種鋁合金激光焊接的焊接方法中，不同的生產(chǎn)場所運(yùn)用不同的方法。第一，鋁合金電阻點(diǎn)焊，主要適合用于4mm厚的薄板進(jìn)行焊接，在航空航天中出現(xiàn)得比較多。第二，熱源為兩級間電弧的焊接方法。因?yàn)槭呛附z保護(hù)熔化極惰性氣體，所以母材的熔深也大，焊接過程中熔敷速度也高，不僅能夠焊接中等和較薄的工件，也能夠焊接大厚板的工件。第三，平行縫焊,該方法利用兩只同步平行運(yùn)動的電極輪與蓋板產(chǎn)生閉合回路，電流產(chǎn)生局部高溫使焊接材料熔化完成焊接，這種工藝一般應(yīng)用于外形規(guī)則對稱的小型模塊中[1]。第四，激光焊的接頭性能良好不受電磁干擾，通過激光焊對高能量密度的產(chǎn)生，使高熱量輸入工件的待焊接位置的金屬，從而達(dá)到焊接目的，是一種工藝技術(shù)。

1.3 鋁合金激光焊接難點(diǎn)

因受基體材料本身性質(zhì)的影響，鋁合金激光焊接存在著很多問題，激光深熔焊小孔坍塌，從而形成氣孔，此問題原因是液態(tài)鋁表面張力低；激光具有良好的傳輸和聚焦性能，鋁合金電導(dǎo)率高，通常產(chǎn)生接頭性能差和變形大。激光熔焊方法，是一種較為特殊的熔焊方法，容易出現(xiàn)許多復(fù)雜的問題，例如出現(xiàn)焊接接頭缺陷。對此總結(jié)了以下幾點(diǎn)：第一，焊接接頭產(chǎn)生焊縫裂紋和接頭軟化等缺陷。第二，激光焊接冷卻速度快，使焊接接頭產(chǎn)生氣孔問題。焊縫低熔點(diǎn)共晶合金元素成分易在冷卻凝固過程中形成裂紋；第三，激光能量消耗量大，由于激光需穿過電弧后才能作用于工件，電弧等離子體對激光的吸收、散焦以及折射作用不可避免地造成激光能量的損耗[2]。鋁合金電弧自身的穩(wěn)定性非常差，振蕩呈現(xiàn)周期性。提高鋁合金激光焊過程的穩(wěn)定性、能量利用率。這類基本問題得到很好的理論解釋。另外鋁合金激光焊接的密度要高，是鋼鐵材料的四五倍[3]。

2 鋁合金雙面雙弧焊的形成機(jī)理

2.1 雙面雙弧非對稱焊接

雙弧焊接過程中進(jìn)行施焊的兩個(gè)電弧在工件的兩側(cè)，這種焊接工藝，要兩個(gè)焊槍保持一定的電弧距離，在前后方面。雙面TIG焊的出現(xiàn)頻率很高，在目前生產(chǎn)中。雙面雙弧非對稱焊接能夠降低金屬的熔敷量，加快生產(chǎn)效率，是一種高效的工藝方法。后面進(jìn)行清根處理時(shí)，并且需要對坡口進(jìn)行徹底的清理。此工作程序能夠耗氣刨電極，操作上也很消耗時(shí)間，焊接金屬的熔敷量清根效果很一般，因反面氣刨的大幅度增加，很容易出現(xiàn)焊接缺陷，在熔合區(qū)中。焊件合格率的檢驗(yàn)被直接增加，相對不合格率卻大大提高了。焊接過程中，雙面雙弧焊取消了原有的清根以及檢驗(yàn)等焊接程序，很大幅度的提升了焊接效率，并且焊縫兩邊的熱能輸入基本對稱，在焊接過程中。降低了焊接的變形程度，因此這一焊接方法是高效節(jié)能的工藝技術(shù)。針對焊槍間距對焊接質(zhì)量的影響做出了實(shí)驗(yàn)。如圖1所示，同步焊接時(shí)兩電弧完全重合，焊接能量集中，熔透性好。

圖1 氣孔數(shù)量及未熔合比例隨焊槍間距變化曲線

但此時(shí)兩側(cè)電弧互相干擾，可能導(dǎo)致紊流，因此氣孔較多，隨著焊槍間距增大，熔池拉長，能量逐漸分散，未熔合比例增多。

2.2 雙面雙弧對稱焊接

等離子弧在不同的作用強(qiáng)度下，會產(chǎn)生小孔效應(yīng)，而導(dǎo)致這一問題的原因是過大的鎢極氬弧造成的。小孔效應(yīng)的出現(xiàn)，使焊接效率進(jìn)一步提升。增加熔深的同時(shí)為焊接質(zhì)量和力學(xué)性能提供有效的技術(shù)支撐，從而為熱影響區(qū)的限制條件提供可靠控制手段。激光焊相對投資大，而電弧焊的投資成本偏低，這兩種技術(shù)的復(fù)合，會在很大程度上提高效率。雙面弧焊對比其他焊接來說，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝技術(shù)，并且在程序準(zhǔn)備上工作量小，相對激光束焊接設(shè)備成本低。PAW-TIG焊的工藝是指，鎢極氬弧焊和等離子弧焊同時(shí)，對伸縮鉆桿進(jìn)行操作。在一定程度上加大了焊接生產(chǎn)率，此工藝的效果顯著。焊縫的質(zhì)量與原質(zhì)量相差甚微。既節(jié)省了焊接材料，又提高了效率。某大學(xué)教授在物理性質(zhì)上，在對鎢極的雙面電弧焊展開了研究，對其熱流密度創(chuàng)建了控制方程式的同時(shí)，構(gòu)建二維數(shù)學(xué)模式。對熱影響區(qū)性能，進(jìn)行傳熱規(guī)律的剖析，得出雙面雙弧焊熔深增加的原因[4]。雙面雙弧焊的焊接參數(shù)的選取經(jīng)過多次試驗(yàn)的調(diào)試，參考了單面單弧焊的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)參數(shù)見表1。

表1 雙面雙弧MIG焊T型接頭焊接參數(shù)表

在試驗(yàn)溫度：20℃和空氣相對濕度：35攝氏度參數(shù)下較單面單弧焊在單位時(shí)間內(nèi)的熱輸入量大幅度增加，因而，在焊接電流、焊接速度等方面進(jìn)行了進(jìn)一步調(diào)整。焊接試驗(yàn)的總指導(dǎo)方向是：研究預(yù)熱溫度和電弧前后間距對焊接性能的影響。

3 結(jié)語

本文針對鋁合金激光-電弧雙面焊接中“雙弧”的研究中發(fā)現(xiàn)，反面碳弧氣刨和檢驗(yàn)等焊接程序，被雙弧焊取消了，不僅對焊接效率有很大程度的提升，而且節(jié)省材料沒有影響到焊縫質(zhì)量，焊接程序少，工藝條件易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。