半自动 FCAW下向 焊接 工艺在管道施工中的应用

半自动 FCAW下向焊接工艺在管道施工中的应用半自动 FCAW下向焊接工艺在管道
施工中的应用
FCAW是Fluxed-coredarcwelding的缩写，中文译为:药芯焊丝电弧焊。

它是使用药芯焊丝作为焊接材料的一种熔化极气体保护焊或自保护焊法，在我国管道施工中用于全位置半自动下向焊焊接工艺。

1992年，美国林肯公司向管道局推出半自动FCAW下向焊接工艺的同时，重点推出了两种焊接设备组合:林肯DC-400弧焊电源+LN23P送丝机和SAE-400柴油发电机式弧焊电源+LN23P送丝机。

1995年在突尼斯环城管线使用半自动FCAW下向焊接工艺成功后，1996年在库鄯线平原地段进行了推广。

苏丹工程、利比亚工程、涩宁兰工程、兰成渝工程、陕京二线工程施工中，管线热焊、填充、盖面焊基本上采用了该焊接工艺。

西气东输工程2500公里左右也基本上采用此工艺，余下的1500公里采用自动焊接完成。

近10年的工程实践证明，半自动FCAW下向焊接工艺，在大口径长输管道施工中得到了大力推广和使用。

与半自动CO2气体保护下向焊接工艺相比，半自动FCAW下向焊接具有工艺性能优良、电弧稳定、生产效率高、飞溅小、焊缝成型美观、钢种与空间位置适应性好、抗风能力强等优点。

与传统的下向焊条电弧焊工艺相比，它把热焊、填充焊、盖面焊焊口一次合格率平均提高到10%左右，生产率提高1.25至1.5倍左右。

与自动焊相比，它具有设备投资少、成本回收快、综合成本低等优点。

焊工培训时间短，易掌握。

在十几年的工程施工中焊接质量稳定，经过X射线拍片检查，焊口一次合格率平均在95%至98%左右。

采用半自动FCAW下向焊接工艺在管道施工中达到了国内外工程业主提出的"四高"标准，完全适合于各种管径管道全位置下向焊接工艺要求。

所以，备受业主、监理、施工单位的青睐。

半自动FCAW下向焊接的电弧扩散角较大，造成了电弧电压径向能量梯度大，幅度减小，分布趋于平缓，熔深较浅，所以不太适于深层熔透要求场合下的焊接。

但是，其焊缝成型系数大、飞溅率低、焊缝平缓圆滑，适用于管道下向焊接工艺。

在半自动FCAW下向焊接工艺中，有7个主要工艺参数是在焊接中最受关注的问题。

这7个工艺参数分别是电弧电压、电流、送丝速度、焊丝角度、焊接速度、推力电流和焊丝的杆伸长度。

在7种工艺参数完全匹配时，才能实现稳定的焊接过程，才能实现小飞溅、焊缝成型好、生产效率高的优越性。

在焊接过程中，电弧电压是自保护的重要参数之一。

在管道全位置半自动FCAW 下向焊工艺中，电弧电压一般控制在18~22伏之间。

如果电压过高，则熔渣太稀，不易存留在焊缝表面，失去其焊缝金属表面保护作用，产生气孔。

电压过低，则电弧过程失稳、易顶丝，且焊道鼓、飞溅增大，热焊、填充焊时出现夹角，产生夹渣缺陷。

推力电流在焊接过程中往往容易被忽视，因为在焊接工艺参数中，它的变化反应最不明显，但推力电流在焊接中却起着很大作用。

因为熔滴过渡会频繁断路不同的焊条直径、焊条牌号、焊丝直径、焊丝牌号、焊缝空间位置及不同的操作者都会对推力电流有不同的要求。

推力电流越小，电弧越软，但飞溅小，适合于小电流下手焊操作。

推力电流越大，电弧越硬，但飞溅稍大，适用于全位置焊接，并利于电弧连续稳定。

焊丝的杆伸长度，即焊丝在导电嘴与工件产生的电弧之间伸出的长度。

杆伸长度越长，则电弧电压越低;杆伸长度越短，则电弧电压越高。

一般杆伸长度应控制在19~25.4毫米之间为宜。

如果杆伸长度小于19毫米，则因电弧电压增高，焊丝钢皮电阻热增大，焊丝因电阻热增加变化导致送丝在导电嘴受阻，减缓送丝速度，又因电阻热增高，焊丝药芯颗粒细化，也能造成自保护压力下降和熔池冷凝快产生气孔。

如果杆伸长度大于25.4毫米，电弧电压随之降低，常伴随着焊丝爆断，出
现顶丝、穿丝现象。

一般焊丝杆伸长度小于19毫米，常常发生在平焊和立焊位置;杆伸长度大于25.4毫米，则易发生在仰焊位置。

焊丝的杆伸长度控制，在焊接过程中对确保焊接质量至关重要。

半自动FCAW下向焊接在不同的工艺参数下操作，大致会产生三种熔滴过渡现象。

即短路过渡、大颗粒过渡、细颗粒过渡。

在管道全位置下向焊接工艺中，通用的是综合工艺参数。

这个参数适用于立焊要求，平焊相对较低，仰焊相对较高。

在小参数下，如在电弧电压低、推力电流小、送丝速度快等不匹配的参数下操作，为短路过渡。

由于电压较低、弧长缩短，熔滴还未缩颈便与熔池金属接触，则在表面张力、重力作用下完成过渡、爆炸和再引弧产生冲击力，使熔池向斜上方抛出。

其中较大尺寸颗粒会落入熔池，较小颗粒的液态金属则飞出焊接区，形成飞溅，在中等参数下，产生大颗粒过渡。

由于电压升高，弧长变长，熔滴在焊丝端部长得较大。

当熔滴向熔池方向运动大于其运动方向的阻力时，熔滴脱离焊丝端部，一般沿着稍偏离焊丝轴线的路径，自由落入熔池。

在强参数下，即大电流、高电压焊接时，会发生细颗粒过渡。

这时，熔滴尺寸均匀，过渡路径为非轴向过渡，电弧弧根直径大于焊丝端部熔滴直径，弧根覆盖在熔滴的下表面。

此时，焊丝端部与熔滴之间的缩颈加快、熔滴尺寸减小，沿非轴向路径呈细颗粒状滴落过渡到熔池中。

细颗粒过渡易造成焊缝增宽、焊缝薄、盖面焊咬边、熔池因失去自保护产生气孔或金属冷凝速度过快、焊缝中的氢气来不及排出产生气孔等现象。

半自动FCAW焊接工艺是一门新兴的焊接方法，虽然操作简单、易学，但想把这门工艺学深、学透、学精还需要下一番工夫。