摘要  

    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。本文介绍了大功率（HD）等离子-MIG/MAG复合热源焊接技术的技术原理、工艺及其典型的工业应用。 

   关键词：等离子 复合热源  大功率（HD）SUPER-MIG/MAG  焊接系统 



图1 大功率（HD）等离子-MIG/MAG复合热源焊接系统技术指标及焊接效果 

0  概述
   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（SAW）、等离子焊甚至电子束焊接等焊接工艺，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。

    目前已经商品化的SUPER-MIG包括标准型和大功率（HD）两种型号。图1为大功率（HD）等离子-MIG/MAG复合热源焊接系统的主要技术指标及焊接效果，图2为大功率（HD）SUPER- MIG/MAG焊接系统的主要设备，包括一体化焊枪（全水冷）和控制主机（包括等离子电源）。大功率（HD）等离子- MIG/MAG系统在设计中提高了等离子和MIG/MAG电源能力，可以高效、完美地完成10~70mm厚板焊接。

    图1展示了大功率（HD）等离子- MIG/MAG系统超群的焊接效果，这种革命性的焊接技术已经在风塔焊接、船板焊接、Ti合金厚板焊接等方面开始得到应用，为用户带来了显著的经济效益。 

1  SUPER-MIG/MAG 技术原理         

   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2  SUPER-MIG/MAG（HD）焊接系统主要设备 

   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™ 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。 



原理示意图1

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） 

图2  SUPER-MIG/MAG 焊 

2  SUPER-MIG/MAG复合热源焊接技术的特点 

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： 

l 焊接速度快，是传统MIG/MAG焊的2-3倍。 

l 因焊接热输入较低，热影响区较窄，不易造成零部件变形。 

l 焊接飞溅显著减少。 

l SUPER-MIG/MAG的焊接质量优良。 

l 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。 

表1  SUPER-MAG与MAG焊接工艺参数 

接头类型 材料 焊丝 保护气体 SUPER-MAG 焊接速度mm/min MAG 焊接速度mm/min 对比 
搭接 A36碳钢厚度:4mm  ER70S-6, 直径1.2mm Ar+ CO2(20%) 1500 700 焊接速度提高1倍 
角接 碳钢，板厚:4mm，管子壁厚:3mm E70S-3, 直径0.9mm Ar+ CO2(18%) 840 360 焊接速度提高1.3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。 

SUPER-MIG/MAG复合热源焊接相对于传统的MAG焊，具有更大的熔深和更快的 焊接速度，焊接热输入显著降低，因此焊接变形小。     表2 为1.6mm、2.0mm 和 3.0mm 钢板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。 





图3 SUPER-MAG焊对接与丁字接头 

表2  MAG和SUPER-MAG焊接速度与焊接热输入对比 

  MAG  SUPER-MAG 
厚度mm 速度mm/min 热输入 kJ/mm 速度mm/min 热输入 kJ/mm 
1.6 1500 0.31 4000 0.13 
2.0 1500 0.35 3000 0.21 
3.0 1500 0.44 2300 0.33 
 

 

 

 



(a）MAG 工艺                             (b)SUPER-MAG®工艺  

 图4  MAG和SUPER-MAG 焊接温度场对比 

3 SUPER-MIG/MAG复合热源合焊接技术的应用
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。美国Babcock Power公司采用SUPER-MAG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。目前，大功率的SUPER-MIG/MAG正在20-100mm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 结论
（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。