氣體保護實芯焊絲在石化工程中的應(yīng)用

殷蜀越 夏吉龍 趙承先 翟峻

一、實芯焊絲在我公司的應(yīng)用現(xiàn)狀

我公司業(yè)務(wù)以石化工程施工及裝備制造為主。實芯焊絲相對于藥芯焊絲價格相對便宜，尤其碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品中常用的國產(chǎn)焊絲，具有價格低、施工生產(chǎn)效率高和產(chǎn)品性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，使得實芯焊絲得到廣泛應(yīng)用。

實芯焊絲在我公司主要應(yīng)用在容器、塔器、換熱器、管道、儲罐、鋼結(jié)構(gòu)和風塔等諸多鋼制產(chǎn)品的焊接施工當中，如圖1、2所示。其中碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品應(yīng)用最多的實芯焊絲是ER50—6；在不銹鋼、不銹鋼復合產(chǎn)品中使用較多的實芯焊絲是

H03Cr21Ni10Si（ER308L）、H03Cr24Ni13Si（ER309L）、H03Cr19Ni12Mo2Si（ER316L）和H08Cr20Ni10Nb等。

圖1 實芯焊絲在管道自動焊上應(yīng)用

圖2 實芯焊絲在CO2氣體保護焊上應(yīng)用

二、應(yīng)用實例及問題

1.實芯焊絲在碳鋼、低合金鋼焊接上的應(yīng)用

我公司目前在碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品中最常應(yīng)用的實芯焊絲是ER50—6，采用的是單一組分CO2作為保護氣，飛濺大、焊縫成形凸起、氣孔及咬邊等問題一直制約著實芯焊絲的應(yīng)用范圍。近幾年來產(chǎn)品用戶不斷壓縮產(chǎn)品的制造周期，傳統(tǒng)的焊條電弧焊已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的施工生產(chǎn)需求，藥芯焊絲的施工成本又相對較高，促使通過改變工藝，采取有效的措施，解決實芯焊絲飛濺大、成形不好等問題，使得實芯焊絲能夠被應(yīng)用在壓力容器等設(shè)備焊接上。

主要有以下應(yīng)對措施：

第一，選擇合適的電源極性及焊接參數(shù)，焊接速度根據(jù)選擇的焊接電流、電弧電壓和焊接位置進行調(diào)整。焊接時調(diào)整好焊槍的傾斜角度和焊接方向，槍體傾角過小（垂直于工件）對焊接操作人員觀察焊道的成形不利；槍體傾角過大在焊接時會產(chǎn)生大量的飛濺。經(jīng)反復調(diào)整后，在焊接方向上，右焊法（焊絲指向焊接表面的反方向）較左焊法在電弧的穩(wěn)定性和飛濺量上都更具優(yōu)勢。控制焊絲伸出長度，在能保證正常焊接的情況下焊絲伸出長度盡可能縮短。

第二，針對有些材料，可以將單一的CO2保護氣體改為混合氣體Ar+CO2，CO2+Ar混合氣體除了能夠克服飛濺外,也改善了焊縫成形。實踐證明，80%Ar+20%CO2時飛濺率較低。

第三，采用國內(nèi)知名品牌且在實芯焊絲制造方面最具優(yōu)勢的廠家制造的焊材。在保證力學性能的前提下，應(yīng)盡可能降低其中含碳量，并添加適量的鈦、鋁等合金元素。無論顆粒過渡焊接或短路過渡焊接都可顯著減少由CO2等氣體引起的飛濺（見圖3）。

第四，選擇電特性合適的焊機。焊前在焊縫兩側(cè)的一定距離內(nèi)，涂抹一定的防飛濺劑以便降低飛濺的清除難度。

2.實芯焊絲在鎳基高合金鋼上應(yīng)用情況

我公司在對N08825管線材料焊接時遇到了焊縫表面金屬顏色不符合要求的問題（焊縫表面顏色灰暗，氧化過度），且酸洗后焊縫表面仍滿足不了要求。這個問題集中出現(xiàn)在大直徑管線材料的封底焊縫和小直徑薄壁接管的整個焊縫。以上位置的焊縫均采用鎢極惰性氣體保護焊進行焊接，焊接材料選用實芯ERNiCrMo—3材料。

通過分析從以下方面進行試驗并采取措施：

（1）保護氣體不充分或純度不夠 重新設(shè)計了保護裝置，加大了保護氣體的覆蓋范圍。調(diào)整后重新試驗，焊縫氧化的情況雖有改善，但仍無法滿足技術(shù)要求。保護氣體的純度達不到要求會出現(xiàn)焊縫表面氧化過度的情況，由于之前已經(jīng)使用的是純度標準為99.99%氬氣（國產(chǎn)），因此并未向該方面考慮。根據(jù)專家的提示，我們購買了法液空的焊接保護氣體（99.99%Ar和95%Ar+5%H2的混合氣體各一瓶），進行焊接試驗。試驗效果非常理想，完全解決了焊縫表面氧化嚴重的問題，采用進口保護氣體的焊接，焊縫外觀均呈現(xiàn)出亮銀色，完全符合要求。

（2）焊材因素 可能是由于焊材自身的問題影響到了焊縫的氧化程度。我們一方面與國內(nèi)的知名焊材廠家積極聯(lián)系，更改焊材的制造配方以改善焊縫表面氧化嚴重的問題；另一方面我們從國外進口了一些知名廠家的同型號焊材進行焊接試驗，但多次試驗后該問題仍未得到解決。

三、國產(chǎn)實芯焊絲使用過程中存在的問題

（1）國產(chǎn)焊絲的翹距較大，影響送絲的效果及焊接質(zhì)量 翹距大時，焊絲與導絲管摩擦，增大送絲阻力，它與焊絲生產(chǎn)中的矯直有關(guān)，使用的國外焊絲（φ1.2mm）翹距一般都＜5mm, 日本神鋼生產(chǎn)焊絲的翹距幾乎為零，而國產(chǎn)焊絲的翹距＜5mm的不多，焊接時經(jīng)常因為送絲不暢，影響焊縫質(zhì)量，而不得不進行打磨處理，直接造成工作效率低下。

（2）焊絲的鍍銅質(zhì)量 目前焊絲鍍銅采用化學鍍和電鍍兩種方法?；瘜W鍍成本低、孔隙率小、鍍層結(jié)合強度低；電鍍成本高、孔隙率大、鍍層結(jié)合強度高。日本焊絲一般采用電鍍，西歐采用化學鍍，我國則以化學鍍?yōu)橹?，少?shù)廠家采用電鍍。

國產(chǎn)鍍銅焊絲存在鍍銅層不均勻、結(jié)合力差、易掉銅屑，鍍銅層易生銹、保存時間短等問題。

（3）鎳基堆焊等焊絲生產(chǎn)廠家少 近年來，隨著企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，焊接金屬材料范圍由常見的Q235、Q345向高強度鋼、高韌性鋼、耐熱鋼（如12Cr2Mo1V）等領(lǐng)域拓展，而我國這類焊絲的生產(chǎn)廠家極少，往往出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，工藝達不到要求，價格偏高，不能滿足生產(chǎn)要求。有的特殊鋼種焊絲仍依賴進口。在實際生產(chǎn)中，對于以上鋼種的焊接，有時只得選用進口焊絲或改變焊接工藝方法。

四、對實芯焊絲發(fā)展的需求和建議

目前國內(nèi)的實芯焊絲生產(chǎn)受諸多因素限制，技術(shù)水平較為有限，一些低端的焊絲國產(chǎn)較多，高端實芯焊絲國產(chǎn)少，且操作性能遠不如國外進口的焊絲。實芯焊絲的焊接方法符合當下對焊接生產(chǎn)提出的高質(zhì)量、自動化、低成本、環(huán)保的要求。實芯焊絲未來的發(fā)展應(yīng)該先從原料做起，如不能將該環(huán)節(jié)的質(zhì)量牢固掌控，高端實芯焊絲國產(chǎn)化將很難發(fā)展。此外和實芯焊絲相配套的焊接保護氣體，在其純度和雜質(zhì)檢驗方面也缺乏相應(yīng)檢驗檢測手段，尤其是在遇到對氣體純度較為敏感的合金材料時，實芯焊絲的劣勢就會凸顯出來，因此實芯焊絲要想進一步的發(fā)展，就必須要解決以上問題。

圖3 質(zhì)量好的實芯焊絲（大橋ER50—6）

1.與國際焊接材料技術(shù)發(fā)展接軌

應(yīng)逐步淘汰低質(zhì)劣質(zhì)產(chǎn)品，優(yōu)選好的焊絲原材料，加強氣體保護實芯焊絲制造技術(shù)的研究，充分掌握引進設(shè)備技術(shù)特性，不斷提高原材料品種和質(zhì)量，制定合理的拔絲、鍍銅、層繞及包裝等生產(chǎn)工藝規(guī)程，徹底解決焊絲批量生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性問題，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焊材，以用于更多重要產(chǎn)品的生產(chǎn)中，使我國實芯焊絲結(jié)構(gòu)趨于合理。

2. 加強交流和協(xié)作，提高國內(nèi)實芯焊絲的整體制造水平

國內(nèi)焊絲制造企業(yè)，應(yīng)不斷加強彼此間的交流與協(xié)作，尤其是要加強科研單位、焊絲廠和使用單位之間的協(xié)作，充分發(fā)揮各方的優(yōu)勢，使我國實芯焊絲的質(zhì)量、品種不斷得到提高。

縱觀國內(nèi)外氣體保護實芯焊絲的發(fā)展，我國與工業(yè)發(fā)達國家相比，還有不小的差距，這就需要焊接界同仁共同努力，盡快研制生產(chǎn)出高質(zhì)量的焊絲產(chǎn)品，以更好地適應(yīng)我國焊接生產(chǎn)的不斷發(fā)展。

相關(guān)產(chǎn)品鏈接：

液化空氣集團的ARCAL 15(95%Ar+5%H2)混合氣, 應(yīng)用于TIG焊接奧氏體不銹鋼及鎳基合金。通過精準的混配和高純度的氣體，能最終獲得高品質(zhì)的焊縫。其中，H2是一種還原性極強的化學物質(zhì)，焊接保護氣中含有的少量H2，能優(yōu)先與卷入焊接高溫區(qū)域的氧氣發(fā)生化學反應(yīng)，保護焊縫金屬不被氧化，呈現(xiàn)銀白色的金屬光澤。并且，H2具有高熱導性的特點，相比純氬，能提高焊接速度30%左右。