1.不同气体配比的高效焊接方法及特点

（1）T.I.M.E焊接T.I.M.E.焊接工艺（Transfer Ioniｚed Molten Energy Process）由Canda Weld Process公司的J.Church在1980年研究成功。T.I.M.E.工艺仍为MAG焊范畴的方法，是具有代表性的高熔敷速率的焊接工艺。与普通MAG不同的是，T.I.M.E焊工艺是采用四元保护气体，各种气体成分分别为Ar（65％）+He（26.5％）+CO₂（8％）+O₂（0.5％）。通过这种不同比例混合保护气体，可以实现稳定的锥形旋转射流过渡，从而可以突破传统的MAG焊电流极限，防止了在普通MAG焊大电流时不规则的旋转射流过渡和较大的飞溅，如图12-6所示。其中He和CO₂的作用在于控制产生旋转射流的临界电流和旋转射流稳定性，加入少量的O₂，可以进一步提高熔滴过渡的稳定性。采用上述混合气体保护，再辅以合适的焊丝伸出长度（长度可达35～40mm），能够显著提高焊丝熔化速度，而且T.I.M.E.焊接一般采用φ1.2mm或φ1.6mm的细焊丝，在500～700A的大电流下进行焊接，使焊丝伸出长度上的电阻热增大，送丝速度突破了MAG焊的最高速度15m/min的限制，提高至50m/min，从而大幅提高了熔敷速度（熔敷速度是传统MAG焊的三倍）。

图12-6 T.I.m.E焊的电弧形态

从20世纪90年代初开始，T.I.M.E.焊工艺在加拿大、欧洲、日本等国家得到了推广，但由于采用四种成分的混合气体，尤其是由于He的加入，使得T.I.M.E.焊的保护气体成本较高，为此，各国在开发和应用T.I.M.E.焊工艺的同时，也针对具体应用要求开发了基于三元或二元气体的T.I.M.E.焊替代工艺［^{9，10，11］}，如瑞典AGA公司的RAPID MELT，日本OTC的HIGHMAG等，其主要出发点与T.I.M.E.焊相同，都是通过采用适当的保护气体，将传统的MAG焊极限送丝速度即电流提高，从而提高熔敷速度。

由于T.I.M.E.焊工艺大幅度提高了焊丝熔敷速度，即使与传统埋弧焊工艺相比，也有其自身独特的优越性：①工艺适应性强；②操作简便；③易于实现机械化和自动化；④焊接成本低，经济效益可观；⑤电弧控制性好，获得稳定熔滴过渡形式的电流区问宽；⑥耗材成本低（T.I.M.E.焊的焊丝、气体与埋弧焊的焊丝、焊剂相比）；⑦设备耗能低，还可用于其他焊接方法；⑧焊缝金属氢含量低等^［11］。

（2）LINFAST焊接^［12］

为了降低富含He的T.I.M.E.焊工艺的成本，焊接工作者试图采用简单的二元或三元混合气体，来获得稳定的高效焊接工艺过程。在这方面比较有代表性的是德国LINDA公司推出的LINFAST焊接工艺。LINFAST焊接工艺的基本原理是在保护气体的选择上除了具有保护功能之外，还要使得焊接电弧的形态以及熔滴过渡过程得到有效的控制，从而实现稳定的旋转射流过渡，满足提高焊接效率、改善焊接质量的要求。LINFAST根据不同的焊接规范区问和不同的应用场合，选择不同的保护气体，以降低气体的成本。例如，在较低的送丝速度范围（15～20m/min）内，LINFAST采用82％Ar+18％CO₂气体，CO₂气体的加入，可以提高焊接电弧的挺直度，使电弧收缩，熔深加大，同时对焊缝金属还有清洁作用。如果为了提高焊缝的熔深，则可以加入20％～30％的He。常用的LINFAST保护气体成分见表12-1。

表12-1 常用的LINFAST保护气体成分

其中CORGON^RHe30保护气体脉冲射滴过渡焊：较好的焊接性，熔深增大，小变形，少飞溅，少氧化；CORGON^RHe25S保护气体脉冲旋转过渡焊：焊缝成形好，较高的熔敷速度，旋转过渡；CORGON^R He25C保护气体脉冲旋转过渡：低的气孔形成率，较高熔深。图12-7为不同保护气体的MAG焊接LIN-FAST焊缝成形情况^［6］。(www.daowen.com)

图12-7 不同保护气体的mAG焊接LINFAST焊缝成形

a）单丝MAG焊接 b）双丝MAG焊接

（3）RAPIDMELT焊接

RAPID MELT焊接工艺是瑞典AGA公司研究的一种新的焊接工艺方法，和T.I.M.E.焊接方法相似，它也是通过改变保护气体的成分，来改变焊接电弧的物理特性。它在保证焊接质量的前提下，使得焊接熔敷速度得到很大的提高。和传统的MIG/MAG焊接方法相比较，RAPID MELT大幅扩展了传统的MIG/MAG焊接的规范区问，从而使得焊接生产效率得到提高。采用MISON8（Ar/8％CO₂/0.03％NO）气体保护进行的RAPID MELT焊接试验，焊丝的熔敷速度从传统的射流过渡的8kg/h提高到10～20kg/h，其中添加的NO减少焊接过程中产生的臭氧。RAPID MELT通过合理匹配送丝速度、电弧电压、保护气体和焊丝伸出长度等焊接参数，来实现不同的熔滴过渡形式，从而获得较高的熔敷速度。

（4）RAPID ARC焊接

通过改变保护气体成分，对提高焊接速度也会有一定的作用，其中比较成功的是瑞典的AGA公司的RAPID ARC焊接法。如上所述，该公司的RAPID MELT焊接法是T.I.M.E.焊的一个变种，适用于焊接厚板，而RAPID ARC焊接法则是专门用于焊接薄板的。RAPID ARC采用高速送丝、大伸出长度和低氧化性气体MISON8（该公司的专利产品），增强了熔池润湿性，因而焊缝与母材过渡平滑，并且焊缝平坦，从而可在1～2m/min的速度下进行焊接而不出现成形缺陷。这种焊接方法已经成功地在欧洲市场上应用。

2.新型焊丝材料

目前提高熔敷速度的手段中，应用最为广泛的是采用药芯焊丝代替实心焊丝进行焊接，采用金属粉芯焊丝可比实心焊丝的熔敷速度提高50％以上。①实心焊丝适用的直径为φ1.0～1.2mm，过细的焊丝不能适应高速送丝，而直径大于1.2mm的焊丝，即使在大电流下也不易产生稳定的旋转电弧过渡。药芯焊丝可以采用1.2～1.6mm的直径。②金属粉芯和造渣型药芯焊丝均可用大的焊接参数实现高效MAG焊。尤其是金属粉芯焊丝，由于金属粉的填充率可以高达45％，所以采用φ1.6mm的金属粉芯焊丝，以380A和38V的焊接参数焊接时，其熔敷速度高达9.6kg/h。金属粉芯焊丝的熔滴过渡相似于实心焊丝。药芯焊丝可以用常规喷射过渡和高速短路过渡形式焊接，但不可能产生旋转电弧过渡。金红石药芯焊丝的最高送丝速度可达30m/min，碱性药芯焊丝送丝速度的上限为45m/min，熔化速度最高可达20kg/h。

调整保护气体的成分可以大幅度地提高焊丝的熔敷速度，药芯焊丝在提高焊接效率的同时，也可以大幅度提高焊接接头的力学性能。