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通过引入多丝焊提高能量效率和材料效率本文分析比较了不同保护环境下的多丝焊和单丝焊文章第一部分介绍了多丝电极焊的设 备以及单丝和双丝的比较第二部分以熔敷率为基础来确定焊接过程的生产效率第三部分 把能源效率定义为焊接成本效益的标准关键字：电弧焊，多丝焊，能源效率，韧性引言：焊接是一个复杂的多学科交叉的技术，需要耐用的现代化制造的新机器，受到长时间教育的 工人以及最近大部分制造技术的学习一个焊工应该具有高的素质，定期学习，并且具有好 的精神和身体在电弧焊的过程中，可以通过多种方法提高生产力在生产实际中，为了得 到更高的生产力，双丝电极、多电极、加冷丝、加金属熔剂、增加焊丝干伸长和其它的一些 方法正在使用在不同保护环境下的单丝焊已经被硏究了一个世纪但是，多丝电极焊和多电极焊才被发现 了大约半个世纪这两种技术都已经被用于埋弧焊过程在十九世纪八十年代至九十年代，多丝焊的设备逐渐诞生比较重要的有很多，首先是双丝 埋弧焊、三丝埋弧焊和多丝电极埋弧焊，然后有了双丝电极气体保护焊和双电极气体保护焊, 保护气体使用的是混合气体在当今，多丝电极焊主要用于所有等级的钢的焊接双丝电极气体保护焊，两根焊丝通过一 个单一的接触管送丝，由一个电源供电，因为有特别强烈的飞溅，所以无法达到。

最近的双电极气体保护焊已经加了电脑同步控制的脉冲电源，脉冲电流的添加是为了使焊丝 交替燃烧，产生一个可控的、周期性的、交替的的、没有飞溅的熔滴过渡过程问题的描述基于实验测量的熔敷率、单位填充金属熔化的能源消耗、热输入，做一个单丝焊和多丝焊的 比较，焊接参数都相同实验中的焊接方法包括：单丝埋弧焊、双丝埋弧焊、三丝埋弧焊和双电极气体保护焊，焊丝 有1.2、1.6、2.0三种不同的尺寸在埋弧焊中使用金红石系数，气体保护焊使用82%Ar和 18%CO2的混合气体作为保护气体实验设备介绍图一为三丝电极埋弧焊装置示意图，图l.b和图l.c是接触管的截面，包含三根焊丝焊丝 可以排列在--条直线上，也可以排列成三角形这套装置允许三丝焊接焊接方向进行调节, 这意味着在焊接过程中，焊丝可以一个接一个在焊接方向上排列或者肩并肩或任何可选的两 者之间的排列°焊丝排列为三角形的情况下，三角形的边长可以选择，三角形在焊接方向上 的位置也是可选的，可能的焊接方向被标记为"X〃轴三丝电极埋弧焊有许多不同的应用绝大部分三丝焊被用于修复破损的表面或是焊接较大 的焊缝焊丝排列为一个三角形的三丝电极焊，用来焊接不对称的组件或是厚度不同的工件 之间的焊接。

三丝电极焊的三根焊丝可以是相同或是不同的，材料也可以是相同或者不同的 如果移除一根焊丝，则得到了双丝焊的焊接装置；如果增加一根丝，则得到了四丝焊的焊接 装置装置上的焊丝数目以及他们的排列取决于待焊工件的类型和表面形状图二十双丝气体保护焊的焊接装置示意图，保护气体是混合气体，接触管上有两根焊丝但 是在这种情况下每根焊丝都有一个接触管，他们是电气绝缘的，毎根焊丝都有自己能源送丝 系统那意味着线速度可能是不同的，焊丝中的电流也可能是不同的电源供给系统是通过 一个特殊的控制单元进行同步的两根导线和电流馈送系统互联共同「脉冲电流在最近的焊接 电源中经常使用双丝焊可以用来焊接表面或者薄板，例如在制造压力容器、储罐、短管等产品批量生产中 它可用于所有钢种的铝合金实验过程和结果：上述系统用于硏究所用焊丝数目对熔敷率、能源效率和材料使用率的影响釆用三丝焊的装 置进行单丝埋弧焊、双丝埋弧焊和三丝埋弧焊，焊接参数是不同的双丝焊的装置用来进行单丝气体保护焊和双丝气体保护焊，焊接保护气体采用混合气体熔化率实验结果是用来计算熔化率的，即单位时间填充金属熔化的长度或质暈、能源效率和材料的 质量损失飞溅Figure 3. Melting rate as a function of h elding current and number of wires In submerged arc welding (SAN^ (rutile flux) and in gas shielded sre welding (GMAWX (82Ar + 18COJ; wire diameter: 1.2 mm. wire extendon length: 20 innh distance among wlrw: 7 mmSlika 3. Ufinak hrzinc topljenja u ovisnosti od ja^ine Mruje i hroja /ica kod /avarivanja pod /attitnim pratkom (SAWIni) i u zaititnom plinu (GMAW)> (K2Ar * 18(*(),); pro- mjer Jice: 1.2 mm. slobodni kraj Hee: 20 mm. udaljenost izmedu2ioi:7mm图3表明了在埋弧焊和气体保护焊焊接中，熔化率被电流强度和焊丝数日所影响。

焊丝直径 1.2mm,焊丝在焊接方向成一条直线能量输入时平均每单位焊丝长度上的热输入图1所示装置是用于单丝、双丝和三丝埋弧焊 的装置图2所示装置用于进行单丝、双丝和三丝气体保护焊，保护气体在第二节开头已经 讲过然而，在多丝气体保护焊中，焊丝数目的改变并没有导致熔化率的提高在单电源的多丝焊 中，一个很短的时间里将有很大的电流流经伸出的焊丝，比焊接电极有不同的电源时要大得 多每根焊丝的平均电流是相同的，在焊丝干伸长中，短时间的大电流的影响要比长时间小 电流的影响大得多，虽然在这两种情况下，时间和电流的乘积时相同的，通过焊丝的电流能 量可以通过方程1描述：E = /2^-J^p(L)-dLI:电流t:时间L：焊丝干伸长s：焊丝截面Uii积p：焊丝抗拉强度图3表明在埋弧焊中熔化率随电流强度和所用焊丝数目的增加而增加当电流增加时，熔 化率并不随之线性增长，而是稍呈指数方式成长可以看出，在相同的焊接条件下埋弧焊的熔化率要高于气体保护焊5.02.5I55 2,0 mm/01.6mm y01；2 mm////7//////Z//730.027.525.022.520.017.515.012510.0,00 150 200 250 300 350 400 450 500I/AFipsne 厶 Melt mt rate m ■ fanctioii of welding cwnrnl and wire diameter (it) hi tvbvnrqtcd art wrldi^x with tdplc^wirv electrode; wire eitentkHi keectii: 20 mm« dhtaiKt ・mo・£SMm4. I &・sk brriiK topljenja u o%h»o%ti od jaMwe vtrujr I pro mjera Hee (0) /a pri，・vad^anju podBim pralkom > troMaoom ekktrodom; Uobodnl kraj Her: 29 tng udaljeeml i/mka: 7 mm图4描述了三丝埋弧焊中随着焊丝直径的变化，熔化率的变化情况。

这个图表明在焊接过程 中焊丝的直径和电流强度会强烈影响熔化率这意味着在同样的电流下，当焊丝直径变小时, 填充金属会熔化的更多，这从物理学的观点来看也是比较符合逻辑的除了通过实验得到所 需数据，埋弧焊和气体保护焊的熔化率也可以通过数学建模获得焊接过程的效率熔化率是焊接工艺唯一的指标，另一个很重要的指标是能源效率，即焊接过程的效率在书 面的定义中，可以发现描述焊接过程的效率，焊接电弧的效率，原材料的利用率或其他任何 效率多种描述通常认为，焊接过程的效率是电能转化为热能，热传递到工件的效率，在电弧焊接过程中, 通常在50%到98%之间但是众所周知，电能通过电弧转化为热能，电弧的热量并没有全部用来焊接工件焊接过程 中大量热量散失，一些热量传播的能量传入工件通过热传导散矢，有些则通过热辐射散失到 空气中散失的能量的多少取决于焊接工件的材料类型和厚度，焊接参数，焊接形状和屏蔽 介质类型根据一些文献的描述，将焊接效率描述为能源能源消耗效率更合适，并称之为熔化效率可 以用方程2算出：空Joo (2)7 i.u理论上1340J能量可以熔化lg焊丝M…填充材料熔化质量1“…电流强度U■…电弧电压方程2提供了个人焊接工艺的能源效率的效率比较。

在多丝焊接中能量损失比单丝焊耍小得 多，可以证明，多丝焊的能量效率会更高35SAWtlriple wire z‘SAS// twin wire 一✓✓ “••••丿i •••••・▼产"J■"/ // /一..■ 25.厶亠rsAv^ >ne wi八/.• ・・ jr//GMZ her of wires in submerged arc welding (SAW) and in ga% shielded arc welding (GMAW); wire diameter: L2 mm. Hire extenyon length: 20 mm. distance between wires: 7 mm• • • ••• • • • • • ■ • ••• • • • •图5所示为把能量利用效率作为焊接电流和所用焊丝数目的函数。

用方程2进行计算图中 显示的关于熔化率的结果和上述结果类似该图还表明埋弧焊的熔化效率比气体保护焊要高, 而且焊丝数目越多，熔化效率高除了能源效率，填充金属再熔化的比例也能表明在焊接过程中损失了多少焊丝焊丝材料以 熔滴或飞溅的形式从熔池或者焊丝中损失埋弧焊这种焊接方法的效率儿乎是100%o然而 在气体保护焊中，焊接效率主要取决于保护气体的类型，焊接电流的大小，电极极性和焊接 工件的类型多丝电极焊的力学性能经过试验己经发现，多丝焊中熔化单位焊接材料需要更。