浅析等离子—MAG复合焊接薄板焊接工艺

李冬艳　罗竟涛　郑宏良　沈永飞　刘吉念

摘要：文章介绍了等离子-MAG复合焊接的特点，两种焊接技术的结合改善了焊接工艺性，通过对等离子、MAG参数的合理设置，减少焊接变形，提高对安装误差的包容性，改善了单面焊接双面成型的焊接质量，是一种有着广泛发展前景的焊接方法。

关键词：等离子-MAG复合焊接；薄板焊接工艺；单面焊接双面成型；焊接变形；焊接结构 文献标识码：A

中图分类号：TG456 文章编号：1009-2374（2015）15-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.033

随着制造业的发展，尤其是汽车制造行业，焊接结构复杂化、多样化对焊接技术提出了新的需求，复合式的焊接技术应运而生；随着轻量化的提出，不同材料、不同板厚对焊接也提出了更高的要求。等离子-MAG复合焊接技术将两种不同的焊接工艺方法组合为一种焊接工艺方法，充分利用等离子挺度好、熔深大、焊接速度快、MAG熔敷率高、焊缝成型性好的优点，本文就等离子-MAG焊接技术在薄板焊接的工艺性进行阐述。

1 等离子-MAG复合焊接原理

色列激光等离子技术有限公司研制的SUPER-MAG焊接系统是将焊枪是MAG焊枪与等离子焊枪的一体化设计，焊枪内包含等离子电极，该电极在焊接前缘位置形成等离子弧，并在母材内生成匙孔，MAG电弧与等离子弧形成复合热源，焊丝连续熔化并填充熔池。因此，这种等离子弧-MAG复合热源焊接工艺方法不仅拥有等离子弧焊熔深大的特点，而且还具备MAG焊熔敷效率较高的特点。在焊接过程中，在等离子弧和MAG电弧的作用下，焊丝加热并熔化。形成金属熔滴进入熔池。在SUPER-MAG技术中等离子弧为负极，MAG为正极，电流通过两个电极相互作用产生电磁力F，如图1所示，电磁力F牵引等离子弧向焊接熔池前方移动，而且等离子弧在高速焊接过程中尾随焊枪轴线。增加了等离子弧的刚度和稳定性，进而大幅提升了焊接熔深和焊接速度，飞溅也得到控制。

图1 等离子 MIG/MAG焊接原理示意图

2 等离子-MAG复合焊接设备的组成及工艺试验

SUPER-MAG将-MAG和等离子弧结合在一把焊枪内，系统兼容现有的MAG焊接系统，适合于自动化（机器人）焊接，图2为典型的SUPER-MAG机器人焊接系统。主要包括一体化焊枪、控制主机（包括等离子电源）、常规MAG电源和送丝装置、焊枪自动清理装置及焊接机器人。该系统中，复合焊枪等离子采用正接法，MAG采用反接法。

图2 等离子-MAG焊接设备组成示意图 图3 夹具原理示意图

第一，等离子-MAG基本工艺参数设置：焊接速度、送丝速度、等离子电流、等离子气流、磁场控制，由于MAG的电流和电压受到焊接速度的影响，暂时不作为单独因素。

第二，自制实验夹具，如图3所示，需要尽量接近实车时的夹具状态，同时为便于找到合理的夹持状态指导实车焊接，夹具需位置可调，夹具可以调节位置和多层板厚夹紧，保证实验过程中调节夹具的位置和板材间的间隙。

第三，板材的选择，根据车身选用最多的板材为BLD，实验前不作特别处理，以便最接近实车焊接

条件。

3 实验结果与分析

通过大量针对性实验，找出等离子-MAG单面焊接双面成型焊接薄板时，在不同焊接条件下，不同规范参数，焊接变形问题，焊接形式对焊接效果的影响。

等离子-MAG复合焊接实际是在等离子现行预热的情况下与MAG复合焊接，与传统单独MAG相比，初始条件变为等离子的预热，且对焊件有初次焊接的作用，因此在两种热源的作用下焊接的过程更加复杂。

薄板焊接温度场函数为二维温度场，该模式下，焊接前进的方向、温度分布在热源前方温度梯度较大，在后方温度梯度较小，因此在焊接完成后，缺陷容易在收弧处产生。与单独MAG相比，等离子-MAG复合焊接整个过程为等离子预热焊接后，随其后的MAG类似第二道焊接，可以为等离子进行热处理，而MAG在完成焊接后，通过对等离子的弧延时收弧，可以延缓焊点/焊缝的冷却速度，改善焊接效果，使焊接成型良好。

单面焊接双面成型薄板焊接时，由于热传递从上层板传递给下层板，随着上层板厚越厚，熔透需要的热量就越大，因此，在其他条件相同时，随着上层板厚的增加，熔透上层板的热量需求越大，等离子、MAG的电流随着上层板厚的增加电流呈增大趋势。在参数选择时，要以上层板为主导板选择合理的参数。

从上而下的热传导方式，使得薄板焊接对装配间隙非常敏感。单独MAG焊接时使用大的电流，大量热量聚集在上层板，直到上层板熔穿后才能向下层板传递热量，进行焊丝填充，才能完成焊接，这样容易产生焊接缺陷，即上层板焊穿，下层板却还未熔透，且在薄板焊中，由于热量大量输入，板材变形严重。

等离子-MIG/MAG复合焊接时，即使有间隙存在，可通过增大等离子的电流，利用等离子热量集中，熔深大的优点，对上层板加热形成小孔，熔化金属可以起到很好的搭桥效果，在此基础上，MAG以适当的电流进行焊丝的填充，不仅降低了装配的要求，也减少了焊接

变形。

单独MAG焊接和等离子-MAG焊接效果的对比，宏观上即可看出复合焊接对焊接效果的改善。

在焊接形式的改变后，焊接后的残余应力的不同，引起板材变形，改变焊接形式后，减少焊接应力造成的变形，相同条件下，焊接形式不同，焊接厚度整体效果对比，焊接在横向上的形变量基本在3～5mm，在纵向方向上形变基本在2～3mm。图4采用的是点焊的方式焊接，在焊点距离达到大于等于40mm时，焊件在各个方向基本没有变形，因此通过焊接形式的改变可以很好地改善焊接变形问题。

图4 点焊形式的变形情况

薄板焊接双面成型时，在等离子的预热作用下，焊点中心较普通MAG焊接的问题有很大提高，上层板焊点中心区域最先熔化，熔化的母材、焊丝沿着该点深度方向熔融体起到了很好的搭桥作用，在间隙存在的情况下，母材的材料和等离子预热时间以及所用的MAG焊丝对搭桥作用都有较大的影响。

4 结语

通过大量的实验和分析不难发现等离子-MAG复合在薄板焊接上提供了一种新的焊接方法，改善了单独MAG的焊接效果。同时，等离子预热焊接起到的搭桥作用，提高了等离子-MIG/MAG焊接的对装配间隙的包容性。值得注意的是，等离子-MAG单面焊双面成型时，需要根据主导板厚选择焊接参数。通过对焊接形式（缝焊、点焊等）、焊接约束的改变，可以有效改善薄板焊接后的变形问题。等离子-MAG焊接工艺不仅可以在焊接上实现全位置焊接，应用范围广，还提高了焊接效率。

参考文献

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作者简介：李冬艳（1986-），女，广西桂林人，上汽通用五菱汽车股份有限公司助理工程师，研究方向：汽车工艺设计，新型焊接设备、工艺的分析、研究与应用推广。

（责任编辑：秦逊玉）endprint