第一章　绪论

第一节　钨极-熔化极间接电弧焊方法的提出

激光焊、电子束焊及搅拌摩擦焊等新焊接方法近年来在焊接领域获得了极大的关注和发展。但迄今为止，电弧焊仍然是应用最广泛的焊接方法^［1-5］。随着焊接技术的发展，如何提高电弧焊生产率、焊接质量以及拓展其应用领域成为重点关注的问题。

在传统电弧焊中，电弧的两极为焊枪与工件，由于工件直接接受电弧热，使得工件的热输入难以控制，稀释率过大。在某些要求焊缝熔敷率高而母材稀释率低的情况下，由于超出焊接要求，因此传统电弧焊的应用在一定程度上受到了影响。

在航空、航天领域及兵器制造业，为改善钢材的导电、导热性能和表面硬度，通常需要在钢基体表面熔覆铜合金^［6］。不仅要求熔覆层与基体实现冶金结合，而且还要求低的稀释率^［7］。这是因为在熔覆过程中，较高的稀释率意味着接头中母材熔化金属在焊缝中所占比例增大，造成铁-铜液态下大量互混，凝固时铁铜分离，最终铁以局部偏析的形式出现，该现象会导致堆焊接头综合性能的恶化。

国内外一些研究人员早期利用堆焊技术进行熔覆铜的研究^［8］，但传统电弧堆焊是以工件作为一个电极，工件极易熔化，因此常规电弧堆焊稀释率往往大于10％，即便是带极堆焊也有相当大的稀释率^［9］。为了解决这个问题，最直接的方法就是在保证高焊缝熔敷率情况下，降低工件母材的熔化量，才能保证堆焊接头获得较低的稀释率。

笔者提出了钨极-熔化极间接电弧焊方法，取得了良好的焊接效果。这种方法使用单电源，电源不接工件，电源的两极分别接熔化极焊枪和钨极焊枪，两焊枪之间成一定角度，钨极端头与焊丝之间距离很近。电弧只在两焊枪的电极之间产生并稳定燃烧，形成熔滴过渡到工件，实施焊接。该方法具有保证高焊缝熔敷率、最大限度降低工件母材热输入的优势。该方法能够很好地解决上述问题，现已能够进行铜焊丝在钢表面的熔覆堆焊和薄镀锌钢板的搭接焊。

以保证焊缝高熔敷率、降低焊缝稀释率为出发点，笔者构建了钨极-熔化极间接电弧焊系统，对该方法的电弧行为进行了研究。通过对熔滴过渡行为、电弧电特性及电弧形态的研究揭示了间接电弧结构、电弧稳定机制和熔滴过渡机制。利用该方法实现了在保证高熔敷率情况下，减小工件母材热输入、减小接头稀释率的目的。同时对钨极-熔化极间接电弧焊的应用进行了探索，对其组织、性能及接头形成机制进行了研究。对该方法的研究在丰富间接电弧焊接理论方面具有理论指导意义，在拓展电弧焊的应用领域方面具有重要的实际意义。