[01320813]采用单电源双丝复合电弧的低热输入高效MIG焊机理与控制研究

1.课题来源于背景：随着我国制造业的高速发展，钢铁工业在国民经济中占据了越来越重要的地位。焊接技术作用为一种重要的材料加工方法，其效率的提高对于钢铁行业有着举足轻重的影响。现代制造业为了增强市场竞争能力， 对焊接生产加工的效率提出了高效、优质、低耗的迫切要求。而目前，我国在焊接效率与焊接质量方面，与焊接先进国家仍有一定的差距。

在诸多焊接方法中，GMA（Gas Metal Arc Welding，GMAW）方法具有众多优点：例如易于实现自动化，具有生产效率高、经济效益可观、可以全位置焊接、接头质量高等，因此成为高效化焊接生产的重要选择之一。以焊接发达国家美国和日本为例，GMAW在整个焊接工艺中所占的比例为70％左右，而我国在2005年才达到20％至30％的水平，因此GMAW在我国仍具有极大的发展空间和潜力。

2.研究的目的与意义：在诸多焊接方法中，GMAW（Gas Metal Arc Welding，GMAW）方法具有众多优点：例如易于实现自动化，具有生产效率高、经济效益可观、可以全位置焊接、接头质量高等，因此成为高效化焊接生产的重要选择之一。

为了适应现代制造业对高效化焊接生产的需求，如何进一步提高GMAW的生产效率，成为近年来焊接领域的热点研究问题。

主要论点与论据：GMAW过程中，如何实现“熔化焊丝的电流＞流经母材的电流”，美国肯塔基大学提出了一种新型的GMAW方法-旁路耦合电弧GMAW（Double-electrode Gas Metal Arc Welding，DE-GMAW）。其原理是利用旁路电弧与GMAW主弧形成耦合电弧并产生电磁、热和力之间的相互作用，通过改变旁路电弧参数可以分别改变作用于熔滴和熔池上的力场分布和热输入，从而可以合理分配焊丝与母材热量，实现了高焊丝熔敷率与低母材热输入的焊接，并有效地降低大焊接电流时的电弧压力，在高效焊接时避免产生焊缝成形缺陷。

同时，该方法对焊接电源的要求较低，采用常规非脉冲电源即可实现对熔滴过渡过程的控制，有利于实现低成本的高效GMAW焊接。

创见与创新：单电源双丝旁路耦合电弧高效GMAW是对常规双丝旁路耦合电弧高效GMAW的改进，该方法采用了一台平特性焊接电源与两把GMAW焊枪，通过特定的接法，可以稳定实现焊接过程，其原理如图1所示：焊机正极与主路送丝机连接，焊机负极分别与旁路送丝机、母材连接;主路电弧在主路焊丝与被焊工件之间燃烧，用于熔化主路焊丝和母材;旁路电弧在旁路焊丝与主路电弧弧柱区之间燃烧，在熔化旁路焊丝的同时分流了一部分流入工件的焊接电流。

单电源双丝旁路耦合电弧高效GMAW具有常规双丝旁路耦合电弧高效GMAW的所有特点：例如焊接效率高、稀释率低、可以通过旁路电弧的分流作用合理分配流经母材的热输入等优点，同时由于仅采用了一个焊接电源，可以显著降低焊接成本，同时减少了多个焊接设备间的同步与配套问题。