李冬艷　羅竟?jié)∴嵑炅肌∩蛴里w　劉吉念

摘要：文章介紹了等離子-MAG復(fù)合焊接的特點(diǎn)，兩種焊接技術(shù)的結(jié)合改善了焊接工藝性，通過對(duì)等離子、MAG參數(shù)的合理設(shè)置，減少焊接變形，提高對(duì)安裝誤差的包容性，改善了單面焊接雙面成型的焊接質(zhì)量，是一種有著廣泛發(fā)展前景的焊接方法。

關(guān)鍵詞：等離子-MAG復(fù)合焊接；薄板焊接工藝；單面焊接雙面成型；焊接變形；焊接結(jié)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG456 文章編號(hào)：1009-2374（2015）15-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.033

隨著制造業(yè)的發(fā)展，尤其是汽車制造行業(yè)，焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、多樣化對(duì)焊接技術(shù)提出了新的需求，復(fù)合式的焊接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生；隨著輕量化的提出，不同材料、不同板厚對(duì)焊接也提出了更高的要求。等離子-MAG復(fù)合焊接技術(shù)將兩種不同的焊接工藝方法組合為一種焊接工藝方法，充分利用等離子挺度好、熔深大、焊接速度快、MAG熔敷率高、焊縫成型性好的優(yōu)點(diǎn)，本文就等離子-MAG焊接技術(shù)在薄板焊接的工藝性進(jìn)行闡述。

1 等離子-MAG復(fù)合焊接原理

色列激光等離子技術(shù)有限公司研制的SUPER-MAG焊接系統(tǒng)是將焊槍是MAG焊槍與等離子焊槍的一體化設(shè)計(jì)，焊槍內(nèi)包含等離子電極，該電極在焊接前緣位置形成等離子弧，并在母材內(nèi)生成匙孔，MAG電弧與等離子弧形成復(fù)合熱源，焊絲連續(xù)熔化并填充熔池。因此，這種等離子弧-MAG復(fù)合熱源焊接工藝方法不僅擁有等離子弧焊熔深大的特點(diǎn)，而且還具備MAG焊熔敷效率較高的特點(diǎn)。在焊接過程中，在等離子弧和MAG電弧的作用下，焊絲加熱并熔化。形成金屬熔滴進(jìn)入熔池。在SUPER-MAG技術(shù)中等離子弧為負(fù)極，MAG為正極，電流通過兩個(gè)電極相互作用產(chǎn)生電磁力F，如圖1所示，電磁力F牽引等離子弧向焊接熔池前方移動(dòng)，而且等離子弧在高速焊接過程中尾隨焊槍軸線。增加了等離子弧的剛度和穩(wěn)定性，進(jìn)而大幅提升了焊接熔深和焊接速度，飛濺也得到控制。

圖1 等離子 MIG/MAG焊接原理示意圖

2 等離子-MAG復(fù)合焊接設(shè)備的組成及工藝試驗(yàn)

SUPER-MAG將-MAG和等離子弧結(jié)合在一把焊槍內(nèi)，系統(tǒng)兼容現(xiàn)有的MAG焊接系統(tǒng)，適合于自動(dòng)化（機(jī)器人）焊接，圖2為典型的SUPER-MAG機(jī)器人焊接系統(tǒng)。主要包括一體化焊槍、控制主機(jī)（包括等離子電源）、常規(guī)MAG電源和送絲裝置、焊槍自動(dòng)清理裝置及焊接機(jī)器人。該系統(tǒng)中，復(fù)合焊槍等離子采用正接法，MAG采用反接法。

圖2 等離子-MAG焊接設(shè)備組成示意圖 圖3 夾具原理示意圖

第一，等離子-MAG基本工藝參數(shù)設(shè)置：焊接速度、送絲速度、等離子電流、等離子氣流、磁場(chǎng)控制，由于MAG的電流和電壓受到焊接速度的影響，暫時(shí)不作為單獨(dú)因素。

第二，自制實(shí)驗(yàn)夾具，如圖3所示，需要盡量接近實(shí)車時(shí)的夾具狀態(tài)，同時(shí)為便于找到合理的夾持狀態(tài)指導(dǎo)實(shí)車焊接，夾具需位置可調(diào)，夾具可以調(diào)節(jié)位置和多層板厚夾緊，保證實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)夾具的位置和板材間的間隙。

第三，板材的選擇，根據(jù)車身選用最多的板材為BLD，實(shí)驗(yàn)前不作特別處理，以便最接近實(shí)車焊接

條件。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過大量針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，找出等離子-MAG單面焊接雙面成型焊接薄板時(shí)，在不同焊接條件下，不同規(guī)范參數(shù)，焊接變形問題，焊接形式對(duì)焊接效果的影響。

等離子-MAG復(fù)合焊接實(shí)際是在等離子現(xiàn)行預(yù)熱的情況下與MAG復(fù)合焊接，與傳統(tǒng)單獨(dú)MAG相比，初始條件變?yōu)榈入x子的預(yù)熱，且對(duì)焊件有初次焊接的作用，因此在兩種熱源的作用下焊接的過程更加復(fù)雜。

薄板焊接溫度場(chǎng)函數(shù)為二維溫度場(chǎng)，該模式下，焊接前進(jìn)的方向、溫度分布在熱源前方溫度梯度較大，在后方溫度梯度較小，因此在焊接完成后，缺陷容易在收弧處產(chǎn)生。與單獨(dú)MAG相比，等離子-MAG復(fù)合焊接整個(gè)過程為等離子預(yù)熱焊接后，隨其后的MAG類似第二道焊接，可以為等離子進(jìn)行熱處理，而MAG在完成焊接后，通過對(duì)等離子的弧延時(shí)收弧，可以延緩焊點(diǎn)/焊縫的冷卻速度，改善焊接效果，使焊接成型良好。

單面焊接雙面成型薄板焊接時(shí)，由于熱傳遞從上層板傳遞給下層板，隨著上層板厚越厚，熔透需要的熱量就越大，因此，在其他條件相同時(shí)，隨著上層板厚的增加，熔透上層板的熱量需求越大，等離子、MAG的電流隨著上層板厚的增加電流呈增大趨勢(shì)。在參數(shù)選擇時(shí)，要以上層板為主導(dǎo)板選擇合理的參數(shù)。

從上而下的熱傳導(dǎo)方式，使得薄板焊接對(duì)裝配間隙非常敏感。單獨(dú)MAG焊接時(shí)使用大的電流，大量熱量聚集在上層板，直到上層板熔穿后才能向下層板傳遞熱量，進(jìn)行焊絲填充，才能完成焊接，這樣容易產(chǎn)生焊接缺陷，即上層板焊穿，下層板卻還未熔透，且在薄板焊中，由于熱量大量輸入，板材變形嚴(yán)重。

等離子-MIG/MAG復(fù)合焊接時(shí)，即使有間隙存在，可通過增大等離子的電流，利用等離子熱量集中，熔深大的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)上層板加熱形成小孔，熔化金屬可以起到很好的搭橋效果，在此基礎(chǔ)上，MAG以適當(dāng)?shù)碾娏鬟M(jìn)行焊絲的填充，不僅降低了裝配的要求，也減少了焊接

變形。

單獨(dú)MAG焊接和等離子-MAG焊接效果的對(duì)比，宏觀上即可看出復(fù)合焊接對(duì)焊接效果的改善。

在焊接形式的改變后，焊接后的殘余應(yīng)力的不同，引起板材變形，改變焊接形式后，減少焊接應(yīng)力造成的變形，相同條件下，焊接形式不同，焊接厚度整體效果對(duì)比，焊接在橫向上的形變量基本在3～5mm，在縱向方向上形變基本在2～3mm。圖4采用的是點(diǎn)焊的方式焊接，在焊點(diǎn)距離達(dá)到大于等于40mm時(shí)，焊件在各個(gè)方向基本沒有變形，因此通過焊接形式的改變可以很好地改善焊接變形問題。

圖4 點(diǎn)焊形式的變形情況

薄板焊接雙面成型時(shí)，在等離子的預(yù)熱作用下，焊點(diǎn)中心較普通MAG焊接的問題有很大提高，上層板焊點(diǎn)中心區(qū)域最先熔化，熔化的母材、焊絲沿著該點(diǎn)深度方向熔融體起到了很好的搭橋作用，在間隙存在的情況下，母材的材料和等離子預(yù)熱時(shí)間以及所用的MAG焊絲對(duì)搭橋作用都有較大的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

通過大量的實(shí)驗(yàn)和分析不難發(fā)現(xiàn)等離子-MAG復(fù)合在薄板焊接上提供了一種新的焊接方法，改善了單獨(dú)MAG的焊接效果。同時(shí)，等離子預(yù)熱焊接起到的搭橋作用，提高了等離子-MIG/MAG焊接的對(duì)裝配間隙的包容性。值得注意的是，等離子-MAG單面焊雙面成型時(shí)，需要根據(jù)主導(dǎo)板厚選擇焊接參數(shù)。通過對(duì)焊接形式（縫焊、點(diǎn)焊等）、焊接約束的改變，可以有效改善薄板焊接后的變形問題。等離子-MAG焊接工藝不僅可以在焊接上實(shí)現(xiàn)全位置焊接，應(yīng)用范圍廣，還提高了焊接效率。

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作者簡(jiǎn)介：李冬艷（1986-），女，廣西桂林人，上汽通用五菱汽車股份有限公司助理工程師，研究方向：汽車工藝設(shè)計(jì)，新型焊接設(shè)備、工藝的分析、研究與應(yīng)用推廣。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint