中国药芯焊丝产业的现状及发展趋势(2009.12.20)

中国药芯焊丝产业的发展现状及趋势中国钢研科技集团公司梁东图教授2009年12月20日1中国药芯焊丝产业的发展现状及趋势药芯焊丝是世界焊材发展中突出的亮点，是第四代最先进的焊接材料，有着与其它焊接材料无可比拟的优点：高质量、高效率，易实现半自动化、自动化和智能化焊接，节省成本。进入21世纪以来，我国药芯焊丝产业正以崭新的面貌面向世界。现今中国焊材工业不仅在焊材生产、消费总量上傲视美、日、欧群雄，在诸如药芯焊丝这样的高档焊材领域也占有一席之地。中国已不仅是焊材生产和消耗大国，而且已经跻身世界焊材强国的行列。◆中国药芯焊丝的发展现状一、国产药芯焊丝产销量出现了跨越式大发展自20世纪90年代以来，国内造船工业、冶金建设开始批量使用药芯焊丝。在市场需求的刺激下，国内焊接界迅速掀起了药芯焊丝研制热和引进药芯焊丝生产线的浪潮。这个时期是中国药芯焊丝产业起步发展最关键的时期，奠定了我国药芯焊丝产业的技术和物质基础，并且产生了以钢廉、安泰、三英焊业为代表的国产药芯焊丝企业群体。从2000年开始，我国药芯焊丝产业进入稳定发展阶段。这个阶段的标志是国产药芯焊丝不仅从质量上取得重大突破，从数量2上也大幅度增加。2000年钢廉、安泰、三英公司销售量均突破千吨大关，国产药芯焊丝总销量也超过了4000t，占据国内市场份额的1／3以上。2002年国产药芯焊丝生产销售总量突破了12000t，2003年、2005年分别达到了25000t和45000t，2005年市场占有率达到了80%。2008年国产药芯焊丝的生产销售总量已突破250000t大关，市场占有率超过了95%。图1是2003年我国药芯焊丝市场总销量以及进口药芯焊丝总量的示意图。从中可以看出以下几点：图12003年我国药芯焊丝市场消费量及进口焊丝总量示意图(1)2000年我国药芯焊丝的市场消费量每年都以超过35％以上的速度递增，2003年、2005年市场药芯焊丝年消耗量分别达到25000t和45000t。2007年市场消耗量已突破200000t大关。(2)近年来国产药芯焊丝产量也逐年快速递增，2003年产量达到了25000t，年增长率超过30％，市场占有率也从1995年的不足5％，2007年已上升到90％以上。(3)进口药芯焊丝的市场占有率逐年下滑，1998年日本药芯焊3丝在中国市场占主导地位，随后市场份额逐年下降，如今仅在少数工厂使用。经过10多年的快速发展，昔日进口品牌独占中国市场的局面早已一去不复返，与此同时以钢廉、安泰、三英焊业等公司的系列产品为代表的国产药芯焊丝已经批量出口欧美市场，标志着国产高档焊材进入世界市场这个几代焊材人的梦幻已变成现实二、国产药芯焊丝种类日臻齐全，基本完成产品系列化上世纪90年代，我国药芯焊丝的品种尚较单一，以500MPa级钛型气保护药芯焊丝(E71T-1)为主，其他品种药芯焊丝仍然需要大量进口。经过药芯焊丝产业界同仁十多年的艰苦努力，国产药芯焊丝的品种日臻齐全。以北京钢廉公司、安泰科技和德运焊业为例，按照产品用途划分可分为普通低碳钢和低合金钢用药芯焊丝、-40℃以下低温钢用药芯焊丝、耐热钢用药芯焊丝、不锈钢和高合金钢用药芯焊丝及硬面堆焊药芯焊丝等八大类几十个品种；按照渣系划分又可分为酸性钛型药芯焊丝、碱性药芯焊丝、金属芯药芯焊丝；按照包装方式可分为盘包装和筒装丝；按照保护方法可分为C02气体或Ar+C02混合气体保护药芯焊丝、氩弧焊药芯焊丝、埋弧焊药芯焊丝和自保护药芯焊丝等四大类别；按照焊丝规格则可涵盖从Ф1.0mm～4.0mm全系列。产品的应用领域可覆盖水泥、电力、钢铁、造船、机械、石油化工、钢结构及军工等国民经济各个领域。4表1北京钢廉公司和德运焊业生产的部分药芯焊丝种类保护方式牌号适用标准GB(AWS)用途结构钢C02YJ502(Q)E501T1(E71T-1)钛系全位置焊丝，用于造船、桥梁等焊接YJ602(Q)E601T1(E91T-1Ni)钛系全位置焊丝，用于600MPa高强钢焊接YJ50MXE500T1(E70T-1)金属芯焊丝，熔敷速度高，抗裂性强Ar+CO2YJ507(Q)E501T5(E71T-5)碱性焊丝，抗裂性高，用于重要结构焊接YJ707(Q)E700T5(Ell0T5-K2)碱性焊丝，抗裂性高，用于700MPa高强钢焊接YJ857(Q)─适用于30CrMo、35CrMo高强高韧结构钢的焊接。自保护SZJ507E500T8(E71T-8)自保护焊丝，用于管道、海洋结构等的焊接不锈钢C02YA308LE308LTl-1(E308LTl-1)用于石化、制药等领域304超低碳不锈钢焊接YA309LE309LTI-1(E309LTl-1)用于异种钢或同成分不锈钢焊接YA316LE316LTl-1(E316LTI-1)用于石化、制药等领域316超低碳不锈钢焊接YA347LE347T1-1(E347T1-1)用于石化、制药等领域347或321超低碳不锈钢焊接Ar+CO2YA308L-TR308LTl-5(R308LTl-5)304型不锈钢管的打底焊接，背面不充氩气YA316L-TR316LTl—5(R316LTI-5)316型不锈钢管的打底焊接，背面不充氩气耐候钢C02YJ502CrNiCu(Q)E550T1-W用于490MPa级耐蚀钢的焊接耐热钢C02YR302(Q)E551T1—B2(ESITI-B2)适用于1％Cr-0．5％Mo和1．25％Cr-0．5％Mo钢的焊接，用于锅炉、压力容器的焊接。C02YR312(Q)─适用于1％Cr-0．5％Mo-V珠光体耐热钢(如12CrMoV钢)焊接。C02YR402(Q)E601T1-B3(E91T1-B3)适用于2．25％Cr-1％Mo耐热钢焊接用。Ar+CO2YR407(Q)E600T5-B3(E91T5-B3)适用于2．25％Cr-1％Mo钢的焊接。低温钢Ar+CO2YJ502NiI(Q)E550T5-KI(E81T5-G)用于对接焊和角焊，适于全位置焊。在-400C低温下具有优良的冲击韧性，用于容器等重要低温钢结构焊接。C02YJ602Nil(Q)E551T1-Nil(E81TI-Nil)在-400C低温下具有优良的冲击韧性，用于舰艇等重要低温钢结构焊接。硬面堆焊C02YD350(Q)YF2A-C-350用于堆焊金属间磨损的部件或轻度土砂磨损的部件。C02YD450(Q)YF2A-C-450用于堆焊金属间磨损的部位或土砂磨损的部件。C02YD600YF3B-C-600用于堆焊耐土砂磨损的部件。5三、国产药芯焊丝质量日益提高，已达到国际先进水平自2000年以来，国产药芯焊丝发展迅速，主要原因是国产药芯焊丝质量有了极大的提高，已经达到了国际先进水平，完全可以与日本、美国和韩国产品相比。以北京钢廉公司和德运焊业为例，主导产品船用药芯焊丝[YJ711(Q)、YJ502Ni、YJ50MX等]已通过九国船级社3Y级认证，熔敷金属扩散氢含量降低到5mL／100g(色谱法)以下，-40℃的冲击功达到100J以上，抗气孔能力、抗裂性和全位置焊接性都达到或超过国际同类产品的实物水平。近十年来，北京钢廉公司、安泰科技、山东德运焊业等公司的产品已成功用于建造30万吨级超大型油轮、20万吨海上浮式储油船、大型海洋工程结构、成套化工工程建设、超大型载重车辆、大型水电设备等的制造和建设。四、国产药芯焊丝生产线已能全面满足我国药芯焊丝产业发展的需要随着药芯焊丝的逐渐普及，近年国内在药芯焊丝生产装备的研究开发方面也已取得令世人瞩目的成就，目前已完全可以生产具有国际先进水平的成套药芯焊丝生产线。钢廉公司、德运焊业公司自成立之日起，就立足于走国产化的道路，相继独立自主设计制造了年产1000t、1500t、2500t的三代药芯焊丝生产装备和配套辅机。经过瑞达等几个公司十多年来的生产实践检验，整条生产线或单机生产工艺简单、可靠，综合性能已全面达到甚至超过国外同类机型的指标，而造价不到进口价格的1／6。此外，使6用国产设备还有易于使用、维护，有可靠的备品、备件供应等诸多优点。五、国产药芯焊丝生产发展面临的机遇和挑战尽管我国药芯焊丝产业有了长足的发展，但药芯焊丝焊接技术的推广普及工作仍然存在一些问题，需要从以下几个方面进一步加大推广力度。(1)总体上看，在国内焊条电弧焊仍占主导地位，焊接的机械化、自动化率仍然较低，以药芯焊丝为代表的自动与半自动焊焊接材料占焊接材料总量的比值较低。1999年日本的焊接自动化率为80.6％，西欧为74％，美国为71％；而我国在2008年仅为43％。(2)我国药芯焊丝的普及率不高，各行业的焊接技术水平参差不齐。造船行业焊接作业水平发展较快，已经基本接近国际先进水平，药芯焊丝的普及率已接近日本。其他行业基本上仍然以焊条电弧焊为主，生产效率低下。(3)对药芯焊丝的认识不足，目前仍有许多人认为药芯焊丝的作业成本相对较高，实际上尽管药芯焊丝售价高出手工焊条1-2倍，但药芯焊丝的综合成本仅相当于手工焊条的一半。(4)部分焊接作业标准严重滞后，如压力容器制造标准(JB4708)中推荐的焊接材料中没有药芯焊丝，但实际上国外压力容器行业中已经大规模使用了药芯焊丝。国内许多企业也早就开始推广使用药芯焊丝焊接，而且发展速度很快。7◆我国药芯焊丝技术的发展动向未来我国药芯焊丝焊接技术的发展趋势可以概括为“高效、自动化、环保，并适应21世纪新型工程材料发展的趋势。”一、发展适于自动化焊接的高效金属芯药芯焊丝金属芯药芯焊丝被称为“代替实芯焊丝的焊接材料”，它兼具实芯焊丝和药芯焊丝二者的特点。近年来，为适应“高效、自动化”焊接的需要，金属芯药芯焊丝在日本、美国等发达国家已广泛应用于造船、石化、机械、冶金及汽车等行业的焊接；特别适合应用于机械化和自动化程度较高的场合。如船厂采用焊接小车进行平角焊缝的连续焊接，以及中厚板的平板对接自动焊。从20世纪90年代开始，日本开始大力推广金属芯药芯焊丝，目前在日本各大焊材生产公司的产品样本中，结构钢和低合金钢用药芯焊丝中，金属芯药芯焊丝的品种数量已经超过熔渣型药芯焊丝的品种数量；在不锈钢用药芯焊丝中，金属芯药芯焊丝的品种数量也在不断增加。表1为日本神户制钢所1976年到1996年生产的药芯焊丝品种变化。由表1可以看出，从1988年开始，金属芯药芯焊丝开始快速发展，到1996年已经接近低碳钢和低合金钢用药芯焊丝品种数量。目前金属芯药芯焊丝在我国还仅仅在造船、锅炉行业得到推广应用，其他行业应用极少。国内出现的第一个金属芯药芯焊丝在1998年，经过几年的技术更新，2002年已在大连造船新厂等十几个企业大批量应用。该焊丝具有如下优势：8表1日本神户制钢所1976年到1996年生产的药芯焊丝品种变化(％)低碳钢用低合金钢用不锈钢用堆焊用熔渣型其他熔渣型合计熔渣型金属芯熔渣型金属芯熔渣型金属芯1976311------37151983611--8--382719888612816--710611996101414922611793(1)具有极高的熔敷速度由于该焊丝采用钢带包裹药粉制成，焊接时电流密度大，熔化速度快，同时药粉中含有大量的铁合金，因此它比实芯焊丝和熔渣型药芯焊丝具有更高的熔敷速度。图1为三种焊丝熔敷速度的对比。(2)焊接烟尘少金属芯药芯焊丝的焊接烟尘和实芯相当，比传统熔渣型药芯焊丝降低了100％～150％。(3)力学性能优异金属芯药芯焊丝的力学性能，尤其是抗冷热裂纹性能优于传统熔渣型和实芯焊丝，特别适合于板厚20mm情况下的连续焊接。而且由于金属芯药芯焊丝的熔渣少，可以避免焊接过程中出现夹渣等缺陷，同时可以道间不清渣，连续进行焊接作业，大幅度提高了生产效率。(4)焊接工艺性能优良同实芯焊丝相比，金属芯药芯焊丝的稳弧性能好，飞溅小，成形美观，避免了实芯焊丝采用富氩混合气体时容易出现的“指状焊道”，从而放宽了对加工和装配尺寸的精确要求，特别适用于自动焊和机器人焊接。实芯焊丝与金属芯药芯焊丝的熔深形状对比见图2。92003年，桶装全自动金属芯药芯焊丝问世，已广泛用于造船、锅炉、压力容器等行业全自动焊接，