新型焊絲組合在縱骨流水線上的試驗及應(yīng)用

廣州廣船國際股份有限公司（廣東 510382）陸慶新 王瑞生

1.概述

隨著大型船舶的建造，T型材制作以及平面分段中縱骨與板的角接縫大量出現(xiàn)，為了提高平角接縫的效率，很多船廠引進了縱骨流水線或T型材制作流水線。我公司具備此類流水線共5條，都采用雙面雙絲一次焊接完成的工藝。目前應(yīng)用于此類流水線的焊材都為金屬型藥芯焊絲，雙面單絲或雙面雙絲。雖然都為藥芯焊絲，但由于制造工藝不同，故主要有無縫鍍銅焊絲、表面烘烤型焊絲及表面帶潤滑劑焊絲三種類型。為了降低生產(chǎn)成本，近年來在焊絲組合上出現(xiàn)了管狀焊絲與藥芯焊絲搭配使用的工藝，我們采用了京群科技公司生產(chǎn)的管狀焊絲與藥芯焊絲組合進行了試驗及應(yīng)用。

2.金屬粉芯管狀焊絲簡介

金屬粉芯管狀焊絲是由金屬的空心管和加入管內(nèi)的各種粉末形成的芯子組成，粉末主要為鐵粉。金屬芯管狀焊絲的芯子幾乎全部成為熔敷金屬，且沒有造渣劑，故在使用性能上，它既有實芯焊絲焊渣量少的優(yōu)點，又兼具熔渣型藥芯焊絲熔敷速度高、焊接工藝性好等優(yōu)點。與藥芯焊絲組合后，金屬粉芯管狀焊絲主要用于打底，保證一定的熔深和填充量，藥芯焊絲用于蓋面，保證外觀成形的均勻及美觀。

3.力學(xué)性能試驗及化學(xué)成分分析

（1）試驗方法 模擬現(xiàn)場實際應(yīng)用情況，我們對兩種焊絲組合后的熔敷金屬進行了力學(xué)性能以及化學(xué)成分分析，同時與兩種焊絲單獨情況焊接下的力學(xué)性能和化學(xué)成分進行對比。試驗均采用B級鋼材料，雙絲組合后的前絲為管狀焊絲，后絲為藥芯焊絲，間距25mm，干伸長20mm，具體焊接參數(shù)如表1所示。

（2）力學(xué)性能 試驗后的力學(xué)性能以及單絲情況的力學(xué)性能對比如表2所示，可以得知，無論單獨焊接還是組合焊接都能滿足規(guī)范要求，但經(jīng)過與管狀焊絲組合后，沖擊性能相比藥芯焊絲得到提高。

表1 組合焊絲的焊接參數(shù)

表2 力學(xué)性能對比

（3）化學(xué)成分 通過對熔敷金屬進行化學(xué)成分檢測，都能滿足規(guī)范要求，如表3所示。

表3 化學(xué)成分對比（質(zhì)量分數(shù)） （%）

4.角焊縫試驗對比

圖1 焊槍實物（側(cè)視圖）

圖2 焊槍布置

（1）試驗方法 采用現(xiàn)場設(shè)備對前絲管狀焊絲、后絲藥芯組合以及前后絲皆為藥芯焊絲的條件分別進行了試驗，試驗設(shè)備以及焊槍角度、間距如圖1、圖2所示。每種焊絲組合后的焊接參數(shù)采用同等的焊接電流、電弧電壓，速度設(shè)置不同，具體試驗焊接參數(shù)如表4所示。需要指出的是A1和B1用的球扁鋼，端部帶有油漆并有一定的倒圓，其他試驗皆為扁鐵，端部平直且油漆已受切割熱而破壞。試驗?zāi)覆慕詾锳H36。

圖3 A2試驗焊縫外觀

表4 試驗焊接參數(shù)

（2）外觀及金相檢測 典型外觀成形如圖3、圖4所示，可以看出兩種焊縫成形均勻，但A試驗的角焊縫凸度相對較大，外觀色澤更統(tǒng)一，且無殘渣滯留焊腳的情況。對每個試驗代號的角焊縫各進行兩個宏觀金相檢測（典型宏觀照片見圖5、圖6），測量焊腳尺寸以及熔深情況如表5所示。從金相圖可以得出，管狀焊絲相對于藥芯焊絲打底焊縫形狀更窄，測量熔深尺寸的平均值可以得出，熔深相對更大。

圖4 B2試驗焊縫外觀

圖5 A2宏觀金相照片

圖6 B2宏觀金相照片

表5 焊腳尺寸及熔深 （mm）

（3）破斷及硬度試驗 對每個代號試驗的焊縫進行金相破斷試驗，檢查焊縫內(nèi)部情況，兩者皆無裂紋、未熔合等缺陷。但對于端部帶底漆的A1及B1試驗，氣孔的概率增加，A1根部有密集的小氣孔（見圖7），B1出現(xiàn)了針狀氣孔（見圖8），從抗氣孔的角度，A試驗焊縫優(yōu)于B試驗焊縫。從表6的斷裂位置可以看出，A試驗破斷位置有部分斷裂在母材，可見其焊縫的強度遠高于母材；從A3與B3的硬度值測量對比，可見A3焊縫的硬度大于B3，也遠高于母材值。

圖7 A1破斷試驗

圖8 B1破斷試驗

表6 破斷試驗及硬度

5.現(xiàn)場應(yīng)用

金屬粉芯管狀焊絲與藥芯焊絲組合通過試驗后，在現(xiàn)場縱骨流水線進行了使用。使用過程中發(fā)現(xiàn)，前絲在300A以上電流，飛濺與藥芯焊絲相當，焊縫藥皮由于前絲無渣，故整體藥皮更薄，脫渣性良好，無粘渣等現(xiàn)象。從焊縫的成形上，角焊縫凸度相對較大，這與管狀焊絲的熔敷效率大有一定關(guān)系，為了降低焊縫的凸度，可以適當降低后絲的電流。

由于管狀焊絲在成本上低于金屬型藥芯焊絲，再加上熔敷效率上高于藥芯焊絲，前絲電流高于后絲，使得前絲的使用量相對于藥芯焊絲用量大，因此總體成本估計可以降低10%～15%。

6.結(jié)語

（1）采用金屬粉芯管狀焊絲與金屬型藥芯焊絲的組合，力學(xué)性能滿足規(guī)范要求，且一般的金屬型藥芯焊絲為了保證較好的工藝性能，熔渣偏酸性，因此沖擊韌性相對降低，但與管狀焊絲組合后，提高了沖擊性能。

（2）管狀焊絲用于打底填充，熔深高于藥芯焊絲打底，與藥芯焊絲組合后抗氣孔性較好，且藥皮更薄，脫渣性優(yōu)良。

（3）新型焊絲組合降低了焊材成本，且為后續(xù)雙絲高速角焊縫的推廣應(yīng)用提供了一個新的研究路線。