国内外药芯焊丝的现状及发展

国内外药芯焊丝的现状及发展王京军猴王集团焊接材料研究所一九九四年十一月国内外药芯焊丝的现状及发展王京军猴王集团焊接材料研究所摘要本文综合了国内外有关药芯焊丝的报道内容，介绍了药芯焊丝的发展概况、种崐类、特点及其在工业中的应用，分析了几个主要工业发达国家发展药芯焊丝道路的崐特色，介绍了国外有关药芯焊丝的标准，重点综述了气体保护焊药芯焊丝的特性。崐对发展我国药芯焊丝具有重要参考价值。关键词：气体保护焊药芯焊丝发展应用1.药芯焊丝发展概况药芯焊丝也称粉芯焊丝或管状焊丝，早在1920年就曾被提出过，试图以涂料粉崐末覆盖电弧焊接熔池，但这个想法并未完全实现，而被涂药焊条和埋弧焊剂取代了崐30年。最早的药芯焊丝专利是1926年由SSTOODY提出的，其焊丝的断面形式是管形崐的，如图1A-1B所示，其包皮是由薄钢带制成，芯部药粉的填充系数较高，直到现崐在这种形式的药芯焊丝仍有应用。1927年由DWORZAK提出了一种类似电焊条的断面崐形状如图1C所示的药芯焊丝其填充系数较小，现在已不应用这种形式。1946年由崐ARCOS提出了如图1D所示断面形状的药芯焊丝并确信这种焊丝适用于氧-乙炔焊。尽崐管在1940年已经知道焊接过程要防止来自于空气中的氮的危害，但直到1953年才采崐用CO2作保护气体，同时配合少量渣保护即可得以满意的焊缝质量。1958年焊接时崐不用外加气体的自保护药芯焊丝研制成功。随着拉拔技术的提高，到60年代具有崐多种性能的药芯焊丝已出现并得到应用。正如1965年由PATON提出的截面形状如图崐1E所不的药芯焊丝。早期研制生产的药芯焊丝直径仅为φ4.0mm、φ3.2mm、φ2.4mm、等粗丝，电崐弧特性极差，药芯松散，填充颏度低，松装比小，造成药芯的保护作用欠佳，近崐切需要发展小直径的药芯焊丝，相继出现了φ2.0mm、φ1.6mm的细丝药芯焊丝，到崐80年代后期又发展了φ1.4mm、φ1.2mm、φ0.8mm及φ1.0mm的药芯焊丝并得到了广崐泛的应用。小直径药芯焊丝金属包皮很薄，药粉填充颏度高，高的电流密度使焊缝崐熔敷率明显增加，电弧稳定，叫弧熔滴过渡均匀，既改善了焊缝的专性，又易于崐实现全位置焊接。随着对焊接高质量、高效率、低成本的要求的日益迫切，药芯焊丝的应用不断崐增加，目前已被用于造船、桥梁、压力容器、汽车、铁路运输、管道、海洋工程、崐电站建设、采矿、石化、建筑机械、重型机械、高层建筑等行业部门。在日本，80崐年代后期药芯焊丝发展很快，自1981年乎先将药芯焊丝收入造船业，近年来造船用崐药芯焊丝已占气保护焊用焊丝的90％，只有1％是实芯焊丝，主要用于管了的焊接。崐特别是近5年来药芯焊丝增加了15倍，到1990年已增加到和美国同一水平。在美国崐药芯焊丝消耗量已占总的焊接材料消耗量的17％。药芯焊丝首先在欧洲问世，虽崐起步很早，但发展缓慢，如图2所示直到1986年，药芯焊丝占总的焊接材料消耗量崐的4％左右。2.药芯焊丝的特点使用药芯焊丝电弧焊可显著改善焊接工艺性能。提高焊接生产效率，节约焊接崐费用。此外与实芯焊丝相比可根据熔敷金属成分的要求，方便地配制出与任何母材崐匹配的药芯焊丝。2.1焊接工艺性能好药芯焊丝加入了稳弧剂且焊接电流密度大，使其熔滴呈喷射状过渡，故药芯焊崐丝焊接比用实芯焊接噪音低电弧柔和稳定、飞溅小。另外依靠熔渣的表面张力，生崐成的软的铸型对于焊缝成形具有很大作用且脱渣一般较容易。2.2焊接生产效率高一般情况下药芯焊丝熔敷率达75～88％，生产效率是实芯焊丝的1。5～2倍，崐是手工电弧焊条的5～8倍，在各种焊接位置药芯焊丝均可采用较大的焊接电流如φ崐1.2mm焊丝在280A电流时仍可顺利实现立向下焊接，这是其它焊接方法不能比拟的。2.3节约焊接费用能源特别是电能十分紧张是世界普遍存在的状况，从实际测算的数据表明:实崐芯焊丝电耗量是手工电焊条的1/3，药芯焊丝电耗量是实芯焊丝电耗量的1/2，瑞典崐ESAB公司及英国焊接协会考察1mm左右长的焊缝的所需的各种耗费价值作比较，与崐实芯焊丝相比采用药芯焊丝成本可降低25％。2.4焊接质量优异药芯焊丝采用气渣双重保护，电流密度高，有得于电弧电离，CO2气体的保护崐和对熔池的搅拌作用，克服了气体金属电弧焊的一些缺陷如熔化不良，未焊透，气崐孔飞溅等，故药芯焊丝焊缝性能明显基于实芯焊丝气体保护焊，尤其是抗脆断能力崐突出。3.药芯焊丝的分类药芯焊丝的分类方法很多，按其外层结构可分为冷轧薄钢带的有缝药芯焊丝和崐焊成钢管型的无缝药芯焊丝。后一种由于最后可镀铜，性能高，同时成本又低，所崐以已成为发展的趋势。按其保护形式来分，可分为用单一气体保护的药芯焊丝、混合气体保护药芯焊崐丝/自保护药芯焊丝/埋弧焊药芯焊丝、电渣焊药芯焊丝。按其内层填充材料中有无造渣剂可分成造渣型(有造渣剂)和金属型(无造渣剂)，崐按照渣的碱度又可分为钛型(酸性渣)、钛钙型(中性或碱性渣)和钙型(碱性渣)。上述分类方法中第二种使用的比较多，气保护药芯焊丝又可划分为酸性、碱性、崐金属型和不锈钢药芯焊丝。自保护药芯焊丝通常是碱性渣系的，含易与O、N相结崐合的Al、Mg元素等，对于埋弧焊药芯焊丝常规的是金属型，依靠焊剂来提供渣气保崐护，这种类型的药芯焊丝可以用于堆焊也可用于焊接。一般来说，钛型渣系的焊道成形美观，全位置焊接工艺性能(飞溅、稳弧等)优崐良，但焊缝的韧性和抗裂性能稍差。相反钙型渣系的焊缝韧性和抗裂性能稍差。崐相反钙型渣系的焊缝韧性和抗裂性能优良而焊道成形和焊接工艺性能稍差。钙钛型崐渣系介于二者之间。金属型为无造渣剂类型，其焊接特性类似于实芯焊丝，在抗裂崐性和熔敷效率方面基于造渣剂类型，该焊丝已应用于产4.主要工业发达国家药芯焊丝发展道路的特色4.1药芯焊丝可能比较适合于美国的土壤，它在50～60年代从西欧伟入美国后崐意外地立即得到成功，迅速开化结果。首先大量使用的是φ2.0～2.4mm粗丝药芯焊崐丝，这是美国的独到之外。平焊和平角焊焊接建筑机械、重型机械、钢架、桥梁等，崐已几乎完全取代了φ1.6mm以上实芯焊丝。特别是细直径药芯焊丝研制成功之后发崐展速度更快。美国1983年小于1.6mm直径的用量占药芯焊丝总用量的38％，此后逐崐年增加，其中全位置焊接用E71T-1细直径世芯焊丝(φ1。6mm、1.4mm、1.2mm)的用崐量急剧增加，钛型渣系工艺性能优良，解决了实芯焊丝解决不了的飞溅大、成型差崐电弧硬等问题，从造船海洋结构到普通机械，从厚板到薄板，从在中型企业到小型崐企业，使用越来越普遍。美国1969年时药芯焊丝产量已达2.7万吨，193年时药芯焊丝的产量占焊接材料崐总产量的15％约4.2万吨，其中气保护药芯焊丝的最高年产量曾达7.8万元吨(1979崐年)，自保护药芯焊芯焊丝的最高年产量超过5万吨。至1988年美国气保焊丝占焊材崐总产量比例达49％，而其中药芯焊丝比例占气保焊丝总产量的40％，即美国目前药崐芯焊丝产量为7万吨、年左右，是世界上药芯焊丝使用最广泛、生产量最大的国家。据介绍美国有些企业对药芯焊丝的生产技术有独到之外。世界上公认的焊接和崐切割器材生产量列于首位的美国林肯(LINCOLN)公司早在60年代末期，发明了用棒崐钢轧制管状药芯焊丝的新方法并取得美国专利，在七十年代又日趋完美。它是沿棒崐钢中心纵向轧出槽沟，把棒钢压分为对称的俩伴但又直连在一起，随后经过多道轧崐制，此时整个截面的厚度得到均匀一致的U形截面。这种方式的特点是仅产生最小崐的冷作硬化，，因此，每道轧制工序所消耗的功率较小，并能取得最大的减速薄率，崐轧辊寿命也较高，然后再定量加粉并轧到药芯焊丝应用直径等一系列秘诀技术，它崐的制造技术相比之下较便宜，有利于药芯焊丝的生产发展。它重点生产属于崐AWSE70T-3型的NR-1、NR-5号焊丝和属于AWSE70T-4型的NS-3M焊丝，还有属于崐AWSE70T-7、E70T-8型的NR-202、NR-203M等牌号的自保护焊丝，现有药芯焊丝33种，崐并通过了ABS、LR、DNV及军用(M)认可。美国另一个大型焊材生产企业合金捧(ALLOYROD)公司60年代开始生产仅限用于崐平焊和平角焊的药芯焊丝，1972年才开始大量生产全位置药芯焊丝，1984年后生产崐能力迅速扩大，该公司现有47种各类药芯焊丝。4.2日本药芯焊线的发展日本比美国略冕几年但紧随其后，1960年研制了CO2气体保护实芯焊丝和药芯崐焊丝，1964年研制了自保护药芯焊丝。60年代中期以后日本CO2气体保护焊用的实崐芯焊丝得到普及，用量逐年增加而药芯焊丝用量却一直不多发展不快。日本世芯焊崐丝的飞速发展是七十年代末期至八十年代初期φ1.2mm钛型细丝药芯焊丝部世后开崐始的，先主要用于造船，大大提高了造船焊接的半自动化程度。1980年后药芯焊丝崐产量飞速增加，从2400吨到1986年增至3.8万元吨，五年间增加了10倍。1980年时崐日本药芯焊丝产量占焊材总产量比例还不到1％，而1985年却增长至9％，1990年增崐长至16％。1980年时日本药芯焊丝月产仅200吨左右，而1985年时月产2500吨左右，崐1990年月产5000吨左右，目前日本年药芯焊丝产量纺6万吨。八十年代日本重点发展了细丝药芯焊丝，完善了低温钢，不锈钢等多品种毓崐并取得广泛应用。1986年起日本市场又出现了金属粉芯型药芯焊丝，其生产效率比普通药芯焊丝崐高，焊接工艺性能明显基于实芯焊丝，如飞溅小、成形美观、电流调节范围大等，崐因此金属型药芯焊丝的发展也值得重视，很可能取代实芯焊丝。目前日本已开发的崐品种有低碳钢和50公斤级高强钢焊接用的，包括薄板、中板和厚板用的不同特性的崐焊丝，还开发了低温钢和用于Ar+CO2混合气体保护焊的金属型药芯焊丝。日本神户制钢所是一个从冶炼到芯绕轧制配套成龙的特大型企业，其焊接事业崐部焊接材料的年生产量超过18万元，销售总额居世界第一。发展实芯焊丝神钢具有崐最便利的条件，但它仍不依赖实芯焊丝，而极力开发了近六十种药芯焊丝，其中崐DW系列包括低碳钢、低合金高强钢、低温钢、不锈钢、耐热钢及表面堆焊等各种药崐芯焊丝，MX系列为金属型药芯焊丝，TGX系列为TIG打底焊道不用焊缝背面保护措施崐的填充药芯焊丝，很容易满足多种材料焊接的要求。日本的另一家大型焊材生产企业日铁溶接工业株式会社，其最新产品样本中也崐列入包括低碳钢、50～60公斤级高强钢，、耐候钢、耐硫酸腐蚀钢、耐热钢、低温崐钢、不锈钢及表面堆焊用的多种CO2气保护及自保护药芯焊丝近六十种。4.3苏联药芯焊丝的发展苏联的药芯焊丝的发展过程无详细资料可查。仅介绍目前的状况，苏联现在至崐少有九种牌号，12种专用药芯焊丝和4种焊接合金钢的药芯焊丝。多用于石油化工、崐治金矿山、发电设备的制造中，强迫成形自保护药芯焊丝或气保护药芯焊丝的自动崐焊应用很广泛，是苏联应用药芯焊丝的一大特点，此外管道焊接中大量应用药芯焊崐丝自动焊也是其特点之一。取最近资料介绍，1987年苏联的焊材总产量为104万吨，其中药芯焊丝2.4万吨崐占焊材总产量的2％，比1980年增长了30％而此间焊条产量下降2％，焊剂下降4％，崐焊条占64％。功联药芯焊丝包括气保护的(φ1.2mm～2.0mm)和自保护的，结构形状崐有双层结构的和管状的，焊缝性能好，主要用于造船及管道焊接。适于焊接低碳钢崐和低合金高强等。4.4西欧药芯焊丝的发源地，80年代反而落后了。西欧的气体保护焊应用很广崐泛，11个国家气体保护焊丝总产量达17.6万吨，占焊材总量的43％，但其中绝大部崐分是实芯焊丝，药芯焊丝产量为1.2～1.5万吨，仅占气保焊丝总产量的7～8％左右。崐瑞典伊莎(ESAB)公司开发了适应胝碳钢、高强钢、不锈钢、铸件等焊接用的药芯焊崐丝近20种。瑞士奥林康(OERLIKON)焊接工业有限公司在药芯焊丝品种方面是迄今为崐止最多的，其92年产品样本中列入了MAG焊、埋弧焊、电渣焊、气电焊用的低碳钢、崐50～90Kg/mm攩2攪级低合金高强钢、不锈钢、耐磨堆焊、耐热耐蚀