氣體保護實芯焊絲的應用和探討

氣體保護焊工藝方法以其獨特的優勢，在工業發達國家製造業中得到廣泛的應用。發展至今，美國氣體保護實芯焊絲約佔其焊材總量的31%，日本為41%，西歐達到53%。氣體保護焊工藝的發展與金屬結構製造密不可分。目前，在美國、日本、歐洲等發達國家和地區採用焊接結構件的比例不斷增加，氣體保護焊消耗的焊接金屬材料重量約佔全部焊接材料總重量的50%~75%。氣體保護焊技術的發展，極大地提高了金屬結構行業的製造技術水平。

我國的氣體保護實芯焊絲研製與開發始於50年代，但始終停留在研究階段。近10年來氣體保護實芯焊絲的發展較快，目前全國的氣體保護實芯焊絲生產企業150餘家，已從德國、瑞典、加拿大、日本等國及台灣地區引進各種生產設備近50套，國產或自行研製的設備100餘條，生產能力達年產20多萬噸。2002年全國焊材生產總量約為150萬噸。實芯焊絲產量約25萬噸，大約佔焊材總量的17%左右，但與國外比較，還有很大差距。

1 氣體保護實芯焊絲應用狀況

1.1 氣體保護實芯焊絲的發展

氣體保護實芯焊絲伴隨著金屬結構焊接技術的發展而壯大，在我國「六五」和「七五」期間，為滿足國家重點工程大型機械技術裝備製造要求，引進國外先進的焊接技術和裝備，對大型骨幹機械企業進行技術改造，我國大型金屬結構製造企業，通過與美國、德國、日本等國家的跨國公司合作製造大型金屬結構，批量購買國外氣體保護焊設備、焊材等器材，並且進行焊工培訓。我們藉助國外氣體保護焊成熟技術和生產工藝，形成了我國大型金屬結構行業氣體保護焊生產能力，從根本上改變了金屬結構行業的製造技術水平，推動我國氣體保護焊技術的發展。90年代初至今的近10年時間，以1992年第1屆「全國CO2焊接技術推廣應用交流會」為契機，氣體保護焊技術在金屬結構行業中推廣應用工作蓬勃發展，氣體保護焊技術開發應用能力增加，應用工作從大型機械企業推廣到中小型企業，而大型機械企業的氣體保護焊應用也從合作產品的生產，推廣到普通產品的生產中，氣體保護焊設備、焊材、輔件基本實現國內供給，一批焊接設備、焊接材料、保護氣體及輔件生產企業抓住市場時機，迅速發展壯大起來，逐漸形成了我國氣體保護焊產業。

1.2 氣體保護實芯焊絲的應用

隨著我國大型骨幹企業焊接技術改造，氣體保護實芯焊絲在金屬結構製造中得到廣泛的應用，如太原重型機械（集團）公司、第一重型機械有限公司，大連重工集團有限公司、中信西陽礦機廠、北京煤機廠等企業，氣體保護焊完成的焊接金屬結構占其總重量的50~80%，在大型金屬結構企業中發揮著不可替代的作用。氣體保護焊主要用於製造大型橋式和門式起重機、4-23m3機械式挖掘機、1-6m3液壓挖掘機、大型加壓氣化爐和焦爐等處理設備以及大型減速機、提升機、堆取料機、扎鍛設備、氧氣瓶壓機、衛星發射架等大型設備。氣體保護焊技術近年來在中小型企業的應用也有長足發展。

80年代初至80年代後期，我國針對當時Q235、16Mn等主要結構鋼生產的490MPa級CO2氣體保護實芯焊絲，已實現部分自給，但大部分氣體保護焊絲主要依靠從美國、日本、德國等國進口，目前我國CO2氣體保護實芯焊絲已形成一定的生產規模，產量和質量也有很大的提高，針對Q235、Q345及Q390等結構鋼的CO2氣體保護焊實芯焊絲，能滿足金屬結構製造的要求，使用最多的實芯焊絲主要有ER49-1和ER50-6兩種，規格上主要有φ1.2mm、φ1.6mm兩種，國內碳鋼焊絲生產處於供大於求的狀況，氣體保護焊實芯焊絲的質量也有很大的差別。目前，國內形成一定生產規模、質量相對穩定的生產廠家有錦泰金屬工業有限公司、大西洋焊絲製品有限公司、宜昌猴王焊絲有限公司、金獅焊接材料有限公司、常州華通焊絲有限公司、鄂州南塔特種焊接材料有限公司、哈爾濱威爾焊接有限公司等。600MPa級高強鋼、不鏽鋼、鋁及鋁合金等實芯焊絲的幾個生產廠家質量比較穩定（如金獅焊材公司、南塔特種焊材公司等）。700MPa級以上的高強鋼焊絲、耐熱鋼焊絲的生產廠家較少（如威爾焊接公司等），對於800MPa級高強度鋼、高合金鋼、高韌性鋼等特殊鋼種實芯焊絲仍主要依靠進口。

在我國「六五」和「七五」期間，我公司先後與美國、德國、日本等國家合作生產，為國家重點工程項目提供了一批重型機械裝備。為了更好地滿足合作產品的質量要求，在80年代初成功地引進CO2 氣體保護焊工藝方法，其中日本松下S系列氣保焊設備近100台，美國米勒公司CY-650焊機12台。在近年來技改中分別購買唐山松下KRⅡ500焊機50台、歐地希CPX-500焊機35台。目前，CO2 氣保焊工藝方法在產品焊接中佔80%以上，成為我國焊接生產的主要手段，各類焊絲年用量為200~300噸，品種有國內外的各種實芯焊絲，規格為φ1.2mm、φ1.4mm、φ1.5mm。保護氣體主要採用CO2氣體。少量用富氬混合氣體保護。在焊絲中大部分強度為500~800MPa結構鋼用焊絲，還有不鏽鋼、耐熱鋼、耐磨堆焊、有色金屬等焊絲。以前焊絲主要從日本、德國、荷蘭等國進口。近年來，隨著我國的CO2焊絲髮展，除合作產品外，已全部實現焊接材料的國產化，有效地降低了製造成本。

2 推廣應用中遇到的問題

2.1 焊絲品種

2.1.1 碳鋼焊絲品種單一

我國CO2碳鋼焊絲只有ER49-1和ER50-6兩個品種，用單一CO2氣保焊時，有飛濺多、焊道成形凸起等缺點，我們在承受疲勞載荷的金屬結構件或焊縫外觀質量要求高的合作成品的焊接中，大多數採用富氬混合氣體保護。一般只能選用ER50-6CO2焊絲，而美國的ER70S-2和日本YGW15焊絲，除硫、硅含量較低外，還添加了鋯、鈦和鉛等脫氧劑，焊接時對鋼板的表面綉、雜質不太敏感，因此在富氬混合氣體保護焊時選用ER70S-2和YGW15焊絲比較合適。

2.1.2 高強鋼、耐熱鋼等焊絲生產廠家少

近年來，隨著企業產品結構的調整，焊接金屬材料範圍由常見的Q235、Q345向高強度鋼（如Wel-ten80C）、高韌性鋼、耐熱鋼（如21CrMo10）等領域拓展，而我國這類焊絲的生產廠家極少，往往出現供貨周期長、價格高，不能滿足生產要求。有的特殊鋼種焊絲仍依賴進口。在實際生產中，對於以上鋼種的焊接，只得選用進口焊絲或改變焊接工藝方法。

2.2 焊絲結構不合理

國外低碳鋼焊絲Mn元素含量相當於ER49-1焊絲下限，焊絲拉拔、焊接工藝與力學性能均好於ER49-1焊絲。因受原材料和傳統觀念的影響，目前許多用戶仍以ER49-1焊絲為主，該焊絲是仿前蘇聯產品，化學成分不合理，Mn元素含量偏高，不僅在焊接低碳鋼時焊絲浪費，而且會給拔絲帶來困難，增加退火處理工藝，根據多年試驗與實踐，ER50S-6焊絲送絲穩定、飛濺小、焊縫成形美觀，焊絲熔敷金屬強度與ER49-1相當，但其塑性、韌性優於ER49-1焊絲。因此，在焊接低碳鋼時，應優選ER50S-6焊絲，使我國CO2焊絲結構趨於合理。

2.3 CO2焊絲的焊接工藝性能

通過這幾年對國內外焊絲的研究與應用，我們感到國產焊絲的力學性能雖比國外同類焊絲差，但基本上能滿足要求，而焊絲的工藝性能問題卻比較突出，在一定程度上制約了CO2焊絲的發展。目前國產焊絲在挺度、送絲穩定性、飛濺、焊縫成形、適用性等方面與國外焊絲有一定的差距，遠不能滿足焊接生產發展的要求。

2.4 焊絲的抗拉強度、翹距

2.4.1焊絲的抗拉強度

一般通過焊絲的抗拉強度來衡量焊絲的硬度，對推絲式送絲機構而言，焊絲的硬度是衡量其工藝性能的重要指標。焊絲的硬度與化學成份、拉拔工藝有關。目前國內的焊絲生產廠家和用戶一般只重視焊絲的理化性能指標，忽視了抗拉強度指標，通過試驗與實踐，我們認為國產焊絲硬一些比較好，因此，我公司碳鋼焊絲標準規定φ1.2mm焊絲的抗拉強度為1000~1200MPa,基本能保證送絲的穩定性（如錦泰、猴王、大西洋、華通等公司的焊絲）。

2.4.2 焊絲的翹距

焊絲的翹距對送絲也有一定的影響，翹距較大時，焊絲與導絲管磨擦，增大送絲阻力，它與焊絲生產中的矯直有關，我國使用的國外焊絲（φ1.2）翹距一般都小於5mm, 日本KC-50焊絲的翹距為零：而國產焊絲的翹距小於5mm的不多，這應引起廠家的足夠重視。根據以上情況，我公司標準規定焊絲翹距應小於10mm以下。

2.5 焊絲的鍍銅質量

目前焊絲鍍銅採用化學鍍和電鍍兩種方法。化學鍍成本低、孔隙率小、鍍層結合強度低，電鍍成本高、孔隙率大、鍍層結合強度高。日本焊絲一般採用電鍍，西歐採用化學鍍，我國則以化學鍍為主，少數廠家採用電鍍。

2.5.1 鍍銅層不均勻、結合力差、易掉銅屑

在金相顯微鏡下觀察日本KC-50焊絲，發現鍍層比較均勻，無銅堆積現象，針孔率較小，鍍層緻密。而國產焊絲相對較差，焊絲經過送絲輪時掉銅屑，嚴重的大片脫落，堵塞導絲管，工人只得經常用壓縮空氣吹導絲管，清除銅屑。

2.5.2 鍍銅層易生鏽、保存時間短

國內焊絲鏽蝕主要是基體與鍍銅層界面生鏽。有的焊絲剛發到廠，表面就發現鏽蝕，有的存放一段時間后發現鏽蝕，能保存半年的焊絲幾乎很少，而日本、德國焊絲可存放3年以上，可見國產焊絲鍍銅質量有待進一步提高。

焊絲鍍銅質量問題一直制約著我國氣體保護焊絲的發展與應用。因此，一是要制定出合理的工藝規範；二是要加強鍍前處理，提高除銹去脂能力；三是解決鍍銅劑、潤滑劑、光亮劑、拉絲模的質量。如國外的潤滑劑易清洗，防鏽，焊接時飛濺小，拉絲模為旋轉式，這樣可以避免焊絲表面拉痕，減小焊絲的橢圓度。

2.6 大力研製開發非鍍銅焊絲

非鍍銅焊絲是應用納米技術和現代金屬間化合物膠體塗層技術，對焊絲表面進行新型的層處理，它與傳統鍍銅焊絲比較，具有電弧穩定、飛濺較小、成形美觀、防鏽能力強、煙霧毒性和污染小、成本低等優點。目前在日本、美國等工業發達國家已有迅速取代鍍銅焊絲之勢，我國錦泰、三英、猴王等企業已研製、生產這種焊絲。2003年我公司開始推廣應用非鍍銅焊絲，取得一定效果，但焊絲質量不太穩定，主要表現為導電性能較差，送絲不太穩定，導電嘴磨損嚴重等，今後還需不斷研究、開發、掌握非鍍銅焊絲製造技術，改進提高產品質量，以滿足實際生產要求。

2.7 焊絲包裝

國外焊絲為塑封包裝，並放入硅膠類防潮劑，包裝盒美觀耐用，一般一噸焊絲一個木製箱裝，便於保管、搬運、領用。國產焊絲因包裝問題，常發生吸潮、散盤，焊絲盤、包裝盒破壞，數量不準等現象（錦泰、大西洋、猴王等焊材公司焊絲包裝較好）。因此，焊絲包裝不可忽視。

2.8 焊絲技術標準

焊絲標準的制修訂工作對氣體保護實芯焊絲的進一步推廣應用至關重要，我國焊絲標準，目前大多數與美國相應標準等效，由於資金等方面的原因，標準修改周期長，部分標準仍落後於國外標準，不能適應生產發展要求，在實際生產中，我們只能參照國外有關標準，進行焊絲的選擇、試驗及產品驗收工作。因此希望抓緊進行採用國際標準的我國焊絲標準修訂工作。

2.9 焊絲生產宏觀失控

氣體保護焊絲是技術密集型的產品，要保證焊絲從送絲軟管中正常送出，焊絲質量起關鍵作用。前幾年，國內金屬製品行業、鋼絲繩廠、鄉鎮企業都認為CO2焊絲工藝簡單、市場需求量大，盲目上生產線，焊絲生產廠發展到150多家，根據統計，僅江蘇省就有16家，河北省13家，而山西省這樣的能源重化工基地，雖建有一個焊絲廠，至今也沒有出產品。由於焊絲廠布局不合理和質量波動，生產中經常出現供貨不及時和退貨問題。針對以上情況，我公司制定了TZL911-2000「常用氣體保護電弧焊用碳鋼焊絲」標準，並採取了分供方資格評審辦法，以保證焊絲質量和生產周期。

2.10 保護氣體

前幾年，國內尚無焊接用保護氣體專業廠，都是以副產品的形式收集（如有石灰窖、酒精廠、化工行業等），因此氣體雜質含量較高，主要是水分和硫化物，使氣體純度達不到焊接標準要求。目前，國內專業氣體生產廠家僅有兩個合資企業，即普萊克斯和BOC氣體公司，均可提供CO2及富氬等多種焊接用氣體，並且氣體純度較高，能滿足產品要求，但仍存在供貨不及時、影響生產周期、氣體價格高、增大生產成本等問題。

3 氣體保護實芯焊絲的發展趨勢

隨著國民經濟的發展，我國焊接材料的消耗量將持續增長，據專家預測，到2010年，我國焊接材料總量將達到200萬噸左右，氣體保護實芯焊絲約佔20~25%，約為40~50萬噸。為了儘快發展我國氣體保護實芯焊絲產業，更好地滿足焊接生產需求，提出以下建議：

1)ER49-1焊絲已不能適應我國焊接生產發展要求，為與國際焊接材料技術發展接軌，應逐步淘汰ER49-1焊絲。在焊接低碳鋼時，應優選ZR50-6焊絲，使我國CO2碳鋼焊絲結構趨於合理。

2)應大力發展氣體保護焊絲品種，如富氬混合氣體保護碳鋼焊絲，700MPa、800MPa高強度焊絲，高合金鋼焊絲，耐熱鋼及高韌性鋼焊絲等，以滿足焊接生產發展要求。

3)加強非鍍銅環保型焊絲的製造技術研究，為用戶提供優質的非鍍銅焊絲，推動CO2氣體保護焊焊接工藝更快的發展，逐漸取代傳統的鍍銅焊絲，以發展我國的「節能、環保」焊接。

4)進一步加強氣體保護實芯焊絲製造技術的研究，充分掌握引進設備技術特性，不斷提高原材料品種和質量，制定合理的拔絲、鍍銅、層繞、包裝等生產工藝規程，徹底解決焊絲批量生產的質量穩定性問題，儘快縮短我國氣體保護實芯焊絲和原輔材料與國外的差距。

5)我國加入了WTO，國內焊材市場受世界名牌焊材企業的衝擊較大。國內焊材企業應在協會和行業的統一領導協調和指導下，打破地區、行業壟斷堡壘的局面，走強強合作或技術資金互補的道路，避免在低水平上重複投資和惡性競爭，走集團化發展道路，儘快建立幾個布局合理、品種齊全、質優價廉的焊接材料基地（如錦泰金屬工業有限公司、普萊克斯氣體有限公司等企業），保證我國焊接材料產業整體進入國際市場。

6)目前，美國、日本、歐洲標準都逐漸向國際標準（ISO）靠攏，因此應投入一定人力、物力抓緊進行採用國際標準的我國氣體保護實芯焊絲標準修訂工作，促進我國氣體保護實芯焊絲的發展和產品質量的提高，儘快與國際焊接材料發展接軌。

7)加強交流和協作，提高國內CO2焊絲的整體水平。國內焊絲製造企業，應不斷加強彼此間的交流與協作，尤其是要加強科研單位、焊絲廠和使用單位之間的協作，充分發揮各國的優勢，使我國CO2焊絲的質量、品種不斷得到提高。

4 結束語

氣體保護實芯焊絲是一種高科技的焊接材料，它的產生與發展適應了焊接生產向高質量、高效率、自動化、低成本、環保型方向發展的趨勢。我國金屬結構製造業只有大面積推廣高效熔化極氣體保護焊技術，才能滿足國內金屬結構企業生存和發展的需要。縱觀國內外氣體保護實芯焊絲的發展，我國與工業發達國家相比，還有不小的差距，這就需要焊接界同仁共同努力，儘快研製生產出高質量的焊絲產品，以更好地適應我國焊接生產的不斷發展。