STTRMD根焊焊接技術的比較.doc

STT與RMD根焊焊接技術朱洪亮(四川油氣田建設工程有限責任公司,四川 成都 610213)摘 要:為更好的區(qū)分STT根焊與RMD根焊各自的優(yōu)點及適用范圍，從采用的設備、工作原理、參數調節(jié)方式、焊縫成型、質量和現(xiàn)場應用情況等方面對兩種根焊方法進行了對比分析，可以看出STT與RMD的送絲機構不同，一個是開放式，一個是密封式，STT在厚壁材料上易出現(xiàn)冷溶缺陷，但能很好的控制薄壁材料的變形，因此，STT更適合于在固定地點，薄板和需控制焊接變形的結構上應用；RMD更適合于管道野外施工。關鍵詞：STT；RMD；根焊The root pass welding technology Of STT and RMDZhu honglaing(Sichuan Oil and Gas Field Construction Co,Ltd,Chengdu 610213,China)Abstract：The STT process and the RMD process are two processes of root welding。This paper discuss the advantage and applications in the field or in the plant of the two processes by analysed the different of equipment、principle of welding work、way of parameter adjustment、quality and operation in the field。The wirefeed of the STT process is open style and the wirefeed of the RMD process is the sealed type。The STT process can easy to control the distortion of the thin wall material but will produce the no-penetration in thick wall material。So the STT process is suit for thin wall steel in the plant。The RMD is suit for the pipeline welding in the field。Key words：STT；RMD；root welding0 前言在管道焊接施工技術中，到目前為止，根焊焊接方法有以下幾種，一是TIG焊，其適用于小管徑、薄壁的管道施工，是傳統(tǒng)的根焊方法；二是纖維素焊條手工焊，是目前常用的根焊焊接方法，其質量穩(wěn)定，焊工操作非常熟練，是非常成熟的管道根焊方法，應用最廣；三是STT根焊，近幾年在大口徑管線中較常采用，速度快，操作簡單；四是RMD根焊，由于西氣東輸二線采用X80鋼而引進的一種新的根焊方式，目前正在西氣東輸二線應用。這幾種焊接方法中，STT和RMD根焊都屬于氣體保護焊，都是半自動焊接方式，但其熔滴過渡控制原理、參數調節(jié)方式、焊接效果和適用性上均有不同，下面主要對該兩種根焊方法進行介紹和比較。1 設備1.1 STT設備如圖1所示： STTII電源 STT10送絲機 LN-742送絲機圖1與一般的CV焊接電源不同，STT電源沒有電壓控制旋鈕，只有基值電流控制旋鈕和峰值電流控制旋鈕。此焊接電源最大優(yōu)點是能進行低熱輸入的焊接，不會產生過熱及燒穿，即使采用大直徑焊絲和100%二氧化碳保護氣體進行焊接，飛濺都較少，而且熱影響區(qū)小，使工件變形更小，因此特別適合焊接薄板材料。在焊接厚壁工件時，如參數不當或操作不當，極易產生冷熔（假熔合）的缺陷。凈重：53公斤，外形尺寸(毫米)高x寬x深：592x336x620。相匹配的送絲機是STT-10（專為STT電源設計），凈重：29.5公斤，外形尺寸(毫米)高x寬x深：406x381x787。也可采用LN-742半自動送絲機，凈重：10.9公斤，外形尺寸(毫米)高x寬x深：277x249x244。兩種送絲機的絲盤都是開放式結構，利于固定工廠使用，野外施工對防沙塵、雨霧效果較差，而且野外不方便安放。1.2 RMD設備如圖2所示： PipePro 450 RFC RMD電源 SuitCase 12RC送絲機圖2RMD焊接電源PipePro 450 RFC是一款先進的數字式多功能焊接電源，集成了強大的焊接專家系統(tǒng)，其RMD根焊技術是使用軟件控制的短路過渡技術，參數設置簡單，焊接程序確定后，只需設置送絲速度即可自動匹配其它焊接參數，整個焊接過程參數變動最小，易于操作，焊工只需要很少的培訓就可操作，且能達到較好的焊接質量。凈重：74公斤，外形尺寸(毫米)高x寬x深：787x434x572。相匹配的送絲機野外施工采用SuitCase 12RC送絲機，凈重：11.6公斤，外形尺寸(毫米)高x寬x深：394x203x508。此送絲機是箱式結構，利于野外施工使用，能有效防沙塵、雨霧，且野外施工利于安放。2 熔滴過渡控制原理 STT是“Surface Tension Transfer”的英文縮寫，即“表面張力過渡”，是一種控制熔敷金屬過渡方式的技術，由美國林肯公司開發(fā)。 RMD是“Regulated Metal Deposition”的英文縮寫，即“熔敷金屬控制技術”，也是一種控制熔敷金屬過渡方式的技術，由美國米勒公司開發(fā)。這兩種根焊技術都屬于氣體保護焊，都致力于解決普通CO2氣體保護焊短路過渡產生大量飛濺，電弧不穩(wěn)定，焊縫成型不好，根焊質量差的問題，都是通過控制熔敷金屬過渡行為來達到減小飛濺、穩(wěn)定電弧、控制成型和達到較好的根焊質量的目的，同時提高焊接生產效率。2.1 普通CO2缺點普通CO2氣體保護焊最大的缺點是飛濺大，飛濺大造成電弧不穩(wěn)定，同時在根焊時易產生咬邊、未熔合和成型不良的缺陷。飛濺形成的原因是由于CO2氣體保護焊在焊接時其熔滴過渡的方式是短路過渡，即當焊絲與熔池金屬之間形成液態(tài)金屬“小橋”時,較大的短路電流流過逐漸變細的“小橋”,產生較大的電阻熱,使形成的液態(tài)“小橋”被急劇加熱，導致液態(tài)“小橋”氣化爆斷，引起飛濺，又由于CO2氣體保護焊的過渡頻率在每秒幾十次,這種積累的飛濺量很大，焊縫成型也受到破壞。2.2 STT控制熔敷金屬過渡的方法Surface Tension Transfer STT控制的焊接方法就是在形成短路“小橋”后焊接電流瞬間減小，在表面張力、重力和電磁力作用下，拉斷金屬“小橋”，使熔滴由短路過渡轉變?yōu)樽杂蛇^渡。這種方法其實質就是利用電弧本身作為傳感器來檢測電弧電壓，根據電壓來判斷熔滴過渡的瞬時形態(tài)，從而根據檢測到的電弧電壓的變化，按照STT的要求控制瞬時電弧電流的變化，利用表面張力的作用達到熔滴平穩(wěn)過渡的目的，如圖3。圖3 STT熔滴過渡圖1.) T0 - T1階段基值電流在50100A，是形成熔滴的階段，此階段電流恒定。2.) T1 - T2階段在基值電流下，焊絲端部熔滴在表面張力作用下形成近似球狀，熔滴一接觸溶池，電弧電壓立刻提供反饋信號，基值電流很快降到10A左右，表面張力開始吸引熔滴從焊絲向溶池過渡，形成小橋。3.) T2 - T3階段是縮頸階段，此階段電流上升到一個較大值，由于電磁收縮力的作用，加速了熔滴的縮頸。4.) T3 T4階段是熔滴的過渡階段，隨著縮頸的形成，小橋電阻增大，在小橋斷裂前，電流很快減小，使小橋在表面張力作用下，實現(xiàn)無飛濺過渡。5.) T5T6階段是熔滴已通過表面張力作用過渡到溶池，同時增加電流使焊絲熔化形成熔滴。6.) T6T7階段是形成熔滴后，電流降到基值電流大小，抑制溶池攪拌，準備進行下一次的過渡循環(huán)。2.3 RMD控制熔敷金屬過渡的方法Regulated Metal Deposition RMD是美國Miller公司的專利技術，主要是通過對焊絲短路過程的高速監(jiān)控，動態(tài)檢測焊絲短路，控制并減少焊接電流上升速度，從而控制熔滴過渡和電弧吹力的大小，使熔滴過渡迅速而有規(guī)律，形成高質量的穩(wěn)定的熔池。是一種對短路過渡作出精確控制的一種技術，控制短路過程中各個階段的電流波形，從而控制多余的電弧熱量，提高電弧推力，結果在根部產生高質量的熔深，獲得好的焊接質量和焊縫成型。RMD軟件通過集成的強大的專家系統(tǒng)，每個程序各個階段的電流波形根據電流大小自動優(yōu)化到最佳的電弧特性，如圖4。圖4 RMD熔滴過渡圖1.) Wet階段：熔滴與溶池形成短路。2.) Pinch階段：增加電流，使熔滴開始產生頸縮。3.) Clear階段：產生頸縮的同時立即監(jiān)控頸縮過程，并適當增加電流使熔滴分離。4.) Blink階段：一檢測到頸縮過程結束，熔滴分離，迅速降低電流，熔滴過渡到溶池，同時，維持一個較小的電流值。5.) Ball階段：增加電流，使焊絲迅速熔化，形成又一個熔滴。6.) Background階段：降低電流到一個適合的值，等待熔滴與溶池形成短路，。7.) Pre-short階段：熔滴在較低的電流下長大一定時間后，再次減小電流，減小電弧力對溶池的強烈攪拌作用，準備進入下一個循環(huán)過程?？梢钥闯觯琒TT和RMD技術都是通過對熔滴過渡過程進行監(jiān)控，并作出相應的電流電壓變化來控制和減小產生飛濺，同時不對溶池產生較大的攪拌，以獲得較好的焊縫成型。從實際使用的情況看，STT表面張力過渡的電弧較RMD的電弧更柔，電弧挺度較小。 3 參數調節(jié)方式 在參數調節(jié)上，STT的各個參數（峰值電流、基值電流、送絲速度、提前送氣時間、滯后關氣時間、電弧回燒時間、熱起弧、尾拖）需單獨設置；RMD集成了強大的焊接專家系統(tǒng)，規(guī)范大小只需設定送絲速度即可，其它參數自動匹配，參數調節(jié)更簡單，而且軟件升級容易，一旦對參數有更好的控制程序，只需輸入新程序即可獲得更好的焊接效果，無需更換新設備。焊絲的干伸長對焊接效果的影響，STT的干伸長一般控制在610mm左右，如太長，焊接較不穩(wěn)定；RMD的干伸長適應性較好，在615mm左右電弧都較穩(wěn)定。4 焊縫成型及焊接質量 STT和RMD的焊縫成型都較好，相比之下，RMD的成型要更好一些。STT根焊易出現(xiàn)背面焊縫兩側的咬邊和立焊位置焊縫中間的內凹、正面焊縫仰焊部位中間凸起、兩側夾溝等現(xiàn)象。STT焊接出的成型正面焊縫較凸，背面成型較好，正面焊縫需進行適當打磨；RMD正面成型較平坦，背面成型較好，正面焊縫無需打磨即可正常焊接下一層。 圖5 STT根焊正面成型 圖6 STT根焊背面成型 圖7 RMD根焊正面成型 圖8 RMD根焊背面成型 STT對不錯邊或輕微錯邊的焊縫，焊縫成型良好，無缺陷，但對于較大的錯邊量，操作不好會出現(xiàn)單側的咬邊或未熔。RMD對錯邊的適應性更強，對較大的錯邊量也不會出現(xiàn)咬邊或未熔。STT根焊時，參數或操作不當會出現(xiàn)冷熔（假熔合）的現(xiàn)象，該缺陷通過射線檢測是發(fā)現(xiàn)不了的，只有在進行背彎的機械試驗時，能夠發(fā)現(xiàn)該缺陷；RMD的焊接方法，到目前為止，多次的隨機機械試驗都證明不存在冷熔的問題，質量較好。5 現(xiàn)場應用工藝兩種根焊焊接技術目前都在西氣東輸二線工地中應用，其工藝對比如下表：表一：STT和RMD工藝對比序號工藝項目STTRMD1坡口形式雙V型、V型雙V型、V型2保護氣體100CO280%Ar+20% CO23適用焊絲直徑1.2mm1.2mm4適用焊絲類型實芯焊絲、金屬粉芯實芯焊絲、金屬粉芯5參數設置各參數單獨設置焊接專家系統(tǒng)控制6干伸長610mm6-15mm7受反饋信號的影響較大較大 從上述對比可以看出，STT根焊和RMD根焊在坡口形式、采用焊材等方面是一致的，現(xiàn)場應用STT一般選用實芯焊絲