纤维素焊条立向下焊的工艺特点

近年来，随着石油管道铺设工程的发展，大口径管道的焊接工艺不断推新发展，由过去单一的焊条电弧焊（酸性、碱性焊条），发展到管道自动焊、半自动焊工艺。焊条电弧焊也由结507焊条单一品种全位置施焊发展为纤维素焊条立向下焊等高效焊接施工工艺。改变了普通焊条立向上焊的传统工艺方法，将原水平固定管状对接全位置运条操作法，改变为类似平焊运条法的下向焊，即由12点位置起弧焊至管口下部6点位置结束，提高熔数效率1~3倍，深受管道施工单位的好评。西气东输工程中大口径管道（Φ1016）根部打底焊和部分管道的多层焊接均采用纤维素焊条施焊。

纤维素焊条立向下焊，电弧具有熔深大，穿透力强，根部打底焊单面焊双面成形好，气孔敏感性小，操作难度低，焊缝内外质量高，焊工易掌握，培训周期短等工艺特点。广泛应用于石油化工、天然气、电力、民用行业的输油、输气、输水大口径管道安装铺设施工中。

1、纤维素焊条药皮成分和工艺特性

1．1 纤维素焊条药皮的主要成分：

25~40%纤维素（木粉、淀粉、酚醛树脂粉、微量纤维、麦粉等）；

8~16%碳酸盐（碳酸钾、钙等）；

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

10~15%金属氧化物；

20%其它成分。

1．2 药皮中大量有机物分解，形成大量气体（CO、CO2、H2、H2O等），对焊缝有很强的保护效果，并且电弧吹力大，熔滴过渡呈喷射状。

1．3 在直流弧焊机电源正接和反接时，其熔滴过渡的形态不同。

a. 直流正接时，焊条端部形成的熔融金属体积小，电弧吹力大，气流足以使焊条端头熔化金属飞离，实现小颗粒过渡。电弧稳定性强，焊缝熔深大，一般适用于根部打底焊，单面焊双面成形背面成形好。由于正接电弧的飞溅大，熔深大，不易获得满意的表面成形，在热焊、填充焊和盖面焊不常使用。

      b. 直流反接时，焊条端部熔融金属几乎完全是块状的熔化金属，表面吹力大，虽有这么大的造气剂也很难将熔滴吹成小颗粒过渡形态。因此，直流反接时，其熔滴过渡为接触式短路过渡。每次短路过渡后，由于焊条端部熔融金属体积变小，在药皮套筒和气流的影响下，又出现颗粒过渡形态。所以，纤维素焊条直流反接时是短路过渡伴随颗粒过渡的混合过渡形态。这是不同于其它焊条过渡形态的特殊形式，直流反接一般适用于热焊、填充焊、盖面焊层的施焊。

2、纤维素焊条弧焊电源的工艺特点

2．1 一般普通直流焊条电弧焊电源，在用于纤维素焊条时，会出现断弧、熄弧、“喘息”灭弧，粘条、电弧不稳定、过渡颗粒粗大等不良工艺现象。因此纤维素焊条的电弧电压高于普通焊条8~12V（如E6010，U =26~35V）。电弧拉长时，电弧电压高过电源外特性的恒流段，找不到稳定的工作点，必然熄弧。而电弧电压低时，电弧电压偏低，直流反接时，熔滴短路过渡，熔融金属体积大，很容易粘条，尤其是小电流（I =50--70A）。下向焊时，粘条倾向严重，妨碍正常焊接，且焊层接头多，内部凹陷，气孔、夹渣等缺陷严重。

2．2 纤维素焊条专用焊机增设了推力电流，在电弧较短、电弧电压低时，在原焊接电流值上瞬时加上50~80A的推力电流。因此，药皮发气量与电流平方成正比关系，电弧力也是以电流的平方成正比猛增，瞬时将短路熔滴吹开，增加小颗粒过渡的次数，有效地防止了焊条与熔池粘接的现象发生。

2．3  纤维素焊条专用焊机在二次输出回路中串接大容量输出电抗器，减缓短路电流的上升速度，解决了小电流时电弧连续稳定的动特性问题，有效地解决了熄弧、灭弧、粘条现象。Φ3.2纤维素焊条（E6010）在直流正接时，最小电流If=30A。直流反接If=40A时，电弧仍然十分稳定，这是其它直流弧焊机难于实现的工艺参数。

2．4 由于纤维素焊条专用焊机上以输出电感和控制电路上不同于普通焊条弧焊机的电源特性，所以在纤维素焊条输出特性上，烧焊碱性焊条（如E5015）电弧稳定性降低，又带来了碱性焊条的熄弧、粘条等不良工艺问题。为了兼容两类焊条的熔化特性，直流弧焊机电源设计上应该考虑两种最佳特性共存的弧焊电源，即满足于纤维素焊条的熔化特性，又适合于普通碱性焊条的熔化特性，即在这种弧焊电源上各类型焊条的工艺特性均达到最佳效果。

据上述思路，时代公司研制开发了多款纤维素焊条和普通焊条工艺性能兼容的直流逆变弧焊机。该焊机设有三个输出端子，一是纤维素焊条，二是普通焊条，三是母材工件。正反接转换由快插接头迅速调整。焊接电流、推力电流调节，焊接电流适用范围大（20~400A），并设有防触电功能和保护电路。几年来，经广大用户的使用，性能稳定，可靠性高，适用各类焊条电弧焊工艺，尤其是纤维素焊条的管道下向焊工艺。

3、纤维素焊条的工艺参数

3．1 常用纤维素焊条有：

    E6010（相当于E4310、J425G）适用于打底焊、热焊、填充焊；

    E8010（相当于E5511、J555）适用于热焊、填充焊、盖面焊层，一般用低氢下向焊条；

    E7048（相当于J506X）焊缝外形整洁、美观。

3．2 常用焊接工艺规范参数

a)        试件装配尺寸

坡口角度（a）	对口间隙（c）	钝边尺寸（p）
60°	2-2.5	0.5-1.0

b、焊接工艺规范参数

焊接 层次	焊条 直径	电源 极性	焊接电流 （A）	电弧电压 （V）	焊接速度 （cm/min）	运条 方法
打底焊	Φ3.2	正接	50-70	22-24	12-15	直拉
热  焊	Φ4.0	反接	90-95	26-28	15-18	直拉 或 摆动
填充焊	Φ4.0	反接	130-150	28-30	12-15
盖面焊	Φ4.0	反接	130-150	28-30	14-18