 厚壁直缝埋弧焊钢管加工生产
厚壁直缝埋弧焊钢管五丝埋弧焊工艺和射线常见缺陷
厚壁直缝埋弧焊钢管生产过程中，五丝埋弧焊一直是焊接工艺研究的热点。目前，世界上只有少数国家掌握了这种先进的生产技术。五丝埋弧焊采用5个电源分别对沿焊接纵向排列的5根焊丝单独供电，焊丝在焊剂层下的一个共有熔池内燃烧，从而实现对大口径厚壁埋弧直缝钢管的焊接。由于五丝焊电弧多，电流大，熔池长，因此具有热输入大、熔敷效率高、冶金反应充分、焊接速度快等优点。为了提高厚壁直缝焊管生产的焊接效率，满足市场对大直径、大壁厚、高强度、高韧性焊管在油气输送管线中的需求，公司在原三丝焊工艺的基础上，研究开发了五丝埋弧焊焊接工艺。
在大口径厚壁埋弧直缝钢管五丝埋弧焊工艺开发项目中，存在AC电弧间电磁干扰明显、可调参数多、工艺控制要求严格等难点。具体表现在焊接电源的配置与连接、焊丝空间位置的设置、焊接参数的选择、焊丝直径的组合及焊剂的选用等方面。其中焊接电源配置、焊丝空间位置的设计以及焊接参数的选择是工艺开发的重点，其关健的技术问题是选择合理的电源连接方式以及众多可变参数的合理组合。
在大口径厚壁直缝埋弧钢管多丝焊(如三丝焊)中，前置焊丝为DC电源时的焊缝熔深比AC电源时的大，因而多丝焊一般均采用DC-AC混合电源配置。五丝埋弧焊是在三丝埋弧焊的基础上添加了两个AC电源焊丝而构成，即DC-AC-AC-AC-AC混合电源配置。但在多丝焊中，AC焊丝数目越多，其电弧间的磁干扰消除也越困难。为此笔者进行了大量的焊接试验，通过改变AC电源的连接，使电流相位差90°，可有效地消除AC电弧间的磁影响，使电弧稳定燃烧。
直缝埋弧焊钢管焊丝倾斜方向和倾斜角度的大小，对焊缝熔深和焊缝成形有较大影响。焊丝向前倾斜比向后倾斜时的熔深大，而向后倾斜比向前倾斜时的焊缝宽。为了进一步增加焊缝熔深和改善焊缝成形，将五丝埋弧焊的1丝(DC)设置为前倾，后随的4个丝(AC)设置为依次过渡到后倾，并依次增大后倾角。经过大量的焊接试验，优化出各丝的倾斜角度如图1所示：1丝前倾角10°～20°，2丝前倾角0°～10°，3丝后倾角5°～15°，4丝后倾角18°～28°，5丝后倾角30°～40°，并匹配适宜的焊接工艺参数，可获得良好的焊缝形貌。
需要指出的是，1丝前倾角和5丝后倾角不宜过大。1丝前倾角过大对焊缝熔深有一定的影响；5丝后倾角过大，导电嘴底部易与液态熔渣形成”电弧”，影响焊接过程的稳定性。
焊丝间距对焊接过程有较大的影响，在焊接电流不变的情况下，间距越小熔深越深[1]，形成的焊缝窄而高。间距过小焊缝易烧穿，间距过大会影响电弧的稳定性及焊缝成形。为了避免上述的不利因素，根据三丝埋弧焊工艺，将五丝埋弧焊的间距设置为1～4丝间距相等，4～5丝间距增大(也可按依次增大的方式设置)，并通过焊接试验优化出间距在15～30mm，匹配适宜的焊接参数，可获得稳定的焊接过程。1.2.3焊丝伸出长度
焊丝伸出长度主要影响焊缝余高和熔合比。焊丝伸出长度增加，焊缝余高增大，熔深减小；反之亦然，若焊丝伸出长度过短，导电嘴容易粘渣，进而导电嘴与导电嘴之间易产生”电弧”而影响正常电弧的稳定燃烧。经焊接试验得出，五丝埋弧焊的焊丝伸出长度一般取9d～11d(d为焊丝直径)较为适宜。
不同直径的焊丝有各自适应的电流范围。高出此范围，薄壁直缝焊钢管焊丝熔化量增多，会影响熔深和焊缝形貌；低于此范围，电弧自身调节作用受到影响而使电弧不稳定。因而五丝埋弧焊焊丝直径应主要根据焊接电流来选择。厚壁焊接钢管五丝埋弧焊1丝(前丝)的电流最大，一般超过1000A，最大可达1200A以上；而5丝(最后丝)的电流最小，一般在700A以下；其最大电流与最小电流之差在400A以上。若5根丝的电流均在同一焊丝直径的电流范围内，可选用一种直径的焊丝进行焊接，反之则选择不同直径的焊丝组合较好。
焊接电流和电弧电压对焊缝形状和焊接质量有着重要的影响，是五丝埋弧焊重要的焊接参数。根据三丝埋弧焊工艺，五丝焊的焊接电流和电弧电压也是按照1丝大电流、小电压逐步过渡到5丝小电流、大电压的方式进行设置的。1丝的电流在焊接电源容量许可的情况下，尽可能选择大电流，以保证在获得足够熔深的情况下有较高的焊接速度。后随4根焊丝的电流按前一丝电流的70%～90%比例进行选择，坡口较大需要较多的焊丝熔敷金属时，选择比例上限；若需降低焊缝余高减少熔敷金属量时，选择比例的下限。
在保证电弧稳定燃烧的情况下，1丝应尽可能选择较小电压，以增加1丝电弧的熔深，经焊接试验优化，一般在31～34V范围内较佳，焊接电流较大或焊丝较粗时可选择上限，反之选择下限；后随4根焊丝的电压按依次增大1～3V进行选择，5丝的电弧电压一般在39～43V范围内。
大口径厚壁埋弧钢管五丝埋弧焊适合于厚壁开坡口工件的焊接，其焊接速度主要取决于熔深和坡口内填充的熔化金属量，熔深和坡口内金属填充量又取决于焊接电流和坡口形式与尺寸。因此选择五丝埋弧焊焊接速度时，应根据板厚、焊接电流和坡口形式与尺寸等综合因素来确定。
由于五丝埋弧焊的焊丝数目多、热输入大、焊接速度快等因素，一方面使焊缝氧含量增多，引起焊缝韧性下降；另一方面由于五丝焊的熔池尺寸大，高温停留时间长，熔化金属在重力作用下容易流动，使焊缝扁平。因而从提高焊缝韧性和保证焊缝良好形貌的角度考虑，五丝埋弧焊应选择熔点较高、具有一定黏度的高碱型焊剂。
五丝埋弧焊电弧燃烧的空间较大，熔化的焊剂量也较多，约为三丝焊的1.1～1.4倍。焊剂颗粒增大将进一步增大电弧燃烧空间，这将使焊剂消耗量进一步增加，同时也使焊缝熔宽增大，熔深和余高减小。另外，由于熔化的焊剂量较大，需要堆积的焊剂也较高，一般为45～55mm。若堆积高度较低，电弧外露，焊缝易产生气孔，严重时导电嘴容易粘渣和烧结。
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