1.3 熱絲、冷絲填絲埋弧焊
1.熱絲填絲埋弧焊
（1）熱絲填絲埋弧焊的特點及應用 早在20世紀60年代末到20世紀70年代初，美國、英國等國家就已相繼開始研究熱絲填充的方法，最早是為了提高TIG焊效率，隨著在TIG焊上的成功應用，后又發展到埋弧焊中。熱絲填絲埋弧焊具有以下優點。
1）熱絲被加熱到近于熔點溫度熔入埋弧焊熔池，因而可大幅度提高埋弧焊效率，一般可提高熔敷速度50%以上。
2）熱絲先靠電阻熱加熱，加熱范圍小，能耗少，相對能耗率與提高熔敷速度之比小于0.3∶1。
3）熱絲的填充相對降低了熔池的溫度，故焊縫熱影響區小，接頭力學性能優良。
因為不存在其他雙絲焊所存在的兩電弧相互干擾問題，又具有熔敷率高、焊接質量好等優點，熱絲填絲埋弧焊在國內外應用都較多。在我國管道和壓力容器制造中的應用日益廣泛，并收到了較好的效果。
（2）熱絲填絲埋弧焊的原理 熱絲填絲埋弧焊是在普通的埋弧焊基礎上，附加一套送絲機構，將另外一根焊絲由預熱電源加熱至接近熔化狀態后均勻地送入埋弧焊所形成的熔池內（見圖1-24），此焊絲稱為熱絲。依靠電阻熱將焊絲加熱到接近于熔點溫度熔入焊接熔池，大幅度提高了焊接效率。該技術加熱范圍小，消耗能量少，焊接材料的損失率最小，大大降低了焊接成本，取得了很大的經濟效益。此外由于溫度場熱循環的改變，焊接熱影響區小，接頭力學性能優良，焊接質量有很大的提高。因為不存在其他雙絲焊所存在的兩電弧相互干擾的問題，故具有熔敷率高、焊接質量好等優點。
熱絲填絲埋弧焊可以只用一個電源，也可以用兩個電源。雙電源熱絲填絲埋弧焊是在普通的埋弧焊基礎上，附加一套送絲機構，將另外一根焊絲由預熱電源加熱至接近熔化狀態后均勻地送入埋弧焊所形成的熔池內，用熔池的熱量熔化熱絲，如圖1-24所示。這是一種可以提高焊接時填充金屬熔化量進而提高焊接效率及勞動生產率的好方法。特別適宜于焊接厚度在20mm以上開坡口的焊件，是一種簡單、方便而可行的新工藝。單電源熱絲填絲埋弧焊是利用電源的一個分流回路對輔助焊絲導電部分預熱而提高其熔化速度，因而可在不增加電源設備和功率的情況下，大大提高熱利用效率和生產率，如圖1-25所示。對比單絲埋弧焊，單電源熱絲填絲埋弧焊比單絲埋弧焊可提高效率1.52倍。并且，它的耗電量最少，焊接材料的損失率最小。而焊接成本主要取決于焊接工時、材料消耗和耗電量，因此將大大降低焊接成本，取得很高的經濟效益。
圖1-24 雙電源熱絲填絲埋弧焊
圖1-25 單電源熱絲填絲埋弧焊
（3）熱絲填絲埋弧焊工藝
1）加熱電流。決定加熱電流的主要因素有以下幾點。
①熱絲直徑。熱絲直徑對加熱電流的影響最大。熱絲直徑增加時，單位長度的電阻值減小，為使熱絲得到充分的加熱，必須提高加熱電流。然而，當電流一定時，電阻發熱量與電阻成正比，而電阻與導電面積成反比，即電阻發熱量與導電面積成反比，與半徑的平方成反比，因此熱絲直徑增大預熱電流相應增大。
②焊絲伸出長度。當熱絲直徑和送絲速度一定時，焊絲伸出長度增大、預熱電流減小。這主要是因為焊絲伸出長度增大后，加熱時間增加。
③熱絲送絲速度。當熱絲直徑和焊絲伸出長度一定時，隨著送絲速度的增加（即熱絲進入熔池的時間變短）應增加加熱電流，這樣才能保證熱絲加熱充分。
2）應用實例。在原料油緩沖罐（3000mm×17800mm×16mm，材料Q345R）的焊接制造中得到了應用，產品開雙Y形坡口，鈍邊7mm，在內側坡口內先焊一道，外側電弧氣刨清根后再焊一道。主焊絲材料為H08A，直徑為4m，焊接電流為650～700A，電弧電壓為36～38V；熱絲材料為H08MnA，直徑為1.6mm，加熱電流為400～450A；焊接速度為25.2m/h，熔敷速度增加61.5%。焊縫經100%X射線檢測為Ⅰ級片，產品經水壓試驗及疲勞檢驗合格，取得了良好的經濟效益和社會效益。
2.冷絲填絲埋弧焊
冷絲填絲埋弧焊是在普通埋弧焊基礎上，附加一套送絲機構，從側面給焊接熔池填充焊絲，如圖1-26所示。冷絲填絲埋弧焊的填充焊絲無電源供電，故稱“冷絲”。冷絲填絲埋弧焊由于焊接電流增大，在得到深熔池的同時可保證成形良好，減小了焊接熱影響區。這對熱敏材料非常重要，既可減少過熱損害，又可節約電能，提高生產率。
圖1-26 冷絲和熱絲填絲埋弧焊
伊薩推出一種全新輔助冷絲埋弧焊工藝。該工藝是在一個集成的導電嘴內輸出3根焊絲，集成的導電嘴內各焊絲之間相互絕緣，其中間焊絲不導電（冷絲），利用另兩根焊絲熔化時過剩的熱量熔化冷絲，輔助冷絲埋弧焊的工作原理如圖1-27所示。該工藝的關鍵是各焊絲之間的距離，由圖1-27可以看出，因為中間焊絲（冷絲）要利用兩個電弧的熱量，兩個電弧必然有重疊，中間焊絲（冷絲）送入兩個電弧的重疊區，利用兩個電弧的熱量來熔化冷絲。相比傳統雙絲埋弧焊工藝，輔助冷絲埋弧焊熔敷效率更高，又能降低熱輸入，提高焊接質量。該工藝配合蓋面平整控制技術、高熔敷打底技術可在相同熱輸入條件下熔敷效率提高50%～100%，焊接速度提高35%，降低熱輸入和變形，焊劑消耗減少20%。與傳統雙絲埋弧焊相比具有無可比擬的性能與優勢。
圖1-27 輔助冷絲埋弧焊的工作原理