馬明豪 張佳明 王海東 劉轉(zhuǎn)超 劉曉多

摘 ? 要：雙絲三弧焊（Tri-Arc）技術(shù)是一種新型高效的電弧焊接方法，因雙絲間有額外的M弧，降低了通過(guò)工件的電流，顯著降低了焊縫的焊接熱輸入，提升力學(xué)性能，但存在飛濺較大且電弧穩(wěn)定性差的情況，易產(chǎn)生焊接缺陷。本文通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)焊接坡口、提高加工精度、優(yōu)化工藝參數(shù)等過(guò)程，減少了焊接缺陷，提升了焊接質(zhì)量，力學(xué)性能滿足RCC-M 2007的要求。

關(guān)鍵詞：雙絲三弧焊 ?缺陷 ?工藝 ?RCC-M 2007

中圖分類(lèi)號(hào)：TG444 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（a）-0101-02

雙絲三弧焊（Tri-Arc）技術(shù)是一種新型高效的電弧焊接方法，這種焊接技術(shù)能將高熔敷率和低熱輸入完美結(jié)合，它不但在兩根焊絲與焊接工件間分別產(chǎn)生電弧[1-2]，而且在兩根焊絲之間也產(chǎn)生一個(gè)電弧，因此被稱(chēng)為雙絲三弧焊。傳統(tǒng)電弧焊隨著電弧功率的增加焊接效率增加，焊接工件的熱輸入也增加;而Tri-Arc技術(shù)突破了傳統(tǒng)電弧焊規(guī)律[3-4]，電弧功率增大的同時(shí)焊接效率增加，但工件的熱輸入可以不增加甚至可以降低，電弧功率和焊接熱輸入不再是正比關(guān)系，在高效施工的同時(shí)保證了焊縫的強(qiáng)度和低溫韌性[5]。但焊接過(guò)程中存在飛濺較大且焊接過(guò)程不穩(wěn)定的情況，本文利用雙絲三弧焊機(jī)進(jìn)行對(duì)接焊，重點(diǎn)研究如何優(yōu)化焊接工藝，減少焊接缺陷。

1 ?設(shè)備及材料信息

本文焊接電源采用深圳瑞凌公司出產(chǎn)的Tri-Arc 1200 焊接電源，Tri-ARC雙絲三弧焊接采用全新的雙絲電弧焊接方法，在焊接過(guò)程中，在L弧和R弧的基礎(chǔ)上，引入第三電弧M弧，通過(guò)增加M弧的電流，可在相同的熔敷率條件下顯著降低焊接熱輸入。設(shè)備原理如圖1所示，圖（a）中VPPS為可變極性電源，PPS1和PPS2為兩直流脈沖電源，通過(guò)控制上述三電源的極性和脈沖相位關(guān)系，可以在焊絲E1與焊接工件之間建立第一電弧A1，在焊絲E2與焊接工件之間建立第二電弧A2，在焊絲E1與E2之間建立第三電弧M弧。

Tri—Arc雙絲三弧焊接基本工作過(guò)程可以看作是兩個(gè)相互對(duì)稱(chēng)的旁路電弧焊接過(guò)程的組合，這樣組合即有旁路電弧焊接方法原有的高熔敷效率，降低熱輸入的特點(diǎn)，而且該組合還解決了旁路電弧穩(wěn)定性差的問(wèn)題（見(jiàn)圖1）。

焊接母材選擇S355J2，采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)為EX100251990，規(guī)格為350mm×150mm×10mm;焊材選擇ER70S-6，采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)為AWS/A5.18，規(guī)格為Φ1.2mm;保護(hù)氣為混合氣20% CO2/80% Ar。按照RCC-M 2007 S Class 1 級(jí)別要求進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)。母材及焊材化學(xué)成分見(jiàn)表1。

2 ?工藝優(yōu)化方案

2.1 焊接缺陷

由于雙絲三弧焊飛濺較大且電弧穩(wěn)定性差，給焊接工藝開(kāi)發(fā)造成了極大的困難。試驗(yàn)過(guò)程中的焊接缺陷主要有：弧坑、燒穿、未焊透、夾渣。雙絲間交替燃弧，雙絲間還有M弧存在，尤其是在熄弧過(guò)程中，焊接電流驟降，M弧來(lái)不及反應(yīng)，導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定，產(chǎn)生熄弧弧坑。燒穿、未焊透：雙絲三弧焊接過(guò)程中，因M弧的存在，L、R弧焊接電流波動(dòng)較大，波動(dòng)值約為50A，導(dǎo)致焊縫擊穿或未焊透。夾渣：雙絲三弧焊縫，射線探傷最常見(jiàn)的缺陷之一。因雙絲三弧焊電弧不穩(wěn)定，飛濺較大，常出現(xiàn)夾渣缺陷。

2.2 解決措施

針對(duì)起弧熄弧過(guò)程M弧不穩(wěn)定，易產(chǎn)生弧坑的現(xiàn)象，在焊道外增加引弧板和熄弧板，增強(qiáng)了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。合理設(shè)計(jì)坡口形式，結(jié)合工藝開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了Y型坡口，鈍邊厚度為1.5mm，嚴(yán)格控制機(jī)加工精度，保障鈍邊加工質(zhì)量，增強(qiáng)電弧容錯(cuò)率，有效降低了燒穿、未焊透缺陷的出現(xiàn)。層間對(duì)焊縫進(jìn)行清潔，減少夾渣。

參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)，需要注意增加M弧后的影響，當(dāng)僅增大M弧電流時(shí)，L弧的電流會(huì)減小，此時(shí)工件的熱輸入量會(huì)減小;當(dāng) M 弧電流降低時(shí)，L弧的電流會(huì)增大，工件的熱輸入量加大。工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程，保證L弧電流一定時(shí)，加大M弧電流的同時(shí)應(yīng)該加大送絲速度。當(dāng)出現(xiàn)未熔透時(shí)，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)小M弧的電流來(lái)增大流經(jīng)工件的實(shí)際電流值。若出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，則可適當(dāng)調(diào)大M弧的電流值來(lái)減小L弧及R弧的電流值，使得焊接工件的電流值變小。

2.3 工藝試驗(yàn)結(jié)果

將焊后試板進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，測(cè)定材料的抗拉強(qiáng)度，用以確定產(chǎn)品的伸長(zhǎng)量、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度等拉伸性能指標(biāo)件表2。依據(jù)RCC-M 2007標(biāo)準(zhǔn)要求抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于470MPa，試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且斷裂位置均位于母材，表面焊縫區(qū)域抗拉強(qiáng)度較高。焊縫進(jìn)行面彎、背彎試驗(yàn)，試件彎曲180°，經(jīng)檢測(cè)彎曲段未出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，彎曲試驗(yàn)合格。

根據(jù)宏觀金相可以看出，雙絲三弧焊接試件所得焊縫顯示融合良好，未發(fā)現(xiàn)有焊接缺陷存在。根據(jù)試驗(yàn)得微觀金相照片對(duì)比常規(guī)二保焊焊縫發(fā)現(xiàn)，雙絲三弧焊焊縫區(qū)域組織更加均勻，主要由鐵素體組成，還存在少量珠光體，主要是由于M弧的存在，導(dǎo)致相同熔敷量熱量降低，從而使金相組織更加細(xì)小均勻。

3 ?結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)使用深圳瑞凌的Tri-Arc 1200 自動(dòng)焊機(jī)，實(shí)現(xiàn)了雙絲三弧焊技術(shù)在核電行業(yè)的應(yīng)用，通過(guò)試驗(yàn)證明針對(duì)S355J2這一材質(zhì)，可使用雙絲三弧這一新型焊接方法，使力學(xué)性能達(dá)到RCC-M 2007 Class 1級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，從而驗(yàn)證了雙絲三弧這一焊接方法在工程實(shí)體應(yīng)用的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭佳.雙絲三弧焊熔滴過(guò)渡行為分析及焊縫成形機(jī)理研究[D].天津工業(yè)大學(xué)，2019.

[2] 鄭佳，王天琪，侯仰強(qiáng)，等.雙絲電弧焊技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].焊接，2018（54）：15-20，65-66.

[3] 孫傳陽(yáng).多電弧復(fù)合中厚板焊接工藝及組織性能研究[D].大連理工大學(xué)，2018.