药芯焊丝的应用及生产工艺

研究药芯焊丝焊接操作技术要点

20世纪50年代末、60年代初美国已开始使用药芯焊丝，并被广泛地用于重型机械、建筑机械、桥梁、石油、化工、核电站设备、大型发电设备及采油平台等制造业中，并取得了很好的效果。

近年来，随着社会经济的不断发展，我国生产药芯焊丝的技术和质量得到了不断提高，应用范围也不断地扩大，以船舶制造和海洋结构行业使用药芯焊丝量为最大。药芯焊丝是继焊条电弧焊和实芯焊丝CO2气体保护焊的又一个被广泛应用的焊接方法。

药芯焊丝的单面焊双面成形操作技术，近年来被世界技能大赛、国内各类技能大赛列为竞赛的考核项目之一，它是电弧焊难度较大的一种操作技术。尽快地掌握单面焊双面成形技术的操作要领和技巧，这也是每个参加技能考试、技能竞赛的指导教师及学生十分关心的问题。

2.药芯焊丝电弧焊的特点及应用

药芯焊丝也称为管状焊丝，是利用薄钢板卷成圆形钢管或异形钢管，或用无缝钢管，在管中填满一定成分的药粉，经拉制而成的焊丝。可通过调整药芯添加物的种类和比例，很方便地设计各种不同用途的焊接材料，因为它的合金成分可灵活方便的调整，所以药芯焊丝的许多品种是实芯焊丝无法冶炼和轧制的。

2.1特点

药芯焊丝电弧焊与气体保护焊非常相似，差别在药芯焊丝采用的是管状焊丝，其中装有粒状的焊剂。药芯焊丝是很有发展前途的新型焊接材料，与实芯焊丝相比药芯焊丝有如下优缺点。

2.1.1优点：

⑴ 采用气渣联合保护，焊缝成形美观，电弧稳定性好，飞溅少易脱渣、焊道成形美观。

⑵ 焊丝熔敷速度快，熔敷效率（大约为85%～90%）和生产效率都较高（比焊条电弧焊高3～5倍）。

⑶ 焊接各种钢材的适应性强，通过调整焊剂的成分与比例可提供要求的焊缝金属化学成分。 2.1.2缺点：

⑴ 焊丝制造过程复杂。

⑵ 烟雾大，焊接时烟雾较实芯焊丝大。

⑶ 焊丝外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，因此对焊丝的保存-管理的要求更为严格。

⑷ 焊渣多，较实芯焊丝CO2气体保护焊多，故多层焊时要注意清渣、防止产生夹渣缺陷。

。　，／　一　药芯焊丝专题　，蜷掳　

内已有７０多家生产企业．各种类型生产线达４００多　条，仅从日本就引进２５条生产线。据有关资料统计，　

２００６年世界药芯焊丝产量为４５～５０万吨。其中日本为　１１．７８万吨。中国为１２万吨，居世界第一。２００６年世界　

焊接材料总量为６００万吨，中国焊接材料总量达３２０　万吨。约占世界焊接材料总量的５０％左右。２０１０年中　

国焊接材料总产量为４５０万吨，其中药芯焊丝产量为　

４０万吨以上，约占其焊材总量的１０％左右。由此可见，　中国已成为世界上最大的制造与消费大国。但是要将　

中国从焊接材料制造大国提升为制造强国。赶上或超　过世界先进技术水平．任重而道远。　

２药芯焊丝应用状况　

中国焊接协会金属结构专委会所属企业包括重矿　

行业、煤机行业、港口机械、工程机械和机床行业，属于　国民经济的支柱产业。它们的快速发展得益于国家宏　

观经济的腾飞，得益于国家大型重点工程项目的建设。　２＿１气体保护焊技术的发展　

目前，在美国、日本、欧洲等发达国家和地区采用　焊接结构件的比例不断增加，焊接高效化与自动化率　

达到８０％以上，气体保护焊技术的发展，极大地提高了　金属结构行业的制造技术水平。　

中国气体保护焊伴随着金属结构行业焊接技术的　

发展而壮大。在中国“六五”和“七五”期间，为满足国家　重点工程大型机械技术装备制造要求，引进国外先进　

焊接技术和装备，对大型骨干机械企业进行技术改造，　中国大型金属结构制造企业，通过与美国、德国、１３本　

等国家的跨国公司合作制造大型金属结构，批量购买　国外气体保护焊设备、焊接材料等器材。借助国外气体　

保护焊成熟技术和生产工艺．形成了国内大型金属结　构行业气体保护焊生产能力，从根本上改变了金属结　

构行业的制造技术水平，推动了中国气体保护焊技术　的发展。　

以１９９２年第一届“全国Ｃ０　焊接技术推广应用交　流会”为契机，经过近２Ｏ年的发展．气体保护焊技术在　

金属结构行业中推广应用工作持续、稳定、蓬勃发展，　气体保护焊技术从大型机械企业推广到中小型企业，　

由此判断，立磨磨损形式属于磨粒磨损，要求辊子　

及衬板表面具有良好的耐磨粒磨损性能，并具有较高的　表面硬度。　

２．磨辊常用焊接材料及特点　

目前用于立磨堆焊的焊接材料均为高铬合金铸铁类　

药芯焊丝，根据不同工况的要求，以及对耐磨性的不同　要求，高铬合金铸铁类药芯焊丝的合金主要有三种，如　

下表所示。１为普通高铬铸铁，用于工况较好，磨损不　

是特别严重的场合；２为高铌高铬铸铁，用于工况较恶　劣、磨损较严重的场合；３为复合型多元合金高铬铸铁，　用于工况较恶劣、磨损较严重的场合。　立磨用药芯焊丝合金化学成分（质量分数）　

（％）　

Ｃ　ｓｉ　Ｍｎ　Ｃｒ　Ｎｂ　Ｍｏ　Ｖ　ｌ　４．５～５．５　≤２．０　≤２．０　２５～３Ｏ　２　５．Ｏ～６．Ｏ　≤２．０　≤２．０　２２～２６　６～８　３　５．０～６．Ｏ　≤２．０　≤２．Ｏ　２４～２８　１～３　２～４　２～４　

３．焊接材料的选择原则　

目前辊子堆焊主要分三种情况，不同的情况采用的　工艺及材料也有所不同。　

（１）复合辊制造采用低合金铸钢作为母体，根据　实际辊体磨损曲线，加工出辊子外形尺寸，堆焊打底层，　打底层的目的是对铸件表面进行重熔，消除工件表面的　

铸造缺陷影响，提高辊体的抗裂性和韧性，为硬层堆焊　打好基础。　

（２）在旧的铸造辊体上进行堆焊修复铸造辊常用　

的母体材料为高铬铸铁或镍硬铸铁，该类材料耐磨性较　好，但整体比较脆，需要对辊体进行全面探伤。判断辊　

体是否具有再修复的价值，堆焊前对辊体作适当处理，　采用一种或两种堆焊焊丝进行修复。　（３）在旧的堆焊辊上进行修复　由于旧的堆焊辊表　

面会残存较厚的原始堆焊层，辊面会有许多细小密集的　裂纹，辊面及裂纹内部会存有很多水泥灰或油污，并且　辊面由于磨损使用表面也会坑洼不平，这都需要对辊面　

进行前期处理，并采用过渡层材料堆焊２—４层，找出辊　面的平面度，再堆焊硬层材料。　

对于三种常用的材料，一般选用原则是：对于原料　磨中易磨性较好的工况，选用第一类材料就可以起到很　

Ｈｉｇｈ＆Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　药芯焊丝电弧焊（ＦＣＡＷ）在压力容器制造中的应用　任春嫒　【大连派思燃气系统股份有限公司。辽宁大连１　１６０００）　【摘要】浅谈药芯焊丝电弧焊的优缺点及在压力容器中的实　际应用　【关键词】药芯焊丝电弧焊（ＦＣＡＷ）；压力容器；制造　１前言　白２０世纪８Ｏ年代初开发成功的细径药芯焊丝以来，它的应用　得到了迅速推广。随着科学技术的发展，在船舶、桥梁、容器、建　筑钢构件等焊接结构领域中，往往都采用ｃＯ　气体保护药芯焊丝电弧　焊（ＦＣＡＷ），取得了良好的效果。　２药芯焊丝电弧焊（ＦＣＡＷ）的优点　药芯焊丝与焊条电弧焊焊接不锈钢相比，药芯焊丝电弧焊把断　续的生产过程变为连续的生产方式，从而减少了接头数目，提高了　生产效率，也提高了焊缝质量，节约了能源，降低了综合成本；药　芯焊丝中的药粉都经过高温烘焙，水分极少，焊接之前不需烘干，　气孔敏感性较低。同氩弧焊相比，药芯焊丝焊的焊接工艺性能与氩　弧焊相差不大，焊缝质量也类似，但焊接效率要高出很多，在正常　焊接参数下焊接，药芯焊丝焊的熔敷速度可超过１４０ｇ／ｍｉｎ，而氩弧　焊的熔敷速度最高为２０￣３０　ｇ／ｍｉｎ。板厚在４ｍｍ以上时，比较适于　采用药芯焊丝电弧焊（ＦＣＡＷ）焊，而且厚度越大，ＦＣＡＷ焊的焊接速　度和成本优势就越明显。同埋弧焊相比，由于ＦＣＡＷ焊的热输入远小　于埋弧焊，焊接接头的性能好于埋弧焊接头。药芯焊丝焊（ＦＣＡＷ）　的焊接效率较高，焊缝质量好，综合成本低，可替代药皮焊条电弧　焊和部分埋弧焊。不锈钢药芯焊丝因其具有工艺性能良好、力学性　能稳定、生产效率高和综合成本低等特点，已广泛应用与石油化工、　压力容器、造船、钢结构和工程机械行业。　ＦＣＡＷ除具有ｃＯ。保护焊的优点外还具有生产效率高、焊缝质量　好（采用气渣联合保护，有较充分的冶金作用，可除去杂质，防止　空气侵入，改善脱氧效果，可渗合金，因此焊缝的力学性能，特别　是塑性和韧性较好）、焊接工艺性好、应用范围广（只需改变药芯配　方，就能够很方便地调整熔敷金属的化学成分和力学性能，使熔敷　金属具有要求的强度、韧性及耐热、耐腐蚀、耐磨损到呢个特殊性　能）、节约熔敷金属、节约能源、成本低等优点，可见ＦＣＡＷ是一种　高效、优质、低耗、节能的焊接方法。　３药芯焊丝电弧焊（ＦＣＡＷ）存在的问题　（１）对碳素钢与Ｑ３４５Ｒ选用的药芯焊丝是同一种　（ＡＷＳＥ７１Ｔ一１Ｃ），造成熔敷金属的抗拉强度偏高，与ＮＢ／Ｔ４７０１５—２０１１、　ＮＢ／Ｔ４７０１８．１￣４７０１８．７－２０１１等标准规定不符，产品试板拉伸试验　时抗拉强度值有时超过上限的现象发生。　（２）采用奥氏体不锈钢药芯焊丝时，焊接接头在按　ＧＢ／Ｔ４３３４—２００８进行晶间腐蚀试验弯曲法评定时基本都有裂纹和断　裂现象（虽然其中部分金相法评定能合格），故当设计图样中产品的　工况恶劣，晶间腐蚀要求严格时，应慎用ＦＣＡＷ。　（３）目前国产药芯焊丝质量还不稳定，时常有药粉填充不均匀　或断药粉、焊丝粗细不均，致使焊接过程时常出现气孔缺陷，此外，　焊缝冲击功值不稳定。　’　４药芯焊丝电弧焊（ＦＣＡＷ）存在的问题分析　（１）强度问题：ＡＳＭＥ　ＳＦＡ　５．２Ｏ《弧焊用碳钢药芯焊丝标准》　规定ＡＷＳ　Ｅ７ＩＴ一１Ｃ焊丝熔敷金属抗拉强度值为４８０￣６５０ＭＰａ，而　ＧＢ７１３—２００８￣锅炉和压力容器用钢板》规定厚度为１６￣３６ｍｍ的Ｑ３４５Ｒ　钢板的抗拉强度为５００￣６３０ＭＰａ，即便是厚度为６Ｏ～ｌＯＯｍｍ的Ｑ３４５Ｒ　１２　Ｉ华东科技　钢板的抗拉强度上限值也达到４９０￣６２０ＭＰａ。ＮＢ／Ｔ４７０１５—２０１１第　３．２．２．ａ）条规定焊缝金属的力学性能应高于或等于母材规定的限　值。可见，ＡＷＳ　Ｅ７１Ｔ一１Ｃ强度基本满足要求。　（２）晶间腐蚀难合格问题。对于有晶间腐蚀要求的奥氏体不锈　钢药芯焊丝，含碳量是个关键因素，当碳含量超过０．３０％时，按　ＧＢ／Ｔ４３３４—２００８进行晶问腐蚀试验弯曲法评定确实很难通过，但是　控制碳含量在０．２５％￣０．２８％时，一般都能够通过。　（３）焊丝质量不稳定问题。国内现在药芯焊丝生产线超过３０　余家，有的厂家目前药芯焊丝生产能力已能达到２０００吨／月，质量　非常稳定，基本不会出现药粉填充不均匀或断药粉、焊丝粗细不均　等产品缺陷。至于冲击功，实践证明优秀生产厂家生产的药芯焊丝　冲击功较稳定。　５．ＦＣＡＷ在压力容器制造中的实际应用　例：浙能萧山天然气热电联产工程项目ＤＮＩＯ００×２４过滤器　简体材料为Ｑ３４５Ｒ，设计压力６．３ＭＰａ，介质：天然气，设计温　度５Ｏ℃。　图ｉ接头识别图　表Ｉ焊缝编号识别卡　２００２￣２０１２年期间我公司生产的容器及管道（ＤＮ≥ｌ１４ｍｍ，５ｍｍ　≤壁厚￣＜２５ｍｍ）基本都是采用ＧＴＡＷ＋ＦＣＡＷ的焊接方法进行焊接，材质　包括Ｑ３４５Ｒ、２０Ｇ、１６Ｍｎ及１６ＭｎＤＲ等碳钢材质和￥３０４０８、￥３１６０３等　奥氏体不锈钢材质，以及复合板（ＳＡ５１６Ｇｒ．７０＋３１６Ｌ）等。　６结论　由于ＦＣＡＷ工艺的诸多优点，许多压力容器制造厂家都在尝试性　的进行不同程度的应用，虽然ＮＢ／Ｔ４７０１５—２０１１和ＮＢ／Ｔ４７０１４—２０１ｉ　只是提到了熔化极气体保护焊ＧＭＡＷ，并没有明确提到药芯焊丝电弧　焊ＦＣＡＷ，但是ＡＳＭＥ第Ⅸ卷《焊接和钎焊评定标准》中明确提出ＧＭＡＷ　包括ＦＣＡＷ。加之国内药芯焊丝制造质量的不断提高、气保焊焊接设　备性能的逐步完善，ＦＣＡＷ将会在压力容器制造中发挥巨大的作用。　参考文献：　『１］ＮＢ／Ｔ４７０１４－２０１１承压设备焊接工艺评定新华出版社，２０１１　【２］ＮＢ／Ｔ４７０１５—２０１１压力容器焊接规程新华出版社，２０１１　［３］ＡＳＭＥ第１ｘ卷焊接和钎焊评定２０１０版冲国石化出版社，２０１０　ｆ４ｆ焊接手册．机械工业出版社，１９９８．　［５】田志凌，等　芯焊丝，　台金工业出版社，１９９９．