单弧双丝焊接技术：管道施工最有效的焊接方式

一般而言，双丝焊接就是单弧双丝焊，它包括单焊枪双丝焊和双焊枪双丝焊，相应的焊枪如图2-19所示。对于双丝焊的研究，国内外都是从双丝埋弧焊开始的，该技术已经在生产中得到了应用，后来又在窄间隙焊中得到了应用。但是由于埋弧焊熔池不可见，加之只适合于平焊位置而不适合于全位置焊接，因此这种方法多用于工厂焊接。

早期的双丝焊是将两根焊丝通过同一个导电嘴施焊，这种方法的特点是两根焊丝的电位相同，只是送丝速度不同，无法对两个电弧分别进行控制，焊接参数难以调节。近几年来对双丝熔化极焊的研究相对比较多。20世纪90年代，在长期进行双丝焊技术的研究应用实践中，德国CLOOS公司开发出了Tandem双丝焊接技术。Tandem双丝焊接技术是最近发展起来的GMAW技术，前后串列两个焊丝，两个焊丝穿过同一个焊枪，进入同一个熔池。该技术已得到现场应用，效率明显提高。目前在管道激光复合焊接技术成熟之前，Tandem双丝焊被公认为是管道施工中最有效的焊接方式。

该技术将两根焊丝按一定的角度放在一个特别设计的焊枪里，两根焊丝分别由各自的电源供电，相互绝缘，除送丝速度可以不同外，其他所有的参数都彼此独立，两根焊丝的直径、材质甚至用或不用脉冲，都可以不一样，这样可以最佳地控制电弧，在保证每个电弧稳定燃烧的前提下，将两个电弧的相互干扰降到最低。

双丝焊的两台焊机可设定为主从模式，采用脉冲电弧以降低两个电弧对熔滴过渡的影响。焊机内置有耦合线路，通过耦合线路实现主电源控制电源的脉冲波形，从而实现三种模式：①同步模式——该种模式的两个电弧同时达到最大值，有利于形成较大的熔深，但飞溅较大，一般很少采用；②交替模式——其电弧相互作用力只有普通焊接时的四分之一，甚至更低，对熔滴过渡的影响较小，特别适合于铝合金等轻金属的焊接，能显著减少焊接飞溅；③随机模式——该种模式能显著降低电弧的作用力，减少飞溅，又能实现较大的熔深，焊接钢铁等较重的金属时可以获得更快的焊接速度。

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图2-19 单弧双丝焊焊枪示意图

当采用单丝焊时，如果焊接速度较高，电弧的热量没有充分地向母材扩散，形成的熔池小，周围的母材温度梯度大，熔池凝固快，熔化金属来不及和母材充分熔合，因此，焊缝余高大，容易产生咬边甚至不成形。Tandem双丝焊时，两根焊丝以一定的角度前后排列，前丝焊接电流较大，有利于形成较大的熔深，后丝焊接电流稍小，起到填充盖面的作用；两根焊丝互为加热，充分利用电弧的能量，实现较大的熔敷率，使熔池里有充足的熔融金属和母材充分熔合，因此焊缝成形美观；一前一后两个电弧，大大加长了熔池的尺寸，熔池中的气体有充足的时间析出，气孔倾向极低；这种焊接方法虽然电流大，但焊接速度很快，最快可以达到6m/min，因此热输入量反而小，焊接变形也很小。与其他焊接技术相比熔敷速度快、焊接效率高、焊接质量好、飞溅少。

中国石油天然气管道局于2011年研制出了单焊枪双丝焊焊机，如图2-20所示。目前，正在进行双焊枪单弧双丝焊的研制工作。

2004年，加拿大采用单焊枪双丝焊接技术焊接了一条管径φ610mm的X80管道，采用双焊枪双丝焊接技术焊接了一条管径φ914mm的X100管道，合格率高达93%以上。