双面电弧焊接工艺论文

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一、双面电弧焊接工艺介绍

应用等离子热源进行焊接工作的过程中，因为具有较大的电弧动压力和收缩力，会产生较深、较宽的焊缝，这是穿孔型等离子弧焊接方法最显著的特点。在应用该工艺进行焊接处理时，被焊接母材上有大量的等离子焊（PAW）电流流失现象，等离子流能够在电弧的作用下作用于材料的孔洞中。穿孔型等离子弧焊在实际过程中会浪费一部分能量，无法对较厚的材料进行焊接操作，对不同材质的焊接厚度都有明确的要求。当焊接处理时的等离子流作用于孔洞的情况下，在一定程度上可以抵消部分耗能，会加深焊接溶身。遵循PAW工艺的工作原理，可以采取将TIC电极加入到等离子焊电极的方式，并分别接于焊接电源的输出端，这样就会形成电源、电极、工件、电极、电源的电流回路，对传统的焊接电流模式进行改造和优化，从而确保电流能够透过小孔，对耗能进行最大限度的补偿，大大提高焊接性能，焊接厚度更大的母材。双面电弧焊接（DSAW）的穿透能力较强，能够减少电流耗能，提高了材料的利用率，操作步骤简单，处理环节相对单一，可以完成I形坡口焊接工作，也可以用于较厚木材的焊接，应用范围极广。应用该工艺进行工作的过程中，电流得到了充分的利用，热效应较高，能够将焊接能量作用于小面积范围内，不会影响其他部分的材料，效果明显，不会出现变形的状况，无需进行后期修补工作，大大提高了焊接质量，对生产效益的提升具有很大的帮助。

二、双面电弧焊接物理过程分析

（一）电弧收缩效应

将双面电弧焊接、TIG焊（TungstenInertGasWelding）焊枪同等离子焊焊枪、VPPAW电源进行组合应用的情况下，处于EN周期内会出现收缩的状况，同传统等离子焊接工艺处理后的形状有明显的不同。但在应用G-PAW及双面电弧焊接焊接工艺的时候，如果处于EP周期内，则会使得等离子弧作用在一个位置上。在以上两个不同的周期内，通常将焊接溶深的确定归根于EN周期。由此可见，电弧收缩效应的根本原因是双面电弧焊接的熔深影响，在此作用下可以提高热能的利用率，处理中厚度材料，不会造成较宽的焊缝。应用双面电弧焊接工艺进行焊接处理时，为了形成焊接回路，可以对电流利用TIG焊枪进行引导，从而导致电弧能够直接穿透匙孔，使热能汇聚在一个工作点，熔透能力明显增强。同时也要注意到在焊枪的引导下，作用于工件的电流还存在感应磁场，而磁场轴线方向则为电流的主要流向，将电弧、电流组合成为一个整体，进一步增大收缩效应，焊接熔深显著加深，生产效益大幅度提高。

（二）电磁场分析

双面电弧焊接过程中会产生的电磁场，但电位梯度在被焊接工件与电极之间存在很大的差异，会形成焊接电流的电磁场Fm及电场力Fe，分别相应的计算公式得出。其中电流的电磁场在x、y两个方向上都存在分量，即fm（x）和fm（y），在y方向的fm（y）会使该方向上的等离子粒子速度加快，缩短作用于工件的时间，而在x方向的fm（x）会使该方向上的电流集中在一起，同工件距离逐渐缩短的同时电流慢慢减小；同理，x、y两个方向上也都存在电场力Fe的分量，即为fe（x）和fe（y），fe（y）会使该方向上的离子加速，极快达到工件位置，而x方向的fe（x）存在发散电流的现象，但不同的是随着与工件距离的缩短，电路强度会逐渐增大。

（三）熔池流场分析

通过模拟实验的方式对双面电弧焊接工艺进行分析，可以发现其熔池流场受浮力、电流电磁力及工件表面张力的影响，研究不同因素对熔池形状变化的干扰。熔池金属在不同张力的作用下会产生定向流动，方向为从内到外，熔池的宽度呈现出逐渐缩短的趋势。金属熔池在浮力的影响下会出现两种不同方向的流体，其中在下表面中，流体方向同焊接电流产生的电磁场方向相一致，都为从外到内，可以扩展熔池深度；而上部焊接工件的单面工作与浮力产生作用在时间上同时发生，其流体的方向是从内到外。工件焊接部位会通过大量的电流，这就导致电流电磁场的强度更大，另一方面由于焊接熔池的传热与流体流动的作用，会进一步增大磁场强度，磁场下形成从外到内的熔池流向，为挖掘焊接熔池提供了有利的条件，也对焊接熔深的增大有很大的帮助。

三、结语

由于焊接工作的特殊性，设备结构比较复杂，很容易引发焊接质量问题，双面电弧焊接工艺的应用有效的解决了这一问题，成为不同行业领域的首选焊接方式。双面电弧焊接工艺可以对被焊接工件的两侧进行加热处理，热量集中度高，提高了资源利用率，保障了焊接质量，不存在变形的状况。无论是单电源还是双电源双面电弧焊接工艺，都明显优于其他焊接工艺，能够简化焊接工作环节和步骤，操作方便，能够进行灵活的调节和控制，焊接效果极佳，焊接熔深增大，具有极高的应用价值。

作者:郎书科单位:中国石油集团渤海石油装备制造有限公司