在厚壁直缝埋弧焊管生产过程中，为了提高厚壁直缝焊管生产的焊接效率，满足市场对大直径、大壁厚、高强度、高韧性焊管在油气输送管线中的需求，五丝埋弧焊焊接工艺得到应用。

在世界上五丝埋弧焊只有少数国家掌握了这种先进的生产技术。五丝埋弧焊采用5个电源分别对沿焊接纵向排列的5根焊丝单独供电，焊丝在焊剂层下的一个共有熔池内燃烧，从而实现对钢管的焊接。由于五丝埋弧焊电弧多，焊接电流大，熔池长，因此具有热输入大、熔敷效率高、冶金反应充分、焊接速度快等优点。五丝埋弧自动焊机头如图1-14所示。

图1-13 直缝焊管四丝埋弧焊坡口形式及尺寸

表1-15 17.5mm的X70管线钢焊接参数

表1-16 21mm的X70管线钢焊接参数

表1-17 26.2mm的X70管线钢焊接参数

1.五丝埋弧焊的焊接参数

在五丝埋弧焊焊接过程中，存在交流AC电弧间电磁干扰明显、可调参数多、工艺控制要求严格等难点。其焊接参数有焊接电源的配置与连接、焊丝空间位置的设置、焊接参数的选择、焊丝直径的组合及焊剂的选用等。其中焊接电源配置，选择合理的电源连接方式，焊丝空间位置的设计、焊接参数的选择及合理组合是保证焊接过程稳定的关键。

图1-14 五丝埋弧焊机头空间位置

五丝埋弧焊焊接参数的选择如下：

（1）电源配置及连接方式 在多丝焊中，一般均采用DC-AC混合电源配置。五丝埋弧焊是在四丝埋弧焊的基础上添加了1个AC电源焊丝而构成，即DC-AC-AC-AC-AC混合电源配置。但AC焊丝数目越多，其电弧间的磁干扰消除也越困难。通过改变AC电源的连接，使电流相位差90°，可有效地消除交流AC电弧间的磁影响，使电弧稳定燃烧。

（2）焊丝空间位置的设置

1）焊丝倾斜。焊丝倾斜方向和倾斜角度的大小，对焊缝熔深和焊缝成形有较大影响。焊丝后倾比前倾时的熔深大，而焊丝前倾比后倾时的焊缝宽。为了进一步增加焊缝熔深和改善焊缝成形，将五丝埋弧焊的1丝（DC）设置为后倾，后随的4个丝（AC）设置为依次过渡到前倾，并依次增大倾角。各丝的倾角如图1-15所示：1丝后倾10°～20°，2丝后倾0°～10°，3丝前倾5°～15°，4丝前倾18°～28°，5丝前倾30°～40°，并匹配适宜的焊接参数，可获得良好的焊缝成形。需要指出的是，1丝后倾角度和5丝前倾角度不宜过大。1丝后倾角度过大对焊缝熔深有一定的影响；5丝前倾角度过大，导电嘴底部易与液态熔渣形成电弧，影响焊接过程的稳定性。

2）焊丝间距。焊丝间距对焊接过程有较大的影响，在焊接电流不变的情况下，焊丝间距越小，熔深越大，形成的焊缝窄而高，但焊丝间距过小易造成焊缝烧穿。焊丝间距过大会影响电弧的稳定性及焊缝成形。为了避免上述的不利因素，五丝埋弧焊的焊丝间距设置为1～4丝间距相等，4～5丝间距增大，也可按依次增大的方式设置，一般焊丝间距在15～30mm范围内，匹配适宜的焊接参数，即可获得稳定的焊接过程，焊缝成形好。(www.daowen.com)

图1-15 五丝埋弧焊焊丝空间位置示意图

（3）焊丝伸出长度 焊丝伸出长度主要影响焊缝余高和熔合比。焊丝伸出长度增加，焊缝余高增大，熔深减小；反之亦然。若焊丝伸出长度过短，导电嘴容易黏渣，进而导致导电嘴与导电嘴之间易产生“电弧”而影响正常电弧的稳定燃烧。五丝埋弧焊时，焊丝伸出长度一般取（9～11）d（d为焊丝直径）较为适宜。

（4）焊丝直径的选择 五丝埋弧焊焊丝直径主要根据焊接电流来选择，见表1-18。五丝埋弧焊1丝（前丝）的焊接电流最大，一般超过1000A，最大可达1200A以上；而5丝（最后丝）的焊接电流最小，一般在700A以下；其最大焊接电流与最小焊接电流之差在400A以上。若5根焊丝的焊接电流均在同一焊丝直径的焊接电流范围内，可选用一种直径的焊丝进行焊接，反之则选择不同直径的焊丝组合较好。

表1-18 焊丝直径适用的焊接电流参考范围

（5）焊接电流和电弧电压 焊接电流和电弧电压对焊缝形状和焊接质量有着重要的影响，是五丝埋弧焊重要的焊接参数。五丝埋弧焊的焊接电流和电弧电压是按照1丝大电流、小电压逐步过渡到5丝小电流、大电压的方式进行设置的。1丝在焊接电源容量许可的情况下，尽可能选择大电流，以保证在获得足够熔深的情况下有较快的焊接速度。随后4根焊丝的焊接电流按前一焊丝焊接电流的70%～90%进行选择。坡口较大时需要较多的焊丝熔敷金属，焊接电流选择上限；若需降低焊缝余高减少熔敷金属量时，选择下限。在保证电弧稳定燃烧的情况下，1丝应尽可能选择较小电压，以增加1丝电弧的熔深，1丝的电弧电压一般选定在31～34V范围内，焊接电流较大或焊丝较粗时可选择上限，反之选择下限；后随的4根焊丝的电弧电压依次增大1～3V，5丝的电弧电压一般在39～43V范围内。

（6）焊接速度 五丝埋弧焊适合于厚壁开坡口焊件的焊接，其焊接速度主要取决于熔深和坡口内填充的熔化金属量，熔深和坡口内金属填充量又取决于焊接电流和坡口形式与尺寸。因此选择五丝埋弧焊焊接速度时，应根据板厚、焊接电流和坡口形式与尺寸等综合因素来确定。

2.焊剂的选择

（1）焊剂的类型 由于五丝埋弧焊的焊丝数目多、热输入大、焊接速度快等因素，一方面会使焊缝氧含量增多，引起焊缝韧性下降；另一方面由于五丝埋弧焊的熔池尺寸大，高温停留时间长，熔化金属在重力作用下容易流动，使焊缝扁平。因而从提高焊缝韧性和保证焊缝成形良好的角度考虑，五丝埋弧焊应选择熔点较高、具有一定黏度的高碱性焊剂。

（2）焊剂颗粒度及焊剂堆积高度 五丝埋弧焊电弧燃烧的空间较大，熔化的焊剂量也较多，比三丝埋弧焊多消耗焊剂10%～40%，为三丝埋弧焊的1.1～1.4倍。由于熔化的焊剂量较大，需要堆积的焊剂也较高，一般为45～55mm。若堆积高度较低，电弧外露，焊缝易产生气孔，严重时导电嘴容易黏渣和烧结。如果焊剂颗粒较大，将会增大电弧燃烧空间，使焊剂消耗量增加，同时也使焊缝熔宽增大，熔深和余高减小。

因而五丝埋弧焊应选用颗粒细、熔点高、黏度适中、稳弧性好的高碱性焊剂。

3.五丝埋弧焊的应用

五丝埋弧焊工艺已在大直径、厚壁直缝埋弧焊钢管生产中成功应用。以焊接材质为X52钢级、直径为1219mm、壁厚为22.2mm的海底输气管线用直缝钢管为例，应用内焊四丝、外焊五丝埋弧焊工艺。坡口形式为X形，其尺寸如图1-16所示。钢板经成形管坯后，采用预焊、内焊和外焊三道焊接工序焊接。预焊采用CO₂+Ar混合气体保护焊，在外坡口内连续焊接，内焊采用四丝埋弧焊，外焊采用五丝埋弧焊，外焊缝熔深为15.6mm，达到板厚的70%。其焊接参数见表1-19。焊剂采用烧结焊剂SJ101。焊缝金属的拉伸性能和冲击性能均满足标准要求。

厚壁管五丝埋弧焊焊接速度比三丝埋弧焊可提高70%以上。

图1-16 焊缝坡口形式及尺寸