STTRMD根焊焊接技術(shù)的比較.doc

STT與RMD根焊焊接技術(shù)朱洪亮(四川油氣田建設(shè)工程有限責(zé)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(diǎn)及適用范圍，從采用的設(shè)備、工作原理、參數(shù)調(diào)節(jié)方式、焊縫成型、質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況等方面對(duì)兩種根焊方法進(jìn)行了對(duì)比分析，可以看出STT與RMD的送絲機(jī)構(gòu)不同，一個(gè)是開放式，一個(gè)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(diǎn)，薄板和需控制焊接變形的結(jié)構(gòu)上應(yīng)用；RMD更適合于管道野外施工。關(guān)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(shù)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(zhì)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(yīng)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(jiǎn)單；四是RMD根焊，由于西氣東輸二線采用X80鋼而引進(jìn)的一種新的根焊方式，目前正在西氣東輸二線應(yīng)用。這幾種焊接方法中，STT和RMD根焊都屬于氣體保護(hù)焊，都是半自動(dòng)焊接方式，但其熔滴過(guò)渡控制原理、參數(shù)調(diào)節(jié)方式、焊接效果和適用性上均有不同，下面主要對(duì)該兩種根焊方法進(jìn)行介紹和比較。1 設(shè)備1.1 STT設(shè)備如圖1所示： STTII電源 STT10送絲機(jī) LN-742送絲機(jī)圖1與一般的CV焊接電源不同，STT電源沒(méi)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(diǎn)是能進(jìn)行低熱輸入的焊接，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱及燒穿，即使采用大直徑焊絲和100%二氧化碳保護(hù)氣體進(jìn)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(shí)，如參數(shù)不當(dāng)或操作不當(dāng)，極易產(chǎn)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(jī)是STT-10（專為STT電源設(shè)計(jì)），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(dòng)送絲機(jī)，凈重：10.9公斤，外形尺寸(毫米)高x寬x深：277x249x244。兩種送絲機(jī)的絲盤都是開放式結(jié)構(gòu)，利于固定工廠使用，野外施工對(duì)防沙塵、雨霧效果較差，而且野外不方便安放。1.2 RMD設(shè)備如圖2所示： PipePro 450 RFC RMD電源 SuitCase 12RC送絲機(jī)圖2RMD焊接電源PipePro 450 RFC是一款先進(jìn)的數(shù)字式多功能焊接電源，集成了強(qiáng)大的焊接專家系統(tǒng)，其RMD根焊技術(shù)是使用軟件控制的短路過(guò)渡技術(shù)，參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，焊接程序確定后，只需設(shè)置送絲速度即可自動(dòng)匹配其它焊接參數(shù)，整個(gè)焊接過(guò)程參數(shù)變動(dòng)最小，易于操作，焊工只需要很少的培訓(xùn)就可操作，且能達(dá)到較好的焊接質(zhì)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(jī)野外施工采用SuitCase 12RC送絲機(jī)，凈重：11.6公斤，外形尺寸(毫米)高x寬x深：394x203x508。此送絲機(jī)是箱式結(jié)構(gòu)，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(guò)渡控制原理 STT是“Surface Tension Transfer”的英文縮寫，即“表面張力過(guò)渡”，是一種控制熔敷金屬過(guò)渡方式的技術(shù)，由美國(guó)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(shù)”，也是一種控制熔敷金屬過(guò)渡方式的技術(shù)，由美國(guó)米勒公司開發(fā)。這兩種根焊技術(shù)都屬于氣體保護(hù)焊，都致力于解決普通CO2氣體保護(hù)焊短路過(guò)渡產(chǎn)生大量飛濺，電弧不穩(wěn)定，焊縫成型不好，根焊質(zhì)量差的問(wèn)題，都是通過(guò)控制熔敷金屬過(guò)渡行為來(lái)達(dá)到減小飛濺、穩(wěn)定電弧、控制成型和達(dá)到較好的根焊質(zhì)量的目的，同時(shí)提高焊接生產(chǎn)效率。2.1 普通CO2缺點(diǎn)普通CO2氣體保護(hù)焊最大的缺點(diǎn)是飛濺大，飛濺大造成電弧不穩(wěn)定，同時(shí)在根焊時(shí)易產(chǎn)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(hù)焊在焊接時(shí)其熔滴過(guò)渡的方式是短路過(guò)渡，即當(dāng)焊絲與熔池金屬之間形成液態(tài)金屬“小橋”時(shí),較大的短路電流流過(guò)逐漸變細(xì)的“小橋”,產(chǎn)生較大的電阻熱,使形成的液態(tài)“小橋”被急劇加熱，導(dǎo)致液態(tài)“小橋”氣化爆斷，引起飛濺，又由于CO2氣體保護(hù)焊的過(guò)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(guò)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(guò)渡轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇^(guò)渡。這種方法其實(shí)質(zhì)就是利用電弧本身作為傳感器來(lái)檢測(cè)電弧電壓，根據(jù)電壓來(lái)判斷熔滴過(guò)渡的瞬時(shí)形態(tài)，從而根據(jù)檢測(cè)到的電弧電壓的變化，按照STT的要求控制瞬時(shí)電弧電流的變化，利用表面張力的作用達(dá)到熔滴平穩(wěn)過(guò)渡的目的，如圖3。圖3 STT熔滴過(guò)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(hào)，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(guò)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(gè)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(guò)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(shí)現(xiàn)無(wú)飛濺過(guò)渡。5.) T5T6階段是熔滴已通過(guò)表面張力作用過(guò)渡到溶池，同時(shí)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?cái)嚢瑁瑴?zhǔn)備進(jìn)行下一次的過(guò)渡循環(huán)。2.3 RMD控制熔敷金屬過(guò)渡的方法Regulated Metal Deposition RMD是美國(guó)Miller公司的專利技術(shù)，主要是通過(guò)對(duì)焊絲短路過(guò)程的高速監(jiān)控，動(dòng)態(tài)檢測(cè)焊絲短路，控制并減少焊接電流上升速度，從而控制熔滴過(guò)渡和電弧吹力的大小，使熔滴過(guò)渡迅速而有規(guī)律，形成高質(zhì)量的穩(wěn)定的熔池。是一種對(duì)短路過(guò)渡作出精確控制的一種技術(shù)，控制短路過(guò)程中各個(gè)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(jié)果在根部產(chǎn)生高質(zhì)量的熔深，獲得好的焊接質(zhì)量和焊縫成型。RMD軟件通過(guò)集成的強(qiáng)大的專家系統(tǒng)，每個(gè)程序各個(gè)階段的電流波形根據(jù)電流大小自動(dòng)優(yōu)化到最佳的電弧特性，如圖4。圖4 RMD熔滴過(guò)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(chǎn)生頸縮。3.) Clear階段：產(chǎn)生頸縮的同時(shí)立即監(jiān)控頸縮過(guò)程，并適當(dāng)增加電流使熔滴分離。4.) Blink階段：一檢測(cè)到頸縮過(guò)程結(jié)束，熔滴分離，迅速降低電流，熔滴過(guò)渡到溶池，同時(shí)，維持一個(gè)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(gè)熔滴。6.) Background階段：降低電流到一個(gè)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(zhǎng)大一定時(shí)間后，再次減小電流，減小電弧力對(duì)溶池的強(qiáng)烈攪拌作用，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)過(guò)程。可以看出，STT和RMD技術(shù)都是通過(guò)對(duì)熔滴過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并作出相應(yīng)的電流電壓變化來(lái)控制和減小產(chǎn)生飛濺，同時(shí)不對(duì)溶池產(chǎn)生較大的攪拌，以獲得較好的焊縫成型。從實(shí)際使用的情況看，STT表面張力過(guò)渡的電弧較RMD的電弧更柔，電弧挺度較小。 3 參數(shù)調(diào)節(jié)方式 在參數(shù)調(diào)節(jié)上，STT的各個(gè)參數(shù)（峰值電流、基值電流、送絲速度、提前送氣時(shí)間、滯后關(guān)氣時(shí)間、電弧回?zé)龝r(shí)間、熱起弧、尾拖）需單獨(dú)設(shè)置；RMD集成了強(qiáng)大的焊接專家系統(tǒng)，規(guī)范大小只需設(shè)定送絲速度即可，其它參數(shù)自動(dòng)匹配，參數(shù)調(diào)節(jié)更簡(jiǎn)單，而且軟件升級(jí)容易，一旦對(duì)參數(shù)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(wú)需更換新設(shè)備。焊絲的干伸長(zhǎng)對(duì)焊接效果的影響，STT的干伸長(zhǎng)一般控制在610mm左右，如太長(zhǎng)，焊接較不穩(wěn)定；RMD的干伸長(zhǎng)適應(yīng)性較好，在615mm左右電弧都較穩(wěn)定。4 焊縫成型及焊接質(zhì)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(cè)的咬邊和立焊位置焊縫中間的內(nèi)凹、正面焊縫仰焊部位中間凸起、兩側(cè)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(jìn)行適當(dāng)打磨；RMD正面成型較平坦，背面成型較好，正面焊縫無(wú)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(duì)不錯(cuò)邊或輕微錯(cuò)邊的焊縫，焊縫成型良好，無(wú)缺陷，但對(duì)于較大的錯(cuò)邊量，操作不好會(huì)出現(xiàn)單側(cè)的咬邊或未熔。RMD對(duì)錯(cuò)邊的適應(yīng)性更強(qiáng)，對(duì)較大的錯(cuò)邊量也不會(huì)出現(xiàn)咬邊或未熔。STT根焊時(shí)，參數(shù)或操作不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)冷熔（假熔合）的現(xiàn)象，該缺陷通過(guò)射線檢測(cè)是發(fā)現(xiàn)不了的，只有在進(jìn)行背彎的機(jī)械試驗(yàn)時(shí)，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(jī)機(jī)械試驗(yàn)都證明不存在冷熔的問(wèn)題，質(zhì)量較好。5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工藝兩種根焊焊接技術(shù)目前都在西氣東輸二線工地中應(yīng)用，其工藝對(duì)比如下表：表一：STT和RMD工藝對(duì)比序號(hào)工藝項(xiàng)目STTRMD1坡口形式雙V型、V型雙V型、V型2保護(hù)氣體100CO280%Ar+20% CO23適用焊絲直徑1.2mm1.2mm4適用焊絲類型實(shí)芯焊絲、金屬粉芯實(shí)芯焊絲、金屬粉芯5參數(shù)設(shè)置各參數(shù)單獨(dú)設(shè)置焊接專家系統(tǒng)控制6干伸長(zhǎng)610mm6-15mm7受反饋信號(hào)的影響較大較大 從上述對(duì)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(chǎng)應(yīng)用STT一般選用實(shí)芯焊絲