|
1. 国内外气保护碳钢实芯焊丝发展情况。 20世纪五六十年代，从冶金角度解决了CO2气体保护焊的脱氧问题后，才使CO2气体保护焊进入了工业应用阶段，同一时期还实现了Ar+CO2和Ar+O2等混合气体保护焊。发展至今，美国气保护实芯焊丝约占其焊材总量的31%，日本为38.2%，欧洲达到70%左右，韩国为33.9%。如美国AWSA5.18—2005标准中列出6种不同用途碳钢焊丝，日本JISZ3312—1999标准包含7种碳钢焊丝，用户可根据不同产品的技术要求、焊接条件、适用性等因素，更科学合理的选用焊丝，以更好地满足焊接生产要求，显著提高焊接制造业的技术水平，使得这些工业先进国家的焊接高效化与自动化率达到80%以上。 我国的气体保护实芯焊丝的研制与开发始于50年代，但始终停留在研究阶段。80年代初期，我国针对当时A3、Q345等主要结构用钢焊丝一般采用仿苏联的H08Mn2SiA碳钢焊丝产品，在引进焊丝制造设备、技术及软件的基础上，如：1983年当时的天津焊丝厂从德国、意大利引进国内首条实芯焊丝生产线，已实现部分自给，但因焊丝质量不稳定，实芯焊丝处于供不应求的局面。80年代中期，我国对大型金属结构企业进行技术改造，引进国外先进焊接技术和设备及焊接材料，积极推广气体保护焊方法，从先进工业国家进口国际上通用的ER70S—6类碳钢实芯焊丝（如美国ER70S—6、日本KC—50、德国K—52、荷兰PZ6000等焊丝）。ER70S—6类焊丝的推广应用，显著提高了我国大型金属结构企业的焊接工艺水平，促进了国内焊丝制造行业的技术进步，推动了我国焊接技术的发展。因此，1992年在四川大西洋公司制订我国GB/T8110—1995标准时，基本上参照了美国AWS标准，所以我国ER50—6焊丝与美国ER70S—6焊丝相当。当时根据国内用户还普遍使用H08Mn2SiA焊丝的实际情况，在标准中保留了H08Mn2SiA焊丝，把它更名为ER49—1焊丝。 近十几年来，我国气保护实芯焊丝的发展突飞猛进，焊丝生产企业由十几家发展到目前的200多家，具有一定规模的企业有5家（天津大桥、天津金桥、山东索力得、林肯电气、常州华通）。目前已从德国、瑞典、加拿大、日本等国家及台湾地区引进各种生产设备50套，国产或自行研制的设备400余条，年成产能力达到200万t左右。2013年气保护实芯焊丝产量为165万t，占其焊材总量的35%左右。在GB/T8110—2008标准中列出6种碳钢焊丝，其中ER50—6焊丝品种占焊丝总量的80%左右，ER49—1焊丝部分企业生产，而有特殊要求的ER50—G类焊丝只有少数几家企业生产（如林肯电气和安泰科技适用于大电流高效率低飞溅的JM—58和AT—MG50焊丝，大西洋和金狮公司用于风电新能源等产品的在-40℃下，要求冲击值≥47J的CHW—50C3和ER50—3B焊丝等)，其他碳钢焊丝品种焊材企业基本不生产。由此可见，我国现有碳钢实芯焊丝的品种，已远不能满足当前焊接生产的快速发展要求。 2. ER49—1焊丝与ER50—6焊丝对比试验分析 （1）焊丝化学成分 依照GB/T8110—2008标准，ER49—1焊丝和ER50—6焊丝化学成分如表1所示。 从表1看出，ER50—6焊丝与ER49—1焊丝比较，锰元素含量较低，硅元素含量较高，Mn/Si在1.6%~1.8%之间，一般碳钢焊丝采用锰硅联合脱氧，要求Mn/Si≈2.0%为宜，而ER49—1焊丝锰元素含量偏高，Mn/Si在2.2%~2.8%之间。由此可见，ER50—6焊丝因化学成分设计合理，可得到纯洁、性能良好的焊缝。另外，ER50—6焊丝的硫、磷元素含量控制较严，这对保证焊丝在制造中的拉拨和焊丝熔敷金属的力学性能均有利。 （2）焊丝的加工制造及成本 由于ER50—6焊丝成分设计合理，其拉拨性能良好，国际上通常使用φ5.5mm盘条，对于焊丝φ0.8mm以上的成品焊丝，不需要进行中间退火处理，一次连续拉拨完成，生产效率较高。而我国的ER49—1焊丝的加工制造则使用φ6.5mm的盘条拉拨，当焊丝拉拨到φ4.0~φ4.5mm时，因冷作硬化，拉拨非常困难，必需进行中间退火处理。 ER49—1焊丝进行中间退火热处理，首先焊丝要增加约400元/t的生产成本；其次由于退火处理工艺波动，导致焊丝软硬不均，使焊丝本身抗拉强度降低或升高，翘距增大，影响正常送丝。再者热处理产生的氧化皮清理不干净，影响镀铜结合力，焊丝经过送丝轮时掉铜屑，堵塞导丝管，不能正常送丝。这些均不同程度影响着焊接工艺性能。而ER50—6焊丝制造不进行中间退火处理，有效地避免了上述问题的产生，焊丝产品质量比较稳定。 （3）焊丝熔敷金属力学性能 选择同一焊丝生产企业的ER49—1和ER50—6（φ1.2mm ）焊丝，试板材料Q235（厚20mm），按GB/T8110—2008标准做焊丝熔敷金属力学性能试验，试验结果如表2所示。 从表2看出，由于ER49—1焊丝成分设计不合理，在CO2气体保护下焊接，焊丝熔敷金属抗拉强度偏高（接近60kg级焊丝），ER50—6焊丝熔敷金属强度适中，其塑韧性（尤其是低温冲击韧性）明显优于ER49—1焊丝，所以ER50—6焊丝可用于在低温下工作结构件的焊接。但是，上述两种焊丝当采用单一CO2气体保护时，会产生焊接飞溅大，焊缝成形凸起等问题，不适用于焊缝外观质量要求高，承受疲劳载荷金属结构件的焊接。 由于ER49—1焊丝锰元素含量相对较高，所以该焊丝具有良好的抗气孔性能，焊丝熔敷金属抗拉强度高于ER50—6焊丝，一般在压力容器生产中，当采用ER50—6焊丝施焊Q345R钢材退火后，常出现焊接接头抗拉强度偏低，而改用ER49—1焊丝可满足产品技术要求。 3. ER50—6焊丝保护气体的合理选择 在国外用户可根据保护气体的种类选用焊丝。如在美国当选用CO2气体保护时，使用ER70S—6焊丝，当选用混合气体保护时，则使用ER70S—2焊丝，这样可以更科学合理地选择焊材，提高焊接工艺水平。而在我国因受焊丝品种的限制，不论选择哪种保护气体种类，用户只得使用ER50—6焊丝，这样的保护气体与焊丝的匹配极不合理。 选用同一焊丝生产企业的ER50—6（φ1.2mm）焊丝，试板材料Q235（厚20mm），选择不同种类的保护气体，依照GB/T8110—2008标准，进行焊丝熔敷金属力学性能试验，试验结果如表3所示。 从表3可看出，ER50—6焊丝在CO2氧化性气体保护下施焊，化学元素有一定烧损，熔敷金属抗拉强度和屈服强度适中，伸长率较高，-30℃冲击值为84J，焊丝的熔敷金属综合力学性能良好。而ER50—6焊丝采用混合气体（惰性气体）保护施焊，化学元素烧损少，焊丝的熔敷金属抗拉强度偏高（接近60kg级焊丝），不仅伸长率较低，而且在施焊时对工件表面质量要求高，焊缝容易产生气孔等缺陷。尤其是在压力容器焊接生产中，焊缝射线探伤一次合格率较低。试验与生产实际表明，ER50—6焊丝不适用于混合气体保护焊。 4. ER50—G焊丝 ER50—G焊丝是用户根据产品的特殊技术要求，与焊丝生产企业协商确定焊丝化学成分，熔敷金属力学性能。如风电新能源产品，常要求在-40℃冲击值＞47J，而GB/T8100—2008标准中，碳钢焊丝熔敷金属冲击韧性的最低温度为-30℃，不能满足产品技术要求。我国一些焊丝生产企业研制开发出ER50—G类焊丝（如金狮公司的ER50—3B、大西洋公司的CHW—50C3）,供用户选用。 试验分别选用同一厂家的ER50—3B和ER50—6焊丝，试板材质Q235（厚20mm），分别对试板进行焊接，焊后经X射线探伤检查，按GB/T8110—2008标准进行试验，试验结果列于表4中。 从表4可看出，ER50—3B与ER50—6比较，含有一定量的Ni元素，众所周知，Ni元素可提高材料低温冲击韧性，另外焊丝含C量低，S和P元素含量控制严格，焊丝熔敷金属的抗拉强度适中，其塑性与-40℃低温冲击韧性显著优于ER50—6焊丝。可用于-40℃下工作结构件的焊接。
美国AWSA5.18—2005标准列出6种碳钢焊丝，日本JISZ3312—1999标准含概7种碳钢焊丝，供用户选择。可根据不同焊接结构的技术要求、焊接条件、适用范围等因素，科学合理地选用焊丝，以达到产品的技术要求。 （1）美国ER70S—2和日本YGW15混合气体保护焊丝 我国混合气体保护焊使用的保护气体，一般是80%Ar+20%CO2 ，属于惰性气体保护，施焊时对钢板表面要求高，焊缝容易产生气孔等缺陷。从表5中看出美国ER70S—2和日本YGW15焊丝与ER70S—6焊丝比较，除焊丝的锰、硅含量较低外，还添加了锆、钛和铅等脱氧剂，焊接时对钢板表面锈、杂质不太敏感，因此在富氩混合气体保护焊时，应优先选用ER70S—2（相当于我国的ER50—2焊丝）和YGW15焊丝。 在实际生产中，当采用混合气体保护使用ER50—2焊丝施焊时，一是可以提高焊缝探伤检查的一次合格率，确保焊缝质量。二是焊接时飞溅小，焊缝成形美观，特别适用于对焊缝外观质量要求高，承受疲劳载荷金属结构件的焊接。 （2）日本用于大电流高效低飞溅的YGW11焊丝 由表6看出，日本YGW11焊丝化学成分，与ER50—6焊丝比较，含有0.16%～0.22%的钛元素，在采用较大焊接电流施焊时，可减少焊接飞溅30%～50%，同时可获得良好的焊缝成形，已成为日本在CO2气保护焊中用的最多的焊丝。日本YGW11相当于我国的ER50—G焊丝，林肯电气的JM—58和安泰科技的AT—MG58焊丝与YGW11焊丝相当。
6. 结语 我国气体保护实芯焊丝经过近十年的快速发展，取得了可喜的进步。2013年全国气体保护实芯焊丝产量为165万t，约占其焊材总量的35%，其中ER50—6碳钢焊丝占焊丝总量的80%左右。纵观国内外气体保护焊碳钢实芯焊丝的发展，我国与日本、美国等工业发达国家相比，还有一定差距。目前国内碳钢实芯焊接的生产能力已高于市场需求量的30%以上，出现竞相压价销售的局面，焊丝品种单一不能满足焊丝生产需求的局面仍未突破。而适用于大电流高效率低飞溅、富氩混合气体保护、厚板、薄板以及风电新能源和压力容器等产品的碳钢焊丝，因化学成分不同，批量少，国内钢厂不愿供货，用户只能选用价格昂贵的进口产品或改变焊接工艺方法。这就需要钢厂与焊接界同仁共同努力，尽快生产出高质量、多品种的碳钢实芯焊丝产品，进一步推动我国焊接技术与生产的不断发展。 来源：《金属加工（热加工）》2015年第24期。 |
|
|
