金屬粉芯型藥芯焊絲開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀

劉奔，徐勤官，王先鋒

卡特彼勒（徐州）有限公司 江蘇徐州 221004

1 序言

金屬粉芯型藥芯焊絲的專利最早在1957年出現(xiàn)于英國[1]，但是由于制造難度大、使用成本較高，沒有大范圍推廣應(yīng)用。隨著技術(shù)的進步，以及對高效率和環(huán)保的要求，金屬粉芯型藥芯焊絲因其具有焊接質(zhì)量高、工藝性能好、熔敷速度快及綜合成本低等特點逐漸為大家所關(guān)注[2]。

金屬粉芯型藥芯焊絲作為新型焊材尚未被大眾所認識。同熔渣型藥芯焊絲一樣，金屬粉芯型藥芯焊絲是由薄鋼帶包裹藥芯組成；熔渣型藥芯焊絲藥芯部分主要是各種脫氧、造渣、穩(wěn)弧成分，而金屬粉芯型藥芯焊絲的藥芯部分主要是金屬粉，占比高達80%~90%。根據(jù)使用的目的不同，金屬粉芯成分會有一些變化，但主要為鐵粉、合金粉、脫氧劑，同時含有少量的造渣劑、穩(wěn)弧劑等[3]。從整個焊絲的成分和操作來看，更接近于傳統(tǒng)實芯焊絲；從制造工藝與焊絲結(jié)構(gòu)來分，接近于傳統(tǒng)熔渣型藥芯焊絲。所以，美國標準AWS將金屬粉芯型藥芯焊絲歸類于實芯焊絲，而日本JIS、歐洲EN和ISO則將金屬粉芯型藥芯焊絲歸類于藥芯焊絲。我國將其歸類于藥芯焊絲。

2 金屬粉芯型藥芯焊絲的特性

金屬粉芯型藥芯焊絲兼具實芯焊絲與熔渣型藥芯焊絲的優(yōu)點。由于在焊芯中添加了傳統(tǒng)熔渣型藥芯焊絲中的穩(wěn)弧劑，所以電弧較實芯焊絲更穩(wěn)定，飛濺更少，對改善焊接環(huán)境、提高熔敷率有較為明顯的作用；焊縫中的含氫量將直接關(guān)系到焊縫冷裂紋的開裂風險，在藥芯中添加氟化物，可以顯著降低焊縫中的含氫量，從而降低焊縫開裂風險，這一點實芯焊絲無法實現(xiàn)[4]；藥芯中含有大量的鐵粉、金屬粉，因此比實芯焊絲具有更高的熔敷速度，可達13.6kg/h，且熔敷效率達到97%，顯著提高焊接速度；焊縫表面渣量很少，不但能夠減少脫渣的時間和提高勞動效率，而且能夠避免夾渣等缺陷；由于電弧投射區(qū)較寬，且熔池擾動較少，所以焊縫成形良好[1]。

圖1是厚板用金屬粉芯型藥芯焊絲的熔敷速度與其他焊絲相比較的數(shù)據(jù)，這種焊絲比熔渣型焊絲約快10%，比實芯焊絲約快20%，可以使焊接高效化。另外，此種厚板用金屬粉芯型藥芯焊絲電弧很軟，飛濺、發(fā)塵量比實芯焊絲要少1/2，可大大減輕清理飛濺的作業(yè)量，促進了自動化焊接的發(fā)展。由于粉芯中鐵粉所占的比例很大，從而使焊絲的價格低于普通熔渣型藥芯焊絲。另一方面，使用金屬粉型藥芯焊絲在厚板作業(yè)中減少了清渣的時間，有效地提高了焊接效率，也降低了焊接生產(chǎn)的成本。圖2是日本金屬粉芯型藥芯焊絲和實芯焊絲的成本比較，可以看出高效金屬粉芯型藥芯焊絲確實可以降低焊接成本，降低幅度達35%[4-5]。

圖1 各種焊絲的效率

圖2 金屬粉芯型與熔渣型藥芯焊絲綜合成本比較

3 開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀

日本研究和應(yīng)用金屬粉芯型藥芯焊絲的時間較早，1986年就開始了初步應(yīng)用。近年來已開發(fā)出多種類型的金屬粉芯型藥芯焊絲，如厚板專用、薄板專用以及角焊專用的焊絲。低碳鋼和490MPa級高強鋼用金屬粉芯型藥芯焊絲中，角焊用焊絲對船舶、橋梁等行業(yè)中涂漆鋼板焊接而防止壓痕及氣孔起了很大作用。使用這種角焊焊絲減少了手工清理缺陷的工時，大大提高了焊接效率。橋梁、鋼結(jié)構(gòu)等方面金屬粉芯型藥芯焊絲的應(yīng)用也正在擴大。橋梁制造中所用焊材的43%是藥芯焊絲，藥芯焊絲中金屬粉芯的占比＞20%。

美國也很重視金屬粉芯的開發(fā)和利用，霍伯特和林肯電氣兩大公司就開發(fā)出了多種系列的金屬粉芯型藥芯焊絲?；舨毓居蠺ri-Mark、Hobart、Corex三大系列的金屬粉芯型藥芯焊絲，就Tri-Mark系列而言，包括71和76。Metalloy的熔敷效率可達96%，與實芯焊絲相比，具有大的熔深和良好的潤濕性，改善了重皮缺陷，用它可進行平焊、橫焊的單道和多道焊。林肯公司的一系列金屬粉芯型藥芯焊絲中，新研制的MC-710XL屬于低煙塵型，其主要特性是焊渣和飛濺少，電弧穩(wěn)定性良好，熔敷率高；多道焊時無需清渣，提高了生產(chǎn)率；焊絲規(guī)格有φ1.2mm、φ1.4mm和φ1.6mm三種；使用Ar-CO2混合氣，Ar含量的增加可減少煙塵的產(chǎn)生；該焊絲適用于手工半自動焊和全自動焊；使用它可在短路方式下獲得非平焊位置的焊縫，在許多應(yīng)用中焊道外形類似于實芯焊絲，但生產(chǎn)率提高，而且高速焊接下具有良好的焊道潤濕性。

此外，韓國現(xiàn)代焊接有限公司的金屬粉芯型藥芯焊絲Super-corex 70NS，可應(yīng)用于造船和橋梁建設(shè)等行業(yè)的自動焊接或機器人作業(yè)中，而且取得了很好的效果；伊薩公司也在金屬粉芯型藥芯焊絲領(lǐng)域有諸多產(chǎn)品經(jīng)過市場檢驗。

國內(nèi)在金屬粉芯型藥芯焊絲的開發(fā)方面已取得了重要進展。目前，天津市三英焊業(yè)有限公司已開發(fā)出了一種性能與日本MX-200 性能相當?shù)漠a(chǎn)品，其抗氣孔（壓痕K）性能及工藝、力學(xué)性能優(yōu)良，已通過了英國勞埃德船級社和挪威船級社的認證。該焊絲應(yīng)用在大連某造船廠，焊接過程中電弧穩(wěn)定、飛濺小、穿透力強、兩側(cè)熔合好、無咬邊、正面無凹坑和氣孔[4]。

4 展望

通過以上敘述可以發(fā)現(xiàn)，金屬粉芯型藥芯焊絲同時具有實芯焊絲和藥芯焊絲的優(yōu)點，焊接效率高，飛濺小和煙塵小，焊縫質(zhì)量高。因此，雖然焊絲本身價格較高，但是綜合成本反而較實芯焊絲和藥芯焊絲更低。隨著技術(shù)的進步，生產(chǎn)效率的提高，這種新型藥芯焊絲的成本將持續(xù)下降，在生產(chǎn)現(xiàn)場的應(yīng)用也會越來越有優(yōu)勢。