纖維素焊條立向下焊的工藝特點

近年來，隨著石油管道鋪設(shè)工程的發(fā)展，大口徑管道的焊接工藝不斷推新發(fā)展，由過去單一的焊條電弧焊（酸性、堿性焊條），發(fā)展到管道自動焊、半自動焊工藝。焊條電弧焊也由結(jié)507焊條單一品種全位置施焊發(fā)展為纖維素焊條立向下焊等高效焊接施工工藝。改變了普通焊條立向上焊的傳統(tǒng)工藝方法，將原水平固定管狀對接全位置運(yùn)條操作法，改變?yōu)轭愃破胶高\(yùn)條法的下向焊，即由12點位置起弧焊至管口下部6點位置結(jié)束，提高熔數(shù)效率1~3倍，深受管道施工單位的好評。西氣東輸工程中大口徑管道（Φ1016）根部打底焊和部分管道的多層焊接均采用纖維素焊條施焊。

纖維素焊條立向下焊，電弧具有熔深大，穿透力強(qiáng)，根部打底焊單面焊雙面成形好，氣孔敏感性小，操作難度低，焊縫內(nèi)外質(zhì)量高，焊工易掌握，培訓(xùn)周期短等工藝特點。廣泛應(yīng)用于石油化工、天然氣、電力、民用行業(yè)的輸油、輸氣、輸水大口徑管道安裝鋪設(shè)施工中。

1、纖維素焊條藥皮成分和工藝特性

1．1 纖維素焊條藥皮的主要成分：

25~40%纖維素（木粉、淀粉、酚醛樹脂粉、微量纖維、麥粉等）；

8~16%碳酸鹽（碳酸鉀、鈣等）；

8~20%鐵合金（SiO2、TiO2、MnO、FeO、MgO、Al2O3等）；

10~15%金屬氧化物；

20%其它成分。

1．2 藥皮中大量有機(jī)物分解，形成大量氣體（CO、CO2、H2、H2O等），對焊縫有很強(qiáng)的保護(hù)效果，并且電弧吹力大，熔滴過渡呈噴射狀。

1．3 在直流弧焊機(jī)電源正接和反接時，其熔滴過渡的形態(tài)不同。

a. 直流正接時，焊條端部形成的熔融金屬體積小，電弧吹力大，氣流足以使焊條端頭熔化金屬飛離，實現(xiàn)小顆粒過渡。電弧穩(wěn)定性強(qiáng)，焊縫熔深大，一般適用于根部打底焊，單面焊雙面成形背面成形好。由于正接電弧的飛濺大，熔深大，不易獲得滿意的表面成形，在熱焊、填充焊和蓋面焊不常使用。

      b. 直流反接時，焊條端部熔融金屬幾乎完全是塊狀的熔化金屬，表面吹力大，雖有這么大的造氣劑也很難將熔滴吹成小顆粒過渡形態(tài)。因此，直流反接時，其熔滴過渡為接觸式短路過渡。每次短路過渡后，由于焊條端部熔融金屬體積變小，在藥皮套筒和氣流的影響下，又出現(xiàn)顆粒過渡形態(tài)。所以，纖維素焊條直流反接時是短路過渡伴隨顆粒過渡的混合過渡形態(tài)。這是不同于其它焊條過渡形態(tài)的特殊形式，直流反接一般適用于熱焊、填充焊、蓋面焊層的施焊。

2、纖維素焊條弧焊電源的工藝特點

2．1 一般普通直流焊條電弧焊電源，在用于纖維素焊條時，會出現(xiàn)斷弧、熄弧、“喘息”滅弧，粘條、電弧不穩(wěn)定、過渡顆粒粗大等不良工藝現(xiàn)象。因此纖維素焊條的電弧電壓高于普通焊條8~12V（如E6010，U =26~35V）。電弧拉長時，電弧電壓高過電源外特性的恒流段，找不到穩(wěn)定的工作點，必然熄弧。而電弧電壓低時，電弧電壓偏低，直流反接時，熔滴短路過渡，熔融金屬體積大，很容易粘條，尤其是小電流（I =50--70A）。下向焊時，粘條傾向嚴(yán)重，妨礙正常焊接，且焊層接頭多，內(nèi)部凹陷，氣孔、夾渣等缺陷嚴(yán)重。

2．2 纖維素焊條專用焊機(jī)增設(shè)了推力電流，在電弧較短、電弧電壓低時，在原焊接電流值上瞬時加上50~80A的推力電流。因此，藥皮發(fā)氣量與電流平方成正比關(guān)系，電弧力也是以電流的平方成正比猛增，瞬時將短路熔滴吹開，增加小顆粒過渡的次數(shù)，有效地防止了焊條與熔池粘接的現(xiàn)象發(fā)生。

2．3  纖維素焊條專用焊機(jī)在二次輸出回路中串接大容量輸出電抗器，減緩短路電流的上升速度，解決了小電流時電弧連續(xù)穩(wěn)定的動特性問題，有效地解決了熄弧、滅弧、粘條現(xiàn)象。Φ3.2纖維素焊條（E6010）在直流正接時，最小電流If=30A。直流反接If=40A時，電弧仍然十分穩(wěn)定，這是其它直流弧焊機(jī)難于實現(xiàn)的工藝參數(shù)。

2．4 由于纖維素焊條專用焊機(jī)上以輸出電感和控制電路上不同于普通焊條弧焊機(jī)的電源特性，所以在纖維素焊條輸出特性上，燒焊堿性焊條（如E5015）電弧穩(wěn)定性降低，又帶來了堿性焊條的熄弧、粘條等不良工藝問題。為了兼容兩類焊條的熔化特性，直流弧焊機(jī)電源設(shè)計上應(yīng)該考慮兩種最佳特性共存的弧焊電源，即滿足于纖維素焊條的熔化特性，又適合于普通堿性焊條的熔化特性，即在這種弧焊電源上各類型焊條的工藝特性均達(dá)到最佳效果。

據(jù)上述思路，時代公司研制開發(fā)了多款纖維素焊條和普通焊條工藝性能兼容的直流逆變弧焊機(jī)。該焊機(jī)設(shè)有三個輸出端子，一是纖維素焊條，二是普通焊條，三是母材工件。正反接轉(zhuǎn)換由快插接頭迅速調(diào)整。焊接電流、推力電流調(diào)節(jié)，焊接電流適用范圍大（20~400A），并設(shè)有防觸電功能和保護(hù)電路。幾年來，經(jīng)廣大用戶的使用，性能穩(wěn)定，可靠性高，適用各類焊條電弧焊工藝，尤其是纖維素焊條的管道下向焊工藝。

3、纖維素焊條的工藝參數(shù)

3．1 常用纖維素焊條有：

    E6010（相當(dāng)于E4310、J425G）適用于打底焊、熱焊、填充焊；

    E8010（相當(dāng)于E5511、J555）適用于熱焊、填充焊、蓋面焊層，一般用低氫下向焊條；

    E7048（相當(dāng)于J506X）焊縫外形整潔、美觀。

3．2 常用焊接工藝規(guī)范參數(shù)

a)        試件裝配尺寸

坡口角度（a）	對口間隙（c）	鈍邊尺寸（p）
60°	2-2.5	0.5-1.0

b、焊接工藝規(guī)范參數(shù)

焊接 層次	焊條 直徑	電源 極性	焊接電流 （A）	電弧電壓 （V）	焊接速度 （cm/min）	運(yùn)條 方法
打底焊	Φ3.2	正接	50-70	22-24	12-15	直拉
熱  焊	Φ4.0	反接	90-95	26-28	15-18	直拉 或 擺動
填充焊	Φ4.0	反接	130-150	28-30	12-15
蓋面焊	Φ4.0	反接	130-150	28-30	14-18