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1、STT 与 RMD 根焊焊接技术朱洪亮(四川油气田建设工程有限责任公司,四川 成都 610213)摘 要:为更好的区分 STT 根焊与 RMD 根焊各自的优点及适用范 围，从采用的 设备、工作原理、参数调节方式、焊缝 成型、质量和现场应用情况等方面 对两种根焊方法进行了 对比分析，可以看出 STT 与 RMD 的送丝机构不同，一个是开放式，一个是密封式，STT 在厚壁材料上易出现冷溶缺陷，但能很好的控制薄壁材料的变形，因此，STT 更适合于在固定地点，薄板和需控制 焊接变形的结构上应用；RMD 更适合于管道野外施工。关键词：STT；RMD；根焊The root pass welding tec
2、hnology 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 di
3、fferent 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 pro
4、duce 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术中，到目前为止，根焊焊接方法有以下几种，一是 TIG 焊，其适用于小管径、薄壁的管道施工，是传统的根焊方法；二是纤维素焊条手工焊，是目前常用的根焊焊接方法，其质量稳定，焊工操作非常熟练，是非常
5、成熟的管道根焊方法，应用最广；三是 STT 根焊，近几年在大口径管线中较常采用，速度快，操作简单；四是 RMD 根焊，由于西气东输二线采用 X80 钢而引进的一种新的根焊方式，目前正在西气东输二线应用。这几种焊接方法中，STT 和 RMD 根焊都属于气体保护焊，都是半自动焊接方式，但其熔滴过渡控制原理、参数调节方式、焊接效果和适用性上均有不同，下面主要对该两种根焊方法进行介绍和比较。1 设备1.1 STT 设备如图 1 所示：STTII 电源 STT10 送丝机 LN-742 送丝机图 1与一般的 CV 焊接电源不同，STT 电源没有电压控制旋钮，只有基值电流控制旋钮和峰值电流控制旋钮。此焊接
6、电源最大优点是能进行低热输入的焊接，不会产生过热及烧穿，即使采用大直径焊丝和 100%二氧化碳保护气体进行焊接，飞溅都较少，而且热影响区小，使工件变形更小，因此特别适合焊接薄板材料。在焊接厚壁工件时，如参数不当或操作不当，极易产生冷熔（假熔合）的缺陷。净重：53 公斤，外形尺寸(毫米) 高 x 宽 x 深：592x336x620。相匹配的送丝机是 STT-10（专为 STT 电源设计） ，净重：29.5 公斤，外形尺寸(毫米)高 x 宽 x 深：406x381x787。也可采用 LN-742 半自动送丝机，净重： 10.9 公斤，外形尺寸(毫米)高 x 宽 x 深：277x249x244。两种
7、送丝机的丝盘都是开放式结构，利于固定工厂使用，野外施工对防沙尘、雨雾效果较差，而且野外不方便安放。1.2 RMD 设备如图 2 所示：PipePro 450 RFC RMD 电源 SuitCase 12RC 送丝机图 2RMD 焊接电源 PipePro 450 RFC 是一款先进的数字式多功能焊接电源，集成了强大的焊接专家系统，其 RMD 根焊技术是使用软件控制的短路过渡技术，参数设置简单，焊接程序确定后，只需设置送丝速度即可自动匹配其它焊接参数，整个焊接过程参数变动最小，易于操作，焊工只需要很少的培训就可操作，且能达到较好的焊接质量。净重：74 公斤，外形尺寸(毫米)高 x 宽 x 深：78
8、7x434x572。相匹配的送丝机野外施工采用 SuitCase 12RC 送丝机，净重： 11.6 公斤，外形尺寸( 毫米)高 x 宽 x 深：394x203x508 。此送丝机是箱式结构，利于野外施工使用，能有效防沙尘、雨雾，且野外施工利于安放。2 熔滴过渡控制原理STT 是“Surface Tension Transfer”的英文缩写，即“表面张力过渡” ，是一种控制熔敷金属过渡方式的技术，由美国林肯公司开发。RMD 是“Regulated Metal Deposition”的英文缩写，即“熔敷金属控制技术” ，也是一种控制熔敷金属过渡方式的技术，由美国米勒公司开发。这两种根焊技术都属于
9、气体保护焊，都致力于解决普通 CO2 气体保护焊短路过渡产生大量飞溅，电弧不稳定，焊缝成型不好，根焊质量差的问题，都是通过控制熔敷金属过渡行为来达到减小飞溅、稳定电弧、控制成型和达到较好的根焊质量的目的，同时提高焊接生产效率。2.1 普通 CO2 缺点普通 CO2 气体保护焊最大的缺点是飞溅大，飞溅大造成电弧不稳定，同时在根焊时易产生咬边、未熔合和成型不良的缺陷。飞溅形成的原因是由于 CO2 气体保护焊在焊接时其熔滴过渡的方式是短路过渡，即当焊丝与熔池金属之间形成液态金属“小桥”时,较大的短路电流流过逐渐变细的“小桥”, 产生较大的电阻热,使形成的液态“小桥”被急剧加热，导致液态“小桥”气化爆
10、断，引起飞溅，又由于 CO2 气体保护焊的过渡频率在每秒几十次,这种积累的飞溅量很大，焊缝成型也受到破坏。2.2 STT 控制熔敷金属过渡的方法 Surface Tension TransferSTT 控制的焊接方法就是在形成短路 “小桥”后焊接电流瞬间减小，在表面张力、重力和电磁力作用下，拉断金属“小桥”，使熔滴由短路过渡转变为自由过渡。这种方法其实质就是利用电弧本身作为传感器来检测电弧电压，根据电压来判断熔滴过渡的瞬时形态，从而根据检测到的电弧电压的变化，按照 STT 的要求控制瞬时电弧电流的变化，利用表面张力的作用达到熔滴平稳过渡的目的，如图 3。图 3 STT 熔滴过渡图1.) T0
11、- T1 阶段基值电流在 50100A，是形成熔滴的阶段，此阶段电流恒定。2.) T1 - T2 阶段在基值电流下，焊丝端部熔滴在表面张力作用下形成近似球状，熔滴一接触溶池，电弧电压立刻提供反馈信号，基值电流很快降到 10A 左右，表面张力开始吸引熔滴从焊丝向溶池过渡，形成小桥。3.) T2 - T3 阶段是缩颈阶段，此阶段电流上升到一个较大值，由于电磁收缩力的作用，加速了熔滴的缩颈。4.) T3 T4 阶段是熔滴的过渡阶段，隨着缩颈的形成，小桥电阻增大，在小桥断裂前，电流很快减小，使小桥在表面张力作用下，实现无飞溅过渡。5.) T5T6 阶段是熔滴已通过表面张力作用过渡到溶池，同时增加电流使
12、焊丝熔化形成熔滴。6.) T6T7 阶段是形成熔滴后，电流降到基值电流大小，抑制溶池搅拌，准备进行下一次的过渡循环。2.3 RMD 控制熔敷金属过渡的方法Regulated Metal DepositionRMD 是美国 Miller 公司的专利技术，主要是通过对焊丝短路过程的高速监控，动态检测焊丝短路，控制并减少焊接电流上升速度，从而控制熔滴过渡和电弧吹力的大小，使熔滴过渡迅速而有规律，形成高质量的稳定的熔池。是一种对短路过渡作出精确控制的一种技术，控制短路过程中各个阶段的电流波形，从而控制多余的电弧热量，提高电弧推力，结果在根部产生高质量的熔深，获得好的焊接质量和焊缝成型。RMD 软件通过
13、集成的强大的专家系统，每个程序各个阶段的电流波形根据电流大小自动优化到最佳的电弧特性，如图 4。图 4 RMD 熔滴过渡图1.) Wet 阶段：熔滴与溶池形成短路。2.) Pinch 阶段：增加电流，使熔滴开始产生颈缩。3.) Clear 阶段：产生颈缩的同时立即监控颈缩过程，并适当增加电流使熔滴分离。4.) Blink 阶段：一检测到颈缩过程结束，熔滴分离，迅速降低电流，熔滴过渡到溶池，同时，维持一个较小的电流值。5.) Ball 阶段：增加电流，使焊丝迅速熔化，形成又一个熔滴。6.) Background 阶段：降低电流到一个适合的值，等待熔滴与溶池形成短路， 。7.) Pre-short
14、 阶段：熔滴在较低的电流下长大一定时间后，再次减小电流，减小电弧力对溶池的强烈搅拌作用，准备进入下一个循环过程。可以看出，STT 和 RMD 技术都是通过对熔滴过渡过程进行监控，并作出相应的电流电压变化来控制和减小产生飞溅，同时不对溶池产生较大的搅拌，以获得较好的焊缝成型。从实际使用的情况看，STT 表面张力过渡的电弧较 RMD 的电弧更柔，电弧挺度较小。3 参数调节方式在参数调节上，STT 的各个参数（峰值电流、基值电流、送丝速度、提前送气时间、滞后关气时间、电弧回烧时间、热起弧、尾拖）需单独设置；RMD 集成了强大的焊接专家系统，规范大小只需设定送丝速度即可，其它参数自动匹配，参数调节更简
15、单，而且软件升级容易，一旦对参数有更好的控制程序，只需输入新程序即可获得更好的焊接效果，无需更换新设备。焊丝的干伸长对焊接效果的影响，STT 的干伸长一般控制在 610mm 左右，如太长，焊接较不稳定；RMD 的干伸长适应性较好，在 615mm 左右电弧都较稳定。4 焊缝成型及焊接质量STT 和 RMD 的焊缝成型都较好，相比之下， RMD 的成型要更好一些。STT 根焊易出现背面焊缝两侧的咬边和立焊位置焊缝中间的内凹、正面焊缝仰焊部位中间凸起、两侧夹沟等现象。STT 焊接出的成型正面焊缝较凸，背面成型较好，正面焊缝需进行适当打磨；RMD 正面成型较平坦，背面成型较好，正面焊缝无需打磨即可正常
16、焊接下一层。图 5 STT 根焊正面成型 图 6 STT 根焊背面成型图 7 RMD 根焊正面成型 图 8 RMD 根焊背面成型STT 对不错边或轻微错边的焊缝，焊缝成型良好，无缺陷，但对于较大的错边量，操作不好会出现单侧的咬边或未熔。RMD 对错边的适应性更强，对较大的错边量也不会出现咬边或未熔。STT 根焊时，参数或操作不当会出现冷熔（假熔合）的现象，该缺陷通过射线检测是发现不了的，只有在进行背弯的机械试验时，能够发现该缺陷；RMD 的焊接方法，到目前为止，多次的随机机械试验都证明不存在冷熔的问题，质量较好。5 现场应用工艺两种根焊焊接技术目前都在西气东输二线工地中应用，其工艺对比如下表：表一：STT 和 RMD 工艺对比序号 工艺项目 STT RMD1 坡口形式 双 V 型、V 型 双 V 型、V 型2 保护气体 10
