摘要：电弧复合焊在我国的使用量不高，人们对电弧复合焊接在工艺和设计方面缺乏深刻的认识，导致电弧复合焊接的应用受到极大的限制。
关键词：等离子弧焊接；CO2弧焊接；焊接工艺性
引言
伴随生产加工技术飞速发展，我国工业已经朝着现代化、自动化、智能化方向发展，对机械设备及相关零部件加工制造精度不断提高，相关元件复杂度随之增强，用以满足日益提高的工业生产制造需求。其中，金属作为常见的加工材料，其自身化学性质、物理性质、机械等性质存在差异性，无法完全满足机械加工及生产制造需求，为此需通过焊接将异种金属整合在一起，使其物理性质、化学性质、机械等性质均符合生产制造标准。然而，相较于西方发达国家，我国异种金属焊接工艺研究基础相对薄弱，未形成极具导向性的工艺标准，用以整合低碳钢与低合金钢，这也为开展相关研究活动提供机会。基于此，为使低碳钢与低合金钢得以有效焊接，探究相关焊接工艺显得尤为重要。
1低碳钢与低合金钢焊接前的准备
技术人员需在施行焊接工艺前，仔细研究低碳钢与低合金钢产品图纸，观察产品结构设计特征，明晰焊接重点、要点及难点，为提高焊接工艺应用质量奠定基础，待明晰焊接方向后，技术人员需依据焊接工艺施行标准，仔细检查焊接单件，确保相关零件符合焊接要求，从根本上保障低碳钢与低合金钢焊接质量，选定优质零件并清除表面油渍、灰尘、氧化皮、铁锈等污垢，装备顺序需科学合理，避免零部件在焊接过程中发生形变现象，确保低碳钢与低合金钢焊接工艺科学有效。为提高低碳钢与低合金钢焊接质量，技术人员可在总结以往工作经验同时，立足二者焊接实况，编制焊接工艺前期准备制度，引导技术人员高效完成相关工作，推动工业生产制造行业朝着标准化、制度化、科学化方向发展，继而有效提升低碳钢与低合金钢焊接工艺施行成效。
2等离子与CO2电弧复合焊低碳钢的实验
2.1实验所用设备
本实验旨在进行等离子与CO2电弧复合焊低碳钢的工艺研究。在实验过程中通过改变送粉量、焊接速度以及电流，观察焊接过程并对焊缝进行分析总结，主要设备包括ＲEIS机器人、粉末等离子焊机、CO2气体保护焊机、高速摄像设备等。
2.2实验所用材料
本实验所选用材料为低碳钢Q235，由于其含碳量低，锰、硅含量较少，所以一般条件下不会因焊接而产生严重硬化或淬火组织。其焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后不必通过热处理改善组织，焊接过程不用采取特殊工艺措施，焊接性能优良。但在少数情况下，焊接时也会出现下列情况：（1）采用老式冶炼方法生产的转炉钢含氮、杂质量较多，冷脆性大，时效敏感性增加，使焊后接头质量降低，焊接性能变差。（2）沸腾钢脱氧不完全，杂质分布不均，局部地区含量超标，时效及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。（3）采用质量有缺陷的焊条，焊缝金属中的碳、硫含量过高，产生裂纹。（4）某些焊接方法会影响低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的晶粒粗大，引起冲击韧度下降，焊后必须进行晶粒细化的正火处理，以提高冲击韧度。通过分析，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。
3低碳钢与低合金钢焊接具体过程
技术人员需依据自身工作能力、焊接条件、元件参数等因素，合理选择焊接方法，通常情况下技术人员会选择熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊、手工电焊等方法，确保低碳钢与低合金钢焊接工艺符合工业企业加工及制造标准。基于不同接头热影响区域有所差别，有时会出现近似于淬火的状态，为此需技术人员可以免去焊后热处理环节，如若技术人员应用电渣焊焊接方法，需通过回火处理抵消该方法线能量较大带来的消极影响，必要时技术人员需秉持创新实践原则，在总结以往工作经验基础上，将若干焊接方法融合在一起，旨在完成低碳钢与低合金钢焊接任务。待明确焊接方法后，技术人员需合理选择焊剂、低氢焊丝，避免低碳钢与低合金钢在焊接过程中出现裂纹，影响焊接成效[2]。在焊接过程中极容易出现未焊透、应力集中等问题，使结构出现热裂纹，降低结构稳定性，为此技术人员需合理掌控焊缝错变量，例如技术人员在焊接厚度相同的低合金钢、低碳钢材料时，若板材厚度≤20mm，则错变量需以1/8为标准予以控制，确保错变量≤5mm，若板材厚度≥20mm，则错变量需以板材厚度1/6为标准予以控制，确保错变量≤8mm。技术人员在规范焊接参数后，需依据焊接实况确定焊点、焊缝，以≤40mm为标准控制焊缝，同时检查焊缝、焊点内是否有杂质，是否存在裂缝等其他影响焊接质量的问题，确保低碳钢与低合金钢焊接质量符合相关标准。
4低碳钢与低合金钢预热温度选择
在低碳钢与低合金钢焊接过程中，容易发生冷淬问题，尤其在低碳钢与低合金钢强度存在极大差异时，该问题会异常突出，严重影响二者焊接综合成效，为此技术人员在焊接时需科学选择预热温度，确保二者可有效适应焊接工艺，然而预热会对焊接接头造成影响，使其发生冷却缓慢，焊接头处结构受热量影响范围不断扩展现象，相关组织韧性、塑性随之降低，且还会出现组织粗大等情况，无法保障焊接精度，影响低碳钢与低合金钢焊接后的力学性能。基于此，技术人员在焊接过程中，需科学选择预热温度，通常情况下技术人员需以焊接性较差的金属元件为标准设定预热温度，并可以采用实验法、公式法等方式进行计算，而后以碳当量得出预热温度。综合低碳钢与低合金钢及相关焊接元件实际厚度、性能等条件，可以采用以下公式对二者焊接预热温度进行估算：[C]化=C+Mn/9+Cr/9+Ni/18+Mo/13，其中，算式中的英文字母代表低碳钢与低合金钢主要的化学成分，相关元素与数量之比，形成实际质量分数。低碳钢与低合金钢焊接厚度计算公式为：[C]厚=0.005δ[C]化，其中δ表示焊接元件厚度，厚度对焊接预热温度选择具有极大影响，为此需通过计算得出精准数值。在整合以上两个计算公式基础上，可以得出低碳钢与低合金钢碳当量总量计算公式为：[C]总=[C]化+[C]厚=[C]厚×（0.005δ+1），同时可直接算出预热前温度值，相关公式为T预=350√[C]总—0.25，将低碳钢与低合金钢厚度带入算式，便可得出预热温度，以此为由控制相关温度，旨在为高效完成二者焊接任务奠定基础。
5粉末等离子堆积与CO2气体保护焊复合
用45#钢进行粉末等离子堆积与CO2气体保护焊复合焊接，分别记录在不同送粉量、焊接速度、等离子电流以及CO2气体保护焊电流下复合焊接后的工件情况。经分析发现，在上述各因素变量中，随着变量因子的改变，焊接后的工件的表面质量也各不相同。由上述实验得到的试件测得其熔宽如表所示。
由表可知，在送粉率、焊接速度、粉末等离子电流及CO2气体保护焊电流不同的情况下，所得熔宽及焊件表面质量各不相同。经分析可得，实验四中，当送粉率为18g/min、焊接速度为4mm/s、等离子电流为100A、CO2气体保护焊电流为160A时，焊件的熔宽最大，为8．84mm，且焊缝成形规则边缘处过渡圆滑边，成形质量美观，表面质量最好；实验九中，当送粉率为24g/min、焊接速度为6mm/s、等离子电流为100A、CO2气体保护焊电流为80A时，焊件的熔宽最小，为4．18mm，且焊缝成形不规则，出现驼峰焊道与咬边等焊接缺陷，表面质量最差。由此可知，得到的最佳实验参数为第四组实验所用的实验参数；取最大熔宽两组实验数据进行比较（即实验四、实验七）可知，焊接速度对焊件的表面质量影响最大；取复合焊接与常规单一粉末等离子焊接或CO2气体保护焊接相比，不仅可以达到焊接工件的目的，且可以进行表面强化处理，例如对焊接件的改性等，均可以通过复合焊接来实现。
结语
本文开展了粉末堆积等离子与CO2气体保护焊接夹具的制作，使这两种原本用途不同的焊接方法结合起来，对不同参数下的焊接件进行研究和分析，并获得了在不同因素下的高速摄像照片。取得了以下主要成果及结论：（1）研究了复合焊接过程，首先对粉末堆积等离子焊接与CO2气体保护焊接的特点进行研究分析，在已有专用夹具实验的基础上，考虑在送粉率、焊接速度、粉末等离子电流及CO2气体保护焊电流不同的情况下，所得熔宽及焊件表面质量各不相同。（2）取最大熔宽两组实验数据进行比较，即由实验四、实验七可知，焊接速度对焊件的表面质量影响最大。（3）由高速摄像装置可知，在焊接过程中，CO2气体保护焊首先对低碳钢进行焊接，而后粉末等离子焊对焊缝进行表面强化处理，增加了焊件的表面质量。
参考文献：
［1］张红．等离子弧填丝粉末堆焊设备的研究［D］．天津：天津大学，2007．
［2］陈全明．金属材料及强化技术［M］．上海：同济大学出版社，1992．
论文作者:王鑫铨,常天亮
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/4
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