浅谈焊接方法与设备的发展现状

赵晶

（辽宁轨道交通职业学院，辽宁 沈阳 110023）

焊接在工业生产中是一种重要的加工方法，随着中国经济和科技的高速发展，焊接方法与设备也得到了快速发展。本文将简要介绍目前焊接方法与设备发展的现状。

1 熔化极气体保护焊的发展

熔化极气体保护焊目前主要有MIG、MAG 和CO2气体保护焊等。

1.1 MIG/MAG 焊

1.1.1 MIG/MAG 冷弧焊

1.1.1.1 CP 技术

CP 技术采用变极性焊机，与传统的短弧焊接相比热输入要低，这是因为CP 技术通过DSP 技术与数字化控制的融合能够精确地控制熔滴过渡，它能在较短的周期内改变焊丝的极性，不仅降低了焊接过程的输入还保证了电弧的平稳性和焊缝的均匀性，这种技术适用于热敏感材料的焊接，能够有效地解决薄板焊接的问题[1]。

1.1.1.2 CMT 焊接技术

CMT 焊接技术采用的是短路过渡，其主要是通过数字化控制协调送丝运动的变化，当熔滴过渡中发生短路时，焊机的电压与电流反馈检测系统能够探寻到短路信号，系统会将收回焊丝的指令发送给自动送丝机，迫使焊丝与熔滴分离来实现主动的短路过渡。这种熔滴过渡形式与传统的短路过渡这种焊接方法能够精确的控制热输入，适用于异种材料焊接、超薄板和镀层金属焊[2]。

1.1.2 复合热源

复合热源MIG/MAG 焊接系统是将熔化极气体保护焊和等离子焊有机结合起来的一种焊接技术，这种焊接技术既能够在提升焊接速度的情况下保证熔化极气体保护焊的熔透能力，又能保持其熔敷效率，飞溅低，还具备突出的保护效果，适用于氧化性较强的金属进行焊接[3]。

1.2 高速熔化极气体保护焊

降低熔化极气体保护焊设备的成本，并能保障焊接生产的效率和质量，是目前工业发展对设备技术的发展要求，高效熔化极气体保护焊的发展是必然的。

电流是影响焊接效率的一个因素，提升焊接效率需要相应的电流随着焊接设备功率的增大而同步提升。焊接速度是影响焊接效率的另一个因素，盲目提升焊接速度会影响焊缝质量，例如会出现咬边缺陷和驼峰问题，速度提升会受到焊缝的制约[4-5]。

因此想要提升焊接效率就要增大焊接电流和焊接速度，在大电流电弧运行时，可能会出现集中现象，焊接工艺的稳定性就会受到影响，因此在大电流、低电压下稳定工作的焊接电源就是高速熔化极气体保护焊研究的重点之一。

1.2.1 单丝焊接技术的发展

根据高速焊接对单丝焊接设备功能的需求，CO2短路过渡焊接工艺和低飞溅CO2焊机设备被研发出来。经过实验证明这种设备能有效地提升生产效率，在焊接过程中，快速焊接下能保证较大的熔宽，较小的金属飞溅，其最低焊接速度可达到150 cm/min，最高可达300 cm/min，可根据焊接需求进行选择，在施焊过程中，焊机能够使熔滴快速紧缩但不产生剧烈的爆断冲击力，电流波动小，熔池受到的扰动也小，能够保证焊接工艺的稳定性。

1.2.2 双丝焊接技术的发展

单丝焊接设备在焊接过程中所承受的电弧力是有限的，因此焊接速度会受到制约，焊接效率的提升也是有限的。为了分担电弧力，研究人员研发了双丝高效焊接技术，这是一种较为新型的焊接技术，其电弧力传输运行被分为两路从而降低了对熔池的扰动，增强了焊接工艺的稳定性，因此能够进一步提升焊接速度。同时，双丝之间的热量是可以互相传递的，热效率比原来增加了1 倍，熔敷速度进一步得到了提升。很多焊接设备公司经过多年研究开发了双丝新型设备，从保护气体、焊接材料、焊接电源等多个方面进行了调整，提升焊接设备的焊接质量和生产效率。

1.2.2.1 RAPID MELT 工艺

这是一家瑞典公司开发的，称之为RAPID ARC 接法，其适用于较薄板的焊接。首先，该项技术改变了保护气体，采用了MISON8，在提升了焊接设备的送丝速度，增大焊丝干伸长，仍能够保证焊接工艺平稳。其焊缝成型质量较高，外形平整，很好地控制了焊接结构形变问题。

1.2.2.2 MIX-1PS 新型焊丝

这是由一家日本公司研发的新型专用焊丝，这种焊丝能够使焊接速度得到很大提升，因为在传统焊丝中加入合金元素后其熔滴的表面张力和黏度降低。

1.2.2.3 TWIN ARC 双丝技术

相互不隔离的两根焊丝从同一个导电嘴伸出，称之为TWIN ARC。这种双丝技术与TAN DEM 技术相比简易便捷，但是存在一定弊端，导电嘴无法对两根焊丝同时控制，很容易出现导电不均，一根短路，一根已经熄灭的现象。

1.2.2.4 TAN DEM 双丝技术

两根焊丝相互隔离从不同的导电嘴伸出，称之为TAN DEM。这种焊接技术应用比较广泛，在中国交通制造业中得到了广泛应用，跟TWIN ARC 技术相比，其焊接稳定性好，焊丝和焊接电源都独立运行互不干扰，具有比较高的焊接工艺灵活性，成型工艺良好，可以有效控制咬边问题。

2 激光焊的发展

激光焊属于高能束焊，利用高能量密度热源对材料进行焊接的一项加工技术，其具有高效、高精度的焊接优势，可适用材料范围广，在装备结构轻量化制造中成为不可或缺的技术之一，这项新型技术成为各国制造业关注的热点之一。

激光焊是薄板焊接最佳的焊接方法之一，近年来随着光谱技术和激光功率的提高，激光技术也开始被用于厚板窄间隙的焊接，本文就从薄板激光焊的发展和厚板激光焊的发展两方面来进行阐述。

2.1 薄板激光焊接技术

2.1.1 激光复合技术

目前的激光复合技术有：激光-MAG 焊电弧复合技术，激光-等离子电弧焊接技术，激光-滚轧复合技术。

目前出现了很多新工艺的研究，具体为以下几个方面。

热轧钢端焊缝和异种金属的焊接成型，采用了激光-MAG 焊电弧复合技术，利用调节激光和电弧的各项焊接参数来获得良好的焊缝成型，这种焊接技术具有比较好的前景，很多研究学者投入研究。例如：3 mmSAPH440 汽车热轧钢端焊缝、50CrV/SPHE 异种钢的焊接。

钢铝异种金属焊接采用激光-滚轧复合技术，这是异种复合熔钎焊焊接，采用Φ1.2 mm 的AlSi3Mn 焊丝焊接1.27 mm 厚Al2024 铝合金与 1.0 mm 厚 DP780 高强钢。

激光-等离子电弧焊接技术在焊接平板时能够更加适应间隙和错边量。

2.1.2 光束轨迹控制技术

光束轨迹激光控制技术在解决薄板激光焊的稳定性、缺陷问题和接头力学性能不均匀问题上提出了可能性。

德国BIAS的SCHULTZ博士开发了激光填丝焊接工艺，使激光束在垂直于焊接方向能够做横向摆动，这种填丝技术“Buttonhole”，它是基于激光利用分析稳定的“小孔效应”来改善焊缝成型工艺。

德国RADEL 博士针对铝合金焊接热裂纹问题研究了YAG 激光焊，通过采用正弦震荡来避免低熔点共晶物在焊缝中心产生热裂纹的倾向。针对铝合金热敏感性问题，韩国学者KANG 等人研究发现在振动模式和频率下，铝合金焊缝均产生了热裂纹，反而增加了裂纹敏感性，在热裂纹敏感性问题上还需要进一步的研究。

2.2 厚板激光焊接技术

采用大功率激光是解决厚板激光焊接熔深问题的一个可行方式，中外学者分别利用10 kW、30 kW 的光纤激光器对不同板厚的高强度钢进行焊接，通过多层焊能够获得较好的焊缝，在焊接过程中发现激光的焦点位置变化会影响熔深的问题。采用局部真空也是解决厚板熔深问题的方法之一，通过研究发现大气压是影响熔深的一个因素，当大气压降低时发现熔深增加，大气压降低的越多熔深增加越明显，局部真空还有利于减少焊缝气孔。

3 其他焊接方法的发展

3.1 超声波钎焊技术

目前新能源已经成为中国制造业重点发展对象之一，新能源在交通工具上的应用将越来越普遍，在新能源电动车和汽车，电子器件所占比例越来越大，传统的钎焊工艺已经无法解决其核心部件的焊接问题，超声波钎焊解决了电子变压器铜包铝的焊接问题。

3.2 焊接快速成型技术

焊接快速成型技术起源于埋弧焊堆焊技术，通过计算机软件的辅助焊接成型工艺来实现金属零件的直接成型，目前此项技术所采用的热源主要是高能束及电弧，主要是基于气体保护焊和等离子弧焊技术的一种新型焊接方法。

最新型的快速成型方法是在以上焊接方法的进展之上进行的，比如冷金属过渡也就是CMT 技术，来实现高熔敷效率、无飞溅和低热输入，这种技术可用于复杂零件的制造当中。

本文简要介绍了不同焊接方法的一些发展现状，焊接方法和设备还在不断发展，以求能够提高生产效率，降低成本，并且能够跟上材料的发展对焊接工艺的需求。