等离子复合焊接SUPER-MIG/MAG技术原理

当前各种复合热源的焊接工艺方法越来越成为焊接技术研究与应用的热点，美国焊接学会将“复合焊接”定义为：将两种明显不同的焊接工艺方法组合为一种焊接工艺方法。本文主要介绍等离子-MIG/MAG复合热源焊接工艺方法，也称之为SUPER-MIG/MAG。

SUPER-MIG是把等离子和 MIG/MAG这两种通用的焊接工艺方法组合成一种复合热源焊接工艺。这种新的焊接技术，能够代替或改善绝大多数常规 MIG、MAG、TIG、埋弧焊、等离子焊等焊接工艺，并且还可用于连续搭接焊、缝焊/点焊组合等，适合多种金属材料焊接。

SUPER-MIG/MAG将MIG/MAG和等离子结合在一把焊枪内，系统兼容现有的MIG/MAG焊接系统，适合于自动化（机器人）焊接，图1为典型的SUPER-MIG/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 MIG/MAG 电源和送丝装置、焊枪自动清理装置及焊接机器人。

等离子-MIG/MAG复合热源焊接技术是将等离子弧与MIG/MAG电弧有机复合形成的一种高效优质、低成本的焊接新技术。一体化的焊枪及等离子电源可以与目前常用的MIG/MAG电源简单组合使该技术具有广泛的应用前景。本文介绍了等离子-MIG/MAG复合热源焊接技术的技术原理、工艺与装备特点及其工业应用。

SUPER-MIG/MAG焊接系统的焊枪是MIG/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，MIG/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-MIG/MAG复合热源焊接工艺方法不仅拥有等离子焊熔深大的特点，而且还具备 MIG/MAG焊接熔敷效率较高的特点。图1 SUPER-MIG/MAG机器人焊接系统

在焊接过程中，在等离子弧和MIG/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-MIG/MAG技术中等离子弧为负极和 MIG/MAG为 正极，电流通过两个电极相互作用产生电磁力 F（见图2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。

SUPER-MIG/MAG技术还应用了获得专利的SoftStart(TM) 引弧技术，消除了在引弧过程中所产生的电磁干扰，大大增加了等离子电极的寿命。图2 SUPER-MIG/MAG焊接原理示意图

1–工件、2–等离子流、3–等离子喷嘴、4–熔融金属、5–等离子弧中心、6–焊丝中心、7 –电极之间的夹角、8 - 钨极、9–焊丝、10–MIG 焊弧、11 - 等离子、12–焊丝电流（Iw）方向、13–等离子电流（Ip）方向、14–施加在等离子焊弧上的电磁力（F）、15–施加在 MIG/MAG 电弧上的电磁力（F）

SUPER-MIG/MAG复合热源焊接技术相对传统 MIG/MAG焊接技术具有以下主要特点：

--焊接速度快，是传统MIG/MAG焊的2-3倍。

--与常规MIG/MAG相比，熔深更大。

--因焊接热输入较低，热影响区较窄，不易造成零部件变形。

--焊接飞溅显著减少。

--SUPER-MIG/MAG的焊接质量优良。

--可将等离子电源与传统MIG/MAG电源有机组合，统一协调控制，使等离子-MIG/MAG复合热源焊接技术成为传统MIG/MAG的升级改造。

表1为一个汽车零件的SUPER-MAG与MAG焊接工艺参数。从表1可以看出在其它参数相同的条件下，SUPER-MAG焊的速度较与传统MAG焊提高一倍。

图3为采用SUPER-MAG焊完成的对接与丁字接头，其中10mm厚板仅需焊接两道，角接头的熔深明显大于传统的MAG焊。表2 为1.6mm、2.0mm 和 3.0mm 钢板在在确保焊透的情况下，MAG焊和SUPER-MAG焊两种工艺方法焊接速度与焊接热输入对比。由此可见SUPER-MAG焊的优势。图4为采用MAG和SUPER-MAG焊接6mm碳钢板时的焊接温度场对比，从等温曲线可以看出，SUPER-MAG的能量更加集中，这预示着焊接变形小，焊接效率高。大功率SUPER-MIG的开发，将常规MIG的焊接能力大幅度提高。

1、在美国康明斯公司的排气管自动焊车间，全面使用了SUPER-MAG，提高了生产效率，降低了生产成本。 2、美国Babcock Power公司采用SUPER-MIG焊替代了原有的TIG焊，在保证焊接质量的同时，管子对接焊的效率提高了10倍。他们采用的SUPER-MIG对焊系统，可以将常规立式电弧堆焊效率提高1倍以上，堆焊速度30磅/小时。

3、目前，大功率的SUPER-MIG/MAG配合专门用于角焊缝的T型焊枪，正在20-50mm厚钢板的焊接中推广应用。在风力发电的塔柱焊接、大型船舶焊接、大型输气输油管道焊接等方面，大功率的SUPER-MIG/MAG将更加体现高效优质技术优势。4、SUPER-MIG使用了变极性等离子电源开发的铝合金复合焊接系统，是一种低变形焊接技术，与常规MIG相比，焊接变形减小85%。

（1）等离子-MIG/MAG复合热源焊接技术是一种高效优质的焊接新技术，与传统的MIG/MAG焊接技术相比，焊接速度提高1-2倍。

（2）该工艺方法可以实现低热输入的优质焊接，有利降低焊接变形。

（3）该工艺方法与常规MIG/MAG相比，熔深更大，质量更好。

（4）该焊接系统采用一体化的焊枪，并可将等离子电源与传统MIG/MAG电源有机组合，统一协调控制，使等离子-MIG/MAG复合热源焊接技术成为传统MIG/MAG的升级改造，有利于降低新技术应用成本。

Investigation andapplication of plasma-MIG/MAG hybrid welding technology

DuBing Harbin Welding Institute, Harbin150080, China

Wang Changchun Beijing Golden BridgeMetallurgical Equipment Technology Ltd.

Beijing 100054,China

Abstract Plasma-MIG/MAG hybrid welding is high efficient,quality and low cost welding process which integrates Plasma and MIG/MAG intoone new welding technology. The feature of integrated welding gun andcombination of plasma power source with normal MIG/MAG power source makes itwide application. The paper presents the technical principle, equipment andindustrial application.

Keywords: plasma, hybrid power source, SUPER-MIG/MAG, Welding system