冷热双丝埋弧焊技术在大壁厚DH36-Z35钢管中的应用与思考

文献概况与核心观点

该文献由番禺珠江钢管（珠海）有限公司的技术团队撰写，发表于2025年《钢管》期刊，聚焦于大壁厚（t≥50 mm）DH36-Z35焊接钢管的冷热双丝埋弧焊工艺。文章的核心创新在于提出了一个冶金反应熔池内同时送入两根不同热状态焊丝的作业方式，旨在同时实现质量稳定与生产效率提升。这一思路打破了传统多丝埋弧焊中所有焊丝均处于相同热状态的惯例，引入了一冷一热的差异化焊丝状态，为厚壁钢管的高效焊接提供了新路径。

技术要点深度解读

冷热双丝工艺的机理分析

传统双丝埋弧焊中，两根焊丝通常均采用直流或交流电源，焊丝温度相近，熔敷效率的提升主要依赖增加电流密度。而冷热双丝工艺的核心在于：一根焊丝处于热态（例如通过电阻预热或电弧预热），另一根处于冷态（室温状态）。这种设计通过以下机制实现低热输入与高熔敷效率的平衡：

1. 热态焊丝的作用：热态焊丝在进入熔池前已被预热至较高温度，降低了熔化所需的电弧能量，从而在相同熔敷率下可降低总热输入。这有助于减小焊接热影响区（HAZ）宽度和粗晶区（CGHAZ）的晶粒长大倾向。
2. 冷态焊丝的作用：冷态焊丝直接进入熔池，起到一定的冷却作用，有助于细化焊缝金属的凝固组织，同时吸收部分热量，抑制熔池过热。冷态焊丝还可在熔池中形成“冷源”效应，促进针状铁素体的形成，提升焊缝韧性。
3. 冶金反应熔池的优化：两根焊丝在同一个熔池中相互作用，热态焊丝提供主要熔敷量，冷态焊丝补充熔敷并调节熔池温度场，使得熔池的凝固过程更加可控。

工艺参数窗口的思考

对于DH36-Z35钢种（属于高强度海洋工程用钢，具有Z向性能要求），大壁厚焊接时面临的主要挑战包括：

• 层间温度控制困难，易导致热影响区软化或脆化。
• 焊接残余应力大，尤其是厚度方向应力。
• 冷裂敏感性高，需要严格控氢。

冷热双丝工艺有望通过降低热输入来缓解上述问题。但实际应用中，需要优化以下关键参数：

对DH36-Z35钢的适应性评价

DH36-Z35钢的碳当量（CEV）通常较高（约0.38~0.45），Z向性能要求厚度方向断面收缩率≥35%。大壁厚焊接时，Z向性能最易在焊接热影响区中受损害。冷热双丝工艺的低热输入特性有助于减轻HAZ的过热程度，从而保护Z向性能。然而，文献中未详细讨论焊材匹配问题。对于DH36-Z35，建议选用低氢型碱性焊剂配合高韧性焊丝（如H08Mn2MoA类），并严格控制焊剂烘干温度（300~350 ℃，2小时）以降低扩散氢含量。

工程实践启示与反思

生产效率与质量控制的平衡

大壁厚钢管传统上采用多丝埋弧焊（如三丝或四丝），但热输入大，焊接道次多，且易出现侧壁熔合不良。冷热双丝工艺通过差异化焊丝热状态，在双丝配置下实现了接近三丝的效率，同时热输入更低。这对于直径较大、壁厚超过50 mm的钢管（如海洋平台用管、桩管）具有显著的经济价值。但需注意，工艺窗口较窄，对焊丝送丝稳定性、电源控制精度要求高，否则易出现熔池不稳定或焊道成型不良。

潜在的缺陷风险与对策

1. 未熔合：冷态焊丝如果电流过小，可能导致与母材或前一道焊缝的熔合不足。对策是合理配置冷丝电流，并确保焊丝对准坡口根部。
2. 气孔：冷态焊丝表面若附着水分或油污，可能带入氢气。对策是加强焊丝清洁与存放管理，必要时对冷态焊丝进行预热。
3. 焊缝金属韧性波动：冷热焊丝的交互作用可能导致焊缝成分和组织不均匀。对策是优化焊丝成分匹配（如冷丝采用微合金化焊丝），并控制冷丝在熔池中的熔化位置。

对标准与规范的思考

目前国内外标准（如API 5L、DNV-ST-F101）对埋弧焊工艺的认可通常基于工艺评定（WPQT）。冷热双丝工艺作为一种新工艺，在评定时应重点关注：焊缝金属的冲击韧性（尤其是-40 ℃或更低温度的KV₂值）、HAZ的硬度（最高HV₁₀应≤350）、以及Z向拉伸性能。建议在工艺评定中增加对冷热焊丝电流比值、焊丝间距等参数的容许范围界定，以确保生产中的可重复性。

总结

该文献为大壁厚高强度钢管的焊接提供了一种创新思路，冷热双丝埋弧焊通过在同一熔池中引入不同热状态的焊丝，实现了低热输入与高熔敷效率的协同。这一技术对于降低焊接残余应力、控制HAZ组织、提升生产效率具有重要价值。但该工艺的成功应用依赖于精确的参数控制和严格的焊材管理，未来还需进一步研究冷热焊丝比例对焊缝金属显微组织（如针状铁素体含量、M/A组元分布）的定量影响，以及在大批量生产中的稳定性验证。作为工程技术人员，我们应关注该工艺在实际产品（如海洋结构管、输气管线）中的推广应用，并积累针对不同钢级和壁厚的工艺数据库。