王富州

（伊薩焊接切割器材（上海）管理有限公司，上海200070）

伊薩ICETM集成冷絲埋弧焊

王富州

（伊薩焊接切割器材（上海）管理有限公司，上海200070）

ICE（integrated cold electrode）集成冷絲埋弧焊是在雙絲埋弧焊的基礎上增加了一根不導電的焊絲（冷絲），冷絲置于同一個導電嘴中的兩根平行的導電焊絲（熱絲）中間，利用導電焊絲在焊接過程中產生的電弧熱量熔化冷絲，在無需額外增加焊接熱輸入的情況下達到顯著提高焊接熔敷率的埋弧焊接方法。通過伊薩專利技術的控制軟件在控制系統(tǒng)中設定冷絲送絲比率以達到與熱絲送絲速度的有效匹配，保證焊接過程的穩(wěn)定性。焊接過程的穩(wěn)定還得益于伊薩ICE焊槍的設計，即使干伸長度和弧長發(fā)生變化也能保證冷絲的熔化點始終在電弧的包圍中。ICE具有焊接熔敷率高、焊劑消耗量少、節(jié)能環(huán)保、焊道成型易控等特點。

ICE；集成冷絲埋弧焊；熔敷率；熱輸入；能耗

1　冷絲在焊接標準中的規(guī)定依據

在焊接過程中添加冷絲的應用并非新型技術，埋弧焊冷絲的應用在國際上已經有15～20年的歷史。許多國際標準中都有對于冷絲使用的規(guī)定。

ASME第九卷—鍋爐壓力容器焊接工藝評定標準中，QW254和QW-404.24規(guī)定焊絲增減10％是絲極埋弧焊接工藝評定的重要變素，如圖1所示。

AWS D1.1鋼結構的焊接標準中表4.5也有關于焊材添加或者減少的規(guī)定。

圖1　ASME關于焊絲的規(guī)定

2　伊薩ICE

2.1ICE工作原理

ICE是在單電源雙絲焊（twin）的基礎上在兩根焊絲中間再加上一根不通電的焊絲（冷絲）。焊絲直徑通常為2.5mm。利用旁邊兩根通電的焊絲（熱絲）產生的電弧熱量熔化中間的冷絲，如圖2所示。通過伊薩專利技術PEK控制器中的軟件設計來控制冷絲送絲速度和熱絲送絲速度的比例，與普通埋弧焊相比，只是多設置了一個冷絲送絲比率CWFR（Cold Wire Feed Ratio）的參數，冷絲的送絲速度可以在一定范圍內調整（10％～100％），通過軟件控制保證穩(wěn)定的焊接過程，伊薩設計的開始程序保證冷絲送絲之前引燃電弧，結束程序保證電弧熄滅前冷絲從熔池中抽回。焊接過程的穩(wěn)定還得益于伊薩ICE焊槍的設計，保證冷絲始終處于電弧之中，即使焊接條件發(fā)生變化，冷絲的熔化點也始終在電弧的包圍之中，干伸長度和弧長變化都不會對冷絲的熔化產生不利影響。ICE作為伊薩的一個整體集成技術，保證了焊接過程的安全和穩(wěn)定。

圖2　ICE工作原理

在單電源ICE的基礎上再增加一個焊槍和電源，形成tandem ICE，可以進一步提高焊接熔敷率。

2.2熔敷率

焊接熔敷率是單位時間內得到的熔敷金屬重量（單位：kg/h）。埋弧焊在采用單電源單絲、單電源twin、單電源ICE以及雙電源雙絲、雙電源單絲+twin、雙電源twin和雙電源ICE的熔敷率的對比如圖3所示，由圖3可知，單電源單絲普通埋弧焊的熔敷率通常為8 kg/h。而熔敷率最高的雙電源ICE可以達到40 kg/h，是單絲埋弧焊的5倍。

圖3　熔敷率對比

2.3熱輸入

因為焊接熱輸入只與焊接電流、電弧電壓、焊接速度有關（見式1），所以ICE焊接熱輸入的計算和普通焊接沒有區(qū)別，也就是說冷絲送絲比率不改變焊接熱輸入的大小。同時冷絲的加入并不需要額外更大的焊接熱輸入來熔化焊絲，熱絲產生的電弧熱量已經足夠熔化冷絲，這也是ICE和其他埋弧焊相比在相同的焊接熱輸入下能夠提高熔敷率的原因，伊薩的研究表明在不同的冷絲送絲比率下，Δt8/5即800°C～500°C的冷卻時間不會發(fā)生變化

2.4焊劑消耗量

由于冷絲的加入，每一道焊接厚度會有所增加，這就意味著焊接道數的減少，因此也意味著焊劑消耗的減少，通常焊劑消耗量會減少20％左右。

2.5能源的節(jié)省

由于冷絲的加入不需要額外的焊接熱輸入，同時得到了更多的焊縫金屬，因此節(jié)省了能源的消耗。研究表明和單電源雙絲焊相比，ICE可以節(jié)省30％的電能消耗。

2.6焊道表面成型控制

可以通過設定冷絲送絲比率的大小來調整想要獲得的焊道表面成型，而且在焊接過程中通過調整一個旋鈕就可以輕松實現(xiàn)，操作非常簡單方便。

2.7典型應用

2.7.1單面焊接雙面成型

母材：20 mm碳鋼，板材單側開60°坡口，4 mm鈍邊，不留間隙。采用tandem直流4 mm焊絲+交流3×2.5 mm ICE，焊絲牌號OK Autrod12.22（EM12K），焊劑牌號OK Flux10.71，背面采用銅襯墊鋪伊薩專用的背面成型焊劑OK Flux 10.69。焊接速度為750 mm/min；熱輸入6.6 kJ/mm；熔敷效率32 kg/h；V型缺口沖擊達到52 J（-20℃）。達到了單道焊縫單面焊接雙面成型的焊接效果和提高生產效率的目的（見圖4）。

2.7.2堆焊

如圖5所示，閥門堆焊需要消耗焊材300 kg，采用普通的twin雙絲焊接需要35h。采用直流3×2.5mm ICE，焊絲牌號OK Autrod12.22（EM12K），焊劑牌號OK Flux 10.71，熔敷率達到11.6 kg/h，與twin相比提高了40％，同時焊劑消耗量減少了20％，電能損耗減少了26％。

圖4　單面焊接雙面成型

圖5　閥門堆焊

2.7.3角焊縫

母材：24 mm S460板材，2F焊接位置，焊腳高度要求12 mm，如果采用普通單絲埋弧焊需要焊接三道，采用tandem交流3×2.5mmICE+交流2×2.5mm twin后，焊接一道達到此焊腳要求（見圖6）。焊絲牌號OKAutrod12.32（EH12K），焊劑牌號OKFlux10.71，焊接速度880 mm/min，焊劑的消耗量減少40％。

2.7.4厚板焊接

母材為意大利Walter Tosto S.p.A公司生產的SA240TP321，厚度153 mm（見圖7），坡口角度52°，雙面焊接。采用直流3×2.5 mm ICE，焊絲牌號OK Autrod 347，焊劑牌號OK Flux 10.93，焊接速度為900 mm/min；焊接熱輸入1.6～1.8 kJ/mm；熔敷效率14 kg/h，與單絲焊接相比熔敷率提高了90％。

圖6　角焊縫

圖7　厚板焊接

3　結論

伊薩作為全球領先的埋弧焊系統(tǒng)供應商在為高要求客戶提供優(yōu)質服務方面已擁有數十年的豐富經驗，我們以品種豐富的焊接材料結合ICE專利技術為您的應用提供最具生產效率的埋弧焊解決方案。

ESAB ICE SAW

WANG Fuzhou
（ESAB China，Shanghai 200070，China）

ICE stands for integrated cold electrode，the cold electrode is electrically insulated and fed in between and parallel to the two hot wires in the same twin contact jaws.Take advantage of arc heat from hot wire to melt cold wire，to increase welding deposition rate significantly without extra heat input.The cold wire feed speed is software controlled by ESAB patent technology control system to ensure the most stable cold wire welding process，the ESAB ICE welding torch provides a very stable welding process，welding process is not sensitive for variations in stick out and arc length.ICE is characterized by high welding deposition rate，low flux consumption，energy saving and easily control weld size.

ICE；ICE SAW；deposition rate；heat input；energy saving

TG434.4

A

1001－2303（2016）03－0011-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.03.03

2016－02－16

王富州（1972—），男，山東人，學士，主要從事壓力容器焊接工藝的研究工作。