集成冷絲埋弧焊

集成冷絲埋弧焊（ICE™）(2張)

ICE™是IntegratedCold Electrode的縮寫,表示集成冷絲技術。ICE焊槍中間的冷絲電氣上絕緣，從兩根導電的熱絲中間平行穿入。冷絲由一個獨立的送絲機送絲，冷絲送絲速度可以獨立控制。而兩根熱絲由一個直流電機驅動以相同速度送絲。

冷絲送絲速度由PEK控制和調節，並按照熱絲送絲速度的百分比來設定。當設定焊接參數時，只有一個額外的參數需設置，即冷絲送絲速度百分比。比如，當設置冷絲送絲速度百分比為100%時，熔敷效率相比雙絲增加50%.同理當設置冷絲送絲速度百分比為50%時，熔敷效率相比雙絲增加25% ^[3] 

集成冷絲埋弧焊不是什麼新技術，它的使用已經約有 20年左右的歷史了。常見的解決方案是冷絲從一側以一定的角度插入。這些解決方案的缺點是焊接過程不夠穩定。當幹伸長長度或者電弧長度變化時，冷絲的熔化點就會變化。這使得這些解決方案對於焊接過程中的變化太敏感。 ^[3]  　在ICE™中，冷卻電極由兩根平行獨立的熱絲送入，冷絲被兩根熱絲產生的熱量熔化，熱絲分別在冷絲兩側。把冷絲放在中間，兩側兩根平行的熱絲使焊接過程穩定，確保冷絲穩定熔化，熔池表面平順，使焊接過程更穩定。將冷絲放置於兩根熱絲中間，使冷絲熔化點與兩電弧匹配，使得ICE™對幹伸長長度和電弧長度的變化不敏感。 ^[2] 

當設定焊接參數時，必須控制焊接熱輸入量。焊接熱輸入量不能過大以免母材的機械性能惡化。對於高效率高熔敷率埋弧焊來説，熱輸入量總是一個瓶頸。ICE™為何能降低熱輸入量呢？冷絲的加入並不影響熱輸入量。焊接熱輸入量的計算公式如下：

在雙絲焊接過程中會產生大量的熱量。ICE™使用這些熱量來熔化冷絲。被母材吸收的熱量不會因為冷絲的添加而改變。大量的研究和實驗證明冷絲的添加不改變焊接熱輸入量，不改變T_8/5冷卻時間，不改變焊接接頭的機械性能。

焊縫外觀是如何變化的？當使用相同的工作參數，並且冷絲送絲速度小於100%時，研究表明改變冷絲送絲速度不會顯著地改變焊縫的寬度和熔深。冷絲只增加焊縫的餘高。

ICE™為何能得到更平滑的蓋面呢？因為當調節冷絲送絲速度時，焊縫的熔深和寬度沒有改變，但焊縫的餘高變高了，焊縫的喇叭角變大了。

當焊接速度小於1000mm/min，並且冷絲送絲速度小於100%時，上述結論是成立的。但當焊接速度更高時，或冷絲送絲速度更快時，焊縫的熔深和截面形狀要根據具體情況進行更深入的分析。

當然焊縫的截面形狀也受焊劑的影響。

研究表明，不管是否使用冷絲，焊材與母材的熔合以及焊接金屬中合金分佈不發生變化。這證明了ICE™與任何埋弧焊接過程相似，但焊接效率更高。

伊薩在過去數年在冷絲埋弧焊接方面做的所有工作顯示，當使用相同的焊接參數（如相同的發熱量），不管是否使用冷絲，熱影響區的形狀和性能是一樣的。在同樣熔敷率的條件下，ICE™能夠降低熱輸入量。 ^[4] 

ICE™在垂直方向上焊接性能最佳。垂直位置可以使兩根熱絲的弧長相等，從而保證冷絲熔化的穩定性。ICE™可以採用不同的焊槍角度，但在高速焊接狀態時，建議調整角度不要超過5度。

前置單絲+ICE™複合焊時，最好將ICE™設置為0度，前置單絲前傾11度，焊絲端頭相距10mm距離，這意味着前置焊槍必須較長。

前置單絲+ICE™複合焊的焊縫截面形狀和前置單絲+單弧雙絲複合焊的焊縫截面形狀不同。前置單絲+ICE™複合焊能產生更深的熔深，主要是由於ICE™有穩定電弧的效果。焊縫喇叭角也會增加，從而得到更好的焊縫截面形狀。焊縫喇叭角增加意味着下圖圓圈內區域的機械性能將得到改善。 ^[5] 

ICE™有7個最突出的優點：

· 增加熔敷率

· 增加焊接速度

· 降低熱輸入和變形

· 減少焊劑消耗

· 高熔敷根部焊道

· 平滑蓋面

· 節約能源 ^[2] 

ICE™相對於單絲埋弧焊可以增加100%的熔敷率，相對於單弧雙絲埋弧焊可以增加50%的熔敷率。下圖是不同配置下的可以實現的熔敷率，黃色表示極限使用情況，綠色表示正常使用情況。 ^[2] 

更高的熔敷率和更好的焊接穩定性意味着可以使用更高的焊接速度。使用更高的焊接速度時還必須考慮焊劑是否適合，以及行走設備能否滿足要求。焊工也要進行額外的培訓。 ^[6] 

在同樣的熔敷率或者同樣的焊接速度的前提下，ICE™可以降低熱輸入量。降低熱輸入量可以減少焊接變形。對於容易變形的薄板和對熱輸入量敏感的材料，這是一個非常重要的優點。ICE™特別適合船廠的板拼接生產線以降低焊接變形。

ICE™可以大幅度減少焊道數，從而大幅度減少焊劑消耗。和前置單絲+單弧雙絲複合焊相比大約可節約20%的焊劑，和單絲埋弧焊相比大約可以節約45%的焊劑。

高效率的焊接打底焊道不容易實現。最常見的問題是焊縫深寬比超過1後導致的熱裂紋。

使用前置單絲+ICE™複合焊可以實現高效率打底。一般前絲使用4mm焊絲直流反接，ICE™焊槍使用交流進行焊接。

現在最常見的做法是使用單絲埋弧焊進行打底焊接。使用前置單絲+ICE™複合焊進行高效率打底，熔敷率可以從6kg/h增加到大約20-30kg/h. 下圖使用前置單絲+ICE™複合焊打底，焊渣自動脱落，熔敷率為21.6kg/h。

平滑的蓋面焊道有很多好處，它可以降低焊絲焊劑消耗，改善應力集中，提高疲勞壽命等等。使用ICE™比傳統埋弧焊更容易實現平滑蓋面。因為可以只調節冷絲送絲速度來調節餘高，它不會改變熱輸入量，熔深以及機械性能。在多層多道焊時，有時候焊道比母材僅低一點點，傳統埋弧焊將不得不再焊一層蓋面焊道，但這層蓋面由於過高所以需要被打磨掉來滿足焊道餘高的要求。使用ICE™可以通過只調節冷絲送絲速度來得到平滑的蓋面焊道。 ^[2] 

ICE™使用額外的熱量來熔化更多的焊絲，減少了能量消耗和能源費用。與單絲埋弧焊相比，ICE™可節約能源約50%。與單弧雙絲埋弧焊相比，ICE™可節約能源約33%。 ^[2] 

通過使用集成冷絲技術獲得的多種益處可廣泛應用在多個行業中。包括一些重要的行業如海上和離岸風塔製造、其他海工產品部件、管道焊接、普通重工業製造和造船。作為埋弧焊技術產生以來最酷的創新技術，集成冷絲技術將更多的熱量應用於工作，生產效率更高。 ^[2]