双丝埋弧焊焊丝的排列和与电源的连接通常采用以下三种形式（见图1-2）：

1）各焊丝沿接缝前后排列的纵列式，各焊丝分别使用独立电源，各自独立形成电弧进行焊接。纵列式多丝埋弧焊的焊缝熔深大，而熔宽较窄；各个电弧都可独立地调节焊接参数，而且可以使用不同的电流种类和极性（见图1-2a）。根据两焊丝间距的不同，其方法有共熔池和双熔池两种，二者的区别在于两焊丝间距大小，是否具有共同的电弧空间。

2）横列双丝串联式，即各焊丝分别接于同一焊接电源两极，横跨接缝两侧，利用焊丝间的间接电弧进行焊接，母材熔化量小，使得焊缝熔合比小（见图1-2b）。

3）横列双丝并联式（见图1-2c），即焊丝并联于同一电源，横跨接缝两侧并列前进，使得焊缝的熔宽增大。由于横列双丝串联和并联式的焊丝都是合用一个电源，虽然设备简单，但每个电弧功率很难单独调节。

图1-2 双丝埋弧焊焊丝的排列和与电源的连接形式

a）纵列式 b）横列双丝串联式 c）横列双丝并联式

双丝埋弧焊具有以下优点：可提高焊接速度30%～40%，生产率提高；减少局部夹杂和焊缝气孔缺陷；提高焊缝中心区的冲击韧度；可适应较大厚度焊件的焊接。

1.多电源纵列双丝双熔池埋弧焊工艺

多电源串列双丝埋弧焊中每一根焊丝由一个电源独立供电，根据两根焊丝间距的不同，其方法有共熔池法和分离电弧法两种，如图1-3所示。前者特别适合焊丝渗合金堆焊或焊接合金钢；后者能起到前弧预热，后弧填丝及后热作用，以达到堆焊或焊接合金钢时不产生裂纹和改善接头性能的目的。在双丝埋弧焊中多用后一种方法。双丝埋弧焊时每根焊丝接入电流的种类都有几种选择的可能：或一根是直流，一根是交流；或两根都是直流；或两根都是交流。若两根焊丝都是直流，采用直流反极性，即两根焊丝都接正极，就能得到最大的熔深，并可获得最大的焊接速度。然而，由于电弧间的电磁干扰和电弧偏吹的缘故，这种配置存在某些缺点。若两根焊丝都为交流，由于电弧之间的相位差会引起电弧偏转，为控制电弧之间的相位差，交流电源常采用斯考特连接。最常采用的配置是前导焊丝接直流（反极性）和后丝为交流，可避免电弧间的电磁干扰和电弧偏吹，直流/交流配置可利用前导丝的直流电弧获得较大的熔深，并实现较高的焊接速度，而后丝的交流电弧将改善焊缝的成形。

现以纵列双丝双熔池埋弧焊为例（见图1-3b），焊接时两电弧之间的距离为50～80mm，分别具有各自的熔化空间。后续电弧不是作用在基本金属上，而是作用在前导电弧熔化后又凝固的焊道上，为此后续电弧必须冲开已被前导电弧熔化而尚未凝固的熔渣层。采用分列电弧是提高焊接速度及熔深的有效方法。前导电弧一般采用直流（也可交流）以保证熔深，后续电弧通常采用交流，调节熔宽使焊缝具有适当的成形系数，所以前丝的焊接电流大，后丝焊接电流小一些，而电弧电压恰好相反。虽然焊缝熔深大，但是焊接速度可以显著提高，焊缝不易产生热裂纹。纵列双丝双熔池埋弧焊单面焊双面成形焊接参数见表1-2，纵列双丝双熔池埋弧焊焊接厚板的焊接参数见表1-3。

图1-3 纵向排列双丝双熔池埋弧焊

a）单熔池 b）双熔池（分列电弧）

2.多电源纵列双丝共熔池埋弧焊工艺

单丝埋弧焊在保证熔深不变的条件下，提高焊接电流可以提高焊接速度，但同时电弧对熔池中熔化金属的后排斥作用加剧，焊缝成形恶化，使单丝埋弧焊的焊接速度提高受到制约。采用沿焊接方向前后纵列的双丝或多丝埋弧焊，就可以使每根焊丝承担一个较单纯、特定的工艺要求，并根据各自特定的工艺要求，选择合理的焊接参数，克服上述障碍，达到高效率、高质量的目的。纵列双丝共熔池埋弧焊一般是两根独立的焊丝（也可称电弧），焊接电流分别通过两根焊丝形成一个共熔池，较长的熔池长度使冶金反应更为充分。前丝采用大电流、低电压，后丝采用小电流、高电压，以期达到提高焊接速度和改善焊缝成形的目的（见图1-4）。

表1-2 纵列双丝双熔池埋弧焊单面焊双面成形焊接参数

注：L—前丝，T—后丝。

表1-3 纵列双丝双熔池埋弧焊焊接厚板的焊接参数

注：L—前丝，T—后丝。

双丝埋弧焊时，其主要焊接参数包括电流种类及极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度以及焊丝直径、焊丝之间的间距和倾斜角等。纵列双丝共熔池埋弧焊焊接参数的选择如下。

（1）电流种类及极性 双丝焊时，前丝采用直流反极性接法，以得到足够的熔深；后丝采用交流，以得到足够的熔宽和填充金属，减少电弧间的相互影响和电弧偏吹。

图1-4 多电源纵列双丝共熔池埋弧焊

（2）焊接电流 在双丝焊时，焊缝的熔深几乎全由前丝完成，所以，对所要求得到的熔深基本上由前丝的焊接电流大小所决定。后丝的焊接电流大小应使之足以将焊缝填充适当，并防止生成过烧为宜。一般情况下，后丝的焊接电流值应比前丝减少20%，如果后丝的焊接电流值过大，则会产生不规则的焊缝侧边。

（3）电弧电压 正常情况下，前丝应尽可能采用较低的电弧电压，以保持稳定的电弧，并得到较大的熔深。如果提高前丝的电弧电压，则意味着焊缝加宽，但在一定范围内，可减少焊缝凹陷现象。电弧电压太高时，会导致焊缝不规则，同时会使焊缝凹陷现象增大。后丝电弧电压将直接影响焊缝的形状和宽度，一般后丝电弧电压值应比前丝高3～5V为宜。

（4）焊接速度 焊接速度的变化，导致焊缝热输入、焊丝熔化量和熔深的变化，选择合理的焊接速度可得到优质的焊缝。过快的焊接速度会出现熔深减小，熔宽变窄，甚至会产生外焊焊缝中间凸起现象，使焊缝质量降低。若焊接速度太慢时，则熔化金属和熔融的焊剂流向前丝下面，造成电弧不稳定，并产生焊缝夹渣等缺陷。同等条件下，双丝焊焊接速度比单丝焊焊接速度可提高30%～40%。

（5）焊丝直径 在一般情况下，推荐前丝采用直径4mm的焊丝，而后丝采用直径3mm的焊丝。如果焊接薄壁焊管时，前丝采用直径3mm的焊丝，后丝采用直径2.5mm的焊丝。总之，双丝焊时，前丝比后丝直径大0.5～1mm。

（6）焊接材料配合 焊丝与焊剂的配合原则基本上与单丝焊时相同，但应注意的是选用焊剂也应适用于交流焊接，并适用于较快的焊接速度为宜。

（7）焊剂堆高 焊剂堆高的调节以在后丝后方尚能见到电弧微弱地闪烁为佳，如果堆高过大电弧受到焊剂层的压迫，则会使焊缝表面变得不光滑、不平整，焊缝边缘不整齐，并由于焊接时产生的气体不易穿过焊剂层逸出，易形成焊缝气孔和焊缝表面“麻点”。同时，还应注意焊剂应在靠近焊点之前加入，不得直接加到电弧上，否则，焊剂的流动及冲击力会直接影响电弧稳定性及焊缝成形。

（8）前丝与后丝的间距 前丝与后丝的间距一般在12～25mm范围内调整为宜，但应注意以下影响：两个焊丝间距过小时，会导致焊缝变窄、熔深加大，焊缝显著增高，并使两丝电弧相互影响增加，易产生“黏渣”现象，脱渣性下降。若两个焊丝间距过大时，则会产生熔池增长，熔深减少，焊缝加宽，焊缝高度减小，而两丝电弧间的相互影响减小，同样易产生“黏渣”现象，脱渣性下降。从而要求使用具有较好电离性能和适用于交流焊接的焊剂，并须提高后丝的单位电流负载。

（9）焊丝的倾斜角 双丝焊时，前丝垂直于焊件，即为0°，后丝与前丝的交角为15°。前丝的倾斜角调整首先会影响熔深和焊缝的几何形状。垂直的焊丝，焊缝熔深大，且熔宽窄。若前丝倾斜一定角度，则会减小熔深，并加大熔宽。后丝的倾斜角调整直接影响焊缝宽度和高度，如果加大其角度，就会使焊缝加宽，高度减小。

（10）焊丝伸出长度 焊丝伸出长度根据所用焊丝直径而定。正常情况下，伸出长度一般为焊丝直径的8～10倍。若采用较小的伸出长度，熔深会加大，但熔化率则相应降低；反之，若采用较大的伸出长度，则熔深会减小而熔化率增大。

（11）前后丝的调整 前后丝应尽可能调在同一条直线上，其最大偏差不得大于焊丝直径的1/4。如偏差过大时，则会产生焊偏。

表1-4列出了某公司双丝共熔池埋弧焊焊接参数，供参考。

表1-4 双丝共熔池埋弧焊焊接参数

3.应用实例

（1）在海洋钢结构深水导管架制作中的应用 海洋钢结构深水导管架在服役的过程中，经常受到海浪、台风以及靠船等对其产生的各种冲击力，有些环境温度很低，对其所采用的材料在强度和低温冲击性能方面都有很高的要求，要求焊缝在-20℃下冲击吸收能量大于34J。在海洋钢结构深水导管架制作中采用双丝埋弧焊，焊接了直径为1.8m的导管的环缝。

1）母材为DH36，低合金高强度结构钢，其屈服强度为355MPa。

2）板厚有50mm、38mm、25mm三种规格。

3）焊丝：JW-1，其焊丝的化学成分和力学性能见表1-5。

表1-5 JW-1焊丝的化学成分和力学性能

4）焊剂：SJ101。

5）坡口形式：板厚δ＞25.4mm时，为双V形，板厚δ＜25.4mm时，为V形。

6）在焊接时采用两种工艺：一种是采用双丝双熔池，焊丝直径为4.0mm，两丝间距为25mm，前丝为直流反接，焊丝垂直于焊道，后丝采用交流并前倾12°；另一种是采用双丝单熔池，焊丝直径为2.0mm，焊丝间距为6～7mm，焊丝均垂直于焊道。

7）焊接工艺

①当板厚大于25.4mm时，管内坡口采用熔化极气体保护焊/药芯焊丝电弧焊（GMAW/FCAW）焊接，然后背面清根，外环缝采用双丝双熔池埋弧焊。

②当板厚小于25.4mm时，采用GMAW封底，再用焊条电弧焊焊接一道焊缝，然后采用双丝单熔池埋弧焊。

8）制作深水导管架的焊接参数见表1-6。

表1-6 制作深水导管架的焊接参数

（2）在直缝焊管中的应用 直缝焊管的直径为750mm，壁厚为20mm，材质为Q345，化学成分见表1-7。

表1-7 Q345的化学成分(www.daowen.com)

焊缝及热影响区-40℃的低温冲击吸收能量要求K_V≥27J。直缝焊管的焊接工艺采用双丝双面埋弧焊。

1）坡口形式：V形，坡口角度为16°±2°

2）焊接材料：焊丝为H10Mn2；焊剂为SJ101。

3）制造工艺：钢板下料后先卷制成钢管，在钢管外侧进行预焊成形，再采用双丝埋弧焊焊内侧直缝；在焊接钢管外侧直缝时，要先将外侧的预焊焊缝用碳弧气刨清除，并刨出一个宽为10～20mm的槽，再采用双丝埋弧焊进行焊接。直缝焊管双丝埋弧焊的焊接参数见表1-8。

表1-8 直缝焊管双丝埋弧焊的焊接参数

（3）在箱形柱制造上的应用 在超高层建筑钢结构中采用了较多箱形柱结构，其结构如图1-5所示。本例中箱形柱所用材料为日本产SM50A钢（相当于国产Q345钢），壁厚为32mm，箱形柱长为10m。

图1-5 箱形柱结构示意图

1）焊接材料采用的是日本焊丝，其化学成分见表1-9。

表1-9 焊丝化学成分（质量分数，%）

2）焊剂为烧结焊剂NSH-52。

3）接头的坡口形式如图1-6所示。

图1-6 接头的坡口形式

4）焊接工艺采用双丝埋弧焊，前丝采用直流反接，后丝采用交流。后丝的电弧是在前丝焊接过程中形成的熔渣下进行，在前丝电弧形成的熔渣还处于熔融状态时，后丝的电弧冲破熔渣进行焊接。两丝的间距为70mm。为保证前丝电弧能获得一定的熔深，故前丝垂直于焊件，后丝主要起填充作用，一般使焊丝前倾一定的角度，后丝倾角以15°为宜。

5）焊丝的间距和在坡口中的排列如图1-7所示。

6）焊接箱形柱结构的焊接参数及接头力学性能见表1-10。

（4）在螺旋焊管制造中的应用 在螺旋焊管生产中，为了提高生产效率和保证焊接质量，采用双丝埋弧焊是一个重要途径。双丝埋弧焊时，前丝采用直流反极性，以得到足够的熔深；后丝采用交流，以得到足够的熔宽和填充金属。为了减少电弧间相互影响，前、后丝的间距一般在12～25mm范围为宜。两丝电弧形成一个熔池，前、后丝在同一直线上，最大偏差不得大于焊丝直径的1/4。前丝采用大电流、低电压，后丝采用小电流、高电压。螺旋焊管双丝埋弧焊的应用如图1-8所示。其焊接参数如下：

图1-7 焊丝的间距和在坡口中的排列

a）两丝间距 b）两丝在坡口中的排列

表1-10 焊接箱形柱结构的焊接参数及接头力学性能

1）焊丝直径：前丝为ϕ4.0mm，后丝为ϕ3.0mm。在焊接较薄壁焊管时，前丝采用ϕ3.0mm，后丝采用ϕ2.5mm。

2）焊丝倾角：前丝垂直于焊件，即为0°，后丝与前丝的夹角前倾15°。

3）焊丝伸出长度：一般为焊丝直径的8～10倍。

4）螺旋焊管双丝埋弧焊焊接参数见表1-11。

（5）双丝埋弧焊工艺在高层建筑钢结构上的应用

1）问题的提出。香港某广场项目，楼高174m，主体设计采用钢结构框架，共有10条主支撑柱。基础柱脚每个重达20t，因该柱脚焊接结构复杂，决定采用双丝埋弧焊方法，先分开两部分制作，然后通过厚度为100mm的底板将其拼焊为整体（见图1-9）。

2）焊接工艺

①焊接设备。焊接设备选用美国LINCOLN公司的交流电源AC-1200（送丝及控制机构为NA-4）和直流电源DC-1500（送丝及控制机构为NA-3N）。焊接时，直流焊枪在前面，交流焊枪在后面。其目的是通过控制在前的DC电弧的极性、焊接电流、电弧电压和焊接速度来保证焊缝的熔深；在后面的AC电弧可保证熔池的宽度和焊缝的形状。

②坡口形式和尺寸。根据柱脚底板的结构特点，只能从该板的背面施焊。为了保证根部焊道的焊接质量，采用单V形坡口，背面加垫板，其尺寸如图1-10所示。

③预热温度及层间温度。焊前采用PLG焊枪预热，最低预热温度为66℃。当用测温色笔或红外测温计检查温度时，因为钢板厚度的缘故，不应仅看焊缝的位置，而应在距焊缝75mm的地方，且在加热面的背面检查。焊接层间温度应小于250℃。

图1-8 螺旋焊管双丝埋弧焊的应用

1—电网线路 2—焊接整流器 3—焊接变压器（交流） 4—前丝 5—后丝 6—焊剂

④焊接材料。根据母材材质50C（英国产）的特性，定位焊的焊条选用KOBELCO LB52，其规格为ϕ4.0mm。埋弧焊焊丝选用COLNL-61，其规格为ϕ4.0mm。焊剂选用LINCOLNF960，使用前，焊剂应在300℃下烘干1～2h。

表1-11 螺旋焊管双丝埋弧焊焊接参数

图1-9 柱脚底板

图1-10 坡口尺寸

⑤焊接参数。通过多次焊接试验并对结果进行检测，确定了表1-12所示的焊接参数。

表1-12 焊接参数

3）焊接操作过程。焊接采用多层多道焊，施焊时应注意控制层间温度。焊接打底层及第二道时，仅用直流埋弧焊机进行单机操作，以保证焊根的质量。以后的焊道用直、交流双丝同时施焊。每焊一道，用风铲将渣壳清理干净，焊接时的引弧、收弧分别在引弧板和引出板上进行。

①将两个柱脚按图1-9组对，并将垫板垫在焊缝位置，局部预热后进行定位焊，然后将焊件倒置，以便在水平位置施焊。

②彻底清理焊接区的铁锈、油污等杂物。

③焊前均匀加热焊接区的正、反面至工艺要求的温度。

④按表1-12的焊接参数施焊，施焊过程中，应注意检查每一焊道的焊接质量。

⑤焊后经100%超声波检测，焊缝全部合格。