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焊接領域的重大突破——多股絞合焊絲!

2018-04-23  來自: 新鄉市育才封頭制造有限公司 瀏覽次數:235

多股絞合焊絲對傳統的焊絲———實心單絲或藥芯焊絲產品而言,無論從電弧-熔池特征和熔滴過渡形態,還是焊絲成分設計、制造到焊接工藝的“控形”與“控性”,都得到了全面的提升及拓展,顯著地提高了焊接生產效率。因此,多股焊絲的出現,不僅是一種全新理念的新型焊接材料,更是焊接技術走向材料-裝備-工藝一體化的重大進步,是當前焊接技術與制造域的一個創新和跨越。

                        前   言

多股焊絲是一種新型結構的熔化極焊接材料, 其結構的概念在2009 年由中國礦業大學高頂教授首先提出[1], 并把專利權轉讓給江蘇聯捷焊業科技有限公司進行了產業化生產和應用。通過近年來對機理分析與深度研發, 引伸出了以“多股復合焊絲” 為核心的包含了焊接材料、焊絲結構、捻絲裝備、弧焊電源以及特種工藝開發等多項發明專利相對于傳統實心單絲或藥芯焊絲產品而言, 多股焊絲無論在電弧-熔滴過渡特征以及熔池流動形態方面, 還是焊絲產品合金成分設計制造到焊接工藝對熔寬、熔深、堆高的可控性, 都得到了全面的提升及拓展, 極大地提高了熔化極電弧焊的熔敷效率和接頭性能, 尤其為當前機器人、自動化焊接生產的高品質、高效化的緊迫需求提供了一種全新理念的新型焊材產品。
本文對多股焊絲的結構特點、工藝特點、電弧能量分布機理以及適用領域等方面作一簡要闡述, 為進一步發掘該項發明及其工業化應用的潛在能力, 促進這一創新成果的推廣和工藝水平提高而繼續努力。
                       結構特點         

多股焊絲的突出特點是其結構的可設計性, 能根據焊接對象的需要實現“量身定做”。多股焊絲的結構設計要素主要有6 個方面, 即多絲的直徑選擇、中心與外圍絲的分配、焊絲的成分調控、焊絲捻距、絞合方向及焊絲組合數的確定。

是多股焊絲的結構示例, 可見該類焊絲經不同組合設計能獲得巨大的工藝與性能空間。圖2 是多股焊絲組合示意圖,其原理是實心焊絲與藥芯焊絲的定量搭配。

采用各種結構和各種材料的組合, 多股焊絲與傳統的單絲相比, 其優勢有以下3 個方面: (1) 能夠通過焊絲直徑、分布和捻距的設計而實現了焊縫熔深和熔寬的可控。根據電弧的導電機理, 對于作為電極的焊絲, 采取減少斑點阻力, 約束電弧的“自由膨脹”, 強化電弧中心區域的“洛倫茲” 電磁合力等措施, 使多絲結構發揮出“可調控”的優勢, 如圖3 所示。
(2) 由于多絲結構, 能根據需要改變某一絲的成分或通過組合藥芯焊絲, 對焊縫成分作出調整,而傳統的單絲如需改變成分則要通過熔煉來完成。多絲結構的這一特點為解決特殊工藝或性能要求提供了快捷有效的途徑。 (3) 不同直徑焊絲的組合和直徑搭配, 能充分利用焊接電弧的能量。較細的“ 輔助” 焊絲具有“熱絲填充” 的效果。從而使熔敷效率提高、熱輸入減小, 尤其適合大規范、高填充、高速度的自動化焊接生產。而傳統的單絲, 當其直徑加大后能耗增大, 并導致實際操作中可盤繞性、可送絲性變差。                           

                      工藝特點
多股焊絲的結構特點決定了其工藝效果的形式多樣化、可調控性強等特點。 (1) 多股焊絲是由多根外圍單絲圍繞中心絲呈螺旋狀捻合而成, 外部形態為麻花狀, 捻距如圖4 所示, 根據焊接工藝及焊接材料特性分為左捻和右捻。在焊接過程中, 多股焊絲的快速送絲焊接熔池自動旋轉形成螺旋弧, 起到對熔池的實時攪拌作用, 有利于焊縫結晶的細化和焊縫內氣體的逸出。根據不同材料與焊接工藝的要求, 由多股焊絲的結構、捻距、絞合方向等參數來確定電弧的旋轉方向、旋轉頻率、旋轉幅度以及焊縫的熔深和熔寬。
(2) 多絲電弧的旋轉
 是由機械和電磁兩方面作用的結果,即: 一方面是由于焊絲送進時捻合旋向對電弧的機械旋轉作用;另一方面是多股焊絲端多導電通道對熔池陰極斑點的交替作用,使電磁力、等離子流力對熔池作用的位置形成有規律的改變, 加強了對熔池金屬的攪拌, 并抑制了斑點力對熔滴過渡的阻礙, 有利于熔滴的均勻過渡, 形成幾乎無飛濺的焊接過程。
(3) 多股焊絲具有多斑點、多熔滴電弧特征。
多斑點的電流導通, 減少了熔滴表面局部的斑點壓力與熔滴的飄移, 從而有利于熔滴的均勻過渡, 有利于電弧過程的穩定, 尤其在高速焊接條件下, 具有獨特的優勢, 如圖6 所示。應用實例(1) 大直徑焊絲的MIG/MAG 焊。傳統的熔化極氣保焊選用的焊絲直徑一般在1.6 mm 或以內, 其中一個重要原因是當焊絲直徑進一步增大, 不僅焊接電流過大, 而且電弧穩定性變差, 熔滴過渡不均勻,另外, 對準2.0 mm 或其以上的單絲, 其送絲性會受到各種因素的影響。但對于多股焊絲及其電弧機理的特點, 能發揮其在結構和工藝的兩個優勢。圖7 是采用準2.4 mm 多股焊絲單層角焊縫手工焊的效果, 焊接電流420 A, 電弧電壓30 V, 焊接速度約280 mm/min。由于熔覆率的顯著提高, 其熱輸入當量甚至小于準2.0 mm 單絲的。這一實例證明了為該種焊絲在機器人自動化高效焊接的推廣應用提供了更大的空間。
(2) 堆焊是一種重要的表面改性方法, 其工藝特點是要求高熔敷率和低稀釋率, 廣泛應用于石油化工、能源工業領域壓力容器、反應器、塔器、換熱器等設備。圖8 是采用309LMo 不銹鋼多絲藥芯焊絲氣保焊焊接的效果, 堆焊時用2 把焊槍平行施焊,焊道成形寬為50 mm, 熔深2~2.5 mm, 堆焊層厚2.5~3 mm, 焊接速度260 mm/min, 保護氣體是純CO2。與目前較多采用的帶極堆焊或與單絲MIG/MAG 焊、絲極埋弧焊等工藝相比, 具有熱輸入、熔覆率高、堆焊金屬化學成分均勻、組織和性能優良等優點, 尤其是使堆焊成本顯著降低, 僅為目前同寬度帶極堆焊總成本的20% 左右, 具有極好的應用和推廣前景。


                         結   論

(1) 多股焊絲是把單絲絞捻成螺旋形多股絲,能通過對多股結構的設計, 提供多種新的焊接工藝效果, 促進了對傳統的焊接材料與工藝的更新換代。目前的產品包括: 氣體保護實心多股焊絲、氣體保護多股藥芯焊絲、多股藥芯自保護焊絲、多股埋弧焊焊絲、混合材料的多股絞合焊絲等。

 (2) 多股絞合焊絲的應用范圍和行業包括: 鋼結構、管道、造船、鍋爐壓力容器、重工、工程機械、煤機、耐磨堆焊及海工石油等行業, 其效益的提升表現為: 多股焊絲在同等焊接工藝要求條件下,替代傳統的埋弧焊等工藝, 實現了焊接生產效率的提升, 熱輸入減小, 適應了機器人或自動化焊接的高效化需求, 并促進了弧焊技術走向“ 控形” 和“控性” 的新階段。

 

 

關鍵詞: 錐膽封頭           

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