自保护药芯焊丝电弧稳定性分析
双脉冲自保护药芯焊丝电弧焊工艺稳定性
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
【相关文献】
1.采用自保护药芯焊丝电弧焊焊补高锰钢辙叉工艺的研究
2.钢轨自保护药芯焊丝自动窄间隙电弧焊工艺及装备研究
3.景观园林施工设计及绿化养护技术要点分析
4.手工电弧焊、活性气体保护焊和自保护药芯焊丝在管道安装中的应用
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1.0mm不锈钢药芯焊丝焊接工艺参数
1.0mm不锈钢药芯焊丝焊接工艺参数一、引言在现代工业生产中，焊接技术作为一种常见的连接方法，在各种材料的加工中都有着广泛的应用。
而在焊接过程中，焊丝的选择和焊接工艺参数的设定，尤其是1.0mm不锈钢药芯焊丝的焊接工艺参数，对焊接质量和效率有着重要的影响。
本文将就此主题展开深入探讨，以帮助读者更深入地理解和应用该焊接工艺。
二、1.0mm不锈钢药芯焊丝的特点1. 不锈钢药芯焊丝的材质：不锈钢药芯焊丝通常采用本人SI 304或本人SI 316L不锈钢丝作为芯材，外包覆有焊剂。
这种设计使得焊接过程中的气体保护更加充分，有利于提高焊接接头的质量。
2. 适用范围：1.0mm的不锈钢药芯焊丝适用于不锈钢材料的焊接，如不锈钢板、管道等的连接。
3. 检测要求：选用此种焊丝进行焊接时，需要加强焊接接头的质量检测，包括焊缝的成形、裂纹的检测等。
三、1.0mm不锈钢药芯焊丝的焊接工艺参数1. 焊接电流：在选择1.0mm不锈钢药芯焊丝的焊接工艺参数时，需要考虑到焊接电流的大小。
一般来说，较大的焊接电流会使焊接速度加快，但过大的电流也容易导致焊接接头的热变形和气孔等缺陷，因此需要根据具体的焊接材料和厚度来调整电流的大小。
2. 焊接电压：焊接电压是影响焊接电弧稳定性和热量传递的重要参数，对于1.0mm不锈钢药芯焊丝的焊接来说，适当的电压可以保证焊接接头的质量和稳定性。
3. 焊接速度：焊接速度是指焊枪在焊接过程中的移动速度，对1.0mm 不锈钢药芯焊丝的焊接来说，适当的焊接速度可以保证焊接接头形成良好的凝固组织，避免出现焊缝气孔等缺陷。
4. 氩气流量：氩气是1.0mm不锈钢药芯焊丝常用的保护气体，适当的氩气流量可以保证焊接过程中的气氛稳定，避免氧化和气孔等缺陷的产生。
四、文章总结研究1.0mm不锈钢药芯焊丝的焊接工艺参数对于提高焊接质量和效率有着重要的意义。
在选择焊接工艺参数时，需要考虑到不锈钢材料的性质、板厚和焊接位置等因素，合理调整焊接电流、电压、速度和保护气体流量等参数，以确保焊接接头的质量和稳定性。
第9章药芯焊丝电弧焊
•干伸长度
• 图9-21 干伸长度示意图
• 表9-9 焊丝干伸长度对各性能的影响
性能 熔化速度 电弧稳定性
熔深 气孔
其他
影响
在电流相同的情况下，干伸长度越长， 熔化速度越快
若干伸长度过长，电弧不稳，飞溅增多
中国 欧洲 北美 日本 东盟 韩国
焊条 %
51 17 18 14 60 20
实芯焊丝 % 药芯焊丝 %
28
8
30
5
34
36
埋弧焊丝 及其他 %
13 7 5 11 5 10
•表9-2 几种焊接方法综合成本比较
国家
药芯焊丝值（比值）
中国16mm板 3.32元/米（1.00）
美国16mm板 4.4美元/（1.00）
流量过小，保护效果变差，焊缝易出现凹坑和气 孔。流量过大会产生紊流，从而破坏气保护。气体流 量的设定，取决于保护气体的种类、气嘴直径和焊接 电流等因素。
• 表9-8 气体流量与气孔的关系
喷嘴高度/mm 20
气体流量/L/min 25 20 15 10 5
外观气孔 焊缝内部气孔
无
无
无
无
无
无
微量
少量
少量
9.2.4 药芯焊丝的焊接烟尘
表9-5 几种焊接材料的平均发尘速率及飞溅量对比
发尘速度mg/min 飞溅g/min
焊条 200～450
2～3
CO2实芯焊丝 400～600 2.5～3.5
药芯焊丝 500～850 0.7～1.2
（1）发尘机理
一般认为焊接烟尘是焊接区蒸发出来的金属及 其冶金反应物蒸汽远离焊接区后凝结而成，以气溶 胶的形式存在。
钢轨自保护药芯焊丝自动窄间隙电弧焊工艺及装备研究
传 给窄 间 隙焊接 技 术 。 间 隙焊接 技 术Байду номын сангаас般 采 用 Ｉ 窄
形 或 Ｕ 形 坡 口 ， 行 每 层 １ ２道 的 多 层 焊 接 。 优 进 ～ 其
点 主要 有 ：１焊 缝 截 面 积 大 幅度 减 小 （ ％－ ０ ， （） ５ ０ ８ ％） 显 著提高焊 接效 率 ， 省焊材 ； ） 节 （ 热输 人相 对较 小 ， ２ 冷 却速 度较 快 ， 头 的残 余 应 力 、 接 残余 变 形 明显 减 小 ， 接 热影 响 区 的塑性 损 伤极 小 ， 焊 一次 焊缝 组 织 品粒 更细 ， 热影 响 区小 ， 头力 学性 能高 ， 防止裂 接 对
（） 劳 试 验 ， 大 载 荷／ 小 载 荷 ３ ０ｋ ／０ｋ 支 ３疲 最 最 ５ Ｎ７ Ｎ， 距 １ ，０ ． ｍ ２ ０万 次 不 断 ； ） 头 抗 拉 强 度 大 于 等 于 ０ （接 ４
与坡 口的偏差 作为 焊枪 对 中信 息 ， 实现 焊缝 跟踪 及
闭 环 控 制 ， 而 达 到 自 动 控 制 的 目的 。 进
易 产 生 缺 陷 ， 用 自保 护 药 芯 焊 丝 焊 接 可 以 有 效 地 利
克服 不抗 风 的缺点 ， 特点是 所有 形成气 体 和熔渣 其
以及 防 止 氧 化 和 氮 化 的 成 分 都 在 药 芯 中 ， 因此 不 需
史 ， 中尤 以 日本 技术 突 出 。 其 电弧焊 作 为最 基本 的
试 验 表 明 ： 芯 焊 丝 的 使 用 极 大 改 善 了飞 溅 大 的 状 药 况 ， 芯 焊 丝 窄 间 隙 电 弧 焊 焊 接 电 弧 稳 定 ， 滴 过 药 熔 渡 均 匀 ， 敷 速 度 高 ， 缝 成 形 良 好 ， 道 表 面 光 熔 焊 焊 滑 ， 宽 大 ， 壁 熔 合 良 好 。 ｌ 焊 后 接 头 整 体 外 熔 侧 图 为
窄间隙自保护药芯焊丝钢轨电弧焊焊接过程中侧壁熔合熔深控制
窄间隙自保护药芯焊丝钢轨电弧焊焊接过程中侧壁熔合控制摘要：自保护药芯焊丝电弧焊是一种适用于高速铁路无缝线路现场焊接的窄间隙焊接方法。
自保护药芯焊丝钢轨电弧焊焊接过程中，恰当的侧壁熔合控制是得到性能与形貌良好的焊缝的关键。
本文首先简要介绍了钢轨焊接及窄间隙焊接方法，之后对自保护药芯焊丝钢轨电弧焊侧壁熔合过程的主要相关参数及控制要点进行了分析，最后提出了一套针对自保护药芯焊丝钢轨电弧焊焊接过程中侧壁熔合控制的研究方法。
关键词：侧壁熔合，控制，钢轨焊接，窄间隙焊，自保护药芯焊丝电弧焊1背景概述1.1钢轨焊接高速铁路是现代铁路行业最为主要的发展方向之一。
高速铁路无缝线路建设的大范围展开迫切需要性能、质量、生产效率相匹配的原位焊接方法。
目前国内现有的钢轨焊接从焊接方法上分类主要有闪光焊、电弧焊、气压焊等；从焊接设备上可分为手工焊和自动焊；从焊接工况上可分为现场焊与工厂焊。
无论是工厂焊还是现场焊，钢轨焊接作业环境均较为恶劣，实现高精度、高质量的钢轨焊接需要有先进的焊接设备与焊接方法作为保障。
传统的人工焊接已较难满足现代化无缝钢轨的技术要求，且作业效率较低。
图1为安装在大型焊轨车上的移动式自动焊轨机进行现场焊接作业时的情景。
大型焊轨车辆在国内高速铁路线路的建设中已有应用，目前在国内应用较为广泛的自动焊轨机主要有乌克兰巴顿焊接研究所生产的K920系列固定式焊轨机、K922系列移动式焊轨机，南车戚墅堰机车车辆工艺研究所设计制造的LR1200系列移动式焊轨机等。
此类自动焊轨机机械结构及电气控制方面设计巧妙，具有较高的控制精度。
自动焊轨机采用的焊接方法主要有闪光焊、电弧焊、气压焊等。
图1 大型焊轨车上的自动焊轨机1.2窄间隙焊窄间隙焊（NGW，Narrow Gap Welding），是一种先进高效的新型焊接技术，在钢轨焊接等厚板材料焊接中已得到广泛应用。
窄间隙焊在严格意义上并不是一种新的焊接方法，而是利用现有弧焊方法的一种焊接技术，所以各种弧焊方法的优缺点和特性会直接遗传给窄间隙焊。
长输管道自保护药芯焊丝半自动焊典型缺陷分析
长输管道自保护药芯焊丝半自动焊典型缺陷分析何小东;仝珂;梁明华;朱丽霞;路彩虹【摘要】在X80管线钢管环焊缝工艺评价试验基础上，统计分析了自保护药芯焊丝半自动焊接缺陷产生的比例；采用金相、扫描电镜和能谱分析等试验方法，观察了典型缺陷的形貌和缺陷中夹杂物的成分。
结果表明，自保护药芯焊丝半自动焊接缺陷产生的几率较大，在环焊缝6点和12点位置的缺陷比9点位置的缺陷多。
自保护药芯焊丝半自动焊的典型缺陷是夹渣、未熔合和气孔，呈“孔洞”形貌；“孔洞”中常伴随有夹杂物。
提出了改善措施，保证长输油气管道运行安全。
%The ratio of defects of self-shielded flux cored wire semi-auto welding (FCAW) was analyzed statistically on the base of welding procedure qualification of X80 girth welds. The morphology of typical defects was investigated by optical metallographic microscope (OM) and field emission scanning electron microscope (SEM). And the components of slag inclusion in the defects were tested by energy-dispersive spectrometry (EDS) analysis. The results showed that the probability of defects for FCAW is high. The defects that come into being at 6 o’clock and 12 o’clock are more than at 9 o’clock. The typical defects for FCAW are slag inclusions, incomplete fusion and porosity. And the appearances of these defects are cavity, in which the slag inclusions are found. In order to assure the safety of the pipeline running, the effective measures had be propsed.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P53-57)【关键词】焊管;X80管线钢管;自保护药芯焊丝;缺陷【作者】何小东;仝珂;梁明华;朱丽霞;路彩虹【作者单位】中国石油集团石油管工程技术研究院，西安，710077; 国家石油管材质量监督检验中心，西安，710077;中国石油集团石油管工程技术研究院，西安，710077; 国家石油管材质量监督检验中心，西安，710077;中国石油集团石油管工程技术研究院，西安，710077; 国家石油管材质量监督检验中心，西安，710077;中国石油集团石油管工程技术研究院，西安，710077; 国家石油管材质量监督检验中心，西安，710077;中国石油集团石油管工程技术研究院，西安，710077; 国家石油管材质量监督检验中心，西安，710077【正文语种】中文【中图分类】TG457.6长输管道工程建设实际上是一个大规模的焊接过程，常采用药皮焊条电弧焊、自保护药芯焊丝半自动焊、熔化极气体保护焊（STT半自动焊和CRC全自动焊）等焊接方式[1-4]。
药芯焊丝与实芯焊丝的区别
药芯焊丝的特点生产效率与手工焊条相比，由于药芯焊丝采用了连续焊接方式，因此生产效率高;与实心焊丝相比，由于药芯焊丝焊接飞溅少、焊缝成形好，所以减少了清除飞溅与修磨焊缝表面的时间。
对钢材的适应性与实心焊丝相比，由于药芯焊丝一般是通过药芯过渡合金元素，因此可以像手工焊条那样方便地从配方中调整合金成分，以适应被焊钢材的要求。
而实芯焊丝每调整一次合金成分，就要重新冶炼，其工序多，难控制，因此难以满足用量少而品种多的要求。
而且有的合金钢实芯焊丝拉拔性能差，很难拉拔成所需的焊丝。
此时药芯焊丝更显其独特之优点。
工人操作要求药芯焊丝对工人的操作水平要求低:与手工焊条比，省去了向下运条的操作;与实芯焊丝比，其电流、电压适应范围宽。
使用成本与手工焊条及实芯焊丝相比，药芯焊丝本身的价格很高。
但对于大型企业来讲，使用药芯焊丝后，生产周期缩短且焊缝质量容易保证，所以带来的综合效益是很高的。
抗潮性普通的药芯捍丝由于其制造形式的约束，在其钢皮的侧边有一条连续的缝隙。
所以药芯焊丝在打开包装之后的搁置时间不能太长，以防吸潮过多而影响焊接质量。
1.焊丝选用的要点焊丝的选择要根据被焊钢材种类、焊接部件的质量要求、焊接施工条件（板厚、坡口形状、焊接位置、焊接条件、焊后热处理及焊接操作等）、成本等综合考虑。
焊丝选用要考虑的顺序如下。
①根据被焊结构的钢种选择焊丝对于碳钢及低合金金高强钢，主要是按“等强匹配”的原则，选择满足力学性能要求的焊丝。
对于耐热钢和耐候钢，主要是侧重考虑焊缝金属与母材化学成分的一致或相似，以满足对耐热性和耐腐蚀性等方面的要求。
②根据被焊部件的质量要求（特别是冲击韧性）选择焊丝与焊接条件、坡口形状、保护气体混合比等工艺条件有关，要在确保焊接接头性能的前提下，选择达到最大焊接效率及降低焊接成本的焊接材料。
③根据现场焊接位置对应于被焊工件的板厚选择所使用的焊丝直径，确定所使用的电流值，参考各生产厂的产品介绍资料及使用经验，选择适合于焊接位置及使用电流的焊丝牌号。
A1对自保护药苍焊丝熔滴尺寸及电弧稳定性的影响
与前述方法相 比， 自保护药芯焊丝堆焊时 的焊接热 输
入 要小 得 多 ， 使 得其 堆 焊层 焊 接 应力 小 ， 因 而更 有 望 实
现大 面积 、 大 厚 度 耐 磨 工 件 的 多层 堆 焊 。它 对 于堆 焊
药 芯 的基 本 组 分 见 表 １ 。按 表 ２变 化 Ａ １ 粉含量，
熔 滴过渡
０ 前
言
大 面积 耐磨 板 等 产 品 ， 显 示 出独 特 的 生命 力 。焊 接 电弧稳定 性 是 自保 护 药芯 焊 丝 的使 用 工艺 性 的重要 指 标， 极 大地影 响 着 焊接 质 量 。采 用 单 变 量 方 法 研 究 了Ａ ｌ 对 自保 护 药 芯 焊 丝 熔 滴 尺 寸 及 电弧 稳 定 性 及 飞 溅 的影 响 ， 以期 为提高 此类 焊丝 的工艺 性 能提供 依据 。
１ｊ
ｌ
２
３
１ｊ
４
１Ｊ
５
生产应用 ｒ 曙慈
参 考 文 献
［ ６ ］ 黄俊兰 ， 龙伟民 ， 张
［ ７ ］ 李 秀朋 ， 程 亚芳 ， 马 雷． 稀土元 素 Ｒ Ｅ对 锌基 钎料 组织 与性能 的影 响［ Ｊ ］ ． 焊接 ， ２ ０ １ ０ （ ４ ） ： ３ ８— ４ １ ．
其机理为 ： Ａ ｌ 粉促进 了 Ｃ的过 渡 ， 降低 了 Ｃ与 Ｏ反应程度 ， 有 效抑制了焊接过程中的 Ｃ Ｏ气体 溢出造成的熔 滴剧烈
爆炸 ， 从 而降低 飞溅 ， 提高 电弧稳定性 。
关键词 ： 自保护药芯焊丝 电弧稳定性
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｇ ４ ２ ２ ． ３
堆焊
获 得试 验用 焊 丝 。焊 丝 采 用 模 拔 法 生 产 ， 钢 带 规 格 为
材料分析及整理
一、气孔问题原因：一种是因为空气中氧同熔融金属进行反应生成氧化铁，而各种结构钢总是含有一定的碳量，碳同氧化铁进行反应，生成的CO气体在焊缝金属结晶时来不及逸出便产生了气孔。
方法：在自保护药芯焊丝的药粉中需加入一定量的脱氧剂，这些脱氧元素和氧的亲台力比铁大，可优先被氧化。
阻止了熔融金属同氧结合而生成氧化铁，从而达到脱氧的目的。
这些脱氧剂主要有Al、T1和Si，Mg和Ca也是很好的脱氧剂，但Mg的沸点比较低从而降低了其脱氧效果，而Ca在空气中极易吸潮。
原因：空气中氮的侵入。
液态金属在高温时可溶解大量的氮，而在凝固时氮的溶解度突然下降，这时过饱和的氮以气泡的形式从熔池中向外逸出，当焊缝金属的结晶速度大于它的逸出速度时，就形成气孔。
方法：焊丝中需加^一定量的强氮化物形成元素，如Al，Ti等，生成稳定的氨化物来防止氨气孔的产生。
但焊缝中氮化物的数量超过一定极限，则会造成焊缝金属冲击韧度的下降，同时，过量的Al存在于焊缝金属中，还会引起晶粒粗大，严重影响焊缝会属的塑韧性。
为保证焊缝金属不出现气孔并具有合适的强度和望韧性，一般需同时采用两种途径来解决。
一种是通过焊丝中加入某些气化剂在焊接时分解和气化，释放出的气体形成保护屏障来隔离空气：另一种解决途径是通过加入适量的强氮化物形成元素和脱氧元素，来削弱和减少空气对熔融金属的有害作用，同时不至于严重影响焊缝余属的塑韧性。
去氢Ti、Ta、V、Nb、cr等元素增加氢的溶解度，因为这些元素能与氢结合生成低温稳定的化合物，有些不形成氢化物的元素如Al、Fe、Ni等可促进氢在这些金属中的溶解，也可提高氢的溶解度；C，Si，Al等元素降低氢的溶解度。
脱氧当熔池中含有对氧亲和力高的元素时(如Si，Al，Mn)，它们与溶解的氧反应，降低氧的活度和含量，这些元素称为脱氧剂。
稀土和铝有极强的脱氧、脱氮和降低焊缝气孔敏感性的作用。
脱磷可作为脱硫剂的元素有Mn、Mg、Na、Ca及稀土元素。
药芯焊丝电弧焊工艺分析及其应用研究
Internal Combustion Engine & Parts
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要更精准的找到位置。实芯焊丝进行焊接对焊工师傅的 技术能力要求较高，因为现阶段焊接工人数量的减少和 技能的退化，很难通过实芯焊丝满足工艺性能需求。从焊 接性能方面分析，因为药芯焊丝的特殊结构和特殊组成 成 分 ，所 以它 具 备 的 性 能 也 更 加 完 美 。 在 作 业 性 能 上 ，药 芯焊丝的焊弧比较柔和，所以要比实芯焊丝更加便于操 作。在安全性能方面，因为药芯焊丝的大多使用气体焊接 的 方 式 ，所以 在 车 间 操 作 的 密 闭 环 境 中 ，会 释 放 更 多 的 烟 雾，危害操作工人的健康，破坏车间的安全操作规范。这 一点实芯焊丝具备更好的性能。操作过程中的安全性药 芯焊丝要优于实芯焊丝。因为药芯焊丝具备气-渣联合双 层保护，而实芯焊丝只有气体保护一个保护层。所以从这 方面分析，药芯焊丝更加安全。最后，药芯焊丝的焊接过 程中，因为焊弧比较柔和，所以其飞溅程度要比实芯焊丝 的飞溅程度小很多。
关键词院药芯焊丝曰实芯焊丝曰电弧焊曰工艺
0 引言 随着科技的发展，我国大部分工厂中都安装了自动 化生产线及机器人操作间。其中有很多金属加工工艺被 自动化机器取代，但是现阶段电弧焊工艺仍然是工厂中 需求量较多的工艺，所以改善电弧焊所用的工具和电弧 焊工人的技术水平是非常必要的。通过改善电焊工艺，能 够增加金属制品的合格率，并提高金属工艺品的加工质 量。从而提高我国的金属利用率，在一定程度上节约了金 属资源，这也符合我国提倡的节约理念。因此，在电弧焊 过程中利用药芯焊丝进行焊接，不仅能够为金属加工制 造厂家带来更高的利益，还能为社会的可持续发展做出 贡献。 1 药芯焊丝优点 药芯焊丝在不同的情况下分类比较多。例如，按照保 护方面，可以分为自保护和气体保护；按照所接电源类型 方面，可以分为直流电源和交流电源；按照药芯焊丝的粗 细来分，可以分为小于两毫米的细焊丝和大于两毫米的粗 焊 丝 ；按 照药 芯 焊 接 的 横 截 面 来 分 ，可 以 分 为 复 杂 横 截 面 和简单横截面；按照填充物种类来分，可以分为金属粉芯 和造渣药芯。药芯焊丝根据焊接工艺可以分为有缝的药芯 焊丝和无缝的药芯焊丝，其中无缝焊丝具有良好的导电性 和防潮性，可以用于镀铜的处理。药芯焊丝根据组成成分 常用的焊丝可以分为 CMC-FC864Mo、CMC-FC815、CMCFC867，他们各自具有不同的优点，其适用的范围也不同。 例如 CMC-FC864Mo 的特性是属于新型金属粉末状包药 焊丝，在较热车间的开始锻模和中间锻模阶段的重要部位 进行加强焊接及热切模操作时，常用 CMC-FC864Mo 进行 焊接。因为这种焊丝中含有大量的 Cr 和 Mo，因此其热传 导效果比较好。CMC-FC815 也是属于新型金属粉末状包 药焊丝，它和 CMC-FC864Mo 的适用范围不同，主要用于 陶瓷类模具中耐磨、耐热部分的焊接。还可以加强低合金 钢及碳钢的硬度。因为其具有焊后熔金不需要预热，还能 够在机加工中利用。CMC-FC867 的特性是属于基础型的 粉末包药焊线，它和 CMC-FC864Mo 的适用性有相同的部 分，其特殊的用途是比较适合填充堆焊和重建修护焊接。
气体自保护药芯焊丝半自动焊
气体自保护药芯焊丝半自动焊摘要：介绍了STT 气保护半自动根焊，自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面工艺的特点及其焊接工艺。
此工艺具有焊接速度快、质量好、易于操作等优点，在长输管道工程中具有良好的应用前景。
关键词：STT ；药芯焊丝；半自动焊接；长输管道随着石油工业的不断发展, 管道输送油气以其安全、经济、高效、环保而得到了迅猛的发展。
长距离、大管径、高压力正成为陆上油气输送管线的发展方向。
目前, 我国的长输管道建设也正处于发展的高峰期。
迄今为止, 我国已建成各类长输管道两万多km , 承担着全国90 %以上的油气运输任务。
特别是近年来, 随着“西气东输工程”、“涩宁兰管道工程”、“兰成渝管道工程”等几项国家重点工程的上马, 在很大程度上促进了管道施工技术的发展与进步。
我国长输管道现场焊接所采用的焊接工艺方法已由传统的手工向下焊工艺, 逐步向半自动化、全自动化迈进。
但由于诸多因素的限制, 全自动焊在我国的发展比较缓慢,只是在“西气东输”等工程中进行了部分试用, 目前半自动焊正以其独特的优势在大口径长输管道建设中得到广泛应用。
本文主要介绍了STT 气保护半自动根焊, 自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面工艺的特点及其焊接工艺。
1 工艺特点简介1. 1 STT 气保护半自动焊STT 气保护半自动焊是一种以表面张力为主要熔滴过渡力的熔化极气体保护焊, 它采用独特的波形控制技术,可以根据熔滴的不同过渡过程, 自动调节焊接电流和电弧电压波形,在整个焊接周期里精确控制流过焊丝的电流,从而达到电弧所需的瞬时热量, 同时解决了CO2 气体保护焊短路过渡飞溅大的技术难题, 确保焊接电弧的稳定燃烧和有效控制焊缝成形。
与纤维素焊条下向焊相比, STT 气保护半自动焊具有以下优点: ①引弧容易, 电弧燃烧稳定; ②飞溅极小, 焊接烟尘少, 噪声小; ③焊缝成形美观, 焊接质量好, 可有效地减少管道打底焊道的未熔合缺陷; ④精确的热输入控制可以减少焊接变形和烧穿; ⑤焊接成本较低, 在焊接碳钢和低合金钢时可采用100 % CO2 气体保护; ⑥焊接速度快, 焊接效率高; ⑦焊后不需清渣, 节省了层间清理时间;⑧操作容易, 焊工不需要经过太长时间的培训。
铝在自保护药芯焊丝中的作用及焊缝韧化途径分析
铝在自保护药芯焊丝中的作用及焊缝韧化途径分析作者：尹士科等来源：《机械制造文摘·焊接分册》2015年第01期0 前言自保护药芯焊丝由于不需要外加气体保护，增加了施工的灵活性，尤其在高层建筑、输油、输气管线和海洋平台等各种户外施工现场，得到更为广泛的应用。
自保护药芯焊丝，由于药芯中某些粉剂在焊接时分解或气化，释放出一些气体，形成保护屏障来隔绝空气；同时，含有一定量的脱氧剂（如Al、Ti、Si、Mg等）和强氮化物形成元素（如Al、Ti等），可防止焊缝中出气孔和因含氮量高而导致焊缝金属韧性下降。
高的含铝量是自保护药芯焊丝的一个特征，为了避免焊缝生成CO和N2气孔，作为强脱氧剂和强氮化物形成元素的Al，在药芯中的加入量是相当多的。
但是，焊缝中过量的Al会引起晶粒粗大，严重影响焊缝金属的塑、韧性，故有必要对铝的作用进行深入探讨。
自保护药芯焊丝的渣系与其它焊接材料有着显著的区别，为了防止大气对焊接造成有害影响，通常，自保护药芯焊丝采用大量的氟化物作为造气和造渣剂，如BaF2、NaF、CaF2、SrF2等。
无论是自身造气保护的焊条电弧焊，还是外加保护气体的气体保护焊，其保护效果都能充分地隔绝焊接过程中外界空气的侵入。
而自保护药芯焊丝，因为药芯中的粉剂量少，造气剂所产生的保护气体、加入的金属元素挥发产生的金属蒸汽、冶金反应时产生的气体以及药芯中造渣剂产生的熔渣等，不能有效地隔绝外界空气的侵入，导致电弧气氛中的氧、氮和氢气进入熔滴金属。
含有这些气体的熔滴金属落入熔池之后，如果在熔池内不能充分地脱除这些气体，将会在焊缝中形成氧化物、氮化物等各种夹杂物，对焊缝韧性造成不利影响，基于此，有必要采取其它措施来进一步提高焊缝金属的韧性。
1 铝在焊接中的作用及其对焊缝性能的影响1.1 铝在焊接过程中的脱氧、脱氮作用铝是很强的脱氧、脱氮元素，它对氧的亲和力很强，其脱氧能力排在钛、碳、镁、锆等元素之前。
在熔滴形成及熔滴过渡阶段，铝主要通过先期脱氧来降低电弧气氛的氧化势，Al可与电弧气氛中的氧相结合，生成铝的氧化物，其脱氧反应式如下：铝在降低电弧气氛中氧化势的同时，由于电弧气氛中含O量减少，使NO的分压降低，也使溶入熔滴金属中的氮减少；铝又与氮有很强的结合能力，可以形成稳定的AlN夹杂，该氮化物不溶于液态金属，而进入熔渣之中。
自保护药芯焊丝的特点及使用要求
自保护药芯焊丝的特点及使用要求一自保护药芯焊丝的特点1958年，美国和前苏联同时研制成一种不需外加气体保护的药芯焊丝，即目前的自保护药心焊丝。
在随后的50余年时间，自保护药芯焊丝以其特有优越性得到了很大的发展。
在美国，自保护药芯焊丝占药芯焊丝总量的30%。
目前，自保护药芯焊丝广泛用于管线建设、海洋工程、户外大型钢结构制造、高层钢结构建筑、表面堆焊等。
自保护药芯焊丝通过焊丝药芯中的造渣剂、造气剂在电弧高温作用下产生的气、渣对熔滴和熔池进行保护。
自保护药芯焊丝电弧焊方法具有以下优点：1.不需外加保护气源，焊枪结构简单、重量轻，便于操作；2.抗风抗气孔性能良好，在焊接中由该焊丝自身冶金反应造气形成保护气氛，可在四级风力下施焊，只要风速不超过8m/s,可不采取任何防护措施,特别适用于野外施工作业；3.电弧穿透力要大，熔滴要呈喷射状过渡，飞溅小；4.具有优良的全位置立向下焊操作工艺性能，操作工艺性能好；5.脱渣性能良好；6.熔敷金属能在低温和大风等各种恶劣条件下同样获得较高的低温韧性。
二自保护药芯焊丝的使用要求 1.焊接电源采用专用的直流电源和逆变电源。
⒉应采用直流正接(DC-):焊件接电源正极，焊枪接电源负极。
极性接反,容易飞溅大,熔深浅,无法焊接。
⒊焊丝的角度在下向焊时，一般要求焊丝与工件保持800～900，避免靠近垂直位置时熔渣和铁水的下淌,从而影响焊接操作的顺利进行,以及容易出现夹渣和气孔等缺陷。
4.自保护药芯焊丝的干伸长度,一般应控制在6～10倍焊丝直径为宜，如干伸长度过长,会使焊丝熔化过快,降低电弧吹力。
⒌被焊接表面应均匀、光滑，不得有铁锈、渣垢、油脂和其他影响焊接质量的有害物质。
⒍焊接地线尽量靠近焊接区,而且要确认导电良好,(地线是否氧化,接的是否牢固,地线与母材接触的地方不能有铁锈),如导电不好,会引起电弧不稳。
⒎焊接参数调整的好坏,直接影响焊接质量。
电。
药芯焊丝电弧焊工艺
药芯焊丝电弧焊FCAW -SS Innershield®FCAW -GS Outershield®Copyright Ó2002-10 Lincoln Global Inc.12什么是FCAW-SS? FCAW-SS = 药芯焊丝电弧焊–自保护焊t Innershield ®焊接方法t 林肯电气公司研发的工艺方法t 其为管焊丝，管芯为焊剂成分，作用是保护焊缝成型。
t 大部分焊丝在DCEN （DC-）极性下运行，而一些在DCEP （DC+）下运行。
焊丝供给系统电源焊枪工件送丝机FCAW-SS –优点t可用于户外操作t无保护气体费用t熔敷率高FCAW-SS –优点t机械性能好Array t除烟有效t能够在较差钢材上进行焊接t全位置焊接FCAW-SS –局限性t飞溅物t焊渣（清洁时间）t再次起弧前需剪断焊丝端部6什么是FCAW-GS?FCAW-GS = 药芯焊丝电弧焊–气体保护t “双保护式”焊接方法t 其为管焊丝，管芯为焊剂成分t 配用外部的保护气体t 一般在DCEP （DC+）极性下运行。
保护气气源保护气调节器送丝机焊丝供给系统焊接电源焊枪FCAW-GS –优点t焊缝（珠）外观好Array t飞溅物很少，甚至无t熔敷率高t机械性能好FCAW-GS –优点t高效(90+%)t全位置焊接t能够沉积低氢焊缝9FCAW-GS –局限性t 烟雾t 需携带相关设施t 需在室内焊接t 有产生气疤的可能性t 需对保护气体t 高辐射热t 焊渣FCAW 焊接原理1011FCAW-SS 工作原理t 焊丝和工件之间的电弧熔化了焊丝和接头。
t 形成焊缝金属和焊渣t 因焊渣较熔融金属轻，故上浮于表面。
t DC 极性导电嘴工件电弧熔融的焊缝金属经固化的焊缝金属保护性焊渣自保护药芯焊丝绝缘导套电流导并FCAW-GS 工作原理t焊丝和工件之间的电弧熔化了焊丝和接头。
t形成焊缝金属和焊渣t因焊渣较熔融金属轻，故上浮于表面。
长输油气管道的自保护药芯焊丝半自动焊
维普资讯
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５ ・ ２
焊接
２０ （ ） ０６ ４
度高。
焊丝 ， 缩短 了焊 接作业 线 ， 减少 了设备 的搬 迁次 数 。 值 得一 提 的是 ， 采 用 自保 护 药 芯 焊 丝 半 自动 焊 在 时 ， 道 的根 部 焊 接 大 多还 是 采 用 传 统 的 焊 条 电弧 焊 管 打底 ， 因是 国外 虽 然 也 开 发 出适 用 于 根 部 焊 接 的 自 原 保护 焊丝 ， 美 国的 Ｎ 如 Ｒ一２４焊丝 ， 用 于焊 接工 艺 评 ０ 但 定试 验 时 ， 部焊 缝质 量 一直 存 在 问题 ， 根 因此 根 部 焊 接 现 主要 采用 纤维 素焊 条 打底 。 管 道局 焊接 培训 中心 曾对该 焊 接 工 艺 与焊 条 电弧 焊进 行 对 比试 验 ， 焊接 钢 管 为 Ａ Ｉ ＬＸ ０控 制轧 制 管 Ｐ ６ ５ 线 钢 管 ， 径 为 １ 管 １ｍｍ， 壁厚 为 ８７ｍ 管 口采 用对 ． ｍ， 接形 式 。焊接 坡 口形 式 见 图 １ 。 对 比试验 的焊 接参 数 和 焊接 接 头 力学 性 能 试验 结 果分 别 见表 ２和表 ３ 。
表 １ 三种渣 系药芯 焊丝的焊接特性
自 保护药芯焊丝的主要优点如下 ：
（ ）药 芯 焊 丝 熔 敷 速 率 高 于 实 心 焊 丝 ， １ 由于 焊 丝
断面 上通 电部 分 面 积 比实 心 焊 丝 小 ， 同样 的焊 接 电 在 流下 药芯 焊丝 的电流密 度 高 ， 丝熔 化 速 度快 ， 敷速 焊 熔
从原来传统 的焊条 电弧焊方式 ， 功发展到广泛采用 成
自保 护 药芯 焊丝 半 自动焊 这种 高效 的焊 接技 术 。
１ 药 芯 焊丝 的特 点
第7讲 药芯焊丝电弧焊简介
第7讲药芯焊丝电孤焊简介1概述药芯焊丝是继焊条、实芯焊丝之后广泛应用的又一类焊接材料，它是由金属外皮和芯部药粉两部分构成的。
使用药芯焊丝作为填充金属的各种电弧焊方法统称为药芯焊丝电弧焊。
通常用英文简称FCAW（Flux-Cored Arc Welding）表示。
1.1药芯焊丝的发展药芯焊丝最早出现在20世纪20年代的美国和德国。
但真正大量应用于工业生产是在50年代，特别是60、70年代以后，随着细直径（φ2.0mm以下）全位置药芯焊丝的出现，药芯焊丝进入高速发展阶段。
近几年发达国家药芯焊丝的用量约占焊接材料总量的20％～30％，且仍处在稳步上升阶段。
焊条、实芯焊丝、药芯焊丝3大类焊接材料中，焊条年消耗量呈逐年下降趋势，实芯焊丝年消耗量进入平稳发展阶段，而药芯焊丝无论是在品种、规格还是在用量等各方面仍具有很大的发展空间。
我国在60年代开始有关药芯焊丝的相关技术以及制造设备的研究。
80年代初，国内一些重大工程项目开始大量使用药芯焊丝（几乎全部为国外产品），对药芯焊丝的推广使用起到了推动作用。
80年代中期，我国开始引进药芯焊丝生产线以及产品配方，90年代初期，国产药芯焊丝生产线也具备了批量生产的能力。
近年来，国内药芯焊丝年消耗量接近万吨，占焊接材料总量的1％左右。
但国产药芯焊丝年产量仅2000t左右，不足焊材总产量的0.3％。
国产药芯焊丝无论是在品种还是产量都不能满足国内目前市场的需求。
然而从近几年国产药芯焊丝的发展趋势可以看出，国产药芯焊丝及其相关技术已经成熟，今后几年我国的药芯焊丝技术及应用也将进入高速发展阶段。
总之，药芯焊丝以其明显的技术和经济方面的优势将逐步成为焊接材料的主导产品，是21世纪最具发展前景的高技术焊接材料。
1.2药芯焊丝的分类药芯焊丝目前尚无统一的分类方法，一般公认的分类方法如下：l）按横截面形状分药芯焊丝的横截面形状可分为简单O形截面和复杂截面两大类（见图l）。
O形截面的药芯焊丝又分为有缝和无缝药芯焊丝。
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专题讨论
冯晓庆等：自保护药芯焊丝电弧稳定性分析
第6期
和焊接电流信号，测试时间定为 15 s 。 [4－5]
2 实验结果和分析
2．1 标准偏差和变异系数分析
在焊接中电弧信号的时间函数是描述熔滴过
渡和电弧稳定性最广泛的方法。特别是电弧电压和
控
can provide some reference for evaluating usability of self-shielded flux-cored wire．The arc instantaneous working trace is more
制
技
concentrative in U－I，or the distribution of voltage deviation histograms is more concentrative and taller，and the arc stability is
︱ 电
于反映每种焊丝熔滴过渡的稳定性是非常可靠的。
弧 一种焊丝的直方图分布的又高又窄，那就表明此焊
控 丝电弧的稳定性要比直方图分布又矮又宽的好。同
制 样，通过这些直方图也可以精确地确定每组标准偏
技 术
差量所占整个电弧电压的份额。
三种自保护药芯焊丝的电弧电压偏差直方图
如图 2 所示。从图 2 中可以看出，三种自保护药芯
c H3 焊丝 图 1 三种焊丝的 U－I 图 Fig．1 U－I of three kinds of wires
焊接电流标准偏差、变异系数分别都比 H2 焊丝要 大，也说明其电弧燃烧稳定性比 H2 焊丝差。
图 1b 是 H2 焊丝的 U－I 图，从图 1b 中可以看 出，此焊丝焊接过程中电弧燃烧时的工作点轨迹较 为集中，并且所覆盖的面积较小。再引弧、跳弧高电 压区出现的工作点轨迹少，表明其电弧燃烧较为稳 定。从表 1 中也可以看出，其电弧电压和焊接电流标
压标准偏差Δ U 越小，电流标准偏差Δ I 也越小，其变异系数δ U 和δ I 也越小，电弧稳定性越好。通过 对 U－I 图和电弧电压偏差直方图的分析，提取出某些反映电弧稳定性的信息，该信息对于评定自保护 药芯焊丝工艺性能提供了参考。U－I 图中电弧瞬时工作点轨迹越集中，电弧电压偏差直方图分布越集 中越高，电弧稳定性越好。
焊丝
标准偏差所占份额／％
－2～2 V －4～4 V －6～6 V －8～8 V
H1 焊丝 65．783 92．396 98．850 99．670
H2 焊丝 74．187 96．548 99．450 9 Nhomakorabea．850
H3 焊丝 63．882 92．296 98．799 99．850
(2)通过 U－I 图分析，H2 焊丝在焊接过程中电
H2 焊丝的电弧电压和焊接电流标准偏差 Δ U 和
Δ I 以及变异系数δ U 和 δ I 都比其他两种焊丝
小，说明 H2 的熔滴过渡和电弧稳定性最好。同时 可 以 看出，电弧电压和电流有着相同的趋势，即 Δ U 越大，Δ I 也越大，并且变异系数 δ U 和 δ I 也 越大，熔滴过渡和电弧稳定性越差。
表 1 三种焊丝正常焊接时的统计结果 Fig．1 Dates of three kinds of wires under normal welding
焊丝牌号 H1 焊丝 H2 焊丝 H3 焊丝
Δ U／V 2．24 2．11 2．30
δU 9．84×10－2 9．19×10－2 10．09×10－2
焊丝在标准偏差在－2～2 V 内，所占份额 H2 焊丝明
显比 H1 和 H3 要多，说明 H2 焊丝电弧电压的波动
相对于其他两者要小，电弧稳定性更好。
表 2 是测试的三种药芯焊丝统计的电弧电压
标准偏差分别在－2～2 V，－4～4 V，－6～6 V，－8～8 V
内的份额。从表 2 中可以清楚地看出，H2 焊丝在 4
(3)电弧电压偏差直方图可以更准确地描述自 保护药芯焊丝熔滴过渡和电弧燃烧的稳定性，其宽 度和高度可以反映每种焊丝熔滴过渡的稳定性。 H2 焊丝的电弧电压直方图相对其他两种焊丝更 高、更集中，电弧稳定性最好。
Electric Welding Machine ·31·
专题讨论
第 39 卷
准偏差、变异系数分别为 2．11 V，9．19×10－2，28．76 A，
13．75×10－2，比其他两种焊丝都小，也说明其电弧燃
烧稳定性比其他焊丝要好。
图 1c 是自制 H3 焊丝的 U－I 图，从图 1c 中可以
看出，自制 H3 焊丝电弧燃烧时的工作点轨迹较为
焊接电流的波动情况，可以清楚地反映出电弧稳定
性的好坏。通常认为由于电源或噪声等原因造成的
电弧电压波动范围不超过 0．3 V。
三种自保护药芯焊丝电弧电压和焊接电流的
标准偏差 Δ U 和Δ I 以及变异系数 δ U 和 δ I(变异 系数＝标准偏差／平均值)如表 1 所示。由表 1 可知，
a H1 焊丝
分散，并且所覆盖的面积较大。不仅再引弧、跳弧高
电压区出现的工作点轨迹多，而且熔滴弧桥并存过
渡低电压区燃弧工作点分散，说明在焊接过程中存
在较多的低电压熔滴过渡和高电压燃弧的现象，这
些因素都导致了焊接过程飞溅较大，电弧稳定性差。
从表 1 中也可以看出，自制 H3 焊丝的 δ U 和δ I 最
大，也说明其电弧燃烧和熔滴过渡稳定性最低。
Δ I／A 33．93 28．76 34．76
δI 16．43×10－2 13．75×10－2 16．61×10－2
专
题
讨
论
︱ ︱
电
弧
控
b H2 焊丝
制
技
术
2．2 U－I 图分析
三种自保护药芯焊丝的 U－I 图如图 1 所示。此 图是焊丝在焊接过程中电弧燃烧时的瞬时工作点 轨迹。经过对电压电流波形的分析可以得出，U－I 图 中右下方为熔滴弧桥并存过渡低电压区；中间轨迹 集中为电弧正常燃烧区；上方为再引弧、跳弧高电 压区。再引弧、跳弧高电压区主要提取焊接过程中 再引弧、跳弧现象的信息。焊接过程电弧不稳定、熔 滴过渡后重新引燃、焊接过程中出现较多跳弧现象 等时，该信息就会越显著。从图 1 中可以看出，三种 自保护药芯焊丝几乎没有出现短路过渡矩形框，说 明自保护药芯焊丝不是以短路过渡为主。
关键词：自保护药芯焊丝；电弧稳定性；焊接电参数；汉诺威焊接质量分析仪
中图分类号：TG403
文献标识码：A
文章编号：10 01－2303(2009)06－0030－04
专 题
Analysis on the arc stability of self-shielded flux-cored wire
讨
FENG Xiao-qing，LIU Hai-yun，ZHOU Zeng
图 1a 是 H1 焊丝的 U－I 图，从图 1a 中可以看出， 其电弧燃烧时的工作点轨迹较为集中，但与 H2 焊 丝相比工作点轨迹较分散，并且再引弧、跳弧高电 压区出现的工作点轨迹比 H2 焊丝多，说明 H1 焊 丝在焊接过程中出现跳弧现象较多，电弧稳定性不 如 H2 焊丝。从表 1 中也可以看出，其电弧电压和
电
welding quality analyzer．It is found that the value of Δ U and Δ I is more small，the δ U and δ I is more small，and the arc stability
弧
is better．Some information reflecting arc stability has been picked by U－I and arc voltage deviation histograms analysis，which
术
better．
Key words：self-shielded flux-cored wire；arc stability；welding electric parameters；Hannover welding quality analyzer
0 前言
焊接电弧稳定性是自保护药芯焊丝使用工艺 性的重要指标。焊接时电弧的行为对电弧的稳定性 具有极大的影响，因而直接影响到焊接过程中的工 艺稳定性。目前，有些研究者对部分焊条、气保护焊 丝[1－3]工艺性评定做了大量研究工作，对所研究的焊 接材料主要提取了与短路过渡形态有关的各种信 息，如短路电压、电流概率和、短路时间频率分布 等，从而定量评定了其工艺性。相对而言，由于自保 护药芯焊丝短路过渡特征不明显，无法选用短路电 压、电流概率和、短路时间频率分布等方法评价其 工艺性稳定性。本研究是在对自保护药芯焊丝焊接
第 39 卷 第 6 期 2009 年 6 月
Electric Welding Machine
Vol．39 No．6 Jun．2009
自保护药芯焊丝电弧稳定性分析
冯晓庆，刘海云，周 增
(太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024)
摘要：采用汉诺威焊接质量分析仪对自保护药芯焊丝(SSFCW)的焊接电参数进行了测试分析，发现电
收 稿 日 期 ：2008－09－18；修 回 日 期 ：2009－03－01 作 者 简 介：冯晓庆(1983—)，女，河北邯郸人，在读硕士，主要
从事焊接电弧物理以及焊接材料工艺方面的研 究工作。
·30· Electric Welding Machine
电参数统计分析的基础上，提出了一种判断自保护 药芯焊丝熔滴过渡和电弧稳定性的新方法。
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