DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2021.11.001
王振民，李栩延，唐嘉健，等.高效埋弧焊工艺及设备的研究进展［J］.机电工程技术，2021，50（11）：1-8.
基金项目：
国家自然科学基金项目（编号：U2141216，51875212）；
先进焊接与连接国家重点实验室开放课题（编号：AWJ21Z03）；
深圳市技术攻关项目（编号：JSGG20191118102201716，JSGG20201201100401005）；
广东省海洋经济发展（海洋六大产业） 专项资金项目（编号：GDNRC[2021]46号）
作者简介：
王振民（1974-），男，湖南东安人，博士，教授，博士生导师，研究领域为数字化焊接电源、焊接过程智能化、水下机器人制造技术，已发表论文90余篇。
高效埋弧焊工艺及设备的研究进展*
王振民1，李栩延1，唐嘉健1，林三宝2，田济语1
（1. 华南理工大学机械与汽车工程学院， 广州510641；
2. 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室， 哈尔滨150006）
摘要：埋弧焊具有自动化程度高、焊接质量稳定、生产效率高、无弧光、烟尘少等优点，在制造业中得到广泛应用。在埋弧焊过程，电弧在焊剂覆盖的区域里燃烧，难以直接观察到焊接工艺过程，影响了埋弧焊工艺研究的深入。首先分析了国内外在埋弧焊熔滴过渡方面的研究进展，确认渣壁过渡是埋弧焊熔滴的主导过渡形态；在此基础上，分析了影响埋弧焊焊缝成形的主要因素，进一步总结分析国内外关于埋弧焊电流波形控制方面的研究成果，并探讨焊接电流波形对焊缝成形及质量的影响规律；最后，从控制技术与功率变换技术两大方面深入探讨了埋弧焊焊接电源的国内外发展状况。数字化控制技术的普及和基于第三代宽禁带半导体器件SiC MOSFET的功率变换技术的进步将进一步推动埋弧焊工艺及设备向高频化、绿色化和高效化方向发展。
关键词：埋弧焊；熔滴过渡；电流波形；焊接电源
中图分类号：TG445 文献标志码：A
文章编号：1009－9492 ( 2021 ) 11－0001－08
引言
全世界钢铁产品的60%左右需要经过焊接才能转变为最终产品[1]。在海工能源、压力容器、核电等领域有大量的厚大钢构件，迫切需要绿色高效的焊接工艺支撑[2]。其中，埋弧焊是广泛采用的一种高熔敷率自动化焊接方法。埋弧焊（SAW） 全称埋弧自动焊，是一种将电弧隐藏在焊剂之下进行燃烧，利用燃烧带来的热量熔化焊丝和工件并使之紧密连接在一起的焊接方法。埋弧焊系统如图1 所示。埋弧焊焊接电流大，焊接效率高、污染少，因而广泛应用于船舶、管道、锅炉、工程机械、核电设备等大型构件的焊接制造与修复[3]。近年来，一些重要结构的焊接与修复对埋弧焊的工艺质量提出了严苛的要求。然而，埋弧焊最基本的特征就是电弧被隐藏在焊剂之下燃烧，从外部难以直接观察到电弧形态和熔滴过渡方式，这在一定程度上限制了学者对埋弧焊工艺的深入探索，制约了埋弧焊工艺质量及设备性能的进一步提升[4]。
为此，本文首先分析了国内外在埋弧焊熔滴过渡方面的研究进展，并对埋弧焊熔滴过渡理论成果进行了较为系统的归纳总结。在此基础上，由于焊接电流波形直接影响到焊缝成形质量，是埋弧焊工艺中最为重要的参数，所以进一步系统分析了国内外关于埋弧焊电流波形控制方面的研究成果，并探讨电流波形对焊缝成形的影响规律。最后，由于焊接电源是埋弧焊的能量来源，直接影响焊接过程的稳定性和焊缝质量的好坏，本文从控制技术与功率变换技术两大方面深入探讨了埋弧焊焊接电源的发展状况。
结束语
（1） 埋弧焊的熔滴过渡方式与焊接电流、极性密切相关。小电流（500 A） 直流焊接时，熔滴过渡方式主要为非轴向滴状过渡；大电流（600 A及以上） 直流焊接时，熔滴过渡方式主要是渣壁过渡；大电流交流焊接时，在电极为正的周期内，熔滴过渡方式为“鞭尾”状渣壁过渡，电极为负的周期内，熔滴以爆炸方式过渡。
（2） 焊接电流波形是影响埋弧焊焊缝成形的重要因素。脉冲电流可细化熔池晶粒，提高焊缝的力学性能；利用交流方波波形可以抑制磁偏吹、减少气孔率、改善焊缝成形；高频脉冲有利于增加熔透深度，减少焊缝气孔。
（3） 数字化控制技术以及基于第三代宽禁带SiCMOSFET的高频功率变换技术的进步，推动了大功率埋弧焊焊接电源向模块化、大功率化、高效化和绿色化方向发展，有利于进一步提升埋弧焊焊接效率和工艺质量。