瑞凌”双丝三电弧焊接系统”TRI-AR——引领世界双丝高效焊接的新时代

＂双丝三电弧焊接系统＂（简称TRI-ARC系统）是深圳市瑞凌实业股份有限公司（以下简称瑞凌股份）与哈尔滨工业大学基于＂高熔敷率低热输入双丝双弧焊接＂技术合作开发的一种新型的双丝电弧焊接方法。该方法最大的特征是：除了在每根焊丝与焊接工件建立常规的焊接电弧之外,还在两根焊丝之间产生了一个间接的第三电弧,因此被称为＂双丝三电弧＂（英文：TRI-ARC）。     

双丝电弧焊技术的研究进展与应用

双丝电弧焊接技术在提高焊接速度和焊丝熔敷率等方面具有突出的优势,在众多行业中已经得到了应用。针对双丝电弧焊接工艺,焊接工作者开发了多种形式的双丝电弧焊接设备,在简要介绍了各工艺特点的基础上,对双丝电弧焊各设备进行了比较。并对双丝电弧焊的焊接参数、电弧物理特性、熔滴过渡以及电弧干扰等进行了分析和总结,提出了现有方法的不足和今后的发展趋势,以期促进双丝电弧焊技术得到进一步的发展和应用。     

TRI—ARC双丝三电弧焊接系统-有效提高焊接效率

为了提高电弧焊接过程的效率,双丝熔化极电弧焊接成为最有效的方法之一,特别是这种新型的双丝三电弧焊接方法,它不但两根焊丝与焊接工件之间分别产生一个电弧,而且在两根焊丝之间也产生一个电弧,因此被称为“双丝三电弧”。     

双丝焊接技术及双丝三电弧焊接稳定性研究进展

文中根据电弧特征和送丝形式将多种双丝焊接分为双丝单电弧焊、双丝双电弧焊、双丝双电弧焊+冷丝填丝、双丝耦合电弧焊四大类，简要介绍它们的技术原理及设备，对双丝双电弧焊和双丝耦合电弧焊接方法在焊接稳定性方面的研究进行了探讨和总结。展望了双丝焊接技术在系统控制、自动化应用和进一步提高焊接效率的发展方向，为继续推进双丝电弧焊接方法的创新研究应用和双丝三弧焊接技术的深入研究提供参考。     

Tri-arc双丝电弧焊堆焊工艺研究

采用三电弧双丝电弧焊,利用耐磨堆焊Fe-Cr-C-B系药芯焊丝作双丝,在Q235钢表面制备不同焊接工艺参数堆焊层,分析堆焊层熔合比、组织结构及耐磨性。结果表明:三电弧双丝药芯电弧焊堆焊可在较大范围调整焊接参数,获得较小的焊缝熔深、较低稀释率和较高的熔敷效率,耐磨性优异;当三电弧电流为150 A、电压30 V、焊丝伸出长度15 mm、送丝速度6 m/min、脉冲频率70 Hz时,堆焊层熔合比为0.07,堆焊层HRC为65,磨损量最小,耐磨性优良。     

双丝串列电弧焊焊缝成形的试验分析

将旋转电弧传感器和双丝串列电弧焊结合起来,开发了旋转电弧引导的、两个电弧在同一个熔池上燃烧的双丝串列电弧焊方法,对其焊缝成形工艺进行了研究.分析了焊接电流、焊接电压、双丝间距、电弧旋转等参数对焊缝成形的影响.结果表明,随着焊接电流的增大,熔敷速度增加,焊缝成形系数呈现先增大后减少的变化规律.而焊接电压的增大则会使焊缝成形系数略有减小.对双丝间距的研究发现,当间距为15 mm时,焊接质量较好.与普通双丝串列焊相比,前置电弧旋转时熔池底部变得平坦,最大熔深有所减小,平均熔深有所增加,这将有助于减少焊缝的应力集中.与单丝旋转电弧焊相比,焊接熔敷速度显著增大,有效避免了高速焊接时的咬边现象.     

伊萨ICETM集成冷丝埋弧焊

ICE (integrated cold electrode)集成冷丝埋弧焊是在双丝埋弧焊的基础上增加了一根不导电的焊丝(冷丝),冷丝置于同一个导电嘴中的两根平行的导电焊丝(热丝)中间,利用导电焊丝在焊接过程中产生的电弧热量熔化冷丝,在无需额外增加焊接热输入的情况下达到显著提高焊接熔敷率的埋弧焊接方法.通过伊萨专利技术的控制软件在控制系统中设定冷丝送丝比率以达到与热丝送丝速度的有效匹配,保证焊接过程的稳定性.焊接过程的稳定还得益于伊萨ICE焊枪的设计,即使干伸长度和弧长发生变化也能保证冷丝的熔化点始终在电弧的包围中.ICE具有焊接熔敷率高、焊剂消耗量少、节能环保、焊道成型易控等特点.     

单电源双丝焊接应用及其工艺分析

介绍和分析了单电源双丝系统(DeepenTwin)构成、焊接应用价值、焊接工艺试验以及实际焊接应用.单电源双丝焊接系统由焊接电源、双丝送丝机以及双丝焊枪组成,系统简单,便于操作,既可用于手工焊也可用于专机和机器人的自动焊接.单电源双丝焊接系统能够实现单双丝的自由切换,既能进行单丝的打底焊接也能进行双丝大电流高熔覆率的焊接,最高熔覆效率较单丝焊接可提升50％.由于两根焊丝形成了较宽的单一电弧,电弧热量分布更均匀,焊缝不易咬边,并且不存在电弧干扰的问题,焊接飞溅低成形好,可获得比单丝焊接质量更高的焊缝,是一种新型的高速高效焊接解决方案.     

尹萨ICE~(TM)集成冷丝埋弧焊

ICE(integrated cold electrode)集成冷丝埋弧焊是在双丝埋弧焊的基础上增加了一根不导电的焊丝(冷丝),冷丝置于同一个导电嘴中的两根平行的导电焊丝(热丝)中间,利用导电焊丝在焊接过程中产生的电弧热量熔化冷丝,在无需额外增加焊接热输入的情况下达到显著提高焊接熔敷率的埋弧焊接方法。通过伊萨专利技术的控制软件在控制系统中设定冷丝送丝比率以达到与热丝送丝速度的有效匹配,保证焊接过程的稳定性。焊接过程的稳定还得益于伊萨ICE焊枪的设计,即使干伸长度和弧长发生变化也能保证冷丝的熔化点始终在电弧的包围中。ICE具有焊接熔敷率高、焊剂消耗量少、节能环保、焊道成型易控等特点。     

Tri-Arc与Tandem双丝电弧焊焊接工艺特性的对比

通过焊接工艺试验,对比Tri-Arc双丝焊与Tandem双丝焊的焊接工艺特性.结果表明:Tri-Arc双丝焊不但可以达到与Tandem双丝焊相同的焊接效率,而且在相同的焊丝熔敷率(送丝速度)和焊接速度条件下,Tri-Arc双丝焊的焊接热输入低于Tandem双丝焊,结果显示焊缝熔合比和焊接变形量更低.因此,Tri-Arc双丝电弧焊不仅可以在高效焊接应用场合替代Tandem双丝电弧焊,达到相同甚至更高的焊丝熔敷率,而且具有比Tandem双丝焊更优越的焊接性能和更广泛的适用范围.     

Tri-Arc双丝焊“Γ”形电弧及其促进方法

Tri-Arc双丝三电弧焊通过中间第3弧的M弧重新分配焊接热输入,实现高熔覆率低热输入焊接.M弧与主电弧耦合,在整个动态周期表现为“Γ”形和“μ”形及其镜像形态.该文研究“Γ”形电弧的形成机理和热输入调控机制,结果表明,“Γ”形态由“μ”形态转变而来,熔滴振荡引起焊丝末端间距的变化,从而促进耦合电弧“Γ”形态的形成,此时M弧不作用于母材,比“μ”形电弧焊接热输入更低.为提高Tri-Arc双丝焊接低热输入效果,在维持导电嘴末端到工件距离不变的前提下,提高焊枪枪体抬升距离从而改变焊丝末端间距.当导电嘴长度由30 mm增加至35 mm时,随着焊枪抬升,“Γ”形电弧作用时间逐渐增加,能更好地促进电弧热分配,降低Tri-Arc双丝焊接热输入,从而降低熔池最高温度,获得更小宽高比和更小熔深的焊缝.     

创新埋弧焊技术实现生产力提升100%

到目前为止,就熔敷率而言,单弧双丝焊始终是最具生产力的单电源埋弧焊（SAW）工艺。单弧双丝焊使用两根焊丝连接至同一电源及同一极性进行焊接作业。埋弧焊（SAW）的最新技术ICE集成冷丝技术是在同一导电杆上的两根热丝之间放置第3根绝缘的冷丝,并与其平行（该技术正在申请专利）。与热丝不同,冷丝的送丝速度由控制单元内的集成软件单独进行控制,冷丝因两TM根热丝电弧产生的富余能量而熔化。这项由伊萨开发的技术称为ICE,与单电源双丝焊相比其熔敷率可增加50%,而与单丝焊接相比增加可达100%。     

送丝速度对三丝间接电弧焊稳定性及焊缝成形的影响

三丝间接电弧焊是一种新型的间接电弧焊方法,由2个焊接电源和3根焊丝组成,工件不连接电源,电弧建立在焊丝之间。3根熔化极焊丝对于建立稳定的焊接过程提出巨大挑战,确定稳定的焊接工艺参数区间十分必要。文中主要分析了送丝速度对电弧稳定性以及焊缝成形的影响,确定了稳定的焊接参数区间。研究表明,焊丝的送丝速度与熔化速度相匹配时可建立稳定的间接电弧;在稳定送丝速度区间,送丝速度的变化对焊接工艺参数波动影响较小,随着送丝速度的提高,电弧摆动范围减小,焊缝熔深增加。     

TIG-MIG间接电弧焊工艺

经过对传统的TIG焊接系统进行改造,使电弧在钨极和焊丝之间产生并稳定燃烧,建立了TIG-MIG间接电弧焊系统.以30CrMnSi为母材,CuSi3为焊丝,进行了TIG-MIG间接电弧堆焊试验.通过改变焊接工艺参数,分析了焊接电流和送丝速度对焊接稳定性的影响,分析了钎剂、焊接电流、焊接速度、焊枪距工件表面高度对接头成形的影响.结果表明,TIG-MIG间接电弧焊工艺可以在明显提高焊丝熔覆率的同时降低工件的热输入,减小熔覆合金与工件的互溶,抑制有害的泛铁现象,拓展了电弧焊的应用.     

双热丝MAG焊接设备及工艺

双热丝MAG焊接技术(Double Hot Wires MAG Welding Technology)是一种高效焊接方法。在焊接过程中有一根主焊丝和两根热丝。主焊丝和母材之间产生主弧,热丝加热电源的两个输出端子分别与两根焊丝连接,经焊接熔池构成闭合回路。该工艺采用电阻热预热焊丝,利用熔池的能量最终熔化焊丝,在增大熔敷效率的同时,有效降低焊接热输入。研究热丝电流I_(res)对焊丝熔敷速率的影响规律,并进行厚板的多层摆动焊接。结果表明,随着I_(res)的增大,焊丝熔化速度增大,并且每一个热丝电流对应一个最佳热丝送丝速度范围,最大熔敷速度可达25 kg/h以上,有效提高了焊接效率。     

旁路耦合电弧高速焊接工艺

为了实现传热、传质的解耦,提出了旁路耦合电弧焊接工艺(Arcing-wire PAW).介绍了旁路耦合电弧焊接工艺的原理和系统组成,利用数据采集系统和高速摄像机对电信号和熔滴过渡进行同步采集,结合电信号变化和熔滴过渡行为分析不同焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,送丝速度和MIG电流的变化改变了焊丝熔化的平衡位置,使得熔滴的过渡状态和频率发生了变化,焊丝垂直高度的变化使得焊丝充分利用熔池的热量实现稳定快速过渡.由于传热和传质可以分开控制且电弧形态在焊接方向被拉长,保证了高速焊接时焊接过程的稳定性.     

双丝双弧焊在中厚板焊接的应用

针对双丝双弧焊的工艺要求,以某公司双丝双弧焊设备的特点及其应用为例,通过焊接试验得出,双丝双弧焊在焊接20 mm及以下厚度钢板时,可以不开坡口双面焊接,前置焊丝直流保证熔深,后置焊丝交流保证熔敷,可在较高的焊速下获得良好的焊缝成形和焊接质量,适用于普通碳钢及高强度钢中厚板的焊接。     

MAG三丝焊工艺试验

MAG三丝焊设计基于分体式的双丝焊枪,在双丝焊枪的正中间加入第三焊丝,利用双丝焊的热量来熔化第三焊丝。针对7 mm焊脚的水平角焊进行了焊接工艺试验。结果表明,MAG三丝焊与双丝焊焊缝质量相当,焊缝晶粒更细小,熔敷效率提高20%,焊接速度更快,显现出了MAG三丝焊的一定优势。     

旁路耦合电弧高效焊接工艺的数字化与智能化

旁路耦合电弧GMAW在实现提高焊丝熔敷率的同时减少了母材热输入,大幅降低电弧压力和熔滴射滴过渡的临界电流,实现高速焊接与异种金属间的焊接.近年来,兰州理工大学针对该方法展开了一系列研究,利用数字化模拟技术,采用多场全耦合方法,模拟了双旁路耦合电弧形态及热场、流场、电磁场的分布;模拟分析旁路耦合电弧脉冲GMAW在铝-钢异种金属焊接过程中,工件温度场的变化与接头界面上的原子扩散行为;建立了双丝旁路耦合电弧GMAW的数字化自动控制平台,并采用模糊控制算法实现了单闭环智能控制与双闭环解耦的智能控制.     

TANDEM双丝焊系统的特点及应用

TANDEM双丝焊技术具有熔敷速度快、焊接质量好的特点，分析了双丝焊三种脉冲波形对焊接成形的影响，阐述了双丝焊技术在自动焊接领域的灵活配置，应用前景广阔。