[发明专利]一种超高速双丝共熔池熔化极气体保护焊工艺

说明书

本发明涉及一种用于低碳钢薄板焊接的超高速双丝共熔池熔化极气体保护焊工艺，属于熔化极气体保护焊领域。包括：1）对工件待焊区域进行打磨除锈；2）将两块步骤1）中处理后的工件装夹在能够匀速移动的工作台上，且工件无需开坡口；3）将前焊枪和后焊枪沿焊接方向纵列固定在步骤2）中工件待焊区域上部，进行超高速平板对接焊；本发明通过较小的后丝脉冲电流调控前丝大电流熔池，改善了高速焊接过程中熔池的液态金属流动过程以及热量分布，促进了液态金属对焊道的填充过程，有效防止了单丝焊容易产生的咬边和驼峰缺陷，在高达3.4m/min的焊速下实现了对薄板低碳钢的超高速和高质量焊接，有效提高了焊接速度和生产效率，显著降低了焊接生产成本。

技术领域

本发明属于熔化极气体保护焊领域，具体涉及一种用于低碳钢薄板焊接的超高速双丝共熔池熔化极气体保护焊工艺。

背景技术

熔化极气体保护焊，即GMAW(Gas Metal Arc Welding)，凭借其焊接生产率高、接头力学性能好、易于实现自动化以及焊接成本较低等优点，目前已广泛用于压力容器制造、造船、钢结构制造等领域。然而随着现代工业体系的不断发展和进步，尤其是工业4.0概念的提出，对于焊接生产率的要求越来越高，传统的单丝GMAW在焊接速度以及熔敷速率等方面日渐不能满足现代工业体系的要求。其主要是在进一步提高焊接速度以提高焊接生产效率时，传统的GMAW 必须大幅度增大焊接电流，而这往往会导致咬边、驼峰等焊缝成形缺陷。这严重制约了GMAW 生产率的提高和生产成本的降低。

为了打破GMAW焊接速度的提升瓶颈，国内外的学者从多个角度进行了相应的研究：1、采用特殊保护气体(T.I.M.E工艺)；2、将GMAW与其他焊接工艺相结合从而形成崭新的复合焊工艺(例如Laser-GMAW复合焊)；3、双丝GMAW(以Tandem P-GMAW为主)。其中 T.I.M.E工艺通过采用特殊的四元保护气体(O₂、CO₂、He和Ar的体积分数分别为0.5％、8.0％、26.5％和65.0％)，使得单丝GMAW在采用400A以上的大电流进行焊接时，电弧与焊丝端部流束状液态金属之间的相对位置和形态都发生了改变，减弱了焊丝金属蒸发、汽化作用形成的反作用力，旋转射流过渡的驱动力减弱，焊丝端头细长铅笔尖状液柱的旋转速度减慢，实现了较为稳定的旋转射流过渡，焊接过程中的飞溅也大幅度减少，焊缝成形得到改善，从根本上解决了单丝直流模式GMAW焊接电流瓶颈问题。但由于该焊接工艺对于焊接过程所使用的焊接电源、送丝机构乃至所采用的焊丝都有较为严苛的要求，更重要的是其所采用的特殊四元保护气体中必须要有大量的氦气，而我国恰恰是一个氦气资源非常匮乏的国家。因此 T.I.M.E并不能满足我国焊接制造业对于大幅度提高焊接生产效率和降低成本的要求。

Laser-GMAW复合焊是在传统的单丝GMAW焊接过程中加入一定功率的激光热源，利用激光可以吸引和约束电弧的特性，来提高GMAW电弧的稳定性。同时GMAW电弧对于母材的预热作用又可以有效促进母材对于激光的吸收，显著提高激光的能量利用率，在有效提高焊接速度和焊缝熔深的同时，降低了焊接变形和热影响区大小，进而细化了晶粒，改善了焊缝微观组织，提高了力学性能。但相对于常规电弧焊焊接方法而言，激光-GMAW复合焊的设备投入和焊接生产成本显著提高，无法满足我国大部分焊接生产企业对于提高焊接生产效率的同时维持较低生产成本的要求。

TandemP-GMAW，即为双脉冲模式GMAW，采用纵列分布的前后两根焊丝、两个电弧进行焊接，并在母材表面形成一个熔池，最终形成一条焊缝。通过选用合适的相位匹配关系以及丝极间距，焊接过程稳定、飞溅很小、线能量较低、焊后变形量也较小，可以在接近2m/min的高焊速下获得较好的焊缝成形。由于两个脉冲电弧要进行相位匹配，只能采取相同或基本相同的焊接电流，这使得两个电弧间的热量耦合和电弧力耦合难以达到最佳值，在进一步增大焊接速度时往往造成大量的飞溅，同时焊缝成形普遍较差，易导致咬边和驼峰缺陷。