自保护药芯焊丝电弧焊的优点

双脉冲自保护药芯焊丝电弧焊工艺稳定性
张恒铭;金秀鹃;苟宁年;蒋小霞;石玗;周海;刘伟
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2024(45)5
【摘要】鉴于自保护药芯焊丝在野外焊接的重要性,尤其对于野外大型机械等关键零部件的应急修复,提高其焊接成形精度至关重要,因此研究了自保护药芯焊丝在双脉冲电弧模式下的工艺稳定性.为了实现电弧焊工艺稳定性的有效控制,采用单因素试验研究了双脉冲参数对焊接过程稳定性的影响,发现熔滴平均尺寸与电流变异系数关系密切,因此,选取强弱脉冲频率、占空比、强弱脉冲峰值和基值7个双脉冲参数作为输入值,建立一种基于RBF-BP神经网络的熔滴平均尺寸预测模型,结果表明,该预测模型有效、可行,为控制熔滴过渡过程稳定性提供了技术支撑.
【总页数】8页(P90-97)
【作者】张恒铭;金秀鹃;苟宁年;蒋小霞;石玗;周海;刘伟
【作者单位】宁夏大学;兰州理工大学;宁夏特种设备检验检测院;天地宁夏支护装备有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG443
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GMAW:熔化极气体保护焊含有MIG和MAGMIG:熔化极惰性气体保护焊MAG:熔化极活性气体保护焊FCAW: 药芯焊丝气体保护焊（软钢及高张力钢用药芯焊丝）SMAW:药皮焊条电弧焊SAW:埋弧自动焊实芯焊丝气体保护焊（GMAW）和药芯焊丝气体保护焊（FCAW）两者的区别：1.GMAW的主要优势在于每小时的金属熔敷量，这极大地降低了劳动力成本。

气体保护焊的另一个优势在于它是一种干净的工艺，这主要归功于没有使用焊剂。

在通风不良的车间会发现，从手工电弧焊或药芯焊换成气体保护焊后情况会得到改善，这是因为烟的产生减少了。

由于有各种各样的焊丝可选用，而且焊接设备变的更便于携带，气体保护焊的适用领域不断得到扩展。

该工艺的另外一个优点是可见性。

因为没有焊渣，焊工能够很容易地观察电弧和熔池的情况，从而改善控制。

GMAW还对气流和风特别敏感，它们会将保护气体吹开，留下未保护的金属。

正是这个原因，气体保护焊不大适合工地焊接。

应充分认识到，气体流量大于推荐值的上限，并不能保证对熔池适当的保护。

实际上，大的气体流量反而导致气体紊乱，并增大气孔产生的可能性，这是因为增大气体流量实际上可能将空气带入焊接区。

2.FCAW获得广泛的认可，是因为它能提供优良的性能。

可能最重要的优点是它能提供很高的生产效率，即单位时间内所熔敷的焊缝金属量。

它是手工焊接工艺中效率最高的。

这是由于焊丝盘提供连续不断的焊丝，同GMAW一样增加了电弧时间。

该工艺还被分类为大熔深弧焊，这有助于减少熔合性缺陷的可能性。

由于该方法主要用于半自动工艺，其操作技能要求远低于手工方法的要求。

无论有无保护气体的辅助，FCAW因有焊剂，它比GMAW对母材污染有更大的容许。

正是这个原因，使得FCAW适合工地焊接，在现场，风使得保护气体流失，而GMAW会受到极大的影响。

然而，检验师应当明白该工艺有它的局限。

首先，由于有焊剂，所以在后序焊道焊接前和外观检查前必须去除这层固体焊渣。

研究药芯焊丝焊接操作技术要点20世纪50年代末、60年代初美国已开始使用药芯焊丝，并被广泛地用于重型机械、建筑机械、桥梁、石油、化工、核电站设备、大型发电设备及采油平台等制造业中，并取得了很好的效果。

近年来，随着社会经济的不断发展，我国生产药芯焊丝的技术和质量得到了不断提高，应用范围也不断地扩大，以船舶制造和海洋结构行业使用药芯焊丝量为最大。

药芯焊丝是继焊条电弧焊和实芯焊丝CO2气体保护焊的又一个被广泛应用的焊接方法。

药芯焊丝的单面焊双面成形操作技术，近年来被世界技能大赛、国内各类技能大赛列为竞赛的考核项目之一，它是电弧焊难度较大的一种操作技术。

尽快地掌握单面焊双面成形技术的操作要领和技巧，这也是每个参加技能考试、技能竞赛的指导教师及学生十分关心的问题。

2.药芯焊丝电弧焊的特点及应用药芯焊丝也称为管状焊丝，是利用薄钢板卷成圆形钢管或异形钢管，或用无缝钢管，在管中填满一定成分的药粉，经拉制而成的焊丝。

可通过调整药芯添加物的种类和比例，很方便地设计各种不同用途的焊接材料，因为它的合金成分可灵活方便的调整，所以药芯焊丝的许多品种是实芯焊丝无法冶炼和轧制的。

2.1特点药芯焊丝电弧焊与气体保护焊非常相似，差别在药芯焊丝采用的是管状焊丝，其中装有粒状的焊剂。

药芯焊丝是很有发展前途的新型焊接材料，与实芯焊丝相比药芯焊丝有如下优缺点。

2.1.1优点：⑴采用气渣联合保护，焊缝成形美观，电弧稳定性好，飞溅少易脱渣、焊道成形美观。

⑵焊丝熔敷速度快，熔敷效率（大约为85%～90%）和生产效率都较高（比焊条电弧焊高3～5倍）。

⑶焊接各种钢材的适应性强，通过调整焊剂的成分与比例可提供要求的焊缝金属化学成分。

2.1.2缺点：⑴焊丝制造过程复杂。

⑵烟雾大，焊接时烟雾较实芯焊丝大。

⑶焊丝外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，因此对焊丝的保存-管理的要求更为严格。

⑷焊渣多，较实芯焊丝CO2气体保护焊多，故多层焊时要注意清渣、防止产生夹渣缺陷。

按焊丝分为：药芯；实芯MIG/MAG/CO22 气体保护焊--特点1 电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。

2 焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣。

3 电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小。

4 有利于焊接过程的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接。

5 可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、铜及其合金。

6 可以焊接薄板。

7 在室外作业时，需设挡风装置，否则气体保护效果不好，甚至很差。

8 电弧的光辐射很强。

9 焊接设备比较复杂，比焊条电弧焊设备价格高。

3.MIG/MAG焊的应用50年代初应用于铝及铝合金，以后扩展到铜及铜合金的焊接实际上适用于几乎所有的材料但是成本高，所以一般用在有色金属及其合金的焊接，不锈钢的焊接中4. MIG/MAG焊的对比MIG以Ar或He作为保护气体MAG在Ar或He中加入活性气体，如O2，CO2MAG焊在电弧形态、熔滴过渡、电弧特性等方面与氩弧相似，活性气体的量一般小于30% MAG焊可消除指状熔深MAG焊由于氧化性气体的存在金属的氧化是不可避免的，在选择焊丝时应注意在成分上给与补充。

MAG焊主要用于高强钢及高合金钢的焊接。

5.MIG焊的保护气体及焊丝1 保护气体1）单一气体Ar或者He2)混合气体Ar+He2 对气体的要求Ar气纯度：99.9%3 焊丝的选择MIG焊的焊丝成份要求与母材接近.(冶金反应较单纯，合金元素基本没有烧损)Ar+CO2+O2用80％Ar+15%CO2+5%O2混合气体焊接低碳钢、低合金钢，焊缝成形、接头质量以及金属熔滴过渡和电弧稳定性方面都非常满意。

焊丝MAG焊应采用高Mn高Si焊丝，补充烧损二、MIG/MAG焊的冶金特点MIG焊：以Ar或He为保护气体，不与金属发生冶金反应氩气是制氧的副产品，如果氧含量超标会引起氧化反应MAG焊：含有氧化性气体O2，CO2 ，金属发生氧化反应Al＋O2 →Al2O3 Fe + CO2 →FeO + CO ↑Si + 2CO2→SiO2 + 2CO ↑Mn + CO2 →MnO + CO ↑Si + 2O →SiO2Mn + O →MnO C + O →CO Fe + O →FeOMIG/MAG焊：由于蒸发造成的合金损失三、MIG/MAG焊的熔滴过渡MIG/MAG焊的熔滴过渡形式主要有：短路过渡，滴状过渡，喷射过渡，亚射流过渡熔滴过渡形式主要取决于电流、电弧长度、极性、气体介质、焊丝材质、直径、伸出长度等参数。

SMAW/FCAW管道下向焊工法SMAW/FCAW下向焊是指根焊采用手工电弧焊，填充盖面采用自保护药芯焊丝熔化极半自动焊的一种焊接方法。

它是目前国内外在管道施工，尤其在长输管线施工中一项重要的焊接工艺，与传统焊接方法（手工电弧上向焊）有其独特的优越性。

我国在九十年代引进并开始应用到管道工程施工，我公司是首次在“西气东输”管道施工中应用。

为了加快该新的焊接工艺推广应用，保证工程质量，提高工效，特制定本工法。

SMAW/FCAW的焊接方法为焊接流水作业创造了条件。

本工法是在总结了我公司在“西气东输”六标项目的管道焊接施工实践经验的基础上编制而成。

1特点1.1 本工法采取了纤维素焊条直流正接根焊，熔化极半自动焊填充盖面的施工方法。

1.2 采用纤维素型焊条直流正接进行根焊，具有操作灵活、抗风性能好、适应性强、焊速快、单面焊背面成型平缓、均匀、美观、内在质量保证。

1.3 填充盖面全部采用自保护药芯焊丝直流正接半自动焊方法具有较优越的技术经济指标，其熔敷效率高，焊接速度快，全位置成型好，环境适应能力强，焊工易于掌握，焊缝质量稳定。

2 适用范围本工法可适用于长输管线工程中，直径≥300mm以上管道的焊接。

3.1根焊采用纤维素下向焊条，其药皮中含有15%以上的有机物（纤维物），具有极强的造气功能，焊接时分解出大量的CO和CO2气体，在保护熔池的同时增加了电弧吹力，保证了熔滴在全位置焊接时向熔池稳定过渡，并阻止铁水下淌，同时熔透能力强，焊缝背面成型好，气孔敏感性小，易获得高质量的焊缝。

3.2填充盖面采用自保护药芯焊丝半自动下向焊，由于药芯在高温分解释放出大量气体对电弧及熔池进行保护，同时通过熔渣对熔池及凝固焊缝金属进行保护，故焊缝质量稳定，熔敷率高，焊接速度快。

3.3 纤维素下向焊条与自保护药芯焊条均应采取直流焊接，其不同极性连接方法会影响焊接过程及效果。

5.1以合格的焊接工艺评定为依据，编制详细的焊接作业指导书。

FCAW工艺在管件制造中应用的探讨与建议技术部李飞FCAW即药芯焊丝电弧焊。

它与气体保护焊非常相似，差别在药芯焊丝焊采用的是管状焊丝，其中装有粒状的焊剂，而不是气体保护焊所用的实芯焊丝。

其差别可以从图中看到，图中给出了采用自保护药芯焊丝焊焊接的工件和焊接过程中电弧区域的特写。

图中显示管状的焊丝通过焊枪中的导电嘴送进，并在焊丝和工件之间产生电弧。

随着向前焊接而熔敷焊缝金属，和手工电弧焊一样，在焊缝金属上覆盖着一层焊渣。

FCAW是利用连续送进的、可熔化的药芯焊丝与工件间的电弧产生的高温，进行焊接的高效熔焊方法之一。

根据焊接时是否采用保护气体可分为FCAW-S（药芯焊丝自保护焊）和FCAW-G（药芯焊丝气体保护电弧焊）因此，在压力容器上应用的FCAW通常是指FCAW-G，简称FCAW。

FCAW具有以下优点：（1）生产效率高。

FCAW熔敷效率高达85-90%，生产效率是实芯焊丝的1.5-2倍，是手工电弧焊的5-8倍。

特别是使用小直径药芯焊丝（如φ1.2mm）时，可以用较大的焊接电流实现全位置焊接。

（2）焊缝质量好。

采用气渣联合保护，有较充分的冶金作用，可除去杂质，防止空气侵入，改善脱氧效果，可渗合金，因此焊缝的力学性能，特别是塑性和韧性较好。

（3）焊接工艺性好。

电弧稳定，声音柔和；飞溅颗粒小且容易清除；焊缝外形美观；焊渣薄且容易清除；可选用的合适的工艺参数范围大；操作简便，容易掌握。

（4）应用范围广。

只需改变药芯配方，就能够很方便地调整熔敷金属的化学成分和力学性能，使熔敷金属具有要求的强度、塑性及耐热、耐腐蚀、耐磨损等特殊性能。

因而应用范围很广。

（5）节约熔敷金属。

当焊接电流相同时，由于药芯焊丝导电截面小，电流密度大，因此，熔深大。

采用药芯焊丝焊接中厚板对接接头时，只需开30°-40°坡口就够了，钝边也可以留得比较大。

而手工电弧焊时，需开60°坡口，钝边也比较小。

因此采用药芯焊丝焊接可节约熔敷金属40%以上。

Value Engineering0引言随着我国经济发展的需求和实现“2030碳达峰、2060碳中和”的宏伟目标，我国陆续建设了中俄东线、西气东输四线等天然气为代表的大口径长距离输送管道，同时给长距离输送管道建设公司提供了展示的舞台。

随着管道强度等级、管径、壁厚的提高，自动焊接的优势更加突出，更好地保证了焊接质量，提高了效率，缩短了工期，降低了施工成本。

本文就自动焊和半自动焊在工程实践的成本资料和石油建设安装工程预算定额进行论证，对两种焊接方式进行经济效益分析。

1全自动焊接和半自动焊接方法概述1.1CRC 全自动焊接系统CRC 管道全自动焊接技术是管道自动焊国际先进水平的代表，其以优质、高效、可靠的优点受到业界的广泛关注。

与其他焊接技术相比，CRC 管道全自动焊技术最大的特点在于生产效率高、焊接质量稳定、焊道成型好、劳动强度低。

CRC 管道全自动焊接系统包括内焊机（具有8把焊枪）、P260热焊系统和P600双焊枪焊接系统。

根焊采用CRC 内焊机，该内焊机的8把焊枪均匀安装在内对口器上，有4台Lincoln DC-400焊接电源供电，焊接时应进行一侧焊接（4把焊枪同时），然后再焊接另一侧，其焊接效率大约为手工电弧焊的15倍。

热焊采用P260热焊系统，配Lincoln DC-400焊接电源。

该系统操作简单，所有重要焊接参数的控制均由固定在小车上的控制箱完成（除电弧电压外）。

填充、盖面采用P600双焊枪焊接系统（焊接参数可编程），配备带有熔滴过渡控制单元的Fronius Transplis Synergic 3200Pipe 电源[1]。

CRC 管道全自动焊接工艺流程：施工准备→现场坡口加工（复合坡口）→管内清理→管口打磨→管口组对→管口预热→管段全自动焊接（根焊、热焊、填充、盖面）→焊口（焊缝）保温。

1.2半自动焊下向焊半自动下向焊是指焊接电弧电压和送丝速度由送丝机控制，焊接电流由焊机自动调节，焊接速度和焊丝伸出长度由焊工手动控制的一种半自动化的焊接方式。

实心焊丝和药芯焊丝的用途实心焊丝和药芯焊丝的用途如下，仅供参考：实心焊丝主要用于埋弧焊、熔化极保护电弧焊以及钨极氩弧焊、等离子电弧焊和电渣焊等工艺的填充焊丝。

一般都是通过冷拉工艺制成圆形截面，并以圆盘的形式供应，但也可以以条状的冷轧带的形式制造。

实芯焊丝是一种没有焊剂的焊丝，又称“光焊丝”，由塑性良好的低碳钢或低合金钢制成。

焊接过程中需要通过外部加热源提供足够的热量，将焊丝和工件熔化并形成焊缝，可以满足如抗氧化、耐磨损和高温下耐腐蚀等特殊性能要求，提高焊接效率和堆焊层质量，同时还能适用于风大、湿度大等环境下的焊接。

不过焊接过程中不含焊剂，实芯焊丝焊接过程中容易产生气孔，焊缝质量不稳定，因此，对焊接工件的表面处理要求高。

药芯焊丝主要用于二氧化碳气体保护焊、埋弧焊和自保护焊等焊接工艺，一般应用于堆焊行业，比如钢铁冶金、水泥建材、煤矿、电力、化工、环保等行业的磨损件修复。

此外，药芯焊丝还用于大型焊接结构工程的施工。

在焊接时，药芯焊丝内部填充相应成分的焊剂混合物和焊丝、焊件会在高温下发生作用，同时形成较薄的液态溶渣包裹溶滴并覆盖溶池，从而对熔池形成保护。

药芯焊丝是一种内部带有焊剂的焊丝，用薄钢带卷成圆形或异形钢管，内填一定成分的药粉，经拉制成的有缝药芯焊丝，或用钢管填满药粉拉制成的无缝药芯焊丝。

焊机与手弧焊焊条的药皮类似，成分中含有稳弧剂、脱氧剂等，其中稳弧剂使得电弧更稳定，熔滴过渡均匀，且采用气渣联合保护，获得良好成形，焊接质量稳定。

药芯焊丝熔敷速度快，生产效率高在相同焊接电流下药芯焊丝的电流密度大，熔化速度快，其熔敷率约为85%-90%，生产率比焊条电弧焊高约3-5倍，从而起到保护和净化焊缝的作用。

总的来说，实心焊丝和药芯焊丝在应用场景上存在差异。

选择使用哪种类型的焊丝取决于具体的焊接需求和场景。

不锈钢药芯焊丝打底背面无氩气保护手工钨极氩弧焊工艺不锈钢手工钨极氩弧焊焊缝背面通氩气保护，因其受到工件形状与质量、焊接环境条件、保护气体的气室条件、实际效能输出性等综合因素的影响，采用不锈钢药芯焊丝打底，焊缝背面不用氩气保护，焊接活动的开展更为便捷、有效。

采用手工钨极氩弧焊填充不锈钢药芯焊丝焊接不锈钢管道，是一项工艺相对简单但焊缝成形效果与焊接质量优异的操作方法。

此工艺背面免去了氩气保护，继而节省了大量的氩气以及氩气保护设施，即是降低了焊机的综合成本，且整体效率得到了显著的提升。

现阶段已得到了广泛的运用。

标签：不锈钢;药芯焊丝;手工钨极氩弧焊;氩气保护一、焊接工艺的制定（一）焊前预处理阶段（1）焊前准备。

不锈钢材料的堆放与一级加工，必须在专门的场地开展。

质量达标的板材、管材以及管件，根据其标号分别存放在木垫之上，切忌不可会直接接触钢材，堆放与加工的场地，必须采用木板或其他材料进行隔离;再测试氩气纯度，其必须达到98%之上;测量氩弧焊机、氩弧焊枪以及氩气表、流量计的性能，必须符合当次焊接活动的工艺要求;检测电流表、氩气表、流量计的运行情况。

而对于焊接人员，主要是根据GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》检查其资格证明[1]。

而后是某些材料的加工细则，不锈钢板材与大直径管材的下料。

应当开展等离子切割，小直径管材则使用普通切割机即可。

将半自动化的等离子坡口机、角向磨光机两类机器联合运用，根据设计图的坡口形式、尺寸予以加工。

（二）坡口的选择焊接坡口的形状，可直接影响到焊缝的质量，坡口形状的制定或选择，主要是根据母材的材质而定。

例如，奥氏体不锈钢的线膨胀系数较大而热导率却较低[2]。

对接不锈钢时其坡口角度通常设定在60°左右，钝边设定为2mm左右、间隙为2-3mm左右，焊接试件首先进行机械加工生产，焊接之前用先使用角磨机进行相应的调节，清理坡口面及其周围约10mm范围内的油渍与锈迹。